KR20110018373A - 연료 전지 - Google Patents

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KR20110018373A
KR20110018373A KR1020107028414A KR20107028414A KR20110018373A KR 20110018373 A KR20110018373 A KR 20110018373A KR 1020107028414 A KR1020107028414 A KR 1020107028414A KR 20107028414 A KR20107028414 A KR 20107028414A KR 20110018373 A KR20110018373 A KR 20110018373A
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fuel
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아끼라 야지마
신이찌 간바야시
노부야스 네기시
리사 아오끼
겐따 오미찌
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

연료 전지(1)는, 애노드(연료극)(13)와 캐소드(공기극)(16)에 끼움 지지된 전해질막(17)으로 이루어지는 연료 전지 셀(10)과, 연료 전지 셀(10)의 애노드(연료극)측에 배치되고, 애노드(연료극)(13)에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 기구(40)를 구비한다. 또한, 연료 전지(1)는 연료 전지 셀(10)의 캐소드(공기극)에 배치되고, 캐소드(공기극)(16)에서 생성된 물을 함침하는 보습층(50)과, 연료 전지 셀(10)에서 발생한 열을 방출하기 위한, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부(71)를 갖는 방열 부재(70)를 구비한다.

Description

연료 전지{FUEL BATTERY}
본 발명은, 액체 연료를 사용한 연료 전지에 관한 것이다.
최근, 노트북이나 휴대 전화 등의 각종 휴대용 전자 기기를 장시간 충전 없이 사용 가능하게 하기 위하여, 이들 휴대용 전자 기기의 전원에 연료 전지를 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 연료 전지는, 연료와 공기를 공급하는 것만으로 발전할 수 있고, 연료를 보급하면 연속해서 장시간 발전하는 것이 가능하다는 특징을 갖고 있다. 이로 인해, 연료 전지를 소형화할 수 있다면, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 매우 유리한 시스템이 된다.
직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는, 소형화가 가능하고, 또한 연료의 취급도 용이하므로, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 유망시되고 있다. DMFC에 있어서의 액체 연료의 공급 방식으로서는, 기체 공급형이나 액체 공급형 등의 액티브 방식이나, 연료 수용부 내의 액체 연료를 전지 내부에서 기화시켜 연료극에 공급하는 내부 기화형 등의 패시브 방식이 알려져 있다.
애노드(연료극)에 연료를 공급하는 수단으로서는, 다양한 방법이 채용 가능하다. 연료 공급 수단으로서, 예를 들어 메탄올 수용액 등의 액체 연료를 애노드 도전층 하에 직접 유통시키는 방식 등을 들 수 있다. 나아가, 연료 전지의 외부에 있어서 메탄올 등을 증발시켜 기체 연료를 발생시키고, 그 기체 연료를 애노드 도전층 하에 유통시키는 외부 기화형이나, 연료 수용부에 순메탄올이나 메탄올 수용액 등의 액체 연료를 수용하고, 이 액체 연료를 전지 내부에서 기화시켜 애노드(연료극)에 공급하는 내부 기화형 등의 연료 공급 수단을 들 수 있다.
한편, 캐소드(공기극)에 산화제인 공기를 공급하는 수단으로서는, 공기를 팬이나 블로워에 의해 강제적으로 공급하는 액티브형이나, 대기로부터의 자연 확산에 의해서만 공급하는 자발 호흡(패시브)형 등을 들 수 있다.
이들 중, 내부 기화형 등의 패시브 방식은 DMFC의 소형화에 대하여 특히 유리하다. 패시브형 DMFC에 있어서는, 예를 들어 국제 공개 제2005/112172호 팜플렛에 있어서, 애노드(연료극), 전해질막 및 캐소드(공기극)를 갖는 막 전극 접합체(연료 전지 셀)를, 수지제의 상자 형상 용기로 이루어지는 연료 수용부 상에 배치한 구조가 제안되어 있다.
여기서, 막 전극 접합체는, 애노드 촉매층과 애노드 가스 확산층을 갖는 애노드(연료극)와, 캐소드 촉매층과 캐소드 가스 확산층을 갖는 캐소드(공기극)와, 애노드 촉매층과 캐소드 촉매층에 끼움 지지된 프로톤(수소 이온) 전도성을 갖는 전해질막으로 구성된다. 또한, 막 전극 접합체는, 애노드(연료극)측에 배치되는 애노드 도전층과, 캐소드(공기극)측에 배치되는 캐소드 도전층에 끼움 지지되어 있다.
연료 수용부로부터 유로를 통하여 연료 공급부에 공급된 액체 연료는, 액체 연료의 상태에서, 혹은 액체 연료와 액체 연료가 기화한 기화 연료가 혼재하는 상태에서, 연료 분배층 및 애노드 도전층을 개재하여 연료 전지 셀의 애노드 가스 확산층에 공급된다. 애노드 가스 확산층에 공급된 연료는 애노드 가스 확산층에서 확산하여 애노드 촉매층에 공급된다. 액체 연료로서 메탄올 연료를 사용한 경우, 애노드 촉매층에서 다음 화학식 1에 나타내는 메탄올의 내부 개질 반응이 발생한다.
Figure pct00001
또한, 메탄올 연료로서 순메탄올을 사용한 경우에는, 메탄올은, 캐소드 촉매층에서 생성된 물이나 전해질막 중의 물과 상기한 화학식 1의 내부 개질 반응에 의해 개질되거나 또는 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 개질된다.
이 반응에서 생성된 전자(e-)는, 집전체를 경유하여 외부로 유도되어, 소위 전기로서 휴대용 전자 기기 등을 동작시킨 후, 캐소드(공기극)로 유도된다. 또한, 상기한 화학식 1의 내부 개질 반응에서 생성된 프로톤(H+)은, 전해질막을 거쳐서 캐소드로 유도된다. 캐소드(공기극)에는, 보습층을 통하여, 산화제 가스로서 공기가 공급된다. 캐소드(공기극)에 도달한 전자(e-)와 프로톤(H+)은, 캐소드 촉매층에서 공기 중의 산소와 다음 화학식 2에 나타내는 반응을 발생시키고, 이 발전 반응에 수반하여 물이 생성된다.
Figure pct00002
상기한 내부 개질 반응이 원활하게 행해져, 고출력으로 안정된 출력을 연료 전지에 있어서 얻기 위해서는, 화학식 2에 의해 캐소드 촉매층에서 생성된 물(H2O) 중 적어도 일부가 전해질막을 투과하여 애노드 촉매층에 확산되어, 상기한 화학식 1의 반응에 의해 소비되는 사이클이, 원활하게 행해질 필요가 있다.
이를 실현하기 위하여, 캐소드(공기극)의 근방에, 캐소드 촉매층에 있어서 생성된 물을 함침하여 증산을 억제하는 보습층을 배치하여, 캐소드 촉매층의 수분 유지량이 애노드 촉매층의 수분 유지량보다도 많은 상태를 구성하고, 침투압 현상을 이용하여 캐소드 촉매층에서 생성된 물을 전해질막을 통하여 애노드 촉매층에 공급하고 있다.
상기한 바와 같은, 보습층을 이용하여 캐소드(공기극)로부터 애노드(연료극)로의 물의 공급을 촉진하는 연료 전지에 있어서, 캐소드(공기극)로부터 애노드(연료극)로 공급되는 물의 양을 많게 하기 위해서는, 보습층의 두께는 두꺼울수록 바람직하다. 그러나, 보습층의 두께를 두껍게 하면, 외기로부터 보습층을 투과하여 캐소드(공기극)에 공급되는 산소의 양이 감소하여, 상기한 화학식 2의 반응이 발생하기 어려워지는 경우가 있었다. 또한, 캐소드(공기극)로부터 외기로의 방열량이 적어져, 캐소드(공기극)의 온도가 과잉으로 상승하는 경우가 있었다.
캐소드(공기극)의 온도가 상승한 경우, 캐소드 촉매층에 있어서의 물의 증기압이 높아져, 수증기는 보습층을 투과하여 외기로 증산되기 쉬워진다. 그로 인해, 막 전극 접합체가 유지하고 있는 물의 양이 감소하고, 상기한 화학식 1의 반응이 발생하기 어려워져 연료 전지의 출력이 저하된다. 또한, 캐소드(공기극)의 온도가 상승함으로써, 막 전극 접합체를 구성하는 부재나, 막 전극 접합체의 주위에 배치되어 있는 부재가, 열에 의해 변형이나 변질 등의 열화를 발생시켜, 연료 전지의 출력이 저하된다는 문제가 있었다.
이를 방지하기 위하여, 막 전극 접합체의 적어도 일부의 온도를 검지하는 온도 검지 수단을 설치하여, 그 검지된 온도가 미리 설정된 값을 상회한 경우에는, 막 전극 접합체에 공급되는 연료를 차단하거나, 연료의 공급량을 감소시키거나 하는 것도 가능하다. 그러나, 이와 같이 연료를 차단 또는 연료의 공급량을 감소시킨 경우, 애노드 촉매층에 있어서의, 상기한 화학식 1의 반응이 억제되어, 결과적으로 연료 전지의 출력이 저하되는 경우가 있었다.
캐소드(공기극)로부터 애노드(연료극)로의 물의 공급을 촉진시키고, 또한 캐소드(공기극)로부터 외기로의 방열량을 증가시키기 위해서는, 보습층의 외기에 접하고 있는 측의 표면에, 금속 등의 열전도체로 이루어지는 방열 부재를 배치하여, 보습층의 두께 방향에 있어서의 온도차를 크게 하는 것이 생각된다. 그러나, 보습층의 두께 방향의 온도차가 커지면, 연료 전지가 발전하고 있을 때에는, 항상, 보습층에 대량의 수분을 유지한 상태가 된다. 이에 의해, 캐소드(공기극)에 공급되는 산소의 양이 감소하고, 상기한 화학식 2의 반응이 발생하기 어려워져, 연료 전지의 출력이 저하되는 경우가 있었다.
또한, 보습층의 표면에 방열 부재를 설치하여, 캐소드(공기극)의 열을 보습층을 통하여 외부로 방열하기 위해서는, 방열 부재가 외부와 열교환하는 표면적을 크게 해야만 하고, 방열 부재 자체의 크기도 큰 것으로 되어야만 했다. 그로 인해, 이와 같은 연료 전지를 휴대 기기 등의 전원으로서 사용하는 것은, 반드시 적절하다고는 할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 휴대 기기 등의 전원으로서 사용하는 데 적절한 소형 또한 경량의 구성을 갖고, 막 전극 접합체 중에 유지되는 물의 양 및 캐소드(공기극)로부터의 외부로의 방열량을 적절한 범위로 유지하여, 장기간에 걸쳐서 안정된 출력을 유지할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 연료극과, 공기극과, 상기 연료극과 상기 공기극에 끼움 지지된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체와, 상기 막 전극 접합체의 상기 연료극측에 배치되고, 상기 연료극에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 기구와, 상기 막 전극 접합체의 상기 공기극측에 배치되고, 상기 공기극에서 생성된 물을 함침하는 보습층과, 상기 막 전극 접합체에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부를 갖는 방열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지가 제공된다.
도 1은 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지를 표면 커버측으로부터 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지에 있어서 펌프를 구비한 경우의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지에 있어서 다른 구성의 방열 부재를 구비하였을 때의, 연료 전지를 표면 커버측에서 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지에 구비되는 방열 부재의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지에 구비되는 방열 부재의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지에 구비되는 방열 부재의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 9는 실시예 8에서 사용한 연료 전지의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예 8에서 사용한 연료 전지를 표면 커버측에서 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 11은 실시예 9에서 사용한 연료 전지에 구비되는 방열 부재의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 12는 실시예 10에서 사용한 연료 전지의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 실시예 10에서 사용한 연료 전지를 표면 커버측에서 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 14는 각 단위 연료 전지 셀 상에 방열 부재가 적층된 상태를 도시하는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
제1 실시 형태
도 1은, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)를 표면 커버(60)측으로부터 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다. 도 3은, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)에 있어서 펌프(80)를 구비한 경우의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연료 전지(1)는, 기전부를 구성하는 연료 전지 셀(10)과, 이 연료 전지 셀(10)의 캐소드(공기극)측에 설치된 방열 부재(70)와, 이 방열 부재(70)에 적층된 캐소드 도전층(19)과, 캐소드 도전층(19)에 적층된 보습층(50)과, 이 보습층(50)에 적층된, 복수의 공기 도입구(61)를 갖는 표면 커버(60)와, 연료 전지 셀(10)의 애노드(연료극)측에 형성된 애노드 도전층(18)과, 애노드 도전층(18)에 대향시켜 형성된 복수의 개구부(31)를 갖는 연료 분배층(30)과, 이 연료 분배층(30)의 연료 전지 셀(10)측과는 다른 측에 배치되고, 연료 분배층(30)에 액체 연료(F)를 공급하는 연료 공급 기구(40)를 구비한다.
연료 전지 셀(10)은, 소위 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)이며, 애노드 촉매층(11)과 애노드 가스 확산층(12)을 갖는 애노드(연료극)(13)와, 캐소드 촉매층(14)과 캐소드 가스 확산층(15)을 갖는 캐소드(공기극)(16)와, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14)에 끼움 지지된 프로톤(수소 이온) 전도성을 갖는 전해질막(17)으로 구성된다.
애노드 촉매층(11)이나 캐소드 촉매층(14)에 함유되는 촉매로서는, 예를 들어 Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd 등의 백금족 원소의 단체, 백금족 원소를 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 애노드 촉매층(11)으로서, 예를 들어 메탄올이나 일산화탄소 등에 대하여 강한 내성을 갖는 Pt-Ru나 Pt-Mo 등을 사용하는 것이 바람직하다. 캐소드 촉매층(14)으로서, 예를 들어 Pt, Pt-Ni, Pt-Co 등을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 촉매는, 이들에 한정되는 것은 아니며, 촉매 활성을 갖는 각종 물질을 사용할 수 있다. 촉매는, 탄소 재료와 같은 도전성 담지체를 사용한 담지 촉매, 혹은 무담지 촉매 중 어느 것이어도 된다.
전해질막(17)을 구성하는 프로톤 전도성 재료로서는, 예를 들어 술폰산기를 갖는 퍼플루오로술폰산 중합체와 같은 불소계 수지(나피온(상품명, 듀퐁사제)이나 플레미온(상품명, 아사히 글래스사제) 등), 술폰산기를 갖는 탄화수소계 수지 등의 유기계 재료, 혹은 텅스텐산이나 인텅스텐산 등의 무기계 재료를 들 수 있다. 단, 프로톤 전도성의 전해질막(17)은 이들에 한정되는 것은 아니다.
애노드 촉매층(11)에 적층되는 애노드 가스 확산층(12)은, 애노드 촉매층(11)에 연료를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 애노드 촉매층(11)의 집전체도 겸하고 있다. 캐소드 촉매층(14)에 적층되는 캐소드 가스 확산층(15)은, 캐소드 촉매층(14)에 산화제를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 캐소드 촉매층(14)의 집전체도 겸하고 있다. 또한, 애노드 가스 확산층(12) 및 캐소드 가스 확산층(15)은, 카본 페이퍼, 카본 크로스, 카본 실크 등의 다공성 탄소질재, 티타늄, 티타늄 합금, 스테인리스, 금 등의 금속 재료로 이루어지는 다공질체 또는 메쉬 등으로 구성된다.
방열 부재(70)는, 캐소드 가스 확산층(15)에 적층하여, 즉 캐소드 가스 확산층(15)과 캐소드 도전층(19) 사이에 설치되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)는, 그 일부는 캐소드 가스 확산층(15)에 접촉하고, 주연부는, 연료 전지(1)의 측면으로부터 외부로 돌출되도록 구성되어 있다. 이 외부로 돌출된 부분은, 캐소드 가스 확산층(15)으로부터의 열을 외부로 방출하는 방열부(71)로서 기능하고 있다. 또한, 방열 부재(70)에는, 캐소드(공기극)(16)에서 생성된 물을 보습층측으로 유도하고, 표면 커버(60)로부터 도입된 공기를 캐소드(공기극)측으로 유도하기 위한 복수의 개구부(72)가 형성되어 있다.
방열 부재(70)는, 액체 연료(F)나 물, 산소 등에 의해 용해나 부식, 산화 등을 발생시키지 않고, 또한 열전도성이 우수한 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 열전도율이 10W/mㆍK 이상)로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)가 캐소드 가스 확산층(15)과 캐소드 도전층(19) 사이에 배치되는 구성에서는, 방열 부재(70)는 전기 저항이 작은 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 체적 저항률이 1.5×10-6Ωㆍm 이하)로 구성되는 것이 바람직하다. 방열 부재(70)를 구성하는 재료로서 구체적으로는, 금, 스테인리스강, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 또한, 방열 부재(70)를 구성하는 재료로서 그래파이트(흑연) 등의 탄소질 재료를 사용해도 된다.
여기서, 방열 부재(70)로서 금속 재료를 사용한 경우, 캐소드(공기극)(16)에서 생성된 물, 대기 중에 포함되는 산소나 수증기 등에 의해 산화, 부식을 발생시킬 가능성이 있다. 이 산화나 부식을 방지하기 위해서는, 상기한 금속 재료 중에서도 스테인리스 등의 부식되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 방열 부재(70)의 표면에, 금 등의 산화되기 어려운 금속을 도금하거나, 탄소질의 재료를 코팅함으로써, 산화나 부식을 방지해도 된다.
또한, 방열 부재(70)를 구성하는 재료에 있어서, 열전도율이 높고, 또한 두께가 얇아도 기계적 강도가 높다는 관점에서는, 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 금속 재료 중에서도, 특히, 구리(20℃에 있어서의 열전도율이 370W/mㆍK), 알루미늄(20℃에 있어서의 열전도율이 204W/mㆍK), 텅스텐(20℃에 있어서의 열전도율이 198(W/mㆍK)) 등은 열전도율이 높으므로 바람직하다. 또한, 이들 금속의 표면에 양극 산화 처리하여, 양극 산화 피막을 형성한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 외기로의 방사율을 향상시키기 위하여, 표면을 흑색으로 처리하는 것이 바람직하고, 특히 이 처리를 방열부(71)에 실시하는 것이 바람직하다.
여기서, 캐소드(공기극)(16)에서 발생한 캐소드 가스 확산층(15)으로부터의 열은, 주로, 연료 전지(1)의 측면으로부터 외부로 돌출되어 구성된 방열부(71)에 있어서 열교환되어, 외부로 방출된다. 이 방열부(71)에 있어서의 열교환을 촉진하기 위하여, 방열 부재(70)에 있어서, 캐소드 가스 확산층(15), 바꾸어 말하면 연료 전지 셀(10)과 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율(이하, 방열부의 면적률이라고 함), 즉, 방열부(71)의 면적을 연료 전지 셀(10)과 접촉하고 있는 부분의 면적으로 나눈 값은 0.2 이상인 것이 바람직하다. 또한, 방열부(71)의 면적이라 함은, 연료 전지(1)의 측면으로부터 외부로 돌출되어 있는 방열부(71)의 표면적을 의미한다. 또한, 이 방열부(71)로부터 보다 많은 열량을 방출하기 위하여, 방열부(71)의 면적률을 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 0.5 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 방열부의 면적률은 클수록 바람직하지만, 연료 전지(1)의 구성상의 관점에서 2 정도가 상한값이 된다.
또한, 연료 전지(1)를 하우징 등의 외장에 수납할 때, 방열 부재(70)의 방열부(71)의 일부를, 그 하우징으로부터 외부에 노출시켜도 된다. 또한, 연료 전지(1)를 수납하는 외장의 적어도 일부를 열전도성을 갖는 재료로 구성하고, 방열 부재(70)의 방열부(71)의 일부를, 그 열전도성을 갖는 재료로 구성된 하우징의 일부에 접촉시켜도 된다. 이에 의해, 방열 부재(70)의 방열부(71)로부터 보다 효율적으로 외부로 열을 방출시킬 수 있다.
애노드 가스 확산층(12)의 표면에 적층된 애노드 도전층(18) 및 방열 부재(70)의 표면에 적층된 캐소드 도전층(19)은, 예를 들어 금, 니켈 등의 금속 재료로 이루어지는 다공질층(예를 들어 메쉬) 또는 박체, 혹은 스테인리스강(SUS) 등의 도전성 금속 재료에 금 등의 양호 도전성 금속을 피복한 복합재 등으로 구성된다. 또한, 그래파이트(흑연) 등의 탄소질 재료도 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 애노드 도전층(18)이나 캐소드 도전층(19)은, 연료 전지 셀(10)에 대응하여 개구된 복수의 개구부를 갖는 박막으로 구성되는 것이 바람직하다. 애노드 도전층(18)의 경우에는, 이 개구부를 통하여, 연료 전지 셀(10)에 대향하여 형성되어 있는 연료 분배층(30)의 개구부(31)로부터의 연료를 연료 전지 셀(10)로 유도한다. 또한, 애노드 도전층(18) 및 캐소드 도전층(19)은, 그들의 주연으로부터 연료나 산화제가 누설되지 않도록 구성되어 있다.
또한, 전해질막(17)과 애노드 도전층(18) 및 방열 부재(70) 사이에는, 각각 고무제의 O링(20)이 개재되어 있고, 이들에 의해 연료 전지 셀(10)로부터의 연료 누설이나 산화제 누설을 방지하고 있다. 또한, 여기서는, 애노드 도전층(18) 및 캐소드 도전층(19)을 구비한 연료 전지(1)를 나타내고 있지만, 애노드 도전층(18) 및 캐소드 도전층(19)을 형성하지 않고, 애노드 가스 확산층(12) 및 캐소드 가스 확산층(15)을 확산층으로서 기능시킴과 함께, 도전층으로서 기능시켜도 된다. 또한, 연료 전지 셀(10)을 구성하는 전해질막(17)에 있어서, 애노드 촉매층(11) 및 캐소드 촉매층(14)의 양쪽과 접촉하지 않고, 또한 O링(20)의 내측에 상당하는 위치에, 적어도 1개의 가스 배출 구멍(도시하지 않음)을 형성해도 된다.
보습층(50)은, 캐소드 촉매층(14)에서 생성된 물의 일부가 함침하여, 물의 증산을 억제함과 함께, 캐소드 촉매층(14)에의 공기의 균일 확산을 촉진하는 것이다. 이 보습층(50)은, 예를 들어 폴리에틸렌 다공질막 등으로 이루어지는 평판으로 구성된다.
표면 커버(60)는 공기의 도입량을 조정하는 것이며, 그 조정은, 공기 도입구(61)의 개수나 크기 등을 변경함으로써 행해진다. 표면 커버(60)는, 예를 들어 SUS304 또는 SUS316L과 같은 스테인리스 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금과 같은 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
연료 공급 기구(40)는 연료 수용부(41)와, 연료 공급부 본체(42)와, 유로(44)를 주로 구비한다.
연료 수용부(41)에는, 연료 전지 셀(10)에 대응한 액체 연료(F)가 수용되어 있다. 이 연료 수용부(41)는, 액체 연료(F)에 의해 용해나 변질을 발생시키지 않는 재료로 구성된다. 연료 수용부(41)를 구성하는 재료로서, 구체적으로는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등이 사용된다. 또한, 도시하지 않지만, 연료 수용부(41)에는 액체 연료(F)를 공급하기 위한 연료 공급구가 형성되어 있다.
액체 연료(F)로서는, 각종 농도의 메탄올 수용액이나 순메탄올 등의 메탄올 연료를 들 수 있다. 액체 연료(F)는 반드시 메탄올 연료에 한정되는 것은 아니다. 액체 연료(F)는, 예를 들어 에탄올 수용액이나 순에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순글리콜 등의 글리콜 연료, 디메틸에테르, 포름산, 그 밖의 액체 연료이어도 된다. 결국, 연료 수용부(41)에는 연료 전지 셀(10)에 따른 액체 연료가 수용된다.
연료 공급부 본체(42)는, 공급된 액체 연료(F)를 연료 분배층(30)에 대하여 균일하게 공급하기 위하여, 액체 연료(F)를 평탄하게 분산시키기 위한 오목부로 이루어지는 연료 공급부(43)를 구비하고 있다. 이 연료 공급부(43)는 배관 등으로 구성되는 액체 연료(F)의 유로(44)를 통하여 연료 수용부(41)와 접속되어 있다. 연료 공급부(43)에는, 연료 수용부(41)로부터 유로(44)를 통하여 액체 연료(F)가 도입되고, 도입된 액체 연료(F) 및 이 액체 연료(F)가 기화한 기화 성분은, 연료 분배층(30) 및 애노드 도전층(18)을 통하여 애노드(연료극)(13)에 공급된다. 유로(44)는 연료 공급부(43)나 연료 수용부(41)와 독립된 배관에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연료 공급부(43)나 연료 수용부(41)를 적층하여 일체화하는 경우, 이들을 연결하는 액체 연료(F)의 유로이어도 된다. 즉, 연료 공급부(43)는 유로 등을 통하여 연료 수용부(41)와 연통되어 있으면 된다.
연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)는, 중력을 이용하여 유로(44)를 통하여 연료 공급부(43)까지 낙하시켜 송액할 수 있다. 또한, 유로(44)에 다공체 등을 충전하여, 모세관 현상에 의해 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)까지 송액해도 된다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 유로(44)의 일부에 펌프(80)를 개재시켜, 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)까지 강제적으로 송액해도 된다.
이 펌프(80)는, 연료 수용부(41)로부터 연료 공급부(43)에 액체 연료(F)를 간단히 송액하는 공급 펌프로서 기능하는 것이며, 연료 전지 셀(10)에 공급된 과잉의 액체 연료(F)를 순환하는 순환 펌프로서의 기능을 구비하는 것은 아니다. 이 펌프(80)를 구비한 연료 전지(1)는, 연료를 순환하지 않으므로, 종래의 액티브 방식과는 구성이 다르고, 종래의 내부 기화형과 같은 순패시브 방식과도 구성이 다른, 소위 세미 패시브형이라고 불리는 방식에 해당한다. 또한, 연료 공급 수단으로서 기능하는 펌프(80)의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 소량의 액체 연료(F)를 제어성 좋게 송액할 수 있고, 또한 소형 경량화가 가능하다는 관점에서, 로터리 베인 펌프, 전기 침투류 펌프, 다이어프램 펌프, 스퀴즈 펌프 등을 사용하는 것이 바람직하다. 로터리 베인 펌프는 모터로 날개를 회전시켜 송액하는 것이다. 전기 침투류 펌프는 전기 침투류 현상을 일으키는 실리카 등의 소결 다공체를 사용한 것이다. 다이어프램 펌프는 전자석이나 압전 세라믹스에 의해 다이어프램을 구동하여 송액하는 것이다. 스퀴즈 펌프는 유연성을 갖는 연료 유로의 일부를 압박하여, 연료를 가압 이송하는 것이다. 이들 중, 구동 전력이나 크기 등의 관점에서, 전기 침투류 펌프나 압전 세라믹스를 갖는 다이어프램 펌프를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기한 바와 같이 펌프(80)를 설치하는 경우, 펌프(80)는 제어 수단(도시하지 않음)과 전기적으로 접속되고, 이 제어 수단에 의해, 연료 공급부(43)에 공급되는 액체 연료(F)의 공급량이 제어된다.
연료 분배층(30)은, 예를 들어 복수의 개구부(31)가 형성된 평판으로 구성되고, 애노드 가스 확산층(12)과 연료 공급부(43) 사이에 끼움 지지된다. 이 연료 분배층(30)은 액체 연료(F)의 기화 성분이나 액체 연료(F)를 투과시키지 않는 재료로 구성되고, 구체적으로는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지, 폴리이미드계 수지 등으로 구성된다. 또한, 연료 분배층(30)은, 예를 들어 액체 연료(F)의 기화 성분과 액체 연료(F)를 분리하고, 그 기화 성분을 연료 전지 셀(10)측으로 투과시키는 기액 분리막으로 구성되어도 된다. 기액 분리막에는, 예를 들어 실리콘 고무, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 박막, 폴리염화비닐(PVC) 박막, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 박막, 불소 수지(예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등) 미다공막 등이 사용된다.
다음에, 상기한 연료 전지(1)에 있어서의 작용에 대하여 설명한다.
연료 수용부(41)로부터 유로(44)를 통하여 연료 공급부(43)에 공급된 액체 연료(F)는, 액체 연료의 상태에서, 혹은 액체 연료와 액체 연료가 기화한 기화 연료가 혼재하는 상태에서, 연료 분배층(30) 및 애노드 도전층(18)을 통하여 연료 전지 셀(10)의 애노드 가스 확산층(12)에 공급된다. 애노드 가스 확산층(12)에 공급된 연료는, 애노드 가스 확산층(12)에서 확산하여 애노드 촉매층(11)에 공급된다. 액체 연료로서 메탄올 연료를 사용한 경우, 애노드 촉매층(11)에서 전술한 화학식 1에 나타내는 메탄올의 내부 개질 반응이 발생한다.
또한, 메탄올 연료로서 순메탄올을 사용한 경우에는, 메탄올은, 캐소드 촉매층(14)에서 생성된 물이나 전해질막(17) 중의 물과 전술한 화학식 1의 내부 개질 반응에 의해 개질되거나, 또는 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 개질된다.
이 반응에서 생성된 전자(e-)는, 집전체를 경유하여 외부로 유도되고, 소위 전기로서 휴대용 전자 기기 등을 동작시킨 후, 캐소드(공기극)(16)로 유도된다. 또한, 화학식 1의 내부 개질 반응에서 생성된 프로톤(H+)은, 전해질막(17)을 거쳐서 캐소드(공기극)(16)로 유도된다. 캐소드(공기극)(16)에는 산화제로서 공기가 공급된다. 캐소드(공기극)(16)에 도달한 전자(e-)와 프로톤(H+)은, 캐소드 촉매층(14)에서 공기 중의 산소와 전술한 화학식 2에 나타내는 반응을 발생시키고, 이 발전 반응에 수반하여 물이 생성된다. 또한, 이 발전 반응에 의해 캐소드 촉매층(14)에서 발생한 열은, 캐소드 가스 확산층(15)을 통하여 방열 부재(70)로 전도되고, 전도된 일부의 열이 방열 부재(70)의 방열부(71)로부터 외부로 방출된다.
상기한 내부 개질 반응이 원활하게 행해지고, 또한 캐소드(공기극)(16)에서 발생한 열의 일부를 외부로 방출함으로써, 고출력으로 안정된 출력을 연료 전지(1)에 있어서 얻을 수 있다.
여기서, 상기한 제1 실시 형태에 있어서의 연료 전지(1)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)의 방열부(71)가 연료 전지(1)의 전체 주위로부터 돌출되어 있는 일례를 나타냈지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 도 4는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)에 있어서 다른 구성의 방열 부재(70)를 구비하였을 때의, 연료 전지(1)를 표면 커버(60)측에서 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)의 방열부(71)는, 전술한 본 발명에 관한 방열부의 면적률의 범위(0.2 이상)를 만족하는 구성이면, 연료 전지(1)의 주위 중 일부로부터만 돌출되는 구성으로 해도 된다. 즉, 방열 부재(70)의 방열부(71)의 구성은, 전술한 본 발명에 관한 방열부의 면적률의 범위(0.2 이상)를 만족하는 구성이면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 용도 등에 따라서 적절하게 구성할 수 있다.
또한, 방열 부재(70)를 배치하는 위치는, 캐소드 가스 확산층(15)과 캐소드 도전층(19) 사이에 한하지 않고, 예를 들어 캐소드 도전층(19)과 보습층(50) 사이에 형성해도 된다. 이 경우에는, 전술한 방열부의 면적률은, 방열 부재(70)의 캐소드 도전층(19)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율로 정의된다.
또한, 도 5는, 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)에 구비되는 방열 부재(70)의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)는 캐소드 도전층(19)의 주위에 구비되어도 된다. 즉, 방열 부재(70)는, 캐소드 도전층(19)과 동일한 층에 형성되고, 방열 부재(70)의 외주연 단부가 연료 전지(1)의 주위로부터 외부로 돌출되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 방열 부재(70)를 적층 배치하지 않는 만큼, 연료 전지(1)의 적층 방향의 두께를 감소시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 방열 부재(70)를 캐소드 도전층(19)과 보습층(50) 사이에 설치한 경우나, 도 5에 도시한 바와 같이 캐소드 도전층(19)의 주위에 구비한 경우, 방열 부재(70)는, 열전도성이 우수한 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 열전도율이 10W/mㆍK 이상)로 구성될 필요는 있지만, 전기 저항이 작은 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 체적 저항률이 1.5×10-6Ωㆍm 이하)로 구성될 필요는 없다. 이 경우, 방열 부재(70)는, 예를 들어 금, 스테인리스강, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들 금속의 합금 외에, 알루미나, 질화알루미늄, 도자기, 유리 등의 세라믹 재료로 구성되어도 된다. 또한, 방열 부재(70)는, 수지에 탄소나 금속 등의 분말을 혼합한 열전도성 수지로 구성되어도 된다. 또한, 방열 부재(70)의 표면에, 금 등의 산화되기 어려운 금속을 도금하거나, 수지 혹은 고무를 코팅하거나, 액체 연료(F)의 증기에 용해되지 않는 도료를 도장해도 된다. 코팅을 실시하기 위한 수지 혹은 고무로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리염화비닐, 폴리이미드, 실리콘 수지 등의 수지, 에틸렌ㆍ프로필렌 고무(EPDM), 불소 고무 등의 고무 등을 들 수 있다. 이들 수지나 고무는, 금속에 비하여 열전도율이 낮기 때문에, 코팅을 실시하는 경우에는, 코팅하는 수지 혹은 고무는 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다.
또한, 방열 부재(70)의 방열부(71)의 표면에, 예를 들어 표면 조면화 가공을 실시하여, 방열부(71)의 표면적을 증가시켜도 된다.
상기한 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 연료 전지(1)에 따르면, 캐소드(공기극)측에, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부(71)를 갖는 방열 부재(70)를 설치함으로써, 캐소드(공기극)(16)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있어, 캐소드(공기극)(16)의 온도의 과잉 상승을 억제할 수 있다. 이에 의해, 캐소드 촉매층에 있어서의 물의 증기압의 상승을 억제하고, 적당량의 물을 연료 전지 셀 내에 유지하여, 전술한 화학식 1의 내부 개질 반응을 촉진시킬 수 있다. 그로 인해, 연료 전지의 출력의 향상이 도모되고, 또한 장기에 걸쳐서 안정된 출력을 유지할 수 있다. 또한, 캐소드(공기극)(16)의 온도의 과잉 상승을 억제함으로써, 연료 전지 셀(10)을 구성하는 부재나, 연료 전지 셀(10)의 주위에 배치되어 있는 부재의, 열에 의한 변형이나 변질 등을 방지할 수 있다.
제2 실시 형태
도 6은, 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지(1)의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지(1)에 구비되는 방열 부재(90)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 8은, 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지(1)에 구비되는 방열 부재(90)의 다른 구성을 도시하는 평면도이다. 또한, 제1 실시 형태의 연료 전지(1)의 구성과 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략 또는 간략화한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 연료 전지(1)는, 기전부를 구성하는 연료 전지 셀(10)과, 이 연료 전지 셀(10)의 캐소드(공기극)측에 설치된 방열 부재(90)와, 이 방열 부재(90)에 적층된 보습층(50)과, 이 보습층(50)에 적층된, 복수의 공기 도입구(61)를 갖는 표면 커버(60)와, 연료 전지 셀(10)의 애노드(연료극)측에 형성된 애노드 도전층(18)과, 애노드 도전층(18)에 대향시켜 형성된 복수의 개구부(31)를 갖는 연료 분배층(30)과, 이 연료 분배층(30)의 연료 전지 셀측과는 다른 측에 배치되고, 연료 분배층(30)에 액체 연료(F)를 공급하는 연료 공급 기구(40)를 구비한다. 상기한 제2 실시 형태의 연료 전지(1)에서는, 방열 부재(90)가 캐소드 도전층으로서도 기능하는 구성으로 되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 방열 부재(90)는, 캐소드 가스 확산층(15)에 적층하여, 즉 캐소드 가스 확산층(15)과 보습층(50) 사이에 설치되어 있다. 또한, 방열 부재(90)는 캐소드 가스 확산층(15)에 접촉하여 연료 전지(1) 내에 위치하는 부분과, 연료 전지(1)로부터 외부로 돌출되는 방열부(91)를 구비하고 있다. 이 외부로 돌출된 방열부(91)는, 캐소드 가스 확산층(15)으로부터의 열을 외부로 방출하는 부분으로서 기능한다. 또한, 방열 부재(90)에는, 캐소드(공기극)(16)에서 생성된 물을 보습층(50)측으로 유도하고, 표면 커버(60)로부터 도입된 공기를 캐소드(공기극)측으로 유도하기 위한 복수의 개구부(92)가 형성되어 있다.
방열 부재(90)는, 액체 연료(F)나 물, 산소 등에 의해 용해나 부식, 산화 등을 발생시키지 않고, 또한 열전도성이 우수한 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 열전도율이 10W/mㆍK 이상)로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 방열 부재(90)는, 캐소드 도전층으로서도 기능하기 위하여, 전기 저항이 작은 재료(예를 들어, 20℃에 있어서의 체적 저항률이 1.5×10-6Ωㆍm 이하)로 구성되는 것이 바람직하다. 방열 부재(90)를 구성하는 재료로서 구체적으로는, 금, 스테인리스강, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 또한, 방열 부재(90)를 구성하는 재료로서 그래파이트(흑연) 등의 탄소질 재료를 사용해도 된다.
여기서, 방열 부재(90)로서 금속 재료를 사용한 경우, 캐소드(공기극)(16)에서 생성된 물, 대기 중에 포함되는 산소나 수증기 등에 의해 산화, 부식을 발생시킬 가능성이 있다. 이 산화나 부식을 방지하기 위해서는, 상기한 금속 재료 중에서도 스테인리스 등의 부식되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 방열 부재(90)의 표면에, 금 등의 산화되기 어려운 금속을 도금하거나, 탄소질의 재료를 코팅함으로써, 산화나 부식을 방지해도 된다.
또한, 방열 부재(90)를 구성하는 재료에 있어서, 열전도율이 높고, 또한 두께가 얇아도 기계적 강도가 높다는 관점에서는, 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 금속 재료 중에서도, 특히, 구리(20℃에 있어서의 열전도율이 370W/mㆍK), 알루미늄(20℃에 있어서의 열전도율이 204W/mㆍK), 텅스텐 20℃에 있어서의 열전도율이 198(W/mㆍK)) 등은 열전도율이 높으므로 바람직하다. 또한, 이들 금속의 표면에 양극 산화 처리하여, 양극 산화 피막을 형성한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 외기로의 방사율을 향상시키기 위하여, 표면을 흑색으로 처리하는 것이 바람직하고, 특히 이 처리를 방열부(91)에 실시하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 실시 형태에 있어서의 방열 부재(70)와 마찬가지로, 방열 부재(90)에 있어서, 방열부(91)의 면적률, 즉, 방열부(91)의 면적을, 캐소드 가스 확산층(15), 바꾸어 말하면 연료 전지 셀(10)과 접촉하고 있는 부분의 면적으로 나눈 값은 0.2 이상인 것이 바람직하다. 또한, 방열부(91)의 면적이라 함은, 연료 전지(1)로부터 외부로 돌출되어 있는 방열부(91)의 표면적을 의미한다. 또한, 이 방열부(91)로부터 보다 많은 열량을 방출하기 위하여, 방열부(91)의 면적률을 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 0.5 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 방열 부재(90)는 캐소드 도전층으로서도 기능하므로, 방열부(91)의 선단은, 예를 들어 회선 기판의 단자에 접속된다. 또한, 방열부(91)는 열교환부로서 기능하므로, 피복 등은 되어 있지 않다.
또한, 방열 부재(90)의 구성은, 상기한 구성에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 방열부(91)에 수직으로 교차하는 방열부(93)를 더 구비한 구성으로 해도 된다. 이에 의해 방열부의 표면적이 증가하고, 열교환이 촉진되어, 열의 방출이 촉진된다. 여기서, 방열 부재(90)에 있어서의 방열부의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기한 방열부의 면적률의 범위에서 적절하게 형상 등을 변경할 수 있다.
또한, 도 3에 도시한 연료 전지(1)와 마찬가지로, 유로(44)의 일부에 펌프를 개재시켜, 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)까지 강제적으로 송액해도 된다.
상기한 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 연료 전지(1)에 따르면, 캐소드(공기극)측에, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부(91)를 갖는 방열 부재(90)를 설치함으로써, 캐소드(공기극)(16)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있어, 캐소드(공기극)(16)의 온도의 과잉 상승을 억제할 수 있다. 이에 의해, 캐소드 촉매층에 있어서의 물의 증기압의 상승을 억제하고, 적당량의 물을 연료 전지 셀 내에 유지하여, 전술한 화학식 1의 내부 개질 반응을 촉진시킬 수 있다. 그로 인해, 연료 전지의 출력의 향상이 도모되고, 또한 장기에 걸쳐서 안정된 출력을 유지할 수 있다. 또한, 캐소드(공기극)(16)의 온도의 과잉 상승을 억제함으로써, 연료 전지 셀(10)을 구성하는 부재나, 연료 전지 셀(10)의 주위에 배치되어 있는 부재의, 열에 의한 변형이나 변질 등을 방지할 수 있다.
또한, 캐소드 도전층을 형성하지 않고, 방열 부재(90)를 캐소드 도전층으로서도 기능시킴으로써, 캐소드 도전층을 적층 배치하지 않는 만큼, 연료 전지(1)의 적층 방향의 두께를 감소시킬 수 있다.
실시예
다음에, 본 발명에 관한 연료 전지가 우수한 출력 특성을 갖는 것을 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다.
실시예 1
실시예 1에서 사용한 연료 전지는, 도 3에 도시한 연료 전지(1)와 동일한 구성을 구비하는 것이므로, 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 연료 전지 셀(10)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
애노드용 촉매 입자(Pt:Ru=1:1)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 애노드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 애노드 가스 확산층(12)으로서의 다공질 카본 페이퍼(40㎜×30㎜의 직사각형)에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 애노드 촉매층(11)을 얻었다.
캐소드용 촉매 입자(Pt)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 캐소드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 캐소드 가스 확산층(15)으로서의 다공질 카본 페이퍼에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 캐소드 촉매층(14)을 얻었다. 또한, 애노드 가스 확산층(12)과, 캐소드 가스 확산층(15)은 동형동대(同形同大)이며, 이들 가스 확산층에 도포된 애노드 촉매층(11) 및 캐소드 촉매층(14)도 동형동대이다.
상기한 바와 같이 제작한 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14) 사이에, 전해질막(17)으로서 두께가 30㎛이고, 함수율이 10 내지 20중량％인 퍼플루오로카본술폰산막(상품명: 나피온(nafion)막, 듀퐁사제)을 배치하고, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14)이 대향하도록 위치를 맞춘 상태에서 핫 프레스를 실시함으로써, 연료 전지 셀(10)을 얻었다.
이 연료 전지 셀(10)의, 캐소드 가스 확산층(15) 상에 방열 부재(70)로서, 두께가 0.05㎜, 외형이 직사각형(46㎜×36㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성된 형상을 갖는 스테인리스판(SUS304, 20℃에 있어서의 열전도율 15W/mㆍK)을 적층하였다.
계속해서, 이 방열 부재(70) 상에, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성된 형상을 갖는 금박을 적층하여, 캐소드 도전층(19)을 형성하였다. 또한, 애노드 가스 확산층(12)에는, 연료 분배층(30)의 구멍에 대응한 위치에 개구를 갖는 금박을 적층하여, 애노드 도전층(18)을 형성하였다. 또한, 전해질막(17)과 애노드 도전층(18) 사이, 전해질막(17)과 방열 부재(70) 사이에는, 각각 고무제로 폭 2㎜의 O링(20)을 끼움 지지하여 밀봉을 실시하였다.
애노드 도전층(18) 및 캐소드 도전층(19)에는, 각각, 연료 전지(1)에서 발생한 전력을 외부로 도출하기 위한, 폭이 5㎜, 길이가 10㎜인 리드부(도시하지 않음)가 설치되어 있지만, 이 리드부는 수지성의 절연 피복으로 덮여 있으므로, 외기와 직접 열교환하는 일은 없다.
또한, 보습층(50)으로서, 두께가 1㎜, 외형이 직사각형(44㎜×34㎜)이고, 투기도가 2초/100㎤(JIS P-8117에 규정된 측정 방법에 의함)이며, 투습도가 2000g/(㎡ㆍ24h)(JIS L-1099 A-1에 규정된 측정 방법에 의함)인 폴리에틸렌제 다공질 필름을 사용하였다. 또한, 외기로부터의 공기는, 이 보습층(50)을 투과하여 캐소드(공기극)(16)에 공급된다.
이 보습층(50) 상에, 외형이 직사각형(44㎜×34㎜)이고, 직경이 3㎜인 원형의 공기 도입구(61)가 균등하게 48개 형성된 두께가 1㎜인 스테인리스판(SUS304)을 배치하여 표면 커버(60)로 하였다.
또한, 펌프(80)로서 스퀴즈 펌프를 사용하여, 유로(44)의 일부를 일정 방향으로 가압하여, 압력을 발생시켜, 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)에 송액하였다. 여기서, 스퀴즈 펌프의 회전수를, 연료 전지(1)에 흐르는 전류에 의해 제어하는 제어 회로를 구성하고, 연료 전지(1)에서 전기 화학 반응을 발생시키는 데 필요한 연료 공급량(전류 1A에 대하여, 1분간당 메탄올의 공급량 3.3㎎)의 1.4배의 연료가 항상 공급되도록 제어하였다.
상기한 연료 전지(1)에 있어서, 방열 부재(70) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은 860.9㎟(40㎜×30㎜-1.5㎜×1.5㎜×π×48개)이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은, 방열부(71)가 외기에 돌출되어 있는 부분(O링보다도 외측의 부분)의 양면 및 측면의 모든 면적이므로, 328.2㎟((46㎜×36㎜-44㎜×34㎜)×2+0.05㎜×(46㎜+36㎜)×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.38이다.
그리고, 온도가 25℃, 상대 습도가 50%인 환경 하에서, 상기한 연료 전지(1)에 순도 99.9중량％의 순메탄올을 상기의 공급량이 되도록 공급하였다. 외부 부하로서의 정전압 전원을 접속하고, 연료 전지(1)의 출력 전압이 0.3V로 일정해지도록, 연료 전지(1)에 흐르는 전류를 제어하고, 이때, 연료 전지(1)로부터 얻어지는 출력 밀도를 측정하였다. 여기서, 연료 전지(1)의 출력 밀도(mW/㎠)라 함은, 연료 전지(1)에 흐르는 전류 밀도(발전부의 면적 1㎠당 전류값(mA/㎠))에 연료 전지(1)의 출력 전압을 곱한 것이다. 또한, 발전부의 면적이라 함은, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14)이 대향하고 있는 부분의 면적이다. 본 실시예에서는, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14)의 면적이 동일하고, 또한 완전하게 대향하고 있으므로, 발전부의 면적은 이들 촉매층의 면적과 동일하다.
표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어져 있다.
실시예 2
실시예 2에서 사용한 연료 전지(1)의 구성은, 방열 부재(70)로서, 두께가 0.05㎜, 외형이 직사각형(50㎜×40㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성된 형상을 갖는 스테인리스판(SUS304, 20℃에 있어서의 열전도율 15W/mㆍK)을 사용한 것 이외는, 실시예 1에서 사용한 연료 전지(1)의 구성과 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(70) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은 1017㎟((50㎜×40㎜-44㎜×34㎜)×2+0.05㎜×(50㎜+40㎜)×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 1.18이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 3
실시예 3에서 사용한 연료 전지(1)에서는, 방열 부재(70)로서, 두께가 0.05㎜, 외형이 직사각형(44㎜×36㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성된 형상을 갖는 스테인리스판(SUS304, 20℃에 있어서의 열전도율 15W/mㆍK)을 사용하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 연료 전지(1)의 주위 중 일부로부터만 방열 부재(70)의 방열부(71)가 돌출되는 구성으로 하였다. 그 이외의 구성 등은, 실시예 1에서 사용된 연료 전지(1)와 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(70) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은 178.4㎟((44㎜×36㎜-44㎜×34㎜)×2+0.05㎜×(44㎜+(36㎜-34㎜)×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.21이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 4
실시예 4에서 사용한 연료 전지(1)의 구성은, 실시예 1에서 사용한 방열 부재(70)의 방열부(71)의 표면을, 샌드 페이퍼(＃100)를 사영하여 표면 조면화 가공한 이외는, 실시예 1에서 사용한 연료 전지(1)의 구성과 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(70) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은, 현미경 관찰의 결과, 가공 전의 2배 정도인 656.4㎟이었다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.76이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 5
실시예 5에서 사용한 연료 전지(1)에서는, 방열 부재(70)로서, 도 5에 도시한, 캐소드 도전층(19)의 주위에 구비되는 구성의 방열 부재를 사용하였다.
방열 부재(70)로서, 캐소드 도전층(19)의 주위에, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(46㎜×36㎜)인 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 사용하였다. 그 이외의 구성 등은, 실시예 1에서 사용된 연료 전지(1)와 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(70) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은 321.6㎟((46㎜×36㎜-44㎜×34㎜)×2+0.01㎜×(46㎜+36㎜)×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.37이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 6
실시예 6에서 사용한 연료 전지(1)는, 도 6에 도시한 연료 전지(1)와 동일한 구성을 구비하는 것이므로, 도 6을 참조하여 설명한다.
여기서는, 방열 부재(90)로서, 도 7에 도시한 바와 같은, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(44㎜×34㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성되고, 일단부 테두리로부터, 폭이 5㎜, 길이가 30㎜인 방열부(91)가 돌출된 형상을 갖는 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 사용하였다. 그리고, 방열 부재(90)를 캐소드 도전층으로서도 기능시켰다. 그 이외의 구성 등은, 실시예 1에서 사용된 연료 전지(1)와 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(90) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(91)의 표면적은, 300.6㎟(5㎜×30㎜×2+0.01㎜×30㎜×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(90)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(91)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.35이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 7
실시예 7에서 사용한 연료 전지(1)에서는, 방열 부재(90)로서, 도 8에 도시한 바와 같은, 실시예 6에서 사용한 방열 부재(90)에, 또한 방열부(91)에 수직으로 교차하는 방열부(93)를 구비한 방열 부재를 사용하였다. 도 8을 참조하여 설명한다.
여기서는, 방열 부재(90)로서, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(44㎜×34㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 직경이 3㎜인 원형의 구멍이 균등하게 48개 형성되고, 일단부 테두리로부터, 폭이 5㎜, 길이가 30㎜인 방열부(91)가 돌출되고, 이 방열부(91)에 수직으로 교차하는, 폭이 5㎜, 길이가 30㎜인 방열부(93)를 구비한 형상을 갖는 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 사용하였다. 여기서, 스폿 용접에 의해 방열부(93)를 방열부(91)에 접합하였다. 그리고, 방열 부재(90)를 캐소드 도전층으로서도 기능시켰다. 그 이외의 구성 등은, 실시예 1에서 사용된 연료 전지(1)와 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재(90) 중, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 860.9㎟이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(91, 93)의 표면적은 551.2㎟((5㎜×30㎜×2+0.01㎜×30㎜×2)×2-5㎜×5㎜×2)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(90)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(91, 93)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.64이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
비교예 1
비교예 1에서 사용한 연료 전지(1)의 구성은, 방열 부재(70)를 설치하지 않는 이외는, 실시예 1에서 사용한 연료 전지(1)의 구성과 동일하게 하였다.
이 경우, 방열 부재를 갖지 않으므로, 캐소드(공기극)(16)로부터의 열은, 보습층(50)을 통하여 표면 커버(60)에 전해지고, 표면 커버(60)로부터 외기로 방출된다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 1에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 비교예 1에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하여 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1의 정리
표 1에, 실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1에 있어서의, 방열부의 면적률, 방열 부재의 열전도율 및 상대 출력 밀도를 나타낸다.
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표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 7에 있어서의 방열 부재를 구비한 연료 전지에 있어서의 출력 밀도는, 비교예 1에 있어서의 방열 부재를 구비하지 않는 연료 전지에 있어서의 출력 밀도보다도 높은 것을 알 수 있었다.
실시예 8
도 9는, 실시예 8에서 사용한 연료 전지(100)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 10은, 실시예 8에서 사용한 연료 전지(100)를 표면 커버(60)측으로부터 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다. 또한, 전술한 연료 전지(1)의 구성과 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
실시예 8에서 사용한 연료 전지(100)에서는, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 단위 연료 전지 셀(10a)을 횡일렬로 배치하여 연료 전지 셀군을 구성하였다. 여기서는, 4개의 단위 연료 전지 셀(10a)을 구비하는 연료 전지(100)를 사용하였다. 또한, 연료 전지(100)에서는, 캐소드 도전층을 형성하지 않고, 방열 부재를 캐소드 도전층으로서도 기능시키는 구성으로 하였다.
우선, 연료 전지 셀군의 제작 방법에 대하여 설명한다.
애노드용 촉매 입자(Pt:Ru=1:1)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 애노드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 애노드 가스 확산층(12)으로서의 다공질 카본 페이퍼(80㎜×10㎜의 직사각형)에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 애노드 촉매층(11)을 얻었다.
캐소드용 촉매 입자(Pt)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 캐소드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 캐소드 가스 확산층(15)으로서의 다공질 카본 페이퍼에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 캐소드 촉매층(14)을 얻었다. 또한, 애노드 가스 확산층(12)과, 캐소드 가스 확산층(15)은 동형동대이며, 이들 가스 확산층에 도포된 애노드 촉매층(11) 및 캐소드 촉매층(14)도 동형동대이다.
상기한 바와 같이 제작한 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14) 사이에, 전해질막(17)으로서 두께가 30㎛이고, 함수율이 10 내지 20중량％인 퍼플루오로카본술폰산막(상품명: 나피온(nafion)막, 듀퐁사제)을 배치하고, 상기한 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(13)을 각 4매씩, 서로 대향시키고, 또한 인접하는 애노드 촉매층(11)끼리의 간격 및 인접하는 캐소드 촉매층(14)끼리의 간격을 1㎜ 형성하여, 각각이 평행이 되도록 위치 정렬을 행하였다. 이 상태에서 핫 프레스를 실시함으로써, 연료 전지 셀군을 얻었다.
각 단위 연료 전지 셀(10a)의, 캐소드 가스 확산층(15) 상에 방열 부재(70)로서, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(90㎜×10㎜, 또한 양단부측에 배치되는 2개의 단위 연료 전지 셀(10a)에 있어서는 90㎜×12㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 한 변의 길이가 3㎜인 정사각형의 구멍이 균등하게 30개 형성된 형상을 갖는 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 적층하였다. 그리고, 방열 부재(70)를 캐소드 도전층으로서도 기능시켰다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 방열 부재(70)의 방열부(71)는 연료 전지(100)의 주위의 2방향으로부터 돌출되어 있다.
계속해서, 애노드 가스 확산층(12)에는, 연료 분배층(30)의 구멍에 대응한 위치에 개구를 갖는 금박을 적층하여, 애노드 도전층(18)을 형성하였다. 또한, 이 애노드 도전층(18)과 방열 부재(70)는, 상기한 4쌍의 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14)이 전기적으로 직렬로 접속되도록, 단위 연료 전지 셀(10a)의 외부에서 배선을 실시하였다. 또한, 전해질막(17)과 애노드 도전층(18) 사이, 전해질막(17)과 방열 부재(70) 사이에는, 각각 고무제로 폭 2㎜의 O링(20)을 끼움 지지하여 밀봉을 실시하였다.
또한, 보습층(50)으로서, 두께가 1㎜, 외형이 직사각형(84㎜×47㎜)이고, 투기도가 2초/100㎤(JIS P-8117에 규정된 측정 방법에 의함)이며, 투습도가 2000g/(㎡ㆍ24h)(JIS L-1099 A-1에 규정된 측정 방법에 의함)인 폴리에틸렌제 다공질 필름을 사용하였다. 또한, 외기로부터의 공기는 이 보습층(50)을 투과하여 캐소드(공기극)(16)에 공급된다.
이 보습층(50) 상에, 외형이 직사각형(84㎜×47㎜)이고, 각 단위 연료 전지(1a)에 대하여, 한 변의 길이가 3㎜인 정사각형의 공기 도입구(61)가 균등하게 30개(전체 120개) 형성된 두께가 1㎜인 스테인리스판(SUS304)을 배치하여 표면 커버(60)로 하였다.
또한, 펌프(80)로서 스퀴즈 펌프를 사용하여, 유로(44)의 일부를 일정 방향으로 가압하여, 압력을 발생시켜, 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)에 송액하였다. 여기서, 스퀴즈 펌프의 회전수를, 연료 전지(100)에 흐르는 전류에 의해 제어하는 제어 회로를 구성하고, 연료 전지(100)에서 전기 화학 반응을 발생하는 데 필요한 연료 공급량(전류 1A에 대하여, 1분간당 메탄올의 공급량 3.3㎎)의 1.4배의 연료가 항상 공급되도록 제어하였다.
상기한 연료 전지(100)에 있어서, 방열 부재(70) 중, 단위 연료 전지 셀(10a)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 2120㎟(80㎜×10㎜×4-3㎜×3㎜×120개)이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은 529.4㎟((10㎜+12㎜)×3㎜×8+((10㎜+12㎜)×0.01㎜×4+3㎜×0.01㎜×16)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.25이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 2에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 2에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 9
도 11은, 실시예 9에서 사용한 연료 전지(100)에 구비되는 방열 부재(90)의 구성을 도시하는 평면도이다.
실시예 9에서 사용한 연료 전지(100)에서는, 실시예 8에서 사용한 방열 부재(70) 대신에, 방열 부재(90)로서, 도 11에 도시하는 바와 같은, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(84㎜×10㎜, 또한 양단부측에 배치되는 2개의 단위 연료 전지 셀(10a)에 있어서는 84㎜×12㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에, 한 변의 길이가 3㎜인 정사각형의 복수의 개구부(92)가 균등하게 30개 형성되고, 일단부 테두리로부터, 폭이 3㎜, 길이가 30㎜인 방열부(91)가 돌출된 형상을 갖는 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 사용하였다. 그리고, 방열 부재(90)를 캐소드 도전층으로서도 기능시켰다. 그 이외의 구성 등은, 실시예 8에서 사용된 연료 전지(100)와 동일하게 하였다.
상기한 연료 전지(100)에 있어서, 방열 부재(90) 중, 단위 연료 전지 셀(10a)에 접촉하고 있는 부분의 면적은 2120㎟(80㎜×10㎜×4-3㎜×3㎜×120개)이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(91)의 표면적은 722.52㎟(((3×30×2+(30+3+30)×0.01)×4)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(90)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(91)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.34이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 2에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 2에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
비교예 2
비교예 2에서 사용한 연료 전지(100)의 구성은, 실시예 8에서 사용한 연료 전지(100)에 있어서, 방열 부재(70)의 방열부(71)를 제거한 구성 이외는, 실시예 8에서 사용한 연료 전지(100)의 구성과 동일하게 하였다. 즉, 비교예 2에서 사용한 연료 전지(100)에서는, 외부와 열교환을 행하는 방열부(71)를 구비하지 않고, 방열 부재(70)를 간단히 캐소드 도전층으로서 기능시켰다.
이 경우, 방열 부재를 갖지 않으므로, 캐소드(공기극)(16)로부터의 열은 보습층(50)을 통하여 표면 커버(60)에 전해지고, 표면 커버(60)로부터 외기로 방출된다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 2에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 비교예 2에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하여 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 8 내지 실시예 9 및 비교예 2의 정리
표 2에, 실시예 8 내지 실시예 9 및 비교예 2에 있어서의, 방열부의 면적률, 방열 부재의 열전도율 및 상대 출력 밀도를 나타낸다.
Figure pct00004
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 8 내지 실시예 9에 있어서의 방열 부재를 구비한 연료 전지에 있어서의 출력 밀도는, 비교예 2에 있어서의 방열 부재를 구비하지 않는 연료 전지에 있어서의 출력 밀도보다도 높은 것을 알 수 있었다.
실시예 10
도 12는 실시예 10에서 사용한 연료 전지(200)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 13은, 실시예 10에서 사용한 연료 전지(200)를 표면 커버(60)측으로부터 보았을 때의 상태를 도시하는 평면도이다. 도 14는, 각 단위 연료 전지 셀(10a) 상에 방열 부재(70)가 적층된 상태를 도시하는 평면도이다. 또한, 전술한 연료 전지(1)의 구성과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
실시예 10에서 사용한 연료 전지(200)에서는, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 단위 연료 전지 셀(10a)을 田자 형상으로 배치하여 연료 전지 셀군을 구성하였다. 여기서는, 4개의 단위 연료 전지(1a)를 구비하는 연료 전지(200)를 사용하였다. 또한, 연료 전지(200)에서는, 캐소드 도전층을 형성하지 않고, 방열 부재를 캐소드 도전층으로서도 기능시키는 구성으로 하였다.
우선, 연료 전지 셀군의 제작 방법에 대하여 설명한다.
애노드용 촉매 입자(Pt:Ru=1:1)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 애노드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 애노드 가스 확산층(12)으로서의 다공질 카본 페이퍼(39.5㎜×21㎜의 직사각형)에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 애노드 촉매층(11)을 얻었다.
캐소드용 촉매 입자(Pt)를 담지한 카본 블랙에, 프로톤 전도성 수지로서 퍼플루오로카본술폰산 용액과, 분산매로서 물 및 메톡시프로판올을 첨가하고, 캐소드용 촉매 입자를 담지한 카본 블랙을 분산시켜 페이스트를 제조하였다. 얻어진 페이스트를 캐소드 가스 확산층(15)으로서의 다공질 카본 페이퍼에 도포함으로써, 두께가 100㎛인 캐소드 촉매층(14)을 얻었다. 또한, 애노드 가스 확산층(12)과, 캐소드 가스 확산층(15)은 동형동대이며, 이들 가스 확산층에 도포된 애노드 촉매층(11) 및 캐소드 촉매층(14)도 동형동대이다.
상기한 바와 같이 제작한 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14) 사이에, 전해질막(17)으로서 두께가 30㎛로, 함수율이 10 내지 20중량％인 퍼플루오로카본술폰산막(상품명: 나피온(nafion)막, 듀퐁사제)을 배치하였다. 또한, 상기한 애노드 촉매층(11) 및 캐소드 촉매층(13)은, 각 4매씩, 서로 대향시켜 田자 형상으로 배치되고, 또한 인접하는 애노드 촉매층(11)끼리의 간격 및 인접하는 캐소드 촉매층(14)끼리의 간격을 1㎜ 형성하여, 각각이 평행해지도록 위치 정렬되었다. 이 상태에서 핫 프레스를 실시함으로써, 연료 전지 셀군을 얻었다.
각 단위 연료 전지 셀(10a)의, 캐소드 가스 확산층(15) 상에 방열 부재(70)로서, 두께가 0.01㎜, 외형이 직사각형(43.5㎜×25㎜)이고, 표면 커버(60)와 같은 위치에 한 변의 길이가 3㎜인 정사각형의 구멍이 균등하게 28개 형성된 형상을 갖는 금박(20℃에 있어서의 열전도율이 295W/mㆍK)을 적층하였다. 여기서, 도 14 도시한 바와 같이, 田자 형상으로 배치된 각 단위 연료 전지 셀(10a)의 캐소드 가스 확산층(15)에 있어서의, 田자 형상의 중앙측이 되는 직행하는 2변에, 방열 부재(70)의 직행하는 2변을 일치시켜 적층하였다. 이에 의해, 田자 형상으로 배치된 각 단위 연료 전지 셀(10a)의 외주부로부터 돌출되는 방열 부재(70), 즉 방열부(71)를 형성하기 위하여 영역을 크게 취할 수 있다. 또한, 방열 부재(70)를 캐소드 도전층으로서도 기능시켰다.
계속해서, 애노드 가스 확산층(12)에는, 연료 분배층(30)의 구멍에 대응한 위치에 개구를 갖는 금박을 적층하여, 애노드 도전층(18)을 형성하였다. 또한, 이 애노드 도전층(18)과 방열 부재(70)는, 상기한 4쌍의 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(13)이 전기적으로 직렬로 접속되도록, 단위 연료 전지 셀(10a)의 외부에서 배선을 실시하였다. 또한, 전해질막(17)과 애노드 도전층(18) 사이, 전해질막(17)과 방열 부재(70) 사이에는, 각각 고무제로 폭 2㎜의 O링(20)을 끼움 지지하여 밀봉을 실시하였다.
또한, 보습층(50)으로서, 두께가 1㎜, 외형이 직사각형(84㎜×47㎜)이고, 투기도가 2초/100㎤(JIS P-8117에 규정된 측정 방법에 의함)이며, 투습도가 2000g/(㎡ㆍ24h)(JIS L-1099 A-1에 규정된 측정 방법에 의함)의 폴리에틸렌제 다공질 필름을 사용하였다. 또한, 외기로부터의 공기는 이 보습층(50)을 투과하여 캐소드(공기극)(16)에 공급된다.
이 보습층(50) 상에, 외형이 직사각형(84㎜×47㎜)이고, 각 단위 연료 전지(1a)에 대하여, 한 변의 길이가 3㎜인 정사각형의 공기 도입구(61)가 균등하게 28개(전체 112개)로 형성된 두께가 1㎜인 스테인리스판(SUS304)을 배치하여 표면 커버(60)로 하였다.
또한, 펌프(80)로서 스퀴즈 펌프를 사용하여, 유로(44)의 일부를 일정 방향으로 가압하여, 압력을 발생시켜, 연료 수용부(41)에 수용된 액체 연료(F)를 연료 공급부(43)에 송액하였다. 여기서, 스퀴즈 펌프의 회전수를, 연료 전지(200)에 흐르는 전류에 의해 제어하는 제어 회로를 구성하고, 연료 전지(200)에서 전기 화학 반응을 발생하는 데 필요한 연료 공급량(전류 1A에 대하여, 1분간당 메탄올의 공급량 3.3㎎)의 1.4배의 연료가 항상 공급되도록 제어하였다.
상기한 연료 전지(200)에 있어서, 방열 부재(70) 중, 단위 연료 전지 셀(10a)에 접촉하고 있는 부분의 면적은, 2310㎟(39.5㎜×21㎜×4-3㎜×3㎜×112개)이다. 한편, 외기와 직접 열교환하는 방열부(71)의 표면적은 1066.9㎟(((43.5×25-41.5×23)×2+(2+25+43.5+2)×0.01)×4)이다. 이들 면적으로부터, 방열 부재(70)에 있어서, 연료 전지 셀(10)에 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 방열부(71)의 면적의 비율인 방열부의 면적률은 0.46이다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 3에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 후술하는 비교예 3에 있어서의 출력 밀도를 100으로 하였을 때의, 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
비교예 3
비교예 3에서 사용한 연료 전지(200)의 구성은, 실시예 8에서 사용한 연료 전지(200)에 있어서, 방열 부재(70)의 방열부(71)를 제거한 구성 이외는, 실시예 10에서 사용한 연료 전지(200)의 구성과 동일하게 하였다. 즉, 비교예 2에서 사용한 연료 전지(200)에서는, 외부와 열교환을 행하는 방열부(71)를 구비하지 않고, 방열 부재(70)를 간단히 캐소드 도전층으로서 기능시켰다.
이 경우, 방열 부재를 갖지 않으므로, 캐소드(공기극)(16)로부터의 열은, 보습층(50)을 통하여 표면 커버(60)에 전해지고, 표면 커버(60)로부터 외기로 방출된다.
또한, 출력 밀도의 측정 방법, 측정 조건 및 산출 방법 등은, 실시예 1에 있어서의 것과 동일하다. 표 3에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 여기서는, 비교예 3에 있어서의 출력 밀도를 100으로서 상대 출력 밀도가 나타내어지고 있다.
실시예 10 및 비교예 3의 정리
표 3에, 실시예 10 및 비교예 3에 있어서의, 방열부의 면적률, 방열 부재의 열전도율 및 상대 출력 밀도를 나타낸다.
Figure pct00005
표(3)에 나타낸 바와 같이, 실시예 10에 있어서의 방열 부재를 구비한 연료 전지에 있어서의 출력 밀도는, 비교예 3에 있어서의 방열 부재를 구비하지 않는 연료 전지에 있어서의 출력 밀도보다도 높은 것을 알 수 있었다.
또한, 실시 단계에서는 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 나타내어지는 복수의 구성 요소를 적절하게 조합하거나, 또한 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소를 삭제하는 등, 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 실시 형태는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 확장 혹은 변경할 수 있고, 이 확장, 변경한 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 형태에 관한 연료 전지에 따르면, 캐소드(공기극)측에, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부를 갖는 방열 부재를 설치함으로써, 캐소드(공기극)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다. 이에 의해, 캐소드 촉매층에 있어서의 물의 증기압의 상승을 억제하여 적당량의 물을 연료 전지 셀 내에 유지하여, 캐소드(공기극)의 온도의 과잉 상승을 억제할 수 있는 연료 전지를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 형태에 관한 연료 전지는, 예를 들어 액체 연료 직접 공급형의 연료 전지 등에 유효하게 이용된다.
1: 연료 전지
10: 연료 전지 셀
11: 애노드 촉매층
12: 애노드 가스 확산층
13: 애노드(연료극)
14: 캐소드 촉매층
15: 캐소드 가스 확산층
16: 캐소드(공기극)
17: 전해질막
18: 애노드 도전층
19: 캐소드 도전층
20: O링
30: 연료 분배층
31: 개구부
40: 연료 공급 기구
41: 연료 수용부
42: 연료 공급부 본체
43: 연료 공급부
44: 유로
50: 보습층
60: 표면 커버
61: 공기 도입구
70: 방열 부재
71: 방열부
F: 액체 연료

Claims (7)

  1. 연료극과, 공기극과, 상기 연료극과 상기 공기극에 끼움 지지된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체와,
    상기 막 전극 접합체의 상기 연료극측에 배치되고, 상기 연료극에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 기구와,
    상기 막 전극 접합체의 상기 공기극측에 배치되고, 상기 공기극에서 생성된 물을 함침하는 보습층과,
    상기 막 전극 접합체에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한, 외부로 돌출시켜 설치된 방열부를 갖는 방열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재의 적어도 일부가, 상기 막 전극 접합체를 구성하는 적어도 상기 공기극에 접촉시켜 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재의 적어도 일부가, 상기 막 전극 접합체의 상기 공기극에 적층하여 형성된 도전층에 접촉시켜 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재의 방열부의 일부가, 연료 전지의 외장으로부터 외부에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지의 외장의 적어도 일부가 열전도성을 갖는 재료로 구성되고, 상기 방열 부재의 방열부의 일부가, 상기 열전도성을 갖는 외장의 일부에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  6. 제2항에 있어서, 상기 방열 부재에 있어서, 상기 막 전극 접합체와 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 외부로 돌출시켜 설치된 상기 방열부의 면적의 비율이 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  7. 제3항에 있어서, 상기 방열 부재에 있어서, 상기 공기극에 적층하여 형성된 도전층과 접촉하고 있는 부분의 면적에 대한, 외부로 돌출시켜 설치된 상기 방열부의 면적의 비율이 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2982085B1 (fr) * 2011-10-28 2014-05-16 Commissariat Energie Atomique Systeme electrochimique type electrolyseur ou pile a combustible haute temperature a gestion thermique amelioree
US20140367073A1 (en) * 2011-12-20 2014-12-18 Osmotex Ag Liquid transport membrane
US8846261B2 (en) * 2012-06-28 2014-09-30 Societe Bic System for controlling temperature in a fuel cell
US20220088288A1 (en) * 2018-12-26 2022-03-24 Kci Licensing, Inc. Piezoelectric pump adapter for negative-pressure therapy
CN115000470B (zh) * 2022-08-02 2022-11-11 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 燃料电池温控系统及其温控方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10162842A (ja) * 1996-11-29 1998-06-19 Matsushita Electric Works Ltd 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック
WO2000014819A1 (fr) * 1998-09-04 2000-03-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Systeme de cellule a combustible du type a polymere solide
JP4292368B2 (ja) * 2002-12-12 2009-07-08 ソニー株式会社 燃料電池及びこれを搭載した電子機器
WO2004079838A2 (ja) * 2003-03-05 2004-09-16 Sony Corporation セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法
WO2005112172A1 (ja) 2004-05-14 2005-11-24 Kabushiki Kaisha Toshiba 燃料電池
CN101147292A (zh) * 2005-03-23 2008-03-19 株式会社东芝 燃料电池
KR100696681B1 (ko) * 2005-07-05 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 스택 및 이를 포함하는 연료 전지 장치
JP2007095558A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Toshiba Corp 燃料電池

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Publication number Publication date
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