JP2008218397A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池は、電解質と、電解質の両側に配置されたアノード極とカソード極と、アノード極に接するように形成され燃料が流通する燃料流路とを備える。燃料流路に流通する燃料には、燃料と共にイオン伝導性を有する材料が混合されている。例えば、燃料流路には、燃料供給手段から燃料が供給されると共に、イオン伝導性材料供給手段から、イオン伝導性を有する材料を供給されるようにする。
【選択図】図2
Description
電解質と、
前記電解質の両側に配置された、アノード極とカソード極と、
前記アノード極に接するように形成され、燃料が流通する燃料流路と、
を備え、
前記燃料には、イオン伝導性を有する材料が混合されている。
前記燃料流路に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料と共に、イオン伝導性を有する材料を供給するイオン伝導性材料供給手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
前記イオン伝導性を有する材料の、前記燃料に対する割合は、0より大きく20%以下である。
図1は、この発明の燃料電池の構成について説明するための図である。図1に示す燃料電池はアルカリ型燃料電池である。燃料電池はアニオン交換膜10(電解質)を有している。アニオン交換膜10の両側にはアノード極20及びカソード極30が配置されている。アノード極20には燃料経路40が接続され、燃料経路40には燃料供給源42(燃料供給手段及びイオン伝導性材料供給手段)が接続されている。燃料供給源42から、燃料経路40を介してアノード極20に燃料が供給され、アノード極20から未反応の燃料を含む未反応燃料が排出される。一方、カソード極30には酸素経路50が接続されている。酸素経路50を介してカソード極30に大気が供給され、カソード極30から未反応の酸素を含む大気オフガスが排出される。
H2+2OH− → 2H2O+2e− ・・・・(1)
1/2O2+H2O+2e− → 2OH− ・・・・(2)
H2+1/2O2 → H2O ・・・・(3)
この実施例1では、電解質膜としてアニオン交換膜を使用し、電極面積を36mm×36mmとし、カソード側にカーボンを担持させたFe−Co系触媒を、アノード側にはNiに担持させたFe−Ni−Co系触媒を用い、電解質膜に直接塗布してMEAを作成した。また、燃料として10%エタノール水溶液を用い、このエタノール水溶液に伝導補助剤としてKOHを混合した。この例では、エタノールに混合するKOHの量を0〜20[Vol.%]の割合で変化させ、それぞれの場合の電圧[V]及び電流密度[mA/cm2]について測定した結果を表している(表1)。また、この結果を図3に示している。図3において横軸は電流密度[mA/cm2]、縦軸は電圧[V]を表している。
実施例2では、実施例1と同様に、電解質膜としてアニオン交換膜を、カソード側にカーボンを担持させたFe−Co系触媒を、アノード側にはNiに担持させたFe−Ni−Co系触媒を用い、電極面積を36mm×36mmとしたMEAを用いた。このMEAに供給する燃料として10wt%エタノール水溶液を用い、燃料に混合する伝導補助剤としてKOHを用いた。実施例2では、エタノールに混合する、エタノール水溶液とKOHとの混合液全体に対するKOHの量を0.01〜3[mol/l]の割合で変化させ、それぞれの場合の電圧[V]、出力密度[mW/cm2]、及び電流密度[mA/cm2]について測定した。この結果を図4に示している。図4において横軸は電流密度[mA/cm2]、縦軸左側は電圧[V]、縦軸右側は出力密度[mW/cm2]を表している。
実施例3では、実施例1と同様に、電解質膜としてアニオン交換膜を、カソード側にカーボンを担持させたFe−Co系触媒を、アノード側にはNiに担持させたFe−Ni−Co系触媒を用い、電極面積を36mm×36mmとしたMEAを用いた。このMEAに供給する燃料としてエタノール水溶液を用い、燃料に混合する伝導補助剤としてKOHを用いた。KOHの濃度は5〜20[%]とすることが好ましいが、実施例3では、エタノール水溶液に混合するKOHの、エタノール水溶液とKOHの混合液全体に対する濃度を約10wt%としている。実施例3では、エタノール水溶液の濃度が10[wt%]の場合と、5[wt%]の場合について、電圧[V],出力密度[mW/cm2]、及び電流密度[mA/cm2]を測定している。この結果を図5に示す。図5において横軸は電流密度[mA/cm2]、縦軸左側は電圧[V]、縦軸右側は出力密度[mW/cm2]を表している。
実施例4では、燃料として10%エタノール水溶液を用い、このエタノール水溶液に伝導補助剤としてアニオン交換膜10と同じ組成を有する膜を混合した。固体高分子膜であるアニオン交換膜はエタノールに溶解する。表2は、エタノールに混合する伝導補助剤の量を0〜5[Vol.%]の割合で変化させ、それぞれの場合の電圧[V]及び電流密度[mA/cm2]について測定した結果を表している。なお、表2において、「電解質Solution」と表示されているのが、エタノールに溶解したアニオン交換膜であり、この実施例4における伝導補助剤である。また、この結果を図6にグラフとして示している。図6において横軸は電流密度[mA/cm2]、縦軸は電圧[V]を表している。
実施例5では、燃料として10[wt%]エタノール水溶液を用い、このエタノール水溶液に伝導補助剤として、KOHに替えて、下記の化学式(化1)出示されるトリエタノールアミン(C6H15NO3)溶液を用いる。
20 アノード極
22 集電板
22a 担体
22b、22c 触媒粒子
24 集電板
30 カソード極
40 燃料経路
42 燃料供給源
50 大気供給
Claims (10)
- 電解質と、
前記電解質の両側に配置された、アノード極とカソード極と、
前記アノード極に接するように形成され、燃料が流通する燃料流路と、
を備え、
前記燃料には、イオン伝導性を有する材料が混合されていることを特徴とする燃料電池。 - 前記燃料流路に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料と共に、イオン伝導性を有する材料を供給するイオン伝導性材料供給手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記イオン伝導性を有する材料は、前記電解質を構成する物質と同一の物質を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 前記電解質は、陰イオンを透過させる電解液を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の燃料電池。
- 前記電解質は、陰イオン交換膜であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の燃料電池。
- 前記イオン伝導性を有する材料は、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムであることを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料電池。
- 前記イオン伝導性を有する材料は、トリエタノールアミンであることを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料電池。
- 前記燃料は、アルコール、メタン、アンモニア、及び、水素により構成される群のうちのいずれか1の燃料であることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項記載の燃料電池。
- 前記燃料は、メタノール又はエタノールであることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池。
- 前記イオン伝導性を有する材料の、前記燃料に対する割合は、0より大きく20%以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の燃料電池。
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