DE3382719T2

DE3382719T2 - Brennstoffzelle mit hochmolekularem organischem Elektrolyt.

Info

Publication number: DE3382719T2
Application number: DE83107454T
Authority: DE
Inventors: Ryota Doi; Toshio Shimizu; Tsutomu Tsukui; Yasuyuki Tsutsumii
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2003-07-29
Also published as: DE3382719D1; CA1198475A; EP0100530A3; EP0100530B1; JPS5923473A; EP0100530A2; JPS6356675B2; US4537840A

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle nach dem ersten Teil des Anspruchs 1, die einen organischen, hochmolekularen Elektrolyt benutzt, und spezieller eine Brennstoffzelle, die einen Elektrolyt enthält und bei Raumtemperatur oder einer Temperatur von höchstens etwa 100ºC arbeitet.
Die vorliegende Erfindung ist geeignet zur Anwendung an Brennstoffzellen, die einen flüssigen Brennstoff, wie etwa Methanol oder Hydrazin benutzen, und für gasförmige Oxidationsmittel, wie etwa Sauerstoff oder Luft, oder flüssige Oxidationsmittel, wie etwa Wasserstoffperoxid.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Brennstoffzelle ist so aufgebaut, daß sie die Energie, die von der elektrochemischen Reaktion eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels erzeugt wird, unmittelbar als elektrische Energie entzieht, und befindet sich entweder in der Forschung oder bereits in der Praxis, entweder als Kraftwerk oder als Stromquelle für Raumfahrteinrichtungen, unbemannte Anlagen auf See oder an der Küste, ortsfeste oder bewegliche Radios, Kraftfahrzeuge oder Haushaltseinrichtungen.
Brennstoffzellen können grob in repräsentative Typen unterteilt werden, wie etwa den Brennstoffzellentypen mit geschmolzenem Salzelektrolyt, die bei hoher Temperatur arbeiten (etwa 500 bis 700ºC), Brennstoffzellentypen mit phosphorischen Elektrolyt, die in der Nähe von 200ºC arbeiten, oder Brennstoffzellentypen mit alkalischem oder saurem Elektrolyt, die bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur von höchstens 100ºC arbeiten.
Für den Elektrolyt der Hochtemperatur-Brennstoffzellen wurden Karbonate, wie etwa K&sub2;CO&sub3;, die bei Raumtemperaturen fest sind, häufig benutzt.
Phosphorische Brennstoffzellen benutzen Phosphorsäure mit einem Schmelzpunkt von etwa 42ºC oder Polyphosphorsäure, wie in der Beschreibung der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 5286/1982 offenbart, die beide bei Raumtemperatur fest oder halbfest sind.
Der Elektrolyt, der in Brennstoffzelltypen mit alkalischem oder saurem Elektrolyt häufig benutzt wird, die bei einer Raumtemperatur von höchstens 100ºC benutzt werden, ist entweder eine Lösung aus Ätzkali, Ätznatron oder Lithiumhydroxid oder verdünnte Schwefelsäure. Dies ist deshalb so, weil die wäßrigen Lösungen dieser starken Elektrolyten zur Benutzung am bequemsten sind, weil sie eine hohe ionische Leitfähigkeit bei einer niedrigen Temperatur aufweisen.
Diese starken elektrolytischen Substanzen sind so korrosiv, daß sie die Materialien begrenzen, die zum Aufbau der Zelle benutzt werden können. Das heißt, daß ausreichende Sorgfalt aufgewandt werden muß, um diese Elektrolyten daran zu hindern, aus einer Zelle auszutreten. Es sind jedoch Gegenmaßnahmen gegen die Leckage des Elektrolyts in vorliegenden Zellen nicht sehr einfach, so daß im Stand der Technik eine Vielfalt von Versuchen vorgenommen wurde.
Das Grundproblem erhebt sich aus der Tatsache, daß das Elektrolyt flüssig ist, wenn der Brennstoff oder das Oxidationsmittel flüssig ist. Es tritt das Phänomen auf, daß das Elektrolyt, das in der Elektrolytkammer verbleiben sollte, durch eine poröse Brennstoff- oder Oxidationsmittellelektrode in die Brennstoff- oder Oxidationsmittel- Kammer als Ergebnis der Verdünnung infolge des Konzentrationsgradienten innerhalb des flüssigen Brennstoffes oder Oxidationsmittels hinüberwandert.
In einer Brennstoffzelle, die einen flüssigen Brennstoff benutzt, ist es als Gegenmaßnahme gebräuchlich, die Brennstoffkammer mit einem Brennstoffgemisch (das üblicherweise ein anodischer Elektrolyt genannt wird) zu beschicken, das mit dem Elektrolyt verdünnt wurde. Deshalb ist die Differenz in der Konzentration des Elektrolyts und dementsprechend auch der Austritt des Elektrolyts aus der Elektrolytkammer zur Brennstoffkammer hin verringert. Eine Brennstoffzelle dieser Art, die mit einem Gemisch aus Methanol und Schwefelsäure beschickt wird, ist in US-A-3 013 098 offenbart, wovon der erste Teil des Anspruchs 1 ausgeht. Nichtsdestoweniger ist die Verdünnung des Brennstoffs mit dem Elektrolyt eine Gegenmaßnahme, die für die wirklichen Funktionen der Zelle nicht erforderlich ist, und es wird auch die Konzentration des Brennstoffs dementsprechend verringert, so daß mehr Leistung verbraucht wird, um den Elektrolyt in Umlauf zu halten als den Brennstoff, mit einer resultierenden Verringerung im Energiewirkungsgrad. Außerdem ist die Beschickung oder der Umlauf des hochkorrosiven Elektrolyts gemeinsam mit dem Brennstoff für den Benutzer zusätzlich zu den Beschränkungen an den Baumaterialien nachteilig.
Obwohl es ein Beispiel gibt, bei dem ein anorganisches Pulver mit dem Elektrolyt vermischt ist, um eine Paste zu bilden, war diese Methode nicht erfolgreich, um eine grundlegende Gegenmaßnahme vorzusehen, weil die Brennstoff- oder Oxidationsmittelelektrode es im wesentlichen dem Elektrolyt gestatten wird, hindurchzutreten.
Die Verwendung eines organischen Elektrolyts mit hohem Molekulargewicht in gasbetriebenen Brennstoffzellen ist in der Technik bekannt (vgl. GB-A-1 027 683).

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelle vorzusehen, in welcher die Gefahr der Leckage oder Ausströmung des Elektrolyts verringert ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, daß die Benutzung eines Elektrolyts, das außerstande ist, durch eine poröse Brennstoff- oder Oxidationsmittelelektrode hindurchzutreten, es ermöglicht, die Ausströmung oder Leckage des Elektrolyts in einer Brennstoffzelle aus dem Stand der Technik des Typs mit flüssigem Brennstoff oder Oxidationsmittel zu verhindern. Die Erfinder haben die Verwendung eines organischen, hochmolekularen Elektrolyten als einen solchen untersucht, der die obigen Wirkungen aufweist, und haben nach dem Aufbau einer Methanol-Brennstoffzelle und nach Stromerzeugungsexperimenten bessere Wirkungen bestätigt gefunden als jene, die unterstellt waren.

Beschreibung der Erfindung

a. Organischer, hochmolekularer Elektrolyt

Ein organischer, hochmolekularer Elektrolyt ist eine wohlbekannte Substanz, die im einzelnen in "Hochmolekulare Elektrolyte" offenbart ist, herausgegeben von dem Herausgabekomitee für hochmolekulare Experimente der Hochmolekularen Gesellschaft und 1978 veröffentlicht durch Kyoritsu Shuppan K.K.
Ein hochmolekularer Elektrolyt dissoziiert in einer wäßrigen Lösung, so daß er große, hochmolekulare Ionen mit hohen Ladungen sowie niedermolekulare Ionen erzeugt. Der hochmolekulare Elektrolyt selbst in der Lösung wird zu hochmolekularen Ionen (d. h. Polyionen), die Ladungen aufweisen, die zu jenen der niedermolekularen Ionen entgegengesetzt sind, während sie die niedermolekularen Ionen von ihren dissoziierten Radikalen freisetzen. Die somit freigesetzten niedermolekularen Ionen werden "Gegenionen" genannt. Die hochmolekularen Ionen haben Ladungen in Niveaus, die der Anzahl dissoziierter ionisierter Radikalen entspricht.
Die somit durch Dissoziierung aus den hochmolekularen Ionen freigesetzten Gegenionen werden rund um die Makromoleküle durch Wirkung eines elektrischen Feldes gefangen, das sich aus den hohen Ladungen der hochmolekularen Ionen mit der entgegengesetzten Polarität ergibt. Wenn die Gegenionen lediglich durch elektrostatische Wirkung rund um die hochmolekularen Ionen gefangen oder zurückgehalten werden, können die somit gefangenen Gegenionen frei innerhalb der gefangenen Schicht wandern. Diese Zurückhaltewirkung wird "ΦBindung" genannt.
Andererseits wird die Bindung, durch die die Gegenionen gefangen werden, durch die Makromoleküle in der Form, die mit den dissoziierten Radikalen kovalente Bindungen enthält, "P-Bindung" genannt. In diesem Fall werden die Gegenionen durch spezifische, dissoziierte Radikale so zurückgehalten, daß sie nicht frei wandern können.
Da die hochmolekularen Ionen große Moleküle aufweisen, wird in Betracht gezogen, daß ihre Wanderungen in der Lösung des hochmolekularen Elektrolyts so begrenzt sind, daß sie von der Elektrolytkammer weder zur Außenseite noch in die Brennstoff- oder Oxidationsmittelkammer wandern können.
Wie oben beschrieben wurde, kann dadurch, daß man sowohl die begrenzte Rückhaltewirkung der Gegenionen als auch die Begrenzung der Wanderung der hochmolekularen Ionen benutzt, die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anzahl nützlicher Wirkungen ergeben, wie später noch detaillierter beschrieben wird.
Die Arten und Methoden zum Regulieren des hochmolekularen Elektrolyts sind im einzelnen in Abschnitt 2 von "Hochmolekulare Elektrolyte" beschrieben. In dieser Veröffentlichung sind die hochmolekularen Elektrolyte in jene klassifiziert, die aus natürlichen Makromolekülen erzeugt werden, solche, die aus synthetischen Makromolekülen erzeugt werden, und spezielle (alle diese sind synthetische, hochmolekulare Elektrolyte).
Die organischen, hochmolekularen Elektrolyte, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind auf jene begrenzt, die möglichst viele Gegenionen erzeugen können, nämlich solche, die hohe Elektronenleitfähigkeiten aufweisen. Hochmolekulare Säuren und Laugen starker Elektrolyten sind besonders geeignet für die vorliegende Erfindung.
Geeignet als Elektrolyte sind sowohl hochmolekulare Basen, deren dissoziierte Radikale basische Gruppen aufweisen, wie etwa Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumgruppen, wie etwa -CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;Cl oder -CH&sub2;N(CH&sub2;CH&sub2;OH)(CH&sub3;)&sub2;Cl, als auch hochmolekulare Säuren, die saure Gruppen aufweisen, wie etwa Sulfogruppen oder Phosphingruppen.
Der Rest des hochmolekularen Elektrolyts kann Polystyrol, Polyethylen, Polyacryl, Polymethacryl, ein Styrolbutadien- Kopolymer oder ein Styrol-Divinylbenzol-Kopolymer sein, das entweder mit Schwefelsäure sulfoniert ist oder der chlormethylierenden Behandlung mit einem tertiären Amin zu einer quaternären Ammoniumgruppe unterzogen wurde.
Dieses hochmolekulare Elektrolyt ist so eingestellt, daß er eine hochmolekulare Substanz mit einem Molekulargewicht von mindestens 1.000, insbesondere 10.000, benutzt, um seinen Austritt oder seine Leckage aus der Elektrolytkammer zu verhindern. In dieser Hinsicht hat eine gewöhnliche synthetische hochmolekulare Substanz ein Molgewicht von mindestens 100.000, so daß sich kein praktisches Problem erhebt.

b. Elektrolytzusammensetzung

Das hochmolekulare Elektrolyt ist teilweise oder vollständig in Wasser aufgelöst, aber wenn es die Elektrolytkammer der Brennstoffzelle füllt, ist es entweder durch sich selbst oder teilweise oder vollständig in Wasser aufgelöst, entsprechend entweder dem Erfordernis oder der Art der Brennstoffzelle.
Wenn der hochmolekulare Elektrolyt selbst benutzt ist, kann er die Form eines Pulvers, feiner Partikel oder Pellets oder irgendeiner Kombination hiervon einnehmen. Für eine Methanolbrennstoffzelle wird beispielsweise der hochmolekulare Elektrolyt in Wasser quellen oder gelöst sein, weil Methanol und Wasser gemischt und als Brennstoff zugeführt werden.
Wenn ein Eindickungsmittel beigemischt ist, um die Viskosität der Lösung oder Paste eines hochmolekularen Elektrolyts zu erhöhen, das durch Quellen, Auflösen oder Dispergieren des Elektrolyts in Wasser erhalten wurde, dann wird es möglich, die Lösung oder Paste an einem Elektrolyt-Halterahmen auf zutragen. Für ein Eindickungsmittel wird entweder ein feines anorganisches Pulver mit einem hohen spezifischen Widerstand oder einer Isoliereigenschaft benutzt, beispielsweise ein feines Pulver aus Siliziumkarbid, oder es kann ein organisches Pulver benutzt werden. Der Ausdruck "Eindickungsmittel" ist hier lediglich der Bequemlichkeit halber benutzt, wobei Siliziumkarbidpulver die Rolle eines Distanzhalters bildet, um die Elektrolytschicht oder die Brennstoff- oder Oxidationselektrode unter einem konstanten Abstand zu halten. Somit könnte das Eindickungsmittel auch als "Distanzhaltermaterial" bezeichnet werden. Es ist am besten, wenn dieses Eindickungsmittel gegenüber dem Elektrolyt und Wasser inaktiv ist.
Wenn ein anderer, niedermolekularer Elektrolyt der Lösung oder Paste aus dem hochmolekularen Elektrolyt zugesetzt wird, wird er dissoziiert, so daß er positive und negative Ionen erzeugt. Wenn nur eine geringe Menge hiervon zugesetzt wird, dann wird die Rückhaltewirkung auf die obigen Gegenionen abgeschwächt, ohne daß die Merkmale des hochmolekulare Elektrolyts verloren gehen, so daß die Gegenionen befähigt werden zu wandern.

c. Elektrolytstruktur

Die gewöhnliche Brennstoffzelle wird dadurch aufgebaut, daß man einzelne Zellen mit einer Kombination aus einer Brennstoffkammer, einer Brennstoffelektrode, einer Elektrodenschicht, einer Oxidationsmittelelektrode und einer Oxidationsmittelkammer herstellt und eine Vielzahl dieser Einzelzellen in Reihe schaltet, um die gewünschte Spannung zu erhalten. Wenn eine einzelne Zelle eine elektromotorische Kraft von 0,6 Volt aufweist, dann kann eine Brennstoffzelle mit einer elektromotorischen Kraft von 12 Volt dadurch aufgebaut werden, daß man 20 Einzelelemente in Reihe schaltet. Deshalb sollte jede der Komponenten, die eine Einzelzelle bilden, als eine Platte mit einer möglichst geringen Dicke geformt sein.
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann die Elektrolytstruktur dann dünner gemacht werden, wenn die obige Elektrolytzusammensetzung in trockener oder pastenartiger Form an einem Rahmen mit einer Abmessung von 0,1 bis 5 mm, bevorzugt 0,3 bis 2 mm, getragen ist. Es ist auch wirksam, die Zusammensetzung aus dem organischen, hochmolekularen Elektrolyt an den benachbarten Seiten der Oxidationsmittelelektrode und/oder Brennstoffelektrode aufzubringen.
In einer Methanol-Brennstoffzelle wird Methanol durch die Brennstoffelektrode hindurchtreten und in die Elektrolytkammer hinein auslecken, bis es die Oxidationsmittelelektrode erreicht, wo es oxidieren oder verbrennen wird. Um dies zu verhindern, ist eine Membran, die den Durchtritt des Methanols hemmt, zwischen der Brennstoffelektrode und der Elektrolytkammer angeordnet. Ein Ionenaustauschfilm kann beispielsweise als Membran benutzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Elektrolytstruktur weit verringert und der Aufbau der Zelle wird erleichtert, indem man eine Ionenaustauschfolie am Elektrolyt-Halterahmen anbringt und die obige Elektrolyt-Zusammensetzung auf entweder der einen oder auf beiden Seiten der Ionenaustauschfolie aufträgt.
Der Elektrolyt-Halterahmen kann in geeigneter Weise aus einem Isolator hergestellt werden, der beispielsweise einer aus einer Vielfalt von Kunststoffplatten, -bögen oder -folien sein kann. Es ist möglich, die Elektroden am Kurzschluß zu hindern, wenn die obige Elektrolytzusammensetzung, die mit einem Eindickungsmittel oder Abstandhaltermaterial vermischt ist, verwendet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; Fig. 2 ist eine teilweise abgeschnittene Perspektivansicht, die den Aufbau einer Einzelzelle der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau einer Brennstoffbatterie zeigt, die dadurch aufgebaut ist, daß man Einzelzellen in Reihe schaltet; Fig. 4 bis 6 sind Diagramme, die die V-I-Charakteristiken einer Einzelzelle der Brennstoffbatterie gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung darstellen; Fig. 7 ist eine teilweise abgeschnittene Perspektivansicht, die den Aufbau einer Elektrolytstruktur entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und Fig. 8 ist eine geschnittene Perspektivansicht, die die Methode zur Zuführung und Steuerung des Brennstoffs bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, worin einer Brennstoffkammer 6 ein Brennstoff 5 zugeführt wird, und einer Oxidationsmittelkammer 8 ein Oxidationsmittel 7, wie etwa Sauerstoff, Luft oder Wasserstoffperoxid zugeführt wird. Eine Schicht 4 aus organischem, hochmolekularem Elektrolyt ist zwischen einer Brennstoffelektrode 2 und einer Oxidationsmittelelektrode 3 ausgebildet. Das hochmolekulare Elektrolyt dissoziiert in der Anwesenheit von Wasser in hochmolekulare Ionen 15 und ionisierte Radikale 14. Diese ionisierten Radikalen 14 wandern innerhalb des Elektrolyts in Übereinstimmung mit den Zellreaktionen, um die Elektronen aufzunehmen, die an der Brennstoffelektrode erzeugt werden, und sie zur Oxidationsmittelelektrode zu tragen. Die hochmolekularen Ionen wandern weder zur Oxidationsmittelelektrode noch zur Brennstoffelektrode, weil sie hohe Molekulargewichte haben.
Wenn eine Methanol-Brennstoffzelle als ein Beispiel herangezogen wird, dann finden die folgenden Zellreaktionen statt:
an der Methanolelektrode (d. h. der Anode): CH&sub3;OH + H&sub2;O → CO&sub2; + 6H&spplus; + 6e&supmin;; und
bei der Oxidationsmittelelektrode (d. h. der Kathode): 3/20&sub2; + 6H&spplus; + 6e&supmin; → 3H&sub2;O.
Fig. 2 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau einer Einzelzelle einer Methanol-Luft-Brennstoffbatterie entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie gezeigt, ist eine Einzelzelle aufgebaut durch aufeinanderfolgendes Nebeneinandersetzen eines Trennkörpers 20 aus Graphit, der eine Luftkammer bildet und als Stromabnehmer dient, einer Luftelektrode 21 neben dem Trennkörper 20, einer Ionenaustauschmembran 22, einer Schicht 23 aus einer Paste aus einer hochmolekularen Elektrolytzusammensetzung, die an einer Methanolelektrode 28 getragen ist, und eines Trennkörpers 25 aus Graphit, der eine Brennstoffkammer bildet und als Stromabnehmer dient. Der Trennkörper 20 ist mit Nuten 29 ausgebildet, um für Luftkanäle zu sorgen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein faseriges Dochtteil 26 vorgesehen, das verwendet wird, um das Methanol aus einem Methanoltank 27 mittels Kapillarwirkung zur Brennstoffkammer zuzuführen. Dieses Ausführungsbeispiel hat das Merkmal, daß keine zusätzliche Einrichtung vorliegt, wie etwa eine Pumpe zum Nachführen oder Umpumpen des Anolyts, so daß es sich von der Methanol-Brennstoffzelle aus dem Stand der Technik unterscheidet. Wenn eine Pumpe benutzt wird, dann ist Leistung bzw. Strom zum Antreiben der Pumpe nicht nur während des Starts, sondern auch während des Betriebs erforderlich. Die Pumpe kann weggelassen werden, wenn die Zelle den in Fig. 2 gezeigten Aufbau aufweist.
Der Grund für die Brennstoff-Zuführmethode, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist jener, daß sie es unnötig macht, ein Anolyt zu benutzen (d. h. die Mischung aus Brennstoff und Elektrolyt). In der Methanolzelle aus dem Stand der Technik, die dem Typ nach ein mit Schwefelsäure verdünntes Elektrolyt aufweist, mußte eine große Menge an Schwefelsäure (20 bis 70 Vol.-%) dem Anolyt beigemischt werden. Als Ergebnis kann das in Fig. 2 gezeigte Dochtsystem nur schwierig herangezogen werden, um das erforderliche Methanol nachzuführen, weil die Konzentration des Methanols sehr niedrig ist.
Bei der vorliegenden Erfindung braucht jedoch kein Anolyt verwendet zu werden, sondern es kann entweder Methanol allein oder Methanol verwendet werden, dem eine kleine Menge von Wasser zugesetzt ist, die erforderlich ist für die Reaktionen, so daß ausreichendes Methanol selbst mit einem Dochtsystem zugeführt werden kann. Als Ergebnis können Hilfseinrichtungen für die Brennstoffzufuhr weggelassen werden, so daß der Wirkungsgrad der Energienutzung erhöht werden kann.
In der Figur bezeichnet im übrigen der Pfeil A die Luftströmung, der Pfeil B die Ströme an Luft und Dampf, die durch die Reaktionen der Zelle erzeugt werden, der Pfeil C den Brennstoffstrom, der Pfeil D den Strom an Kohlensäuregas, das von den Zellreaktionen erzeugt wird, und der Pfeil E den Strom des Kohlensäuregases, das aus der Zelle abgegeben wird.
Die Ionenaustauschfolie 22 kann sandwichartig zwischen der Methanolelektrode 28 und der Elektrolytpaste 23 eingeschlossen sein. Die Methanolelektrode 28 wird an einem Rahmen 24 gehalten.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die das Aussehen der Brennstoffbatterie zeigt, die durch Laminieren der Einzelzellen der Fig. 2 aufgebaut ist. In Fig. 3 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie jene der Fig. 2 dieselben Teile und Abschnitte. Die Anzahl der so laminierten Zellen sind in einem Zellengehäuse 31 aufgenommen, an dem positive und negative Anschlüsse 32 und 33 angebracht sind. Da das Luftzufuhrsystem der Fig. 2 von natürlicher Konvektion abhängt, ist eine epochemachende Brennstoffzelle vorgesehen, bei der es keine Erfordernisse für Hilfseinrichtungen gibt, die den Brennstoff und die Luft zuführen. Der Brennstoff wird aus einer Öffnung 30 zum Tank 27 zugeführt.
Die Fig. 4, 5 und 6 sind Diagramme, die die V-I-Charakteristiken der Einzelzellen entsprechend verschiedenartiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen.
Fig. 7 zeigt den Aufbau der Elektrolytstruktur gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, daß eine Elektrolytzusammensetzung, bei welcher ein Ionenaustauschfilm angeordnet ist, auf die Oberfläche der Brennstoffelektrode aufgebracht ist. In Fig. 7 ist andererseits der Elektronenaustauschfilm oder die Elektronenaustauschmembrane 43 sandwichartig zwischen Elektrolytrahmen 41 und 42 eingeschlossen, die durch diese zu halten sind, und weist eine hochmolekulare Elektrolytzusammensetzung 44 auf, die an seinen bzw. ihren beiden Seiten oder einer der Seiten aufgebracht ist. Dieser Aufbau macht es möglich, eine Einzelzelle zu montieren.
Fig. 8 ist eine geschnittene Perspektivansicht, die ein Beispiel einer Methode der Zufuhr des Brennstoffs zeigt. Entweder Brennstoff oder ein Gemisch aus Brennstoff und Wasser in einem Brennstofftank 57 wird durch Kapillarwirkung zu einer Brennstoffelektrode 52 mittels eines faserigen Transportdochtes 56 zugeführt. Eine Elektrolytschicht 51 ist zwischen der Brennstoffelektrode 52 und einer Oxidationsmittelelektrode 53 gebildet. Auf der anderen Seite der Oxidationsmittelelektrode 53 ist ein leitfähiges Distanzstück 55 angebracht, das mit Oxidationsmittelpassagen 61 ausgebildet ist. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist ein Unterbrecher 59 vorgesehen, der die Brennstoff zufuhr anhalten kann, wenn er in Richtung des Pfeiles geschoben wird, wenn der Betrieb der Brennstoffzelle unterbrochen werden soll.

Beispiele

Polystyrol-Sulfosäure wurde als Elektrolyt der Brennstoffzelle benutzt, die in Fig. 2 gezeigt ist, die Methanol unmittelbar als ihren Brennstoff benutzt hat.
Die Polystyrol-Sulfosäure wurde durch Sulfonierung hergestellt, indem man dichte Schwefelsäure bei 100ºC veranlaßt hat, auf eine Folie aus Polystyrol in Anwesenheit eines Katalysators von 0,2% Silbersulfat einzuwirken. Das Polystyrol wurde zu einer viskosen Flüssigkeit aufgelöst. Nach etwa acht Stunden war das Polystyrol in Wasser so aufgelöst, daß es gereinigt werden konnte, um die Polystyrol-Sulfosäure herzustellen.
Für den Sulfonierungsprozeß konnte im übrigen ein Prozeß benutzt werden, der einen Komplex oder einen Addukt von SO&sub3; (beispielsweise C&sub6;H&sub5;COOSO&sub3;H) benutzt, oder Eisenberg's Methode, die 100% H&sub2;SO&sub4; benutzt (wie durch W.R. Carroll, H. Eisenberg, offenbart, J. Polymer Sci. 4, 599 (1966)).
Eine Elektrolytpaste, die durch Kneten der Polystyrol- Sulfosäure mit einem geeigneten Feuchtigkeitsgehalt erhalten wurde, wurde bis zu einer Dicke von etwa 0,2 mm sandwichartig zwischen den beiden Elektroden 24 und 21 eingeschlossen, die durch einen Katalysator behandelt wurden. Wegen der Pastenform wurde darauf geachtet, Blasen zu verhindern, die sich an den Übergangsflächen zwischen dem Elektrolyt und den Elektroden bilden, und zwar entweder durch Auftragen der Paste auf die Oberflächen der Elektroden oder durch deren Zusammendrücken, nachdem sie sandwichartig zusammengesetzt wurden. Die Strom(I)-Spannung- (V)-Charakteristiken dieser Zelle sind in Fig. 4 dargestellt.
Auf diese Weise wurde der Elektrolyt befestigt. Als Ergebnis kann Brennstoff ohne Elektrolyt so zugeführt werden, daß der Austritt von Säure ausgeräumt ist, um die Handhabung zu erleichtern. Ein wesentliches Merkmal, das erreichbar ist, weil nur Brennstoff den laminierten Zellen zugeführt wird, die in Fig. 3 gezeigt sind, ist jenes, daß nicht nur die Elektroden an der Kurzschlußbildung gehindert werden, sondern auch die Struktur der Brennstoff zufuhr vereinfacht werden kann. Außerdem kann der Brennstoff unmittelbar aus dem Brennstofftank 27 durch Vereinfachen oder Weglassen der Brennstoff-Zufuhrpumpe nachgeführt werden. Dies kann auch an den Brennstoffzellen (mit entweder sauren oder basischen Elektrolyten) angewandt werden, die vorher einen flüssigen Elektrolyt benutzt haben.
In einem anderen Beispiel ist es möglich, als Elektrolyt der Brennstoffzelle eine Elektrolytpaste zu benutzen, die mit einem Elektrolyt geknetet wurde, der dieselbe saure Natur wie jene der hochmolekularen Säule aufweist, die der saure Elektrolyt der obigen Brennstoffzelle unter Benutzung von Methanol als ihr Brennstoff aufweist, beispielsweise wurden Polystyrol-Sulfosäure und 3 Mol verdünnter Schwefelsäure zu einer Paste gekneten, die sandwichartig zwischen den beiden Elektroden 21 und 24 eingeschlossen wurde, die mit einem Katalysator behandelt wurden. Die Dicke nach dieser Behandlung betrug 0,2 mm. Anorganische Partikel, wie etwa Siliziumkarbid, kann mit einer Suspension eines Fluorharzes behandelt und mit der obigen Polystyrol-Sulfosäure sowie 3 Mol verdünnte Schwefelsäure zu einer Paste gekneten werden. In diesem Fall wirkt die Suspension des Fluorharzes als ein Bindemittel und bildet eine den Elektrolyt bevorratende Schicht, so daß sie als ein hervorragender Elektrolyt wirksam sein kann. Dies führt zu hervorragenden Zellencharakteristiken, die in Fig. 5 gezeigt sind.
In einem noch anderen Beispiel wurde eine Paste aus hochmolekularer Säure (beispielsweise Polystyrol-Sulfosäure) zu einer perlförmigen, hochmolekularen Säure geknetet (etwa Styrol-Divinylbenzol-Kopolymer-Sulfosäure), und das resultierende Gemisch kann als Elektrolyt der Brennstoffzelle benutzt werden. Beispielsweise wird eine Substanz, die durch Kneten der obigen Polystyrol-Sulfosäure und einen geeigneten Feuchtigkeitsanteil erhalten wurde, mit Perlen der Styrol-Divinylbenzol-Kopolymer-Sulfosäure (die einen Partikeldurchmesser von einigen wenigen im aufweist) verknetet, um eine Paste zuzubereiten, und diese Paste wird als Elektrolyt der Brennstoffzelle benutzt. In diesem Fall können Perlen der Polystyrol-Sulfosäure statt des obigen Siliziumkarbids verwendet werden, so daß die Konzentration der Wasserstoffionen im Elektrolyt erhöht wird und die Perlen als Vorratsschicht für das Elektrolyt wirksam sind. Als Ergebnis ist die innere Impedanz der Brennstoffzelle so verringert, daß die hervorragenden Charakteristiken, die in Fig. 6 gezeigt sind, aufgewiesen werden.
Die insoweit vorgenommene Beschreibung ist auf Beispiele gerichtet, in denen eine Paste aus hochmolekularer Säure als Elektrolyt einer Brennstoffzelle benutzt ist. Nichtsdestoweniger können solche hochmolekularen Säuren auch in Form eines vernetzten Gels benutzt werden.
Beispielsweise kann Chlorsulfosäure mit vernetztem Polystyrol in einer Lösung aus Schwefelsäure so reagieren, daß sie ein Gel wird. Durch Benutzung dieses Gels als Elektrolyt einer Brennstoffzelle ist es möglich, einen Elektrolyt vorzusehen, der zur Verwendung selbst über einen verlängerten Zeitraum hinweg stabil bleibt.
Eine Kombination aus einem hochmolekularen Elektrolyt und einer Ionenaustauschmembrane kann auch als ein Elektrolyt benutzt werden. Beispielsweise werden die hochmolekulare Säure aus Polystyrol-Sulfosäure und eine Folie oder eine Kationen-Austauschfolie, die beiden Styrol-Butadien oder Styrol-Divenylbenzol in ihrem Ausgangskörper enthalten, und eine Sulfogruppe miteinander kombiniert, um das Elektrolyt für eine Brennstoffzelle herzustellen. In diesem Fall kann der Vorteil benutzt werden, daß die Ionenaustauschfolie den Brennstoff daran hindert, aus der Brennstoffelektrode 24 zur Luftelektrode 21 hin zu wandern, so daß der Wirkungsgrad der Brennstoffnutzung verbessert werden kann.
Die obige Beschreibung ist hauptsächlich auf Beispiele von Brennstoffzellen gerichtet, in denen eine Flüssigkeit (d. h. Methanol) unter Benützung eines sauren Elektrolyten als Brennstoff benutzt ist. In diesem Fall kann allerdings Polyethylen-Sulfosäure oder dergleichen durch einen ähnlichen Prozeß zusätzlich zur Verwendung von Polystyrol-Sulfosäure als Elektrolyt der Brennstoffzelle benutzt werden.
Ein hochmolekularer Elektrolyt kann als der Elektrolyt einer Brennstoffzelle unter Benutzung eines basischen Elektrolyten benutzt werden.
Gegenwärtig wird Wasserstoff, Hydrazin, Alkohol oder dergleichen als Brennstoff benutzt, während Ätzkali als Elektrolyt verwendet wird. Ein basischer Elektrolyt, wie etwa Polyvinylpyridin kann zu einer Paste oder einem Gel auf dieselbe Weise wie in der obigen Beschreibung verarbeitet werden, so daß es als Elektrolyt einer Brennstoffzelle benutzt werden kann.
Ein basischer hochmolekularer Elektrolyt, wie etwa Polyvinylbenzoltrimethyl-Ammonium, kann benutzt werden. Dieser Elektrolyt erzeugt ein quaternäres Ammoniumsalz, wenn das Polystyrol chlormethyliert und mit einem tertiären Amin behandelt wird.
Zunächst werden 1% an Polystyrol und 0,3% and ZnCi&sub2;, das als Katalysator wirksam ist, in gereinigtem Chlormethyläther aufgelöst. Diese Lösung wird bei 50ºC zwei Stunden lang chlormethyliert, und das resultierende Produkt wird gereinigt und getrocknet.
Das chlormethylierte Polystyrol wird in Dimethylformamin aufgelöst, und es wird das zweifache der äquivalenten Menge an Trimethylamin in die resultierende Lösung so eingeblasen, daß die Reaktion bei Raumtemperatur (beispielsweise 150ºC) einen Tag lang durchgeführt wird. Das Produkt wird in Äther gegossen, so daß es einen Niederschlag bildet und gereinigt wird.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel (1) der Brennstoffzufuhrmethode gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Brennstoffelektrode 52 und die Oxidationsmittelelektrode 53 sind einander jeweils über die Elektrolytkammer 51 hinweg zugewandt, die Brennstoffkammer 54 ist auf der Seite der Brennstoffelektrode 52 angeordnet und die Oxidationsmittelkammer 55 ist auf der Seite der Oxidationsmittelelektrode 53 angeordnet. In der Brennstoffkammer 54 erstreckt sich der Brennstoffdocht 56, der aus einem faserigen Material mit verfilzter, gewebter oder ungewebter Form, wie etwa Kohlenstoff, Acryl, Polyamid oder Polypropylen, hergestellt ist, der Länge nach von der Brennstoffelektrode 52 her so, daß seine untere Endfläche in Berührung mit dem Boden des Brennstofftanks 57 steht.
Wenn der Brennstofftank 57 mit flüssigem Brennstoff 58 gefüllt ist, dann steigt dieser Brennstoff 58 durch den Brennstoffdocht 56 durch Kapillarwirkung an, um die Brennstoffkammer 54 mit dem flüssigen Brennstoff 58 zu füllen und den flüssigen Brennstoff 58 zur Brennstoffelektrode 52 durch die Abschnitte des faserigen Materials 56 hindurch so nachzuführen, daß elektrischer Strom durch die elektrochemische Reaktion erzeugt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Wirkung erreicht werden, daß der flüssige Brennstoff 58, der zu verbrauchen ist, ständig vom Brennstofftank 57 durch den Brennstoffdocht 56 so zugeführt wird, daß die Stromerzeugung fortfahren kann, so lange sich flüssiger Brennstoff 58 im Brennstofftank 57 befindet.
Die Dicke des faserigen Teils 56 wird entweder durch die Ansaugcharakteristiken des faserigen Teils 56 für den flüssigen Brennstoff 58, beispielsweise Form, Größe usw., der Brennstoffelektrode bestimmt, oder durch die Energie, die von der Zelle erzeugt wird, d. h. den Verbrauch des Brennstoffs 58, aber kann erwünschterweise zwischen 10 um bis 10 mm liegen, vom praktischen Standpunkt her gesehen.
Eine Anwendungsform einer Brennstoffzufuhr, die Kapillarwirkung benutzt, ist der Docht eines Ölofens. In diesem Fall wird jedoch der Brennstoff, der vom Brennstofftank angesaugt wird, an der Spitze des Dochtes vergast und verbrannt. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Brennstoff, der vom Brennstofftank her eingeleitet wird, zu den Elektrodenoberflächen von der Oberfläche eines Materials her nachgeführt, das Kapillarrohre aufweist. Somit hat die vorliegende Erfindung eine Wirkung, die sich von der des Dochtes eines Ölofens unterscheidet.
Die Brennstoffkammer 54 kann einstückig mit dem Brennstofftank 57 ausgebildet werden. Der Raum zwischen der Brennstoffkammer 54 und dem Brennstofftank 57 ist entweder mit dem faserigen Docht 56 aus verfilztem, gewebtem oder ungewebtem Kohlenstoff, Acryl, Polyamid oder Polypropylen oder einem porösen, anorganischen Brennstoffdocht ausgefüllt, der aus einem anorganischen Pulver aus Aluminium- oder Siliziumoxid zum Erreichen einer Anzahl von Poren gesintert wurde, so daß er sich mindestens vom untersten Ende der Brennstoffelektrode 52 bis zum Boden des Brennstofftankes 57 erstreckt.
Wenn der Brennstofftank 57 mit dem flüssigen Brennstoff 58 gefüllt ist, dann wird dieser flüssige Brennstoff 58 aus dem Brennstofftank 57 durch das faserige Teil 56 oder den porösen, anorganischen Brennstoffdocht durch Kapillarwirkung so angesaugt, daß er in die Brennstoffkammer durch osmotischen Druck diffundiert wird, bis er der Brennstoffelektrode 52 zum Zweck der Stromerzeugung zugeführt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der flüssige Brennstoff mit dem Durchsatz des Verbrauches durch die Brennstoffelektrode 52 vom Brennstofftank 57 her durch den Docht 56 oder den anorganischen Brennstoffdocht 56 in die Brennstoffkammer 54 hinein so diffundiert, daß die Stromerzeugung fortfährt, so lange es flüssigen Brennstoff 58 im Brennstofftank 57 gibt.
In einem unterschiedlichen Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffelektrode 52 aus einer integrierten Struktur des porösen Substrats und der Katalysatorschicht aufgebaut, und ein poröses Substrat ist als Brennstoffdocht benutzt. Durch Verbinden des Dochtes mit dem Brennstoff 58 im Brennstofftank 57 ist es möglich, die Brennstoffelektrode 52 mit dem Brennstoff zu versorgen. Dies führt zu den Vorteilen, daß der Aufbau vereinfacht wird und die Erzeugnisse mühelos aus der Brennstoffelektrode abgegeben werden können.
Die Brennstoffzelle der Fig. 8 ist mit einem Mechanismus zum Steuern des Strömungsdurchsatzes des zugeführten Brennstoffes ausgestattet. Eine Brennstoff steuernde Befestigung 59 kann auch vorgesehen sein, um einen mechanischen Druck in Richtung des Pfeiles auf den Brennstoffdocht 56 auszuüben, der aus dem Brennstofftank 57 nach oben steigt, welche zwischen dem Brennstofftank 57 und der Brennstoffkammer 54 angeordnet ist, um hierdurch die Zufuhr des Brennstoffs 58 zu unterdrücken.
Durch Zusammendrücken des Brennstoffdochtes 56 durch Verwendung der Brennstoff steuernden Befestigung 59 ist es möglich, die Zufuhr des Brennstoffs aus dem Brennstofftank 57 zur Brennstoffkammer 54 durch kapillare Wirkung zu verringern oder anzuhalten.
Wenn die Stromerzeugung unterbrochen werden soll, kann deshalb durch die Benutzung dieses Mechanismus die Handhabung vereinfacht werden, weil der Brennstoff 58 im Brennstofftank 57 belassen werden kann.
Die Brennstoff zufuhr kann auch auf die folgende Weise noch wirksamer durchgeführt werden.
Der Brennstofftank 57 ist in Richtung seiner Höhe parallel zu den Zellenbauteilen, wie etwa der Brennstoffelektrode 52 oder der Oxidationsmittelelektrode 53, vergrößert und mit dem Brennstoff 58 gefüllt. In diesem Fall wird ein Druck, der der Höhe der Flüssigkeit 58 entspricht, auf den Brennstoffdocht 56 so ausgeübt, daß die Höhe, die imstande ist, Brennstoff zuzuführen, dementsprechend erhöht wird. Als Ergebnis wird selbst dann, wenn die Höhe der Batterie groß ist, wenn die geforderte Zellenfläche groß ist, die Brennstoffzufuhr erleichtert, um für die Wirkung zu sorgen, daß ein Abfall der Ausgangsleistung infolge des Knappwerdens des Brennstoffs verhindert werden kann.
Die obige Beschreibung der Ausführungsbeispiele hat eine Methanol-Luft-Brennstoffzelle betont. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann auch auf unterschiedliche Brennstoffzellen angewandt werden, die andere flüssige Brennstoffe und Oxidationsmittel benutzen.
In gleicherartiger Weise hat sich die obige Beschreibung der Elektrolytzusammensetzung konzentriert auf eine Paste aus einer organischen, hochmolekularen Elektrolytverbindung. Das grundlegende Ziel der vorliegenden Erfindung, die Leckage oder den Austritt des Elektrolyts zu verhindern, kann jedoch selbst auch dann erreicht werden, wenn der organische, hochmolekulare Elektrolyt sich in einer Lösung befindet.
Da der Austritt des Elektrolyts aus der Elektrolytkammer gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert ist, kann eine verlängerte Stabilität der Zellencharakteristiken erreicht werden, zusätzlich kann die Wirkung, den Elektrolyt am Auslecken zur Außenseite der Zelle zu hindern, noch weiter verbessert werden. Als Ergebnis kann eine geeignete Wirkung speziell für bewegliche Stromquellen und Batterien erreicht werden, die an Stellen benutzt werden müssen, die Schwingungen ausgesetzt sind. Außerdem ist die Handhabung als Haushaltsstromquelle erleichtert, um eine geeignete Stromquelle vorzusehen.
Bei einem Schwefelsäure-Elektrolyt oder einem Alkali-Elektrolyt kann ferner die gemischte Lösung (d. h. der Anolyt) des flüssigen Brennstoffs und des Elektrolyts ohne jegliche Pumpe zugeführt werden, im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem die gemischte Lösung mittels einer Pumpe nachgeführt wird. Da die Pumpenkapazität üblicherweise etwa 1 Mol der Brennstoffkonzentration beträgt, ist die von der Pumpe verbrauchte Energie viel höher als jene, die für die Zufuhr des Brennstoffs alleine erforderlich ist. In diesem Hinblick ist entsprechend der vorliegenden Erfindung die Zufuhr des Brennstoffs allein oder des Brennstoffs mit einer geringen Wassermenge so ermöglicht, daß die Hilfseinrichtungen vermindert werden können. Ferner sind Stromverluste infolge des Kurzschlusses zwischen den Elektroden durch den Elektrolyt bei der vorliegenden Erfindung vermieden, so daß hinsichtlich der Verbesserung im Wirkungsgrad und der Vereinfachung des Aufbaus eine große Wirkung erzielt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Austritt des Elektrolyts so ausgeräumt, daß die Lebensdauer der Zelle verlängert werden kann.

Claims

1. Brennstoffzelle zum Betrieb in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu etwa 100ºC, wobei die genannte Brennstoffzelle einen flüssigen Brennstoff (5) benutzt und folgende Merkmale aufweist:

eine Brennstoffelektrode (2, 28), die so angeordnet ist, daß der aus einer Brennstoffkammer (6, 54) zugeführte Brennstoffin Berührung hiermit steht,

eine Oxidationsmittelelektrode (3, 21), die so angeordnet ist, daß ein in einer Oxidationskammer (8, 29) befindliches Oxidationsmittel (7) in Berührung hiermit steht,

eine Ionenaustauschmembrane (22, 43), die zwischen der genannten Brennstoffelektrode und der genannten Oxidationsmittelelektrode angeordnet ist, und

ein Elektrolyt (4, 23), der zwischen der genannten Brennstoffelektrode und der genannten Oxidationsmittelelektrode angeordnet ist, wobei die genannten Elektroden einander über den genannten Elektrolyt und die genannte Membrane hinweg zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Elektrolyt (4, 23) ein organischer Elektrolyt mit hohem Molekulargewicht ist, der ein Molekulargewicht von mindestens 1.000 aufweist und mindestens teilweise in Wasser löslich ist, um Ionen (15) mit hohem Molekulargewicht und ionisierte Radikale (14) zu bilden, die in Wasser voneinander getrennt sind, wobei die genannten Ionen mit hohem Molekulargewicht im wesentlichen außerstande sind, die genannten Brennstoff- und Oxidationsmittelelektroden (2, 28; 3, 21) zu durchdringen.

2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, worin mindestens ein Teil des Brennstoffs oder des Oxidationsmittels flüssig ist, wenn die genannte Brennstoffzelle arbeitet.

3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, worin der genannte Brennstoff flüssig ist und Wasser enthält.

4. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) dem Typ einer starken Säure oder Lauge angehört.

5. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) Wasser enthält, worin er teilweise aufgelöst ist.

6. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) in Form einer Paste vorliegt, die Wasser und ein Eindickungsmittel enthält.

7. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) mit einem inaktiven Eindickungsmittel vermischt ist.

8. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, worin das genannte inaktive Eindickungsmittel ein anorganisches Pulver mit einem hohen spezifischen Widerstand ist.

9. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) eine dissoziierte Radikale einer Sulfo- oder Phosphingruppe aufweist.

10. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin der genannte hochmolekulare Elektrolyt (4, 23) ein dissoziiertes Radikales einer Aminogruppe, einer quaternären Ammoniumgruppe, -CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;Cl oder -CH&sub2;N (CH&sub2;CH&sub2;OH) (CH&sub3;)&sub2;Cl aufweist.

11. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, worin mindestens eine der benachbarten Seiten der genannten Brennstoffelektrode (2, 28) und der genannten Oxidationsmittelelektrode (3, 21) den genannten organischen, hochmolekularen Elektrolyt (4, 23) in Form eines Filmes tragen.

12. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Einrichtung (26, 56) zum Benutzen von Kapillarwirkung, um die genannte Brennstoffelektrode (2, 28) mit Brennstoff oder einem Gemisch aus Brennstoff und Wasser zu versorgen.

13. Brennstoffzelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, worin ein hochmolekulares Residuum des genannten hochmolekularen Elektrolyts (4, 23) Polystyrol, Polyethylen, Polyacryl, Polymethacryl, ein Styrol-Butadien-Kopolymer oder ein Styrol-Divenylbenzol-Kopolymer ist.

14. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, worin der genannte organische Elektrolyt (4, 23) in Form eines vernetzten Gels vorliegt.