JP3447875B2 - Direct methanol fuel cell - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造
体と、前記燃料電池構造体を挟持するセパレータとを備
え、燃料としてメタノール水溶液が燃料電池内に直接供
給される直接メタノール型燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a fuel cell structure having an anode electrode and a cathode electrode opposed to each other with an electrolyte sandwiched between them, and a separator sandwiching the fuel cell structure. The present invention relates to a direct methanol fuel cell that is directly supplied into a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体をセパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用
化されつつある。2. Description of the Related Art For example, a fuel cell has been developed in which a fuel cell structure having an anode-side electrode and a cathode-side electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween is sandwiched by separators and a plurality of layers are stacked. , Is being put to practical use for various purposes.
【０００３】この種の燃料電池として、メタノール水溶
液を液体のまま直接アノード側電極に供給するととも
に、酸化剤ガス（空気）をカソード側電極に供給するこ
とにより、前記メタノール水溶液が水と反応して水素イ
オンが得られ、この水素イオンが固体高分子電解質膜内
を流れることによって外部に電気エネルギが得られるよ
うに構成された直接メタノール型燃料電池が知られてい
る。In this type of fuel cell, an aqueous methanol solution is supplied as a liquid directly to the anode side electrode and an oxidizing gas (air) is supplied to the cathode side electrode so that the aqueous methanol solution reacts with water. A direct methanol fuel cell is known in which hydrogen ions are obtained, and the hydrogen ions flow through the solid polymer electrolyte membrane to obtain electric energy outside.
【０００４】この場合、上記直接メタノール型燃料電池
では、通常、アノード側電極とセパレータの間に形成さ
れた通路に沿ってメタノール水溶液と硫酸の混合液（ア
ノライト）を通流させることにより、前記メタノール水
溶液を前記アノード側電極に直接供給するように構成さ
れている。In this case, in the above-mentioned direct methanol fuel cell, normally, the methanol solution is mixed with an aqueous solution of sulfuric acid (anolyte) along a passage formed between the anode and the separator, so that the methanol The aqueous solution is directly supplied to the anode electrode.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、メタノール水溶液が通路に沿って流通し
つつ水と反応するため、この通路の上流側と下流側とで
該メタノール水溶液の濃度にばらつきが生じ易い。これ
により、アノード側電極全面にわたって適正量のメタノ
ール水溶液を安定して供給することができず、発電性能
が変動するという問題が指摘されている。However, in the above-mentioned prior art, since the aqueous methanol solution flows along the passage and reacts with water, the concentration of the aqueous methanol solution varies between the upstream side and the downstream side of the passage. Is likely to occur. As a result, it has been pointed out that a proper amount of aqueous methanol solution cannot be stably supplied over the entire surface of the anode electrode, and the power generation performance fluctuates.
【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、簡単な構成で、アノード側電極全面にわたり適正
量のメタノール水溶液を確実に供給することが可能な直
接メタノール型燃料電池を提供することを目的とする。The present invention solves this kind of problem, and provides a direct methanol fuel cell with a simple structure and capable of reliably supplying an appropriate amount of aqueous methanol solution over the entire surface of the anode electrode. The purpose is to
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、セパレータを構成するアノード側要素
部材が、多孔質の導電性材料、例えば、多孔質炭素材料
で形成されている。そして、アノード側要素部材の他方
の面側に設けられた導入通路にメタノールと水の混合液
が導入されると、この混合液が前記アノード側要素部材
を透過して該アノード側要素部材の一方の面側に設けら
れた供給通路に供給され、さらにアノード側電極に供給
される。このため、アノード側電極の全作動面にわたっ
て均一な濃度のメタノール水溶液を供給することがで
き、前記アノード側電極全体にわたり適正量のメタノー
ル水溶液を確実に供給することが可能になる。In order to solve the above problems, according to the present invention, the anode side element member constituting the separator is formed of a porous conductive material, for example, a porous carbon material. . Then, when a mixed solution of methanol and water is introduced into the introduction passage provided on the other surface side of the anode side element member, the mixed solution permeates the anode side element member and one of the anode side element members. Provided on the surface side of
To the anode side electrode. Therefore, the aqueous methanol solution having a uniform concentration can be supplied over the entire working surface of the anode electrode, and the appropriate amount of aqueous methanol solution can be reliably supplied over the entire anode electrode.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
直接メタノール型燃料電池１０の概略構成図である。こ
の燃料電池１０は、固体高分子電解質膜１２を挟んでカ
ソード側電極１４とアノード側電極１６を対設した燃料
電池構造体１８と、前記燃料電池構造体１８を挟持する
セパレータ２０とを備える。燃料電池構造体１８とセパ
レータ２０は、一対のエンドプレート２２ａ、２２ｂお
よび４本のタイロッド２４により一体的に固定される
（図１および図２参照）。1 is a schematic configuration diagram of a direct methanol fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 10 includes a fuel cell structure 18 in which a cathode-side electrode 14 and an anode-side electrode 16 are provided opposite to each other with a solid polymer electrolyte membrane 12 sandwiched between them, and a separator 20 sandwiching the fuel cell structure 18. The fuel cell structure 18 and the separator 20 are integrally fixed by a pair of end plates 22a, 22b and four tie rods 24 (see FIGS. 1 and 2).
【０００９】図３に示すように、電解質膜１２の上部側
には、酸化剤ガス導入用孔部１２ａと、冷却水排出用孔
部１２ｂと、未反応メタノール水溶液および生成された
二酸化炭素ガスを排出する燃料排出用孔部１２ｃとが設
けられる。電解質膜１２の下部側には、酸化剤ガス排出
用孔部１２ｄと、冷却水導入用孔部１２ｅと、メタノー
ルと水の混合液を導入する燃料導入用孔部１２ｆとが設
けられる。As shown in FIG. 3, on the upper side of the electrolyte membrane 12, an oxidant gas introduction hole 12a, a cooling water discharge hole 12b, an unreacted methanol aqueous solution and the generated carbon dioxide gas are provided. A hole 12c for discharging fuel is provided. An oxidant gas discharging hole 12d, a cooling water introducing hole 12e, and a fuel introducing hole 12f for introducing a mixed solution of methanol and water are provided on the lower side of the electrolyte membrane 12.
【００１０】燃料電池構造体１８の両側には、第１ガス
ケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１
ガスケット３０は、アノード側電極１６を収容するため
の大きな開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、カ
ソード側電極１４を収容するための大きな開口部３６を
有する。第１および第２ガスケット３０、３２は、酸化
剤ガス導入用孔部３０ａ、３２ａと、冷却水排出用孔部
３０ｂ、３２ｂと、燃料排出用孔部３０ｃ、３２ｃとを
それぞれ上部側に設けるとともに、酸化剤ガス排出用孔
部３０ｄ、３２ｄと、冷却水導入用孔部３０ｅ、３２ｅ
と、燃料導入用孔部３０ｆ、３２ｆとをそれぞれ下部側
に設ける。A first gasket 30 and a second gasket 32 are arranged on both sides of the fuel cell structure 18. First
The gasket 30 has a large opening 34 for accommodating the anode 16 and the second gasket 32 has a large opening 36 for accommodating the cathode 14. The first and second gaskets 30 and 32 are provided with oxidant gas introduction holes 30a and 32a, cooling water discharge holes 30b and 32b, and fuel discharge holes 30c and 32c on the upper side, respectively. , Oxidant gas discharge holes 30d and 32d, and cooling water introduction holes 30e and 32e
And fuel introduction holes 30f and 32f are provided on the lower side.
【００１１】セパレータ２０は、アノード側電極１６側
の第１セパレータ部４０と、カソード側電極１４側の第
２セパレータ部４２と、この第１および第２セパレータ
部４０、４２に挟持される仕切板４４とを備える。The separator 20 includes a first separator section 40 on the anode side electrode 16 side, a second separator section 42 on the cathode side electrode 14 side, and a partition plate sandwiched between the first and second separator sections 40, 42. 44.
【００１２】第１セパレータ部４０を構成する第１マニ
ホールド板４６は、矩形状の平板で構成され、その中央
部に大きな開口部４８を有する。第１マニホールド板４
６の上部側には、酸化剤ガス導入用孔部４６ａと、冷却
水排出用孔部４６ｂと、燃料排出用孔部４６ｃとが設け
られる。第１マニホールド板４６の下部側には、酸化剤
ガス排出用孔部４６ｄと、冷却水導入用孔部４６ｅと、
燃料導入用孔部４６ｆとが設けられる。第１マニホール
ド板４６の孔部４６ｃ、４６ｆは、この第１マニホール
ド板４６の互いに異なる面側に設けられた凹部４７ａ、
４７ｂおよび開口部４８を介して互いに連通している
（図３、図４および図６参照）。The first manifold plate 46, which constitutes the first separator section 40, is formed of a rectangular flat plate and has a large opening 48 in the center thereof. First manifold plate 4
An oxidant gas introduction hole 46a, a cooling water discharge hole 46b, and a fuel discharge hole 46c are provided on the upper side of 6. On the lower side of the first manifold plate 46, an oxidant gas discharging hole 46d, a cooling water introducing hole 46e,
A fuel introducing hole 46f is provided. The holes 46c and 46f of the first manifold plate 46 are recessed portions 47a provided on different surface sides of the first manifold plate 46,
47b and the opening 48 communicate with each other (see FIGS. 3, 4 and 6).
【００１３】第１マニホールド板４６の開口部４８にメ
タノール水溶液用整流板（アノード側要素部材）５０が
嵌合される。メタノール水溶液用整流板５０には、その
一面が平坦でかつ他面が重力方向（鉛直方向）に向かっ
て平行に延在する燃料排出用通路（供給通路）５０ａが
形成され、この通路５０ａに凹部４７ａを介して孔部４
６ｃが連通する。メタノール水溶液用整流板５０は、そ
の平坦面側に構成される通路（後述する）に供給される
メタノールと水の混合液をアノード側電極１６に透過供
給するために多孔質の導電性材料で形成され、具体的に
は、多孔質炭素焼結体等の多孔質炭素材料で構成され
る。メタノール水溶液用整流板５０を多孔質炭素焼結体
で形成する際、水の滴下を阻止すべくその気孔率が７０
％以下でかつポア径が４０μｍ以下の多孔性を有するこ
とが望ましい。A rectifying plate (anode-side element member) 50 for aqueous methanol solution is fitted into the opening 48 of the first manifold plate 46. The methanol aqueous solution rectifying plate 50 has a fuel discharge passage (supply passage) 50a, one surface of which is flat and the other surface of which extends parallel to the direction of gravity (vertical direction). Hole 4 through 47a
6c communicates. The methanol aqueous solution rectifying plate 50 is formed of a porous conductive material so as to permeate and supply a mixed solution of methanol and water supplied to a passage (described later) formed on the flat surface side thereof to the anode electrode 16. Specifically, it is made of a porous carbon material such as a porous carbon sintered body. When the straightening plate 50 for aqueous methanol solution is formed of a porous carbon sintered body, its porosity is 70 in order to prevent dripping of water.
% Or less and the pore diameter is preferably 40 μm or less.
【００１４】なお、メタノール水溶液用整流板５０は、
好適には、耐久性を向上させるために撥水化処理された
多孔質体で構成される。この場合、メタノール水溶液用
整流板５０は、所定濃度に調整されたＰＴＦＥ（ポリテ
トラフルオロエチレン）の分散液に浸漬した後、室温で
乾燥させ、次いで、３００〜３８０℃で焼成することに
より、撥水化処理が行われる。The current plate 50 for aqueous methanol solution is
It is preferably composed of a porous body that has been treated to be water repellent in order to improve durability. In this case, the rectifying plate 50 for aqueous methanol solution is immersed in a dispersion liquid of PTFE (polytetrafluoroethylene) adjusted to a predetermined concentration, dried at room temperature, and then baked at 300 to 380 ° C. Water treatment is carried out.
【００１５】第２セパレータ部４２は、上記第１セパレ
ータ部４０と同様に構成されており、第２マニホールド
板５２と、この第２マニホールド板５２の開口部５４に
嵌合する酸化剤ガス用整流板（カソード側要素部材）５
６とを有する。The second separator portion 42 is constructed in the same manner as the first separator portion 40, and has a second manifold plate 52 and an oxidant gas rectifying member fitted in an opening 54 of the second manifold plate 52. Plate (cathode side element member) 5
6 and.
【００１６】第２マニホールド板５２の上部側には、酸
化剤ガス導入用孔部５２ａと、冷却水排出用孔部５２ｂ
と、燃料排出用孔部５２ｃとが設けられる一方、その下
部側には、酸化剤ガス排出用孔部５２ｄと、冷却水導入
用孔部５２ｅと、燃料導入用孔部５２ｆとが設けられ
る。孔部５２ａ、５２ｄは、第２マニホールド板５２の
一側面側に設けられた凹部５８ａ、５８ｂを介して開口
部５４に連通するとともに（図３、図４および図６参
照）、孔部５２ｂ、５２ｅは、凹部５８ｃ、５８ｄを介
して前記開口部５４に連通する（図５参照）。On the upper side of the second manifold plate 52, an oxidizing gas introducing hole 52a and a cooling water discharging hole 52b are provided.
And a fuel discharge hole 52c are provided, while an oxidant gas discharge hole 52d, a cooling water introduction hole 52e, and a fuel introduction hole 52f are provided on the lower side thereof. The holes 52a and 52d communicate with the opening 54 through recesses 58a and 58b provided on one side surface of the second manifold plate 52 (see FIGS. 3, 4, and 6), and the holes 52b, 52e communicates with the opening 54 through the recesses 58c and 58d (see FIG. 5).
【００１７】酸化剤ガス用整流板５６は、その一面が平
坦でかつ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路５６ａ
が形成される。この酸化剤ガス用整流板５６は、緻密質
材料、具体的には、黒鉛化炭素、ステンレス鋼、または
インコネル（商標名）等のニッケル系合金等の耐蝕性を
有する導電性金属、導電性ゴム、または導電性樹脂で構
成されている。The oxidant gas straightening plate 56 has a passage 56a, one surface of which is flat and the other surface of which is meandering in the vertical direction.
Is formed. The rectifying plate 56 for the oxidant gas is made of a dense material, specifically, graphitized carbon, stainless steel, a conductive metal having a corrosion resistance such as a nickel alloy such as Inconel (trademark), or a conductive rubber. , Or a conductive resin.
【００１８】仕切板４４は、緻密質かつ導電性を有する
黒鉛化炭素、ステンレス鋼、またはニッケル系合金等の
耐蝕性の導電性金属、導電性ゴム、導電性樹脂、または
これらを組み合わせた材料で構成される。この仕切板４
４の上部側には、酸化剤ガス導入用孔部４４ａと、冷却
水排出用孔部４４ｂと、燃料排出用孔部４４ｃとが設け
られる一方、その下部側には、酸化剤ガス排出用孔部４
４ｄと、冷却水導入用孔部４４ｅと、燃料導入用孔部４
４ｆとが設けられる。The partition plate 44 is made of a dense and conductive graphitized carbon, stainless steel, or a corrosion resistant conductive metal such as a nickel alloy, a conductive rubber, a conductive resin, or a combination thereof. Composed. This partition board 4
4, an oxidant gas introduction hole 44a, a cooling water discharge hole 44b, and a fuel discharge hole 44c are provided on the upper side, while the oxidant gas discharge hole 44c is provided on the lower side. Part 4
4d, cooling water introducing hole 44e, and fuel introducing hole 4
4f are provided.
【００１９】図４に示すように、セパレータ２０は、メ
タノール水溶液用整流板５０の平坦面側と仕切板４４の
間にメタノールと水の混合液が導入される第１通路（導
入通路）６０を有するとともに、図５に示すように、酸
化剤ガス用整流板５６の平坦面側と前記仕切板４４の間
にカソード側電極１４側を冷却するための冷却水が導入
される第２通路６２を設ける。As shown in FIG. 4, the separator 20 has a first passage (guide) through which a mixed liquid of methanol and water is introduced between the flat plate side of the methanol aqueous solution rectifying plate 50 and the partition plate 44.
Together with the incoming passage) 60, as shown in FIG. 5, the cooling water is introduced for cooling the cathode side electrode 14 side between the flat surface side of the oxygen containing gas flow rectifying plate 56 of the partition plate 44 A second passage 62 is provided.
【００２０】図１に示すように、メタノールタンク７０
と水タンク７２は、それぞれポンプ７４、７６を介して
供給路７８に接続され、この供給路７８がメタノール水
溶液用整流板５０の平坦面側と仕切板４４の間に形成さ
れた第１通路６０に連通する。メタノール水溶液用整流
板５０の通路５０ａに連通するメタノール水溶液貯留槽
８０には、圧力センサ８２を介して背圧弁８４が設けら
れるとともに、このメタノール水溶液貯留槽８０から供
給路７８に連通する循環路８６にポンプ８８が接続され
る。供給路７８の下流側およびメタノール水溶液貯留槽
８０の下端側には、メタノール水溶液の濃度を検出する
ための第１および第２濃度センサ９０、９２が配設され
る。As shown in FIG. 1, a methanol tank 70
The water tank 72 and the water tank 72 are connected to a supply passage 78 via pumps 74 and 76, respectively, and the supply passage 78 is formed between the flat surface side of the rectifying plate 50 for aqueous methanol solution and the partition plate 44. Communicate with. The methanol aqueous solution storage tank 80 communicating with the passage 50a of the methanol aqueous solution rectifying plate 50 is provided with a back pressure valve 84 via a pressure sensor 82, and a circulation path 86 communicating from the methanol aqueous solution storage tank 80 to the supply path 78. A pump 88 is connected to. First and second concentration sensors 90 and 92 for detecting the concentration of the aqueous methanol solution are disposed on the downstream side of the supply passage 78 and the lower end side of the aqueous methanol solution storage tank 80.
【００２１】酸化剤ガスは、空気であり、この空気がフ
ィルタ９４、ブロア（またはコンプレッサ）９６および
ラジエータ９８を介して燃料電池１０内に供給される。
この燃料電池１０から排出される空気は、ラジエータ１
００で冷却されて弁１０２から水分が除去された後、背
圧弁１０４を介して外部に排気される。The oxidant gas is air, and this air is supplied into the fuel cell 10 through the filter 94, the blower (or compressor) 96 and the radiator 98.
The air discharged from the fuel cell 10 is the radiator 1
After being cooled at 00 to remove water from the valve 102, it is exhausted to the outside through the back pressure valve 104.
【００２２】このように構成される燃料電池１０の動作
について、以下に説明する。The operation of the fuel cell 10 thus constructed will be described below.
【００２３】図１に示すように、供給路７８には、ポン
プ７４の作用下にメタノールタンク７０からメタノール
が供給されるとともに、ポンプ７６の作用下に水タンク
７２から水が供給される。このため、メタノールと水の
混合液が、供給路７８を通って燃料電池１０内の第１セ
パレータ部４０を構成する第１マニホールド板４６の孔
部４６ｆ、燃料電池構造体１８の孔部３０ｆ、１２ｆお
よび３２ｆを介して第２セパレータ部４２を構成する第
２マニホールド板５２の孔部５２ｆに至る。As shown in FIG. 1, the supply passage 78 is supplied with methanol from the methanol tank 70 under the action of the pump 74, and is supplied with water from the water tank 72 under the action of the pump 76. Therefore, the mixed solution of methanol and water passes through the supply passage 78 and the hole portion 46f of the first manifold plate 46 that forms the first separator portion 40 in the fuel cell 10, the hole portion 30f of the fuel cell structure 18, The holes 52f of the second manifold plate 52 forming the second separator portion 42 are reached via 12f and 32f.
【００２４】図４に示すように、混合液は、第１マニホ
ールド板４６の孔部４６ｆから凹部４７ｂを通ってメタ
ノール水溶液用整流板５０と仕切板４４の間に形成され
た第１通路６０に導入される。その際、メタノール水溶
液用整流板５０は、多孔質の導電性材料で形成されてお
り、第１通路６０に導入された混合液は、このメタノー
ル水溶液用整流板５０を透過して通路５０ａに至り、ア
ノード側電極１６に燃料であるメタノールと水の混合液
が供給される。As shown in FIG. 4, the mixed liquid passes from the hole 46f of the first manifold plate 46 through the recess 47b to the first passage 60 formed between the methanol aqueous solution rectifying plate 50 and the partition plate 44. be introduced. At that time, the methanol aqueous solution rectifying plate 50 is formed of a porous conductive material, and the mixed liquid introduced into the first passage 60 passes through the methanol aqueous solution rectifying plate 50 and reaches the passage 50a. A mixed solution of fuel and methanol is supplied to the anode 16 on the anode side.
【００２５】一方、酸化剤ガスである空気は、ブロア
（またはコンプレッサ）９６の作用下に外部からフィル
タ９４を通って供給され、ラジエータ９８で冷却された
後、燃料電池１０内に導入される。この空気は、第１マ
ニホールド板４６の孔部４６ａ、燃料電池構造体１８の
孔部３０ａ、１２ａおよび３２ａを介して第２セパレー
タ部４２を構成する第２マニホールド板５２の孔部５２
ａに供給される。On the other hand, air which is an oxidant gas is supplied from the outside through a filter 94 under the action of a blower (or compressor) 96, cooled by a radiator 98, and then introduced into the fuel cell 10. This air passes through the holes 46 a of the first manifold plate 46 and the holes 30 a, 12 a and 32 a of the fuel cell structure 18 to form the holes 52 of the second manifold plate 52 forming the second separator part 42.
is supplied to a.
【００２６】図４に示すように、孔部５２ａに供給され
た空気は、凹部５８ａから酸化剤ガス用整流板５６の通
路５６ａに導入され、この通路５６ａに沿って流通する
ことにより、燃料電池構造体１８を構成するカソード側
電極１４に供給される。なお、未使用の空気は、図６に
示すように、第１マニホールド板４６の孔部４６ｄ等を
介して燃料電池１０の外に排出され、ラジエータ１００
で冷却されて水分が除去された後、背圧弁１０４から外
部に排気される（図１参照）。As shown in FIG. 4, the air supplied to the hole 52a is introduced from the recess 58a into the passage 56a of the oxidant gas flow straightening plate 56, and flows along the passage 56a, whereby the fuel cell It is supplied to the cathode side electrode 14 forming the structure 18. The unused air is discharged to the outside of the fuel cell 10 through the holes 46d of the first manifold plate 46, etc., as shown in FIG.
After the water is removed by cooling with, the air is exhausted from the back pressure valve 104 to the outside (see FIG. 1).
【００２７】また、冷却水は、図５に示すように、第１
セパレータ部４０の孔部４６ｅ、燃料電池構造体１８の
孔部３０ｅ、１２ｅおよび３２ｅから第２セパレータ部
４２の孔部５２ｅに至り、この孔部５２ｅに連通する凹
部５８ｄから仕切板４４と酸化剤ガス用整流板５６の間
に形成された第２通路６２に導入され、この第２通路６
２を下方から上方に向かって流動する。Further, the cooling water is, as shown in FIG.
The holes 46e of the separator 40 and the holes 30e, 12e and 32e of the fuel cell structure 18 reach the holes 52e of the second separator 42, and the recesses 58d communicating with the holes 52e form the partition plate 44 and the oxidizer. The second passage 6 is introduced into the second passage 62 formed between the gas straightening plates 56.
Flows from bottom to top.
【００２８】アノード側電極１６では、（１）式に示す
ように、メタノールと水とが電極内の電極触媒上で反応
して炭酸ガスと水素イオンが生成される。At the anode 16 the methanol and water react on the electrode catalyst in the electrode to produce carbon dioxide and hydrogen ions, as shown in equation (1).
【００２９】
ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- …（１）
上記の生成された水素イオンは、電解質膜１２をカソー
ド側電極１４側に拡散移動し、このカソード側電極１４
では、（２）式に示すように、空気中の酸素と反応して
水が生成される。CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1) The generated hydrogen ions diffuse and move through the electrolyte membrane 12 to the cathode side electrode 14 side.
Then, as shown in the equation (2), water is generated by reacting with oxygen in the air.
【００３０】
６Ｈ+ ＋３／２・Ｏ2 ＋６ｅ- → ３Ｈ2 Ｏ …（２）
アノード側電極１６に供給されたメタノール水溶液の
中、未反応メタノールと未反応の水は、生成された炭酸
ガス（二酸化炭素ガス）と共に、図６に示すように、第
１セパレータ部４０の凹部４７ａから孔部４６ｃに供給
され、これに連通する孔部４４ｃ、５２ｃ、３２ｃ、１
２ｃおよび３０ｃ等を通ってメタノール水溶液貯留槽８
０に導入される。このメタノール水溶液貯留槽８０で
は、メタノール水溶液に混在している炭酸ガスが除去さ
れ、前記炭酸ガスが除去されたメタノール水溶液がポン
プ８８を介して供給路７８に送り込まれる。これによ
り、未反応メタノール水溶液が燃料電池１０内に循環さ
れ、メタノール水溶液の効率的な使用が可能になる。6H + + 3/2 · O 2 + 6e − → 3H 2 O (2) Unreacted methanol and unreacted water in the aqueous methanol solution supplied to the anode 16 are generated carbon dioxide gas ( 6, along with the carbon dioxide gas), the holes 44c, 52c, 32c, 1c are supplied from the recess 47a of the first separator section 40 to the hole 46c and communicate with the hole 46c.
Methanol aqueous solution storage tank 8 through 2c and 30c
Introduced to zero. In the aqueous methanol solution storage tank 80, carbon dioxide gas mixed in the aqueous methanol solution is removed, and the aqueous methanol solution from which the carbon dioxide gas is removed is sent to the supply passage 78 via the pump 88. As a result, the unreacted aqueous methanol solution is circulated in the fuel cell 10, and the aqueous methanol solution can be used efficiently.
【００３１】この場合、本実施形態では、メタノール水
溶液用整流板５０が多孔質の導電性材料で形成され、そ
の平坦面側に構成される第１通路６０にメタノールと水
の混合液が導入されるため、前記混合液は、前記メタノ
ール水溶液用整流板５０を透過してアノード側電極１６
の全作動面に略同時に供給される。従って、従来のよう
に、アノード側電極１６とメタノール水溶液用整流板５
０との間に形成される通路に沿ってメタノール水溶液を
通流させるものに比べ、前記アノード側電極１６の全作
動面にわたって濃度のばらつきがない、均一な濃度のメ
タノール水溶液を安定して供給することができる。これ
により、簡単な構成で、アノード側電極１６全体にわた
り適正量のメタノール水溶液を確実に供給することが可
能になり、燃料電池１０全体の発電性能が有効に向上す
るという効果が得られる。In this case, in this embodiment, the methanol aqueous solution rectifying plate 50 is made of a porous conductive material, and the mixed liquid of methanol and water is introduced into the first passage 60 formed on the flat surface side thereof. Therefore, the mixed liquid passes through the methanol aqueous solution rectifying plate 50 to pass through the anode 16
Are supplied to all the working surfaces of at about the same time. Therefore, as in the conventional case, the anode 16 and the methanol aqueous solution rectifying plate 5 are used.
As compared with the one in which the aqueous methanol solution is allowed to flow along the passage formed between the anode and the cathode, the methanol aqueous solution having a uniform concentration and stable in concentration is stably supplied over the entire working surface of the anode 16. be able to. This makes it possible to reliably supply an appropriate amount of aqueous methanol solution to the entire anode electrode 16 with a simple configuration, and to effectively improve the power generation performance of the entire fuel cell 10.
【００３２】さらに、供給路７８の下流側およびメタノ
ール水溶液貯留槽８０の下端側には、メタノール水溶液
の濃度を検出するための第１および第２濃度センサ９
０、９２が配設されている。このため、燃料電池１０に
対して、常時、最適濃度のメタノール水溶液を確実に供
給することができるという利点がある。Further, on the downstream side of the supply passage 78 and the lower end side of the methanol aqueous solution storage tank 80, the first and second concentration sensors 9 for detecting the concentration of the methanol aqueous solution.
0 and 92 are provided. For this reason, there is an advantage that the aqueous methanol solution having the optimum concentration can be always reliably supplied to the fuel cell 10.
【００３３】また、メタノール水溶液用整流板５０に
は、アノード側電極１６に接触する面側に重力方向に向
かって平行に延在する通路５０ａが形成されている。従
って、アノード側電極１６上で生成された炭酸ガスを上
方に円滑に排出することが可能になり、このアノード側
電極１６近傍に前記炭酸ガスが残留することがない。Further, in the methanol aqueous solution rectifying plate 50, a passage 50a extending parallel to the direction of gravity is formed on the surface side in contact with the anode electrode 16. Therefore, the carbon dioxide gas generated on the anode electrode 16 can be smoothly discharged upward, and the carbon dioxide gas does not remain in the vicinity of the anode electrode 16.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明に係る直接メタノール型燃料電池
では、多孔質の導電性材料で形成されたアノード側要素
部材の他方の面側に設けられた導入通路にメタノールと
水の混合液が導入されると、この混合液が前記アノード
側要素部材を透過して該アノード側要素部材の一方の面
側に設けられた供給通路に供給され、さらにアノード側
電極に供給される。このため、アノード側電極の全作動
面にわたって均一な濃度のメタノール水溶液を安定的に
供給することができ、前記アノード側電極全体にわたり
適正量のメタノール水溶液を確実に供給することが可能
になる。これにより、燃料電池の発電性能が有効に向上
することになる。In the direct methanol fuel cell according to the present invention, the mixed liquid of methanol and water is introduced into the introduction passage provided on the other surface side of the anode side element member formed of the porous conductive material. Then, this mixed liquid permeates the anode-side element member and passes through one surface of the anode-side element member.
Is supplied to a supply passage provided on the side, and further supplied to the anode electrode. Therefore, it is possible to stably supply the aqueous methanol solution having a uniform concentration over the entire working surface of the anode electrode, and to reliably supply the appropriate amount of aqueous methanol solution over the entire anode electrode. As a result, the power generation performance of the fuel cell is effectively improved.
【図１】本発明に係る直接メタノール型燃料電池の概略
構成説明図である。FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view of a direct methanol fuel cell according to the present invention.
【図２】前記燃料電池の概略斜視説明図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of the fuel cell.
【図３】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。FIG. 3 is a partially exploded perspective view of the fuel cell.
【図４】図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
【図５】図２中、Ｖ−Ｖ線断面図である。5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
【図６】図２中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
１０…燃料電池 １２…電解質膜
１４…カソード側電極 １６…アノード
側電極
１８…燃料電池構造体 ２０…セパレー
タ
４０、４２…セパレータ部 ４４…仕切板
４６、５２…マニホールド板 ５０、５６…整
流板
６０、６２…通路 ７０…メタノー
ルタンク
７２…水タンク ７８…供給路
８０…メタノール水溶液貯留槽 ８６…循環路
９０、９２…濃度センサ10 ... Fuel cell 12 ... Electrolyte membrane 14 ... Cathode side electrode 16 ... Anode side electrode 18 ... Fuel cell structure 20 ... Separator 40, 42 ... Separator part 44 ... Partition plates 46, 52 ... Manifold plates 50, 56 ... Rectifier plate 60 , 62 ... Passage 70 ... Methanol tank 72 ... Water tank 78 ... Supply path 80 ... Methanol aqueous solution storage tank 86 ... Circulation paths 90, 92 ... Concentration sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (2)
側電極が対設された燃料電池構造体と、 前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、 を備え、 前記セパレータは、一方の面が前記アノード側電極に接
触し、かつ前記一方の面には、前記アノード側電極にメ
タノールと水の混合液を供給するための供給通路が形成
されるとともに、他方の面側に前記混合液を導入するた
めの導入通路が形成されたアノード側要素部材を備え、 前記アノード側要素部材は、前記導入通路に導入された
前記混合液を前記供給通路に透過供給するために多孔質
の導電性材料で形成されることを特徴とする直接メタノ
ール型燃料電池。1. A fuel cell structure comprising an anode-side electrode and a cathode-side electrode oppositely sandwiching an electrolyte, and a separator sandwiching the fuel cell structure. One side of the separator is the above-mentioned. The anode-side electrode is in contact with the anode-side electrode , and the one surface is attached to the anode-side electrode.
Forming a supply passage for supplying a mixture of tanol and water
Is Rutotomoni, an anode-side element member introduction passage is formed for introducing the mixed liquid on the other side, the anode-side element member, said supplying the mixed liquid introduced into the introduction passage A direct methanol fuel cell characterized by being formed of a porous conductive material for permeating and supplying to the passage .
ノード側要素部材は、多孔質炭素材料で構成されること
を特徴とする直接メタノール型燃料電池。2. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the anode side element member is made of a porous carbon material.
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