WO2008035667A1 - Pile à combustible, système de pile à combustible et dispositif électronique - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a fuel cell such as a direct methanol fuel cell (DMFC) in which methanol is directly supplied to a fuel electrode for reaction, a fuel cell system using the fuel cell, and an electronic device.
- DMFC direct methanol fuel cell
- the energy density is the amount of energy stored per unit mass of the battery
- the power density is the amount of output per unit mass of the battery.
- Lithium ion secondary batteries have two characteristics of relatively high energy density and extremely high power density, and since they are highly complete, they are widely used as power sources for mobile devices. However, in recent years, the power consumption of mopile devices tends to increase as performance increases, and further improvements in energy density and output density are required for lithium ion secondary batteries.
- the solutions include changing the electrode materials constituting the positive electrode and the negative electrode, improving the application method of the electrode material, improving the encapsulation method of the electrode material, etc., and improving the energy density of the lithium ion secondary battery. Research is underway. However, the dollar for commercialization is still high. In addition, unless the constituent materials used in current lithium ion secondary batteries change, it is difficult to expect significant improvements in energy density.
- a fuel cell has a configuration in which an electrolyte is disposed between an anode (fuel electrode) and a force sword (oxygen electrode). Fuel is supplied to the fuel electrode, and air or oxygen is supplied to the oxygen electrode. It is. As a result, an oxidation-reduction reaction occurs in which the fuel is oxidized by oxygen at the fuel electrode and the oxygen electrode, and a part of the chemical energy of the fuel is converted into electric energy and taken out.
- fuel electrode fuel electrode
- oxygen electrode oxygen electrode
- PEFC polymer electrolyte fuel cell
- AF C alkaline electrolyte fuel cells
- PAFCs phosphoric acid fuel cells
- MCFCs molten carbonate fuel cells
- COFC solid oxide fuel cell
- PEFC polymer electrolyte fuel cell
- PEFC can be operated at a lower temperature than other types, for example, about 30 ° C to 130 ° C.
- Various flammable substances such as hydrogen and methanol can be used as fuel for the fuel cell.
- gaseous fuels such as hydrogen are not suitable for miniaturization because they require storage cylinders.
- liquid fuel such as methanol is advantageous in that it is easy to store.
- DMFC has the advantage that it does not require a reformer to extract hydrogen from the fuel, simplifies the configuration, and facilitates downsizing.
- fuel methanol is usually supplied to a fuel electrode as a low-concentration or high-concentration aqueous solution or in the form of pure methanol gas, and is oxidized to carbon dioxide in the catalyst layer of the fuel electrode. Is done. Protons generated at this time move to the oxygen electrode through the electrolyte membrane separating the fuel electrode and the oxygen electrode, and react with oxygen at the oxygen electrode to produce water.
- the reaction that takes place at the fuel electrode, oxygen electrode, and DMFC as a whole is expressed as follows.
- the energy density of methanol which is a fuel of DMFC, is theoretically 4 ⁇ 8kW / L, which is more than 10 times the energy density of a general lithium ion secondary battery.
- Fuel cells that use methanol as a fuel have many possibilities to surpass the energy density of lithium ion secondary batteries. From the above, DMFC is most likely to be used as an energy source for mopile equipment and electric vehicles among various fuel cells.
- the DMFC has a problem in that although the theoretical voltage is 1.23V, the output voltage when the power is actually generated falls to about 0.6V or less. Output power
- the pressure drop is caused by the voltage drop caused by the internal resistance of the DMFC.
- DMF C the resistance caused by the reaction that occurs at both electrodes, the resistance that accompanies the movement of the substance, and the proton that moves when the electrolyte moves There are internal resistances such as resistance and contact resistance.
- the energy that can actually be extracted as electrical energy from the oxidation of methanol is expressed by the product of the output voltage at the time of power generation and the amount of electricity flowing through the circuit. The energy that can be taken out is reduced accordingly. Note that the amount of electricity that can be extracted into the circuit by methanol oxidation is proportional to the amount of methanol in the DMFC if the total amount of methanol is oxidized at the fuel electrode according to chemical formula 1.
- DMFC also has a problem of methanol crossover.
- Methanol crossover is a phenomenon in which methanol diffuses and moves due to the difference in methanol concentration between the fuel electrode side and oxygen electrode side, and hydrated methanol is transported by water movement caused by proton movement. It is a phenomenon in which methanol permeates the electrolyte membrane from the fuel electrode side and reaches the oxygen electrode side by two mechanisms, the electroosmosis phenomenon.
- the permeated methanol is oxidized in the catalyst layer of the oxygen electrode.
- the methanol oxidation reaction on the oxygen electrode side is the same as the oxidation reaction on the fuel electrode side described above, but causes the output voltage of the DMFC to decrease (for example, see Non-Patent Document 1).
- methanol is not used for power generation on the fuel electrode side and is wasted on the oxygen electrode side, the amount of electricity that can be taken out by the circuit is reduced accordingly.
- the catalyst layer of the oxygen electrode is not a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) alloy catalyst but a platinum (Pt) catalyst, carbon monoxide (CO) is adsorbed on the catalyst surface and the catalyst is immediately poisoned. Inconvenience such as the occurrence of.
- DMFC has two problems: voltage drop caused by internal resistance and methanol crossover, and waste of fuel due to methanol crossover. These are the causes that reduce the power generation efficiency of DMFC. It has become. Therefore, in order to increase the power generation efficiency of DMFC, research and development to improve the properties of the materials that make up DMFC and research and development to optimize the operating conditions of DMFC are being conducted energetically.
- the research for improving the characteristics of the material constituting the DMFC includes those related to the electrolyte membrane and the catalyst on the fuel electrode side.
- electrolyte membranes currently polyperfu A fluoroalkyl sulfonic acid resin membrane (“Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont) is generally used! /, But higher than this! /, Proton conductivity and high! /, Methanol permeation Fluorine polymer membranes, hydrocarbon polymer electrolyte membranes, or hydrogen-based electrolyte membranes are being investigated as having blocking performance.
- the catalyst on the fuel electrode side research and development of a catalyst that is more active than the platinum (Pt) -ruthenium (Ru) alloy catalyst that is generally used at present is being carried out.
- Non-Patent Document 1 “Commentary Fuel Cell System”, Ohm, p. 66
- Non-Patent Document 2 "Journal of the American Chemical Society", 2005, Vol. 127, No. 48, p. 16758-16759
- Patent Document 1 US Patent Application Publication No. 2004/0072047
- Patent Document 2 US Patent Application Publication No. 2006/0088744
- Non-Patent Document 2 and Patent Document 1 a fuel cell (laminar flow) using laminar flow (laminar flow; 1 ⁇ inar flow) is not possible to solve problems using conventional methods such as electrolyte membrane development. Fuel cell). Lamina-flow fuel cells are said to be able to solve problems such as flooding, moisture management, and fuel crossover at the oxygen electrode.
- a condition where laminar flow occurs is a low Reynolds Number (Re) force S.
- the force lesbian number is the ratio of the inertia term to the viscosity term and is expressed by the following equation (1). In general, if Re is less than 2000, the flow is laminar! /, Broken! /.
- the laminar flow fuel cell uses a micro flow channel. Two or more types in the microchannel
- the upper fluid flows in a laminar flow.
- the fluid since the fluid has a laminar flow property, the fluid flows without forming an interface.
- a fuel electrode and an oxygen electrode are attached to the walls in the flow path, and a liquid consisting of fuel and electrolyte and water containing oxygen or a liquid containing only electrolyte if the oxygen electrode is porous are circulated in a laminar flow By doing so, continuous power generation is possible.
- the laminar interface plays a role like an electrolyte membrane, and ionic contact occurs. Therefore, this structure eliminates the need for an electrolyte membrane, and a decrease in power generation efficiency due to the deterioration of the electrolyte membrane of conventional fuel cells can be ignored.
- the fluid flowing in the microchannel is affected by gravity.
- the liquid with high density occupies the lower part in the microchannel, and the liquid with low density occupies the upper part.
- the position of the electrode cannot be reversed by turning the fuel cell upside down. Because even if the position of the electrode is reversed, the fluid flowing in the laminar flow is always affected by gravity, so as long as the density of the fluid does not change, the positional relationship of the fluid forming the laminar flow does not change, and the oxygen electrode This is because there is a great risk of contact with a fluid containing fuel.
- Patent Document 2 proposes to insert a porous separator between the fuel electrode and the oxygen electrode in the microchannel.
- the laminar flow fuel cell is characterized by the fact that the laminar flow interface is regarded as a separation membrane (electrolyte membrane) and the separation membrane is unnecessary, but the existence of a porous separator is a major contradiction. I was caught.
- the resistance factor depends only on the resistance of the fluid and the distance between the electrodes. By inserting a porous separator, the resistance factor has increased by one.
- the present invention has been made in view of power and problems, and an object of the present invention is to eliminate the influence of gravity with a simple configuration and to suppress crossover and obtain a high energy density.
- a fuel cell, a fuel cell system using the fuel cell, and an electronic device are provided.
- a fuel cell according to the present invention has a fuel electrode and an oxygen electrode arranged to face each other, and is provided between the fuel electrode and the oxygen electrode, and is used to circulate a first fluid containing an electrolyte.
- the desulfurization flow path and a fuel flow path that is provided on the opposite side of the fuel electrode from the oxygen electrode and distributes the second fluid containing fuel are provided.
- a fuel cell system is based on a fuel cell in which a fuel electrode and an oxygen electrode are arranged to face each other, a measurement unit that measures the operating state of the fuel cell, and a measurement result by the measurement unit! And a control unit for determining the operating conditions of the fuel cell, and the fuel cell is constituted by the fuel cell of the present invention!
- the fuel electrode is provided between the electrolyte flow path and the fuel flow path, so the first fluid containing the electrolyte in the fuel electrode. And a function as a separation membrane separating the second fluid containing fuel. Therefore, even if a conventional porous separator is not provided, the positional relationship of the first and second fluids with respect to the fuel electrode is maintained, and power generation is possible without depending on the fixed position of the fuel cell.
- the fuel contained in the second fluid is passed through the fuel electrode without being reacted, and further, a certain flow velocity is generated during power generation.
- An electronic device of the present invention includes a fuel cell in which a fuel electrode and an oxygen electrode are arranged to face each other, and the fuel cell is constituted by the fuel cell of the present invention.
- the electronic device of the present invention includes the high energy density fuel cell according to the present invention, it is possible to cope with multi-function and high performance accompanied by an increase in power consumption.
- the fuel electrode since the fuel electrode is provided between the electrolyte flow path and the fuel flow path, the fuel electrode includes the first electrolyte. of It provides a function as a separation membrane that separates the fluid from the second fluid containing fuel, and can eliminate the influence of gravity without the need for a porous separator like the conventional laminar flow fuel cell. Crossover can be suppressed and high energy density can be obtained. In addition, it is a highly flexible and simple configuration that can be incorporated from a mopile device to a large device. Especially, if it is used in a multifunctional / high performance electronic device with large power consumption, it can take advantage of the high energy density characteristics and is suitable. is there.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electronic device including a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the fuel cell shown in FIG.
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between the methanol concentration at the fuel electrode and the amount of methanol crossover.
- FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram showing the results of an example of the present invention.
- FIG. 6 is a diagram showing the results of an example of the present invention.
- FIG. 7 is a diagram showing the results of an example of the present invention.
- FIG. 1 shows a schematic configuration of an electronic apparatus having the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
- This electronic device is, for example, a mobile phone, a mobile device such as a PDA (Personal Digital Assistant), or a notebook PC (Personal Computer).
- the fuel cell system 1 and the fuel cell system It is equipped with an external circuit (load) 2 that is driven by electrical energy generated by 1!
- the fuel cell system 1 determines, for example, the fuel cell 110, the measurement unit 120 that measures the operating state of the fuel cell 110, and the operation condition of the fuel cell 110 based on the measurement result of the measurement unit 120. And a control unit 130.
- the fuel cell system 1 also includes an electrolyte that supplies sulfuric acid, for example, as the first fluid F1 containing the electrolyte to the fuel cell 110.
- As the second fluid F2 containing fuel for example, a fuel supply unit 150 for supplying methanol is provided.
- FIG. 2 shows the configuration of the fuel cell 110 shown in FIG.
- the fuel cell 110 is a so-called direct methanol flow based fuel cell (DMFFC), and has a configuration in which a fuel electrode (anode) 10 and an oxygen electrode (force sword) 20 are arranged to face each other. Have. Between the fuel electrode 10 and the oxygen electrode 20, there is provided an electrolyte flow path 30 through which the first fluid F1 containing the electrolyte flows. A fuel flow path 40 through which the second fluid F2 containing fuel is circulated is provided outside the fuel electrode 10, that is, on the side opposite to the oxygen electrode 20.
- DMFFC direct methanol flow based fuel cell
- the fuel electrode 10 has a function as a separation membrane that separates the first fluid F1 containing the electrolyte from the second fluid F2 containing the fuel, and has a simple configuration. In addition to eliminating the influence of gravity, the crossover can be suppressed and high energy density can be obtained.
- the fuel electrode 10 has a configuration in which a catalyst layer 11, a diffusion layer 12, and a current collector 13 are laminated in order from the oxygen electrode 20 side, and is housed in an exterior member 14.
- the oxygen electrode 20 has a configuration in which a catalyst layer 21, a diffusion layer 22, and a current collector 23 are stacked in order from the fuel electrode 10 side, and is housed in an exterior member 24.
- the oxygen electrode 20 is supplied with air, that is, oxygen through the exterior member 24.
- the catalyst layers 11 and 21 are made of a simple substance or an alloy of a metal such as palladium (Pd), platinum (Pt), iridium), rhodium (Rh) and ruthenium (Ru) as a catalyst.
- the catalyst layers 11 and 21 may contain a proton conductor and a binder.
- the proton conductor include the above-mentioned polyperfluoroalkyl sulfonic acid resin (“Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont) or other resins having proton conductivity.
- the solder layer maintains the strength and flexibility of the catalyst layers 11 and 21.
- resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.
- the diffusion layers 12 and 22 are made of, for example, carbon cloth, carbon paper, or carbon sheet. Diffusion layers 12 and 22 are water repellent treated with polytetrafluoroethylene (PTFE)!
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the current collectors 13 and 23 are made of, for example, titanium (Ti) mesh.
- the exterior members 14 and 24 have a thickness of 2 ⁇ Omm, for example, and are made of a generally available material such as a titanium (Ti) plate, but the material is not particularly limited. In addition, it is desirable that the thickness of the exterior members 14 and 24 is as small as possible.
- the electrolyte flow path 30 and the fuel flow path 40 are formed by forming a fine flow path by processing a resin sheet, for example, and are bonded to the fuel electrode 10.
- the number of flow paths is not limited.
- the width, height and length of the channel are not particularly limited, but are preferably smaller.
- the electrolyte flow path 30 is connected to an electrolyte supply unit 140 (not shown in FIG. 2, see FIG. 1) via an electrolyte inlet 24A and an electrolyte outlet 24B provided in the exterior member 24.
- the first fluid F1 containing the electrolyte is supplied from the electrolyte supply unit 140.
- the fuel flow path 40 is connected to a fuel supply unit 150 (not shown in FIG. 2; refer to FIG. 1) via a fuel inlet 14A and a fuel outlet 14B provided in the exterior member 14.
- the second fluid F2 containing fuel is supplied from the section 150.
- the measurement unit 120 shown in FIG. 1 measures the operating voltage and operating current of the fuel cell 110.
- the measuring unit 120 measures the operating voltage of the fuel cell 110 and the operating current.
- a current measurement circuit 122 for measuring and a communication line 123 for sending the obtained measurement result to the control unit 130 are provided.
- the control unit 130 shown in FIG. 1 controls an electrolyte supply parameter and a fuel supply parameter as operating conditions of the fuel cell 110 based on the measurement result of the measurement unit 120.
- the control unit 130 A storage unit 132, a communication unit 133, and a communication line 134.
- the electrolyte supply parameter includes, for example, the supply flow rate of the fluid F1 containing the electrolyte.
- the fuel supply parameter is, for example, the supply of fluid F2 containing fuel The flow rate and the supply amount are included, and the supply concentration may be included as necessary.
- the control unit 130 can be configured by a microcomputer, for example.
- the calculation unit 131 calculates the output of the fuel cell 110 from the measurement result obtained by the measurement unit 120, and sets the electrolyte supply parameter and the fuel supply parameter. Specifically, the arithmetic unit 131 averages the anode potential, force sword potential, output voltage, and output current sampled at regular intervals from various measurement results input to the storage unit 132, and calculates the average anode potential, average The power sword potential, average output voltage, and average output current are calculated and input to the storage unit 132, and various average values stored in the storage unit 132 are compared with each other to determine the electrolyte supply parameter and the fuel supply parameter. It has become.
- the storage unit 132 stores various measurement values sent from the measurement unit 120, various average values calculated by the calculation unit 131, and the like.
- the communication unit 133 receives the measurement result from the measurement unit 120 via the communication line 123 and inputs the measurement result to the storage unit 132, and the electrolyte is supplied to the electrolyte supply unit 140 and the fuel supply unit 150 via the communication line 134. It has a function of outputting signals for setting supply parameters and fuel supply parameters, respectively.
- the electrolyte supply unit 140 shown in FIG. 1 includes an electrolyte storage unit 141, an electrolyte supply adjustment unit 142, an electrolyte supply line 143, and a separation chamber 144.
- the electrolyte storage unit 141 stores the first fluid F1 containing the electrolyte, and is configured by, for example, a tank or a cartridge.
- the electrolyte supply adjusting unit 142 adjusts the supply flow rate of the first fluid F1 containing the electrolyte.
- the electrolyte supply adjustment unit 142 is not particularly limited as long as it can be driven by a signal from the control unit 130.
- the electrolyte supply adjustment unit 142 includes a valve driven by a motor or a piezoelectric element, or an electromagnetic pump. Being!
- the separation chamber 144 is for separating the methanol because the first fluid F1 containing the electrolyte that has come out of the electrolyte outlet 24B may contain a small amount of methanol.
- the separation chamber 144 is provided near the electrolyte outlet 24B, and has a mechanism for removing a filter or methanol by combustion, reaction, or evaporation as a methanol separation mechanism.
- the fuel supply unit 150 shown in FIG. 1 includes a fuel storage unit 151, a fuel supply adjustment unit 152, and a fuel. Supply line 153.
- the fuel storage unit 151 stores the second fluid F2 containing fuel, and is composed of, for example, a tank or a cartridge.
- the fuel supply adjustment unit 152 adjusts the supply flow rate and supply amount of the second fluid F2 containing fuel.
- the fuel supply adjustment unit 152 is not particularly limited as long as it can be driven by a signal from the control unit 130.
- the fuel supply adjustment unit 152 includes a valve driven by a piezoelectric element or an electromagnetic pump.
- the fuel supply unit 150 may include a concentration adjusting unit (not shown) that adjusts the supply concentration of the second fluid F2 containing fuel.
- concentration adjusting unit can be omitted when pure (99.9%) methanol is used as the second fluid F2 containing fuel, and can be made more compact.
- the fuel cell system 1 can be manufactured, for example, as follows.
- the catalyst layer 11 of the fuel electrode 10 is formed by mixing the solution with a predetermined ratio.
- the catalyst layer 11 is thermocompression bonded to the diffusion layer 12 made of the above-described material.
- the current collector 13 made of the above-described material is thermocompression bonded using a hot-melt adhesive or an adhesive resin sheet to form the fuel electrode 10.
- rNafion polyperfluoroalkylenosulfonic acid resin manufactured by DuPont
- the catalyst layer 21 of the oxygen electrode 20 is formed.
- the catalyst layer 21 is thermocompression bonded to the diffusion layer 22 made of the above-described material.
- the current collector 23 made of the above-described material is thermocompression bonded using a hot-melt adhesive or an adhesive resin sheet to form the oxygen electrode 20.
- an adhesive resin sheet is prepared, and a flow path is formed in the resin sheet to produce the electrolyte flow path 30 and the fuel flow path 40, and thermocompression bonding is performed on both sides of the fuel electrode 10.
- the exterior members 14 and 24 made of the above-described material are produced, and the exterior member 14 is provided with a fuel inlet 14A and a fuel outlet 14B made of, for example, a resin joint, and the exterior member 24 has For example, an electrolyte inlet 24A and an electrolyte outlet 24B made of a resin joint are provided.
- the fuel electrode 10 and the oxygen electrode 20 are connected to each other through the electrolyte flow path 30 between them.
- the roads 40 are arranged outside so as to face each other and are stored in the exterior members 14 and 24. As a result, the fuel cell 110 shown in FIG. 2 is completed.
- the fuel cell 110 is incorporated in a system having the measurement unit 120, the control unit 130, the electrolyte supply unit 140, and the fuel supply unit 150 having the above-described configuration, and the fuel inlet 14A and the fuel outlet 14B and the fuel supply are provided.
- the part 150 is connected with a fuel supply line 153 made of, for example, a silicone tube, and the electrolyte inlet 24A and the electrolyte outlet 24B are connected to the electrolyte supply part 140 with an electrolyte supply line 143 made of, for example, a silicone tube.
- the fuel fluid 10 is supplied with the second fluid F2 containing fuel, and generates protons and electrons by the reaction.
- the protons move to the oxygen electrode 20 through the first fluid F1 containing the electrolyte, and react with the electrons and oxygen to produce water.
- the reaction that takes place in the fuel electrode 10, the oxygen electrode 20, and the fuel cell 110 as a whole is expressed as follows.
- part of the chemical energy of methanol, which is the fuel is converted into electric energy, current is extracted from the fuel cell 110, and the external circuit 2 is driven.
- the carbon dioxide generated at the fuel electrode 10 and the water generated at the oxygen electrode 20 are removed by flowing together with the first fluid F1 containing the electrolyte.
- Fuel electrode 10 CH OH + H 0 ⁇ CO + 6e— + 6H +
- Oxygen electrode 20 (3/2) O + 6e— + 6H + ⁇ 3H O
- Fuel cell 110 overall: CH OH + (3/2) 0 ⁇ CO + 2H O
- the control unit 130 sets the operating conditions of the fuel cell 110 as described above. Control of the electrolyte supply parameter and the fuel supply parameter is performed. The measurement by the measurement unit 120 and the parameter control by the control unit 130 are frequently repeated, and the supply state of the first fluid Fife containing the electrolyte and the second fluid F2 containing the fuel following the characteristic variation of the fuel cell 110 Is optimized.
- the fuel electrode 10 is provided between the electrolyte channel 40 and the fuel channel 30, the first fluid F1 containing the electrolyte and the second fluid containing the fuel are provided in the fuel electrode 10.
- Fluid F2 A function as a separation membrane is provided. Therefore, the positional relationship between the first and second fluids Fl and F2 with respect to the fuel electrode 10 is maintained without providing a porous separator as in the conventional laminar flow fuel cell, and the fuel cell 110 is in a fixed position. Power generation is possible without depending on
- the fuel contained in the second fluid F2 passes through the pores of the fuel electrode 10 while remaining unreacted.
- the first fluid F1 which contains electrolyte that is always flowing at a certain flow rate. Since the fuel electrode 10 is provided between the electrolyte channel 40 and the fuel channel 30, almost all the fuel reacts when passing through the pores of the fuel electrode 10. Even if the fuel passes through the fuel electrode 10 in an unreacted state, it is carried out of the fuel cell 110 by the first fluid F1 containing the electrolyte before penetrating into the oxygen electrode 20. Therefore, fuel crossover is remarkably suppressed. Therefore, the amount of fuel that is not used for power generation can be greatly reduced, and the high energy density characteristic that is the strength of the original fuel cell is utilized.
- a high-concentration methanol aqueous solution or pure methanol is used to take advantage of the high energy density that is characteristic of the fuel cell.
- the methanol concentration at the fuel electrode was too high.
- the methanol crossover amount increases as the methanol concentration at the fuel electrode increases. Therefore, in the past, the waste of fuel due to an increase in crossover, and the power generation characteristics have greatly deteriorated due to a decrease in output voltage! /.
- the fuel electrode is provided between the electrolyte channel 30 and the fuel channel 40.
- the fuel electrode 10 functions as a separation membrane that separates the first fluid F1 containing the electrolyte and the second fluid F2 containing the fuel.
- the effect of gravity can be eliminated without providing a porous separator such as a battery, and a high energy density can be obtained by suppressing crossover.
- it is a highly flexible and simple configuration that can be incorporated from mobile devices to large-scale devices. In particular, when used in multifunctional and high-performance electronic devices with large power consumption, high energy density characteristics are utilized. It is suitable because it can be fogged.
- FIG. 4 shows the configuration of a fuel cell 110A according to the second embodiment of the present invention.
- This fuel cell 110A has the same configuration as the fuel cell 110 described in the first embodiment except that a gas-liquid separation membrane 50 is provided between the fuel flow path 40 and the fuel electrode 10. have. Accordingly, the corresponding components will be described with the same reference numerals.
- the gas-liquid separation membrane 50 is constituted by a membrane that does not allow alcohol such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or polypropylene (PP) to permeate in a liquid state! / I ’ll do that.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- PVDF polyvinylidene fluoride
- PP polypropylene
- the fuel cell 110A and the fuel cell system 1 using the fuel cell 110A are the same as those in the first embodiment except that a gas-liquid separation membrane 50 is provided between the fuel flow path 40 and the fuel electrode 10. In the same way, it is the power to manufacture.
- the gas-liquid separation membrane 50 is provided between the fuel channel 40 and the fuel electrode 10! /, So that pure methanol as a fuel is volatilized spontaneously when flowing in the fuel channel 40 in a liquid state. Then, it passes through the gas-liquid separation membrane 50 in the state of gas G from the surface in contact with the gas-liquid separation membrane 50 and is supplied to the fuel electrode 10. Therefore, the fuel is efficiently supplied to the fuel electrode 10 and the reaction is stably performed. In addition, since the fuel is supplied to the fuel electrode 10 in a gaseous state, the electrode reaction activity is high and the electronic device having the external circuit 2 with a high load that is difficult to cause crossover! , Performance is obtained.
- the first fluid F1 containing the electrolyte is used to reach the oxygen electrode 20 before reaching the oxygen electrode 20, as in the first embodiment. Removed.
- the second fluid F2 containing fuel is pure (99. 9%) Methanol can be used, and the high energy density characteristics that characterize fuel cells can be further utilized.
- the stability of the reaction and electrode reaction activity can be increased, and crossover can be suppressed. Therefore, high performance is obtained even in an electronic device having a high load external circuit 2. That power S.
- the concentration adjusting unit for adjusting the supply concentration of the second fluid F2 containing fuel can be omitted, and the size can be further reduced.
- a fuel cell 11 OA having the same configuration as that of 4 was fabricated, and its characteristics were evaluated. Therefore, the following embodiments will be described using the same reference numerals with reference to FIG. 1 and FIG.
- a fuel cell 110A having the same configuration as that of Fig. 4 was produced.
- the catalyst layer 11 of the fuel electrode 10 was formed by mixing at a predetermined ratio.
- This catalyst layer 11 was thermocompression bonded to a diffusion layer 12 (made by E—TEK; HT-2500) made of the above-mentioned materials for 10 minutes under conditions of a temperature of 150 ° C. and a pressure of 249 kPa.
- the current collector 13 made of the above-described material was thermocompression bonded using a hot-melt adhesive or an adhesive resin sheet to form the fuel electrode 10.
- rNafion polyperfluoroalkylenosulfonic acid resin
- DuPont DuPont
- the catalyst layer 21 of the oxygen electrode 20 was formed.
- This catalyst layer 21 was thermocompression bonded in the same manner as the catalyst layer 11 of the fuel electrode 10 to the diffusion layer 22 (E-TEK, HT-2500) made of the above-described material.
- the current collector 23 made of the above-described material was thermocompression bonded in the same manner as the current collector 13 of the fuel electrode 10 to form the oxygen electrode 20.
- an adhesive resin sheet was prepared, and a flow path was formed in the resin sheet to produce an electrolyte flow path 30 and a fuel flow path 40, and thermocompression bonded to both sides of the fuel electrode 10.
- the exterior members 14 and 24 made of the above-described materials are produced, and the exterior member 14 is provided with a fuel inlet 14A and a fuel outlet 14B made of, for example, a resin joint.
- a fuel inlet 14A and a fuel outlet 14B made of, for example, a resin joint are provided.
- an electrolyte inlet 24A and an electrolyte outlet 24B made of a resin joint are provided.
- the electrolyte supply adjustment unit 142 and the fuel supply adjustment unit 152 are configured by a diaphragm metering pump (manufactured by KNF Co., Ltd.), and each pump force is also burned by the electrolyte supply line 143 and the fuel supply line 153 made of silicone tubes.
- the first fluid F1 containing the electrolyte and the second fluid F2 containing the fuel are connected to the electrolyte inlet 14A and the electrolyte inlet 24A at an arbitrary flow rate, and are supplied to the electrolyte passage 30 and the fuel passage 40, respectively. It was to so.
- As the first fluid F1 containing the electrolyte 0.5M sulfuric acid was used, and the flow rate was 1. Oml / min.
- As the second fluid F2 containing fuel pure (99.9%) methanol was used, and the flow rate was set to 0.080 ml / min.
- the obtained fuel cell system 1 was connected to an electrochemical measuring device (manufactured by Solartron, multistat 1480) and evaluated for characteristics. At that time, constant current (20mA, 50mA, 100mA, 150mA, 200mA, 250mA) mode operation is performed, and open circuit voltage (OCV), IV (current voltage), and IP (current power) at the beginning of measurement. The characteristics and the output density when power was generated at a current density of 150 mA / cm 2 were examined. The results are shown in FIGS.
- FIG. 5 shows the open circuit voltage at the initial stage of measurement.
- the circuit is held for about 150 seconds, and the open circuit voltage is extremely stable. In addition, it shows a much higher value (0.62V) than the open circuit voltage of normal DMFC (approximately 0.4V to 0.5V). This is achieved by using fluid F1 containing electrolyte. This is probably because crossover is suppressed.
- the open circuit voltage was ⁇ 0 V, and it did not function as a battery. Further, when the same measurement was performed by inverting the fuel cell 110A of the present example, it was confirmed that power generation was possible even when the fuel cell 110A was inverted.
- the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and can be variously modified.
- the force specifically described for the configuration of the fuel electrode 10, the oxygen electrode 20, the fuel flow path 30 and the electrolyte flow path 40 is configured by other structures or other materials. May be.
- the fuel flow path 30 may be formed of a porous sheet or the like in addition to the resin sheet processed as described in the above embodiments and examples to form the flow path.
- the second fluid F2 containing fuel may be other alcohol such as methanol or ethanol or dimethyl ether.
- the first fluid F1 containing an electrolyte is not particularly limited as long as it has a proton (H +) conductivity, and examples thereof include phosphoric acid or ionic liquid in addition to sulfuric acid.
- the material and thickness of each component described in the above embodiments and examples, or the operating conditions of the fuel cell 110 are not limited to other materials and Thickness or other operating conditions.
- fuel is supplied to the fuel electrode 10 from the fuel supply unit 150.
- the fuel electrode 10 is a sealed type, and fuel is supplied as necessary.
- the supply of air to the oxygen electrode 20 may be forcibly supplied using a force pump or the like that is naturally ventilated. In that case, oxygen or a gas containing oxygen may be supplied instead of air.
- the present invention is not limited to direct methanol fuel cells, but can be applied to other types of fuel cells (PEFC or alkaline fuel cells) using hydrogen as fuel. It is.
- the single-cell fuel cell has been described, but the present invention can also be applied to a stacked-type battery in which a plurality of cells are stacked.
- the power described when the present invention is applied to a fuel cell, a fuel cell system, and an electronic device including the same is described. It can also be applied to other electrochemical devices such as capacitors, fuel sensors or displays.
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Description
明 細 書
燃料電池および燃料電池システム、並びに電子機器
技術分野
[0001] 本発明は、メタノールを直接燃料電極に供給して反応させる直接型メタノール燃料 電池(DMFC ; Direct Methanol Fuel Cell)などの燃料電池およびこれを用いた燃料 電池システム、並びに電子機器に関する。
背景技術
[0002] 電池の特性を示す指標として、エネルギー密度と出力密度とがある。エネルギー密 度とは電池の単位質量あたりのエネルギー蓄積量であり、出力密度とは電池の単位 質量あたりの出力量である。リチウムイオン二次電池は、比較的高いエネルギー密度 と極めて高い出力密度という二つの特徴を併せもっており、完成度も高いことから、モ パイル機器の電源として広く採用されている。しかし、近年、モパイル機器は高性能 化にともなって消費電力が増加する傾向にあり、リチウムイオン二次電池にも更なる エネルギー密度および出力密度の向上が求められている。
[0003] その解決策として、正極および負極を構成する電極材料の変更、電極材料の塗布 方法の改善、電極材料の封入方法の改善などが挙げられ、リチウムイオン二次電池 のエネルギー密度を向上させる研究が行われている。しかし、実用化に向けてのハ 一ドルはまだ高い。また、現在のリチウムイオン二次電池に使用されている構成材料 が変わらない限り、大幅なエネルギー密度の向上を期待することは難しい。
[0004] このため、リチウムイオン二次電池に代わる、よりエネルギー密度の高い電池の開 発が急務とされており、燃料電池はその候補の一つとして有力視されている。
[0005] 燃料電池は、アノード (燃料電極)と力ソード(酸素電極)との間に電解質が配置され た構成を有し、燃料電極には燃料、酸素電極には空気または酸素がそれぞれ供給さ れる。この結果、燃料電極および酸素電極において燃料が酸素によって酸化される 酸化還元反応が起こり、燃料がもつ化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変 換されて取り出される。
[0006] 既に、さまざまな種類の燃料電池が提案または試作され、一部は実用化されてレ、る
。これらの燃料電池は、用いられる電解質によって、アルカリ電解質型燃料電池 (AF C ; Alkaline Fuel Cell)、リン酸型燃料電池(PAFC ; Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶 融炭酸塩型燃料電池(MCFC ; Molten Carbonate Fuel Cell)、固体酸化物型燃料電 池(SOFC ; Solid Electrolyte Fuel Cell)および固体高分子型燃料電池(PEFC; Poly mer Electrolyte Fuel Cell)などに分類される。このうち、 PEFCは、他の型式のものと 比較して低い温度、例えば 30°C〜130°C程度の温度で動作させることができる。
[0007] 燃料電池の燃料としては、水素やメタノールなど、種々の可燃性物質を用いること 力できる。しかし、水素などの気体燃料は、貯蔵用のボンベなどが必要になるため、 小型化には適していない。一方、メタノールなどの液体燃料は、貯蔵しやすい点で有 利である。とりわけ、 DMFCには、燃料から水素を取り出すための改質器を必要とせ ず、構成が簡素になり、小型化が容易であるという利点がある。
[0008] DMFCでは、燃料のメタノールは、通常、低濃度または高濃度の水溶液として、も しくは純メタノールの気体の状態で燃料電極に供給され、燃料電極の触媒層で二酸 化炭素に酸化される。このとき生じたプロトンは、燃料電極と酸素電極とを隔てる電解 質膜を通って酸素電極へ移動し、酸素電極で酸素と反応して水を生成する。燃料電 極、酸素電極および DMFC全体で起こる反応は、化 1で表される。
[0009] (化 1)
燃料電極: CH OH + H 0→CO + 6e— + 6H+
酸素電極:(3/2) O + 6e— + 6H+→3H O
DMFC全体: CH OH+ (3/2) 0 →CO + 2H O
[0010] DMFCの燃料であるメタノールのエネルギー密度は、理論的に 4· 8kW/Lであり 、一般的なリチウムイオン二次電池のエネルギー密度の 10倍以上である。すなわち
、燃料としてメタノールを用いる燃料電池は、リチウムイオン二次電池のエネルギー密 度を凌ぐ可能性を多いに持っている。以上のことから、 DMFCは、種々の燃料電池 のなかで最も、モパイル機器や電気自動車などのエネルギー源として使用される可 能性が高い。
[0011] しかしながら、 DMFCには、理論電圧は 1. 23Vであるにもかかわらず、実際に発 電しているときの出力電圧は約 0. 6V以下に低下してしまうという問題がある。出力電
圧が低下する原因は、 DMFCの内部抵抗によって生じる電圧降下であって、 DMF Cには、両電極で生じる反応に伴う抵抗、物質の移動に伴う抵抗、プロトンが電解質 膜を移動する際に生じる抵抗、更に接触抵抗などの内部抵抗が存在している。メタノ ールの酸化から電気エネルギーとして実際に取り出すことのできるエネルギーは、発 電時の出力電圧と、回路を流れる電気量との積で表されるから、発電時の出力電圧 が低下すると、実際に取り出すことのできるエネルギーはその分小さくなつてしまう。 なお、メタノールの酸化によって回路に取り出せる電気量は、メタノールの全量が化 1 に従って燃料電極で酸化されるなら、 DMFC内のメタノール量に比例する。
[0012] また、 DMFCには、メタノールクロスオーバーの問題がある。メタノールクロスオーバ 一とは、燃料電極側と酸素電極側とのメタノールの濃度差によってメタノールが拡散 移動する現象と、プロトンの移動にともなって引き起こされる水の移動によって、水和 したメタノールが運搬される電気浸透現象との二つの機構によって、メタノールが燃 料電極側から電解質膜を透過して酸素電極側に到達してしまう現象である。
[0013] メタノールクロスオーバーが生じると、透過したメタノールは酸素電極の触媒層で酸 化される。酸素電極側でのメタノール酸化反応は、上述した燃料電極側での酸化反 応と同じであるが、 DMFCの出力電圧を低下させる原因になる(例えば、非特許文 献 1参照。)。また、メタノールが燃料電極側で発電に使われず、酸素電極側で浪費 されるので、回路に取り出せる電気量がその分減少してしまう。更に、酸素電極の触 媒層は白金 (Pt)—ルテニウム(Ru)合金触媒ではなく白金 (Pt)触媒であることから、 触媒表面に一酸化炭素(CO)が吸着されやすぐ触媒の被毒が生じるなどの不都合 もめる。
[0014] このように DMFCには、内部抵抗とメタノールクロスオーバーとによって生じる電圧 低下、およびメタノールクロスオーバーによる燃料の浪費という二つの問題があり、こ れらは DMFCの発電効率を低下させる原因になっている。そこで、 DMFCの発電効 率を高めるために、 DMFCを構成する材料の特性を向上させる研究 ·開発や、 DM FCの運転条件を最適化する研究 ·開発が精力的に行われている。
[0015] DMFCを構成する材料の特性を向上させる研究では、電解質膜および燃料電極 側の触媒などに関するものが挙げられる。電解質膜については、現在ポリパーフル
ォロアルキルスルホン酸系樹脂膜 (デュポン社製「Nafion (登録商標)」 )が一般的に 用いられて!/、るが、これよりも高!/、プロトン伝導率と高!/、メタノール透過阻止性能とを 有するものとして、フッ素系高分子膜、炭化水素系高分子電解質膜またはハイドログ ルベース電解質膜などが検討されている。燃料電極側の触媒に関しては、現在一般 的に用いられてレ、る白金 (Pt)—ルテニウム (Ru)合金触媒よりも高活性な触媒の研 究開発が行われている。
[0016] このような燃料電池の構成材料の特性向上は、燃料電池の発電効率を向上させる 手段として的確である。し力、しながら、上述した二つの問題を打破するような最適な触 媒が見つからなレ、と同様、最適な電解質膜も見つかって!/、な!/、のが現状である。 非特許文献 1 :「解説 燃料電池システム」,オーム社, p. 66
非特許文献 2: "Journal of the American Chemical Society" , 2005年,第 127巻,第 48号, p. 16758 - 16759
特許文献 1:米国特許出願公開第 2004/0072047号明細書
特許文献 2 :米国特許出願公開第 2006/0088744号明細書
発明の開示
[0017] 一方、非特許文献 2および特許文献 1では、電解質膜開発など従来の方法で問題 解決を試みるのではなぐ層流(ラミナ一フロー; 1讓 inar flow)を用いた燃料電池(ラミ ナーフロー燃料電池)を提案している。ラミナ一フロー燃料電池では、酸素電極にお けるフラッデイング、水分管理、燃料のクロスオーバー等の問題を解決できるとされて いる。
[0018] 層流が起こる条件として、低レノルズ数(Reynolds Number =Re)力 S挙げられる。レ 力レズ数とは慣性項と粘性項との比であり、数 1で表される。一般的には、 Reが 2000 未満であれば、流れは層流であると!/、われて!/、る。
[0019] (数 1)
Re = (慣性力/粘性力) = p ULZ =UL/ V
(式中、 pは流体の密度、 Uは代表速度、 Lは代表長さ、 ^は粘性係数、 Vは動粘度 をそれぞれ表す)
[0020] ラミナ一フロー燃料電池は、マイクロ流路を用いる。そのマイクロ流路内を二種類以
上の流体が層流で流れる。つまり、流体が層流の性質を有することから、流体は混ざ り合うことなく界面を形成して流れる。流路内の壁に燃料電極および酸素電極を張り つけ、燃料および電解液からなる液体と、酸素を含む水、または酸素電極が多孔質 であれば電解液のみを含む液体とを層流で循環させることにより連続発電が可能で ある。このことから分かるように、層流の界面が電解質膜のような役割を担い、イオン 的な接触が起こるのである。よって、この構造では電解質膜は不要となり、従来の燃 料電池が抱えている電解質膜劣化による発電効率の低下を無視することができる。
[0021] しかし、マイクロ流路内を流れる流体は重力の影響を受ける。二種類の液体を流し た場合、密度が高い液体がマイクロ流路内の下の部分を占め、密度が低い液体が上 の部分を占める。つまり、この構造では、特定の方向に配設された状態でし力、発電で きず、燃料電池の上下をひっくり返すなどして電極の位置を逆転させることはできな い。なぜなら、電極の位置が逆転したとしても、層流で流れる流体は必ず重力の影響 を受けるので、流体の密度が変わらない限り、層流を形成する流体の位置関係は変 わらず、酸素電極と燃料を含む流体とが接触してしまうおそれが大いに存在するから である。
[0022] この問題を回避するため、特許文献 2では、マイクロ流路内の燃料電極と酸素電極 との間に多孔質セパレータを揷入することが提案されている。しかし、ラミナ一フロー 燃料電池では層流の界面を分離膜 (電解質膜)に見立て、分離膜を不要としたことが 特徴であるにもかかわらず、多孔質セパレータが存在するということは大きな矛盾とし て捉えられてしまっていた。また、従来のラミナ一フロー燃料電池では、抵抗要因が 流体の抵抗および電極間距離のみに依存していたもの力 多孔質セパレータを揷入 することで抵抗要因が一つ増えてしまっていた。
[0023] 本発明は力、かる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成で重力 の影響を解消することができると共に、クロスオーバーを抑制し高エネルギー密度を 得ることができる燃料電池およびこれを用いた燃料電池システム、並びに電子機器を 提供することにある。
[0024] 本発明による燃料電池は、燃料電極と酸素電極とが対向配置されたものであって、 燃料電極と酸素電極との間に設けられ、電解質を含む第 1の流動体を流通させる電
解質流路と、燃料電極の酸素電極とは反対側に設けられ、燃料を含む第 2の流動体 を流通させる燃料流路とを備えたものである。
[0025] 本発明による燃料電池システムは、燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料 電池と、燃料電池の運転状態を測定する測定部と、測定部による測定結果に基づ!/、 て燃料電池の運転条件を決定する制御部とを備え、燃料電池が、上記本発明の燃 料電池により構成されて!/、るものである。
[0026] 本発明の燃料電池、または本発明の燃料電池システムでは、電解質流路と燃料流 路との間に燃料電極が設けられているので、燃料電極に、電解質を含む第 1の流動 体と燃料を含む第 2の流動体とを隔てる分離膜としての機能が与えられる。よって、 従来のような多孔質セパレータを設けなくても、第 1および第 2の流動体の燃料電極 に対する位置関係が維持され、燃料電池の定位置に依存することなく発電可能とな
[0027] また、燃料クロスオーバーが起こり、酸素電極側で過電圧を生じさせるためには、第 2の流動体に含まれる燃料が未反応のまま燃料電極をくぐりぬけ、更に、発電中、あ る流速で常に流れている電解質を含む第 1の流動体を通りぬけなければならない。 電解質流路と燃料流路との間に燃料電極が設けられていることにより、ほぼすベての 燃料が燃料電極をくぐりぬける際に反応する。仮に燃料が未反応のまま燃料電極を 通りぬけた場合にも、酸素電極に浸透する前に電解質を含む第 1の流動体によって 燃料電池内から運び出される。よって、燃料のクロスオーバーが著しく抑制される。従 つて、発電に使われない燃料の量を大幅に削減できるので、本来の燃料電池の強み である高エネルギー密度特性が活力、される。
[0028] 本発明の電子機器は、燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料電池を備えた ものであって、燃料電池が、上記本発明の燃料電池により構成されているものである
[0029] 本発明の電子機器では、上記本発明による高エネルギー密度の燃料電池を備え ているので、消費電力の増大を伴う多機能化 ·高性能化にも対応可能となる。
[0030] 本発明の燃料電池、または本発明の燃料電池システムによれば、電解質流路と燃 料流路との間に燃料電極を設けるようにしたので、燃料電極に、電解質を含む第 1の
流動体と燃料を含む第 2の流動体とを隔てる分離膜としての機能を与え、従来のラミ ナーフロー燃料電池のような多孔質セパレータを設けなくても重力の影響を解消する ことができると共に、クロスオーバーを抑制し高エネルギー密度を得ることができる。ま た、モパイル機器から大型装置まで組み込める柔軟性の高い簡素な構成であり、とり わけ、消費電力の大きな多機能 ·高性能の電子機器に用いれば高エネルギー密度 特性を活かすことができて好適である。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]本発明の第 1の実施の形態に係る燃料電池システムを備えた電子機器の概略 構成を表す図である。
[図 2]図 1に示した燃料電池の構成を表す図である。
[図 3]燃料電極におけるメタノール濃度と、メタノールクロスオーバー量との関係を表 す図である。
[図 4]本発明の第 2の実施の形態に係る燃料電池の構成を表す図である。
[図 5]本発明の実施例の結果を表す図である。
[図 6]本発明の実施例の結果を表す図である。
[図 7]本発明の実施例の結果を表す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0032] 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[0033] (第 1の実施の形態)
図 1は本発明の第 1の実施の形態に係る燃料電池システムを有する電子機器の概 略構成を表すものである。この電子機器は、例えば、携帯電話や PDA (Personal Dig ital Assistant ;個人用携帯情報機器)などのモパイル機器、またはノート型 PC (Perso nal Computer )であり、燃料電池システム 1と、この燃料電池システム 1で発電される 電気エネルギーにより駆動される外部回路 (負荷) 2とを備えて!/、る。
[0034] 燃料電池システム 1は、例えば、燃料電池 110と、この燃料電池 110の運転状態を 測定する測定部 120と、測定部 120による測定結果に基づいて燃料電池 110の運 転条件を決定する制御部 130とを備えている。この燃料電池システム 1は、また、燃 料電池 110に電解質を含む第 1の流動体 F1として、例えば硫酸を供給する電解質
供給部 140と、燃料を含む第 2の流動体 F2として、例えばメタノールを供給する燃料 供給部 150とを備えている。このように電解質を流動体として供給することにより、電 解質膜が不要となり、温度や湿度に影響されることなく発電を行うことができると共に 、電解質膜を用いる通常の燃料電池に比べてイオン伝導度(プロトン伝導度)を高め ること力 Sできる。また、電解質膜の劣化や、電解質膜の乾燥によるプロトン伝導性の 低下のおそれがなくなり、酸素電極におけるフラッデイングや水分管理などの問題も 解消できる。
[0035] 図 2は、図 1に示した燃料電池 110の構成を表したものである。燃料電池 110は、い わゆる直接型メタノールフロー型燃料電池(DMFFC ; Direct Methanol Flow Based Fuel Cell)であり、燃料電極(アノード) 10と酸素電極(力ソード) 20とが対向配置され た構成を有している。燃料電極 10と酸素電極 20との間には、電解質を含む第 1の流 動体 F1を流通させる電解質流路 30が設けられている。燃料電極 10の外側、すなわ ち酸素電極 20とは反対側には、燃料を含む第 2の流動体 F2を流通させる燃料流路 40が設けられている。これにより、この燃料電池 110では、燃料電極 10が、電解質を 含む第 1の流動体 F1と燃料を含む第 2の流動体 F2とを隔てる分離膜としての機能を 有しており、簡素な構成で重力の影響を解消することができると共に、クロスオーバー を抑制し高エネルギー密度を得ることができるようになつている。
[0036] 燃料電極 10は、酸素電極 20側から順に、触媒層 11、拡散層 12および集電体 13 を積層した構成を有し、外装部材 14に収納されている。酸素電極 20は、燃料電極 1 0側から順に、触媒層 21、拡散層 22および集電体 23を積層した構成を有し、外装部 材 24に収納されている。なお、酸素電極 20には、この外装部材 24を介して空気す なわち酸素が供給されるようになっている。
[0037] 触媒層 11 , 21は、触媒として、例えば、パラジウム(Pd) , 白金 (Pt) ,イリジウム ) ,ロジウム(Rh)およびルテニウム(Ru)などの金属の単体または合金により構成され ている。また、触媒層 11 , 21には、触媒に加えて、プロトン伝導体およびバインダー が含まれていてもよい。プロトン伝導体としては、上述したポリパーフルォロアルキル スルホン酸系樹脂(デュポン社製「Nafion (登録商標)」 )またはその他のプロトン伝 導性を有する樹脂が挙げられる。ノ^ンダ一は、触媒層 11 , 21の強度や柔軟性を保
つために添加されるものであり、例えばポリテトラフルォロエチレン(PTFE)やポリフッ 化ビユリデン (PVDF)などの樹脂が挙げられる。
[0038] 拡散層 12, 22は、例えば、カーボンクロス,カーボンペーパーまたはカーボンシー トにより構成されている。拡散層 12, 22は、ポリテトラフルォロエチレン (PTFE)など により撥水化処理が行われて!/、ること力 S望まし!/、。
[0039] 集電体 13, 23は、例えばチタン (Ti)メッシュにより構成されている。
[0040] 外装部材 14, 24は、例えば、厚みが 2· Ommであり、チタン (Ti)板などの一般的 に購入可能な材料により構成されているが、材料は特に限定されない。なお、外装 部材 14, 24の厚みは薄ければ薄いほうが望ましい。
[0041] 電解質流路 30および燃料流路 40は、例えば、樹脂シートを加工することにより微 細な流路を形成したものであり、燃料電極 10に接着されている。なお、流路の本数 は限定されない。また、流路の幅,高さおよび長さは特に限定されないものの、小さ い方が望ましい。
[0042] 電解質流路 30は、外装部材 24に設けられた電解質入口 24Aおよび電解質出口 2 4Bを介して電解質供給部 140 (図 2には図示せず、図 1参照。)に連結されており、 電解質供給部 140から電解質を含む第 1の流動体 F1が供給されるようになっている 。燃料流路 40は、外装部材 14に設けられた燃料入口 14Aおよび燃料出口 14Bを介 して燃料供給部 150 (図 2には図示せず、図 1参照。)に連結されており、燃料供給部 150から燃料を含む第 2の流動体 F2が供給されるようになっている。
[0043] 図 1に示した測定部 120は、燃料電池 110の動作電圧および動作電流を測定する ものであり、例えば、燃料電池 110の動作電圧を測定する電圧測定回路 121と、動 作電流を測定する電流測定回路 122と、得られた測定結果を制御部 130に送るため の通信ライン 123とを有している。
[0044] 図 1に示した制御部 130は、測定部 120の測定結果に基づいて、燃料電池 110の 運転条件として電解質供給パラメータおよび燃料供給パラメータの制御を行うもので あり、例えば、演算部 131、記憶 (メモリ)部 132、通信部 133および通信ライン 134を 有している。ここで、電解質供給パラメータは、例えば、電解質を含む流動体 F1の供 給流速を含んでいる。燃料供給パラメータは、例えば、燃料を含む流動体 F2の供給
流速および供給量を含み、必要に応じて供給濃度を含んでいてもよい。制御部 130 は、例えばマイクロコンピュータにより構成することができる。
[0045] 演算部 131は、測定部 120で得られた測定結果から燃料電池 110の出力を算出し 、電解質供給パラメータおよび燃料供給パラメータを設定するものである。具体的に は、演算部 131は、記憶部 132に入力された各種測定結果から一定間隔でサンプリ ングしたアノード電位、力ソード電位、出力電圧および出力電流を平均して、平均ァ ノード電位、平均力ソード電位、平均出力電圧および平均出力電流を算出し、記憶 部 132に入力すると共に、記憶部 132に保存されている各種平均値を相互比較し、 電解質供給パラメータおよび燃料供給パラメータを判定するようになっている。
[0046] 記憶部 132は、測定部 120から送られてきた各種測定値や、演算部 131により算 出された各種平均値などを記憶するものである。
[0047] 通信部 133は、通信ライン 123を介して測定部 120から測定結果を受け取り、記憶 部 132に入力する機能と、通信ライン 134を介して電解質供給部 140および燃料供 給部 150に電解質供給パラメータおよび燃料供給パラメータを設定する信号をそれ ぞれ出力する機能とを有してレ、る。
[0048] 図 1に示した電解質供給部 140は、電解質貯蔵部 141と、電解質供給調整部 142 と、電解質供給ライン 143と、分離室 144とを備えている。電解質貯蔵部 141は、電 解質を含む第 1の流動体 F1を貯蔵するものであり、例えばタンクまたはカートリッジに より構成されている。電解質供給調整部 142は、電解質を含む第 1の流動体 F1の供 給流速を調整するものである。電解質供給調整部 142は、制御部 130からの信号で 駆動されうるものであればよぐ特に限定されるものではないが、例えば、モータや圧 電素子で駆動されるバルブ、または電磁ポンプにより構成されて!/、ることが好まし!/、。 分離室 144は、電解質出口 24Bから出てきた電解質を含む第 1の流動体 F1には少 量のメタノールが混ざっている可能性があるため、そのメタノールを分離するためのも のである。分離室 144は、電解質出口 24B付近に設けられ、メタノール分離機構とし てフィルターまたはメタノールを燃焼,反応もしくは蒸発により除去する機構を備えて いる。
[0049] 図 1に示した燃料供給部 150は、燃料貯蔵部 151と、燃料供給調整部 152と、燃料
供給ライン 153とを有している。燃料貯蔵部 151は、燃料を含む第 2の流動体 F2を 貯蔵するものであり、例えばタンクまたはカートリッジにより構成されている。燃料供給 調整部 152は、燃料を含む第 2の流動体 F2の供給流速および供給量を調整するも のである。燃料供給調整部 152は、制御部 130からの信号で駆動されうるものであれ ばよく、特に限定されるものではないが、例えば、モータゃ圧電素子で駆動されるバ ルブ、または電磁ポンプにより構成されていることが好ましい。なお、燃料供給部 150 は、燃料を含む第 2の流動体 F2の供給濃度を調整する濃度調整部(図示せず)を備 えていてもよい。濃度調整部は、燃料を含む第 2の流動体 F2として純(99. 9%)メタ ノールを用いる場合には省略することができ、より小型化すること力 Sできる。
[0050] この燃料電池システム 1は、例えば、次のようにして製造すること力 Sできる。
[0051] まず、触媒として例えば白金 (Pt)とルテニウム (Ru)とを所定の比で含む合金と、ポ リパーフルォロアルキルスルホン酸系樹脂(デュポン社製 rNafion (登録商標)」 )の 分散溶液とを所定の比で混合し、燃料電極 10の触媒層 11を形成する。この触媒層 1 1を、上述した材料よりなる拡散層 12に熱圧着する。更に、上述した材料よりなる集 電体 13を、ホットメルト系の接着剤または接着性のある樹脂シートを用いて熱圧着し 、燃料電極 10を形成する。
[0052] また、触媒として白金(Pt)をカーボンに担持させたものと、ポリパーフルォロアルキ ノレスルホン酸系樹脂(デュポン社製 rNafion (登録商標)」 )の分散溶液とを所定の比 で混合し、酸素電極 20の触媒層 21を形成する。この触媒層 21を、上述した材料より なる拡散層 22に熱圧着する。更に、上述した材料よりなる集電体 23を、ホットメルト 系の接着剤または接着性のある樹脂シートを用いて熱圧着し、酸素電極 20を形成 する。
[0053] 次いで、接着性のある樹脂シートを用意し、この樹脂シートに流路を形成して電解 質流路 30および燃料流路 40を作製し、燃料電極 10の両側に熱圧着する。
[0054] 続いて、上述した材料よりなる外装部材 14, 24を作製し、外装部材 14には、例え ば樹脂製の継手よりなる燃料入口 14Aおよび燃料出口 14Bを設け、外装部材 24に は、例えば樹脂製の継手よりなる電解質入口 24Aおよび電解質出口 24Bを設ける。
[0055] そののち、燃料電極 10と酸素電極 20とを、電解質流路 30を両者の間に、燃料流
路 40を外側にして対向配置し、外装部材 14, 24に収納する。これにより図 2に示し た燃料電池 110が完成する。
[0056] この燃料電池 110を、上述した構成を有する測定部 120,制御部 130,電解質供 給部 140および燃料供給部 150を有するシステムに組み込み、燃料入口 14Aおよ び燃料出口 14Bと燃料供給部 150とを例えばシリコーンチューブよりなる燃料供給ラ イン 153で接続すると共に、電解質入口 24Aおよび電解質出口 24Bと電解質供給 部 140とを例えばシリコーンチューブよりなる電解質供給ライン 143で接続する。以 上により図 1に示した燃料電池システム 1が完成する。
[0057] この燃料電池システム 1では、燃料電極 10に燃料を含む第 2の流動体 F2が供給さ れ、反応によりプロトンと電子とを生成する。プロトンは電解質を含む第 1の流動体 F1 を通って酸素電極 20に移動し、電子および酸素と反応して水を生成する。燃料電極 10、酸素電極 20および燃料電池 110全体で起こる反応は、化 2で表される。これに より、燃料であるメタノールの化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて 、燃料電池 110から電流が取り出され、外部回路 2が駆動される。燃料電極 10で発 生する二酸化炭素および酸素電極 20で発生する水は、電解質を含む第 1の流動体 F1と共に流れて取り除かれる。
[0058] (化 2)
燃料電極 10 : CH OH + H 0→CO + 6e— + 6H+
酸素電極 20: (3/2) O + 6e— + 6H+→3H O
燃料電池 110全体: CH OH+ (3/2) 0 →CO + 2H O
[0059] 燃料電池 110の運転中には、測定部 120により燃料電池 110の動作電圧および動 作電流が測定され、その測定結果に基づいて、制御部 130により、燃料電池 110の 運転条件として上述した電解質供給パラメータおよび燃料供給パラメータの制御が 行われる。測定部 120による測定および制御部 130によるパラメータ制御は頻繁に 繰り返され、燃料電池 110の特性変動に追従して電解質を含む第 1の流動体 Fife よび燃料を含む第 2の流動体 F2の供給状態が最適化される。
[0060] ここでは、電解質流路 40と燃料流路 30との間に燃料電極 10が設けられているので 、燃料電極 10に、電解質を含む第 1の流動体 F1と燃料を含む第 2の流動体 F2とを
隔てる分離膜としての機能が与えられる。よって、従来のラミナ一フロー燃料電池のよ うな多孔質セパレータを設けなくても、第 1および第 2の流動体 Fl , F2の燃料電極 1 0に対する位置関係が維持され、燃料電池 110の定位置に依存することなく発電可 能となる。
[0061] また、燃料クロスオーバーが起こり、酸素電極 20側で過電圧を生じさせるためには 、第 2の流動体 F2に含まれる燃料が未反応のまま燃料電極 10の細孔をくぐりぬけ、 更に、発電中、ある流速で常に流れている電解質を含む第 1の流動体 F1を通りぬけ なければならない。電解質流路 40と燃料流路 30との間に燃料電極 10が設けられて いることにより、ほぼすベての燃料が燃料電極 10の細孔をくぐりぬける際に反応する 。仮に燃料が未反応のまま燃料電極 10を通りぬけた場合にも、酸素電極 20に浸透 する前に電解質を含む第 1の流動体 F1によって燃料電池 110内から運び出される。 よって、燃料のクロスオーバーが著しく抑制される。従って、発電に使われない燃料 の量を大幅に削減できるので、本来の燃料電池の強みである高エネルギー密度特 性が活かされる。
[0062] これに対して、従来の電解質膜を用いた燃料電池または従来のラミナ一フロー燃 料電池では、燃料電池の特徴である高エネルギー密度を活かすために高濃度メタノ ール水溶液あるいは純メタノールを燃料として使用しょうとすると、燃料電極における メタノール濃度が高くなりすぎてしまっていた。図 3に示したように、燃料電極における メタノール濃度が高くなるほど、メタノールクロスオーバー量は増加する。よって、従来 では、クロスオーバーの増加による燃料の浪費、および出力電圧の低下により発電 特性が大いに低下してしまって!/、た。
[0063] このように本実施の形態によれば、電解質流路 30と燃料流路 40との間に燃料電極
10を設けるようにしたので、燃料電極 10に、電解質を含む第 1の流動体 F1と燃料を 含む第 2の流動体 F2とを隔てる分離膜としての機能を与え、従来のラミナ一フロー燃 料電池のような多孔質セパレータを設けなくても重力の影響を解消することができる と共に、クロスオーバーを抑制し高エネルギー密度を得ることができる。また、モバイ ノレ機器から大型装置まで組み込める柔軟性の高い簡素な構成であり、とりわけ、消 費電力の大きな多機能 ·高性能の電子機器に用いれば高エネルギー密度特性を活
かすことができて好適である。
[0064] (第 2の実施の形態)
図 4は、本発明の第 2の実施の形態に係る燃料電池 110Aの構成を表すものである 。この燃料電池 110Aは、燃料流路 40と燃料電極 10との間に気液分離膜 50が設け られていることを除いては、第 1の実施の形態で説明した燃料電池 110と同一の構成 を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
[0065] 気液分離膜 50は、例えばポリテトラフルォロエチレン (PTFE) ,ポリフッ化ビニリデ ン(PVDF)またはポリプロピレン(PP)などアルコールを液体の状態で透過させな!/、 膜により構成することカでさる。
[0066] この燃料電池 110Aおよびこれを用いた燃料電池システム 1は、燃料流路 40と燃料 電極 10との間に気液分離膜 50を設けることを除いては、第 1の実施の形態と同様に して製造すること力でさる。
[0067] この燃料電池システム 1では、第 1の実施の形態と同様にして、燃料電池 110Aから 電流が取り出され、外部回路 2が駆動される。ここでは、燃料流路 40と燃料電極 10と の間に気液分離膜 50が設けられて!/、るので、燃料である純メタノールは液体の状態 で燃料流路 40を流れる際に自然揮発し、気液分離膜 50と接する面から気体 Gの状 態で気液分離膜 50を通りぬけ、燃料電極 10に供給される。よって、燃料が効率よく 燃料電極 10に供給され、反応が安定して行われる。また、燃料が気体の状態で燃料 電極 10に供給されるので、電極反応活性が高くなり、クロスオーバーも生じにくぐ高 負荷の外部回路 2を有する電子機器にお!/、ても高!/、性能が得られる。
[0068] なお、仮に燃料電極 10を通り抜けた気体のメタノールが存在しても、第 1の実施の 形態と同様に、電解質を含む第 1の流動体 F1により、酸素電極 20に到達する前に 取り除かれる。
[0069] このように本実施の形態では、燃料流路 40と燃料電極 10との間に気液分離膜 50 を設けるようにしたので、燃料を含む第 2の流動体 F2として純(99. 9%)メタノールを 用いることができ、燃料電池の特徴である高エネルギー密度特性を更に活かすこと 力 Sできる。また、反応の安定性や電極反応活性を高め、クロスオーバーも抑えること 力 Sできる。よって、高負荷の外部回路 2を有する電子機器においても高い性能を得る
こと力 Sできる。更に、燃料供給部 150において、燃料を含む第 2の流動体 F2の供給 濃度を調整する濃度調整部を省略することができ、より小型化することができる。 実施例
[0070] 更に、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、以下の実施例では、図
4と同様の構成を有する燃料電池 11 OAを作製し、特性を評価した。よって、以下の 実施例においても、図 1および図 4を参照し、同一の符号を用いて説明する。
[0071] 図 4と同様の構成を有する燃料電池 110Aを作製した。まず、触媒として白金 (Pt) とルテニウム(RU)とを所定の比で含む合金と、ポリパーフルォロアルキルスルホン酸 系樹脂(デュポン社製 rNafion (登録商標)」 )の分散溶液とを所定の比で混合し、燃 料電極 10の触媒層 11を形成した。この触媒層 11を、上述した材料よりなる拡散層 1 2 (E— TEK社製; HT— 2500)に対して、温度 150°C、圧力 249kPaの条件下で 10 分間熱圧着した。更に、上述した材料よりなる集電体 13を、ホットメルト系の接着剤ま たは接着性のある樹脂シートを用いて熱圧着し、燃料電極 10を形成した。
[0072] また、触媒として白金(Pt)をカーボンに担持させたものと、ポリパーフルォロアルキ ノレスルホン酸系樹脂(デュポン社製 rNafion (登録商標)」 )の分散溶液とを所定の比 で混合し、酸素電極 20の触媒層 21を形成した。この触媒層 21を、上述した材料より なる拡散層 22 (E— TEK社製; HT— 2500)に対して、燃料電極 10の触媒層 11と同 様にして熱圧着した。更に、上述した材料よりなる集電体 23を、燃料電極 10の集電 体 13と同様にして熱圧着し、酸素電極 20を形成した。
[0073] 次いで、接着性のある樹脂シートを用意し、この樹脂シートに流路を形成して電解 質流路 30および燃料流路 40を作製し、燃料電極 10の両側に熱圧着した。
[0074] 続いて、上述した材料よりなる外装部材 14, 24を作製し、外装部材 14には、例え ば樹脂製の継手よりなる燃料入口 14Aおよび燃料出口 14Bを設け、外装部材 24に は、例えば樹脂製の継手よりなる電解質入口 24Aおよび電解質出口 24Bを設けた。
[0075] そののち、燃料電極 10と酸素電極 20とを、電解質流路 30を両者の間に、燃料流 路 40を外側にして対向配置し、外装部材 14, 24に収納した。その際、燃料流路 40 と燃料電極 10との間に気液分離膜 50 (Millipore社製)を設けた。これにより図 4に 示した燃料電池 110Aが完成した。
[0076] この燃料電池 110Aを、上述した構成を有する測定部 120,制御部 130,電解質供 給部 140および燃料供給部 150を有するシステムに組み込み、図 1に示した燃料電 池システム 1を構成した。その際、電解質供給調整部 142および燃料供給調整部 15 2をダイアフラム式定量ポンプ (株式会社 KNF社製)により構成し、それぞれのポンプ 力もシリコーンチューブよりなる電解質供給ライン 143および燃料供給ライン 153で燃 料入口 14Aおよび電解質入口 24Aに直接接続し、任意の流速で電解質を含む第 1 の流動体 F1および燃料を含む第 2の流動体 F2が電解質流路 30および燃料流路 4 0にそれぞれ供給されるようにした。電解質を含む第 1の流動体 F1としては 0. 5M硫 酸を用い、流速は 1. Oml/minとした。燃料を含む第 2の流動体 F2としては純(99. 9%)メタノールを用い、流速は 0. 080ml/minとした。
[0077] (評価)
得られた燃料電池システム 1について、電気化学測定装置(ソーラートロン社製、マ ルチスタツト 1480)に接続し、特性評価を行った。その際、定電流(20mA, 50mA, 100mA, 150mA, 200mA, 250mA)モードの動作を行わせ、測定初期における 開回路電圧(OCV ; Open Circuit Voltage)、 I V (電流 電圧)および I P (電流 電力)特性、並びに電流密度 150mA/cm2で発電させたときの出力密度を調べた。 その結果を図 5ないし図 7にそれぞれ示す。
[0078] 図 5は、測定初期における開回路電圧を表したものである。約 150秒間保持した状 態であり、開回路電圧は極めて安定している。また、通常の DMFCの開回路電圧( 約 0. 4V〜0. 5V)に比べてはるかに高い値(0. 62V)を示しており、これは、電解質 を含む流動体 F1を用いることで燃料クロスオーバーが抑えられているからであると考 えられる。なお、ラミナ一フロー燃料電池で同様の測定を行ったところ開回路電圧は 〜0Vとなり、電池として機能しなかった。また、本実施例の燃料電池 110Aを逆さに して同様の測定を行ったところ、逆さにしても発電可能であることが確認された。
[0079] すなわち、電解質流路 30と燃料流路 40との間に燃料電極 10を設けると共に、燃 料流路 40と燃料電極 10との間に気液分離膜 50を設けるようにすれば、電解質を含 む流動体 F1として 100%の硫酸を用いてもクロスオーバーが生じることなぐ従来の DMFCよりも高い開回路電圧を得ることができることが分かった。
[0080] 更に、図 6から分かるように、本実施例の燃料電池 110Aの特性はきわめて良好で あり、電力密度として 75mW/cm2が得られた。更に、図 7から分かるように、電流密 度 150mA/cm2で発電させたところ、 6000秒以上安定的に発電させることができた 。すなわち、電解質流路 30と燃料流路 40との間に燃料電極 10を設けると共に、燃 料流路 40と燃料電極 10との間に気液分離膜 50を設けるようにすれば、燃料電池と して正常に動作させること力 Sでさること力 S確言忍された。
[0081] 以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実 施の形態および実施例に限定されるものではなぐ種々変形すること力 Sできる。例え ば、上記実施の形態および実施例では、燃料電極 10,酸素電極 20,燃料流路 30 および電解質流路 40の構成について具体的に説明した力 他の構造あるいは他の 材料により構成するようにしてもよい。例えば、燃料流路 30は、上記実施の形態およ び実施例で説明したような樹脂シートを加工して流路を形成したもののほか、多孔質 などのシートにより構成してもよい。
[0082] また、例えば、燃料を含む第 2の流動体 F2は、メタノールのほ力、、エタノールゃジメ チルエーテルなどの他のアルコールでもよい。電解質を含む第 1の流動体 F1は、プ 口トン (H+ )伝導性を有するものであれば特に限定されず、例えば、硫酸のほか、リン 酸またはイオン性液体が挙げられる。
[0083] 更に、例えば、上記実施の形態および実施例にお!/、て説明した各構成要素の材 料および厚み、または燃料電池 110の運転条件などは限定されるものではなぐ他 の材料および厚みとしてもよく、または他の運転条件としてもょレ、。
[0084] 加えて、上記実施の形態および実施例では、燃料電極 10に燃料供給部 150から 燃料を供給するようにしたが、燃料電極 10を密閉型とし、必要に応じて燃料を供給 するようにしてあよレヽ。
[0085] 更にまた、上記実施の形態および実施例では、酸素電極 20への空気の供給を自 然換気とするようにした力 ポンプなどを利用して強制的に供給するようにしてもよい 。その場合、空気に代えて酸素または酸素を含むガスを供給するようにしてもよい。
[0086] 加えてまた、本発明は、直接型メタノール燃料電池に限らず、水素を燃料として用 いる燃料電池 (PEFCまたはアルカリ型燃料電池)など他の型式のものにも適用可能
である。
[0087] 更にまた、上記実施の形態および実施例では、単セル型の燃料電池について説 明したが、本発明は、複数のセルを積層した積層型のものについても適用することが できる。
[0088] 加えてまた、上記実施の形態および実施例では、本発明を燃料電池および燃料電 池システム、並びにそれを備えた電子機器に適用した場合について説明した力 本 発明は、燃料電池以外にも、キャパシタ,燃料センサまたはディスプレイ等の他の電 気化学デバイスにも適用することができる。
Claims
[1] 燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料電池であって、
前記燃料電極と前記酸素電極との間に設けられ、電解質を含む第 1の流動体を流 通させる電解質流路と、
前記燃料電極の前記酸素電極とは反対側に設けられ、燃料を含む第 2の流動体を 流通させる燃料流路と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
[2] 前記燃料流路と前記燃料電極との間に、気液分離膜を有する
ことを特徴とする請求項 1記載の燃料電池。
[3] 燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料電池と、
前記燃料電池の運転状態を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果に基づいて前記燃料電池の運転条件を決定する制御 部と
を備え、前記燃料電池は、
前記燃料電極と前記酸素電極との間に設けられ、電解質を含む第 1の流動体を流 通させる電解質流路と、
前記燃料電極の前記酸素電極とは反対側に設けられ、燃料を含む第 2の流動体を 流通させる燃料流路と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
[4] 燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料電池を備えた電子機器であって、 前記燃料電池は、
前記燃料電極と前記酸素電極との間に設けられ、前記電解質を含む第 1の流動体 を流通させる電解質流路と、
前記燃料電極の前記酸素電極とは反対側に設けられ、燃料を含む第 2の流動体を 流通させる燃料流路と
を有することを特徴とする電子機器。
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