JP4876914B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
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Description
CH3OH+H2O→6H++CO2+6e− (1)
また、カソードでの反応は以下の式(2)のようになる。
3/2O2+6H++6e−→3H2O (2)
このように、DMFCでは、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器などが不要になり、小型化及び軽量化を図ることができる。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
・体積膨張率が高いと筐体よりも先にMEAが破壊される
・膨張することで酸素拡散が阻害される(通気孔がふさがれる)
・燃料電池の運転温度で水分移動が起こらないと、カソードの乾燥に対処できない。
単セル構造の構成は基本的には図1の単セル構造1393と同様であるが、蒸発抑制層1390として2種の部材を用いた点が異なる。
第三の実施形態は、単セル構造1393(図1)において、燃料透過抑制層1392の外側に接して燃料吸収部材が設けられているものである。本実施形態では、蒸発抑制層1390は、セルロース繊維とパンチングプレートの2種の部材からなっている。
ルテニウム−白金合金を担持したケッチェンブラック100mgを水で失活させた後、デュポン社製5%ナフィオン溶液3mlを加え、超音波混合器で50℃にて3時間攪拌して触媒ペーストとした。上で用いた合金組成は50atom%Ruで、合金と炭素微粉末の重量比は1:1とした。このペーストを1cm×1cmのカーボンペーパー(TGP−H−120:東レ社製:アノード側集電体)上に2mg/cm2塗布し、130℃で乾燥させ、アノードとした。また、触媒金属に白金を用い、アノードと同様の方法を用いてカソードを作製した。
電池A:アノードの外側(ナフィオン117と接しているものと反対側の面)にPTFEシート(燃料透過抑制層)を接着。
電池B:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)を接着、さらにカソードの外側(ナフィオン117と接しているものと反対側の面)にセルロース繊維シート(蒸発抑制層)を接着。
電池C:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側にセルロース繊維シート(蒸発抑制層)を接着。
電池D:アノードの外側のPTFEシート(燃料透過抑制層)を設けることなく、カソードの外側にのみセルロース繊維シートと穴あき金属板(蒸発抑制層)をこの順に接着。
電池E:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に穴あき金属板(蒸発抑制層)を接着。
電池F:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に穴あき金属板(蒸発抑制層)を空隙0.1mm隔てて装着。
電池G:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に穴あきプラスチック板(蒸発抑制層)を接着。
電池H:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に多孔性PTFEシート板(蒸発抑制層)を接着。
電池I:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に発泡金属シート板(蒸発抑制層)を接着。
電池J:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に発泡金属シート板(蒸発抑制層)を空隙0.1mmを隔てて装着。
電池K:アノードの外側にPTFEシート(燃料透過抑制層)と燃料吸収材をこの順に接着、カソードの外側に高吸水性不織布シート(繊維直径の膨張が乾燥時の12倍)を接着。
電池A〜電池Dの電池電圧の時間変化を測定した。得られた電池のアノードに30v/v%メタノール水溶液を、カソードには空気(1.1気圧、25℃)を、セル温度40℃にてそれぞれ供給した。燃料および酸素の流速はそれぞれ100ml/min、および100ml/minとした。それぞれの電池を電池性能評価装置にセットして、1.5A定電流出力時の電池電圧を測定した。
上記電池特性の評価試験の開始5、10h後に蒸発抑制層を取り出し、レファレンス試料の重量と比較して蒸発抑制層の水分保持機能を確認した。なお、レファレンス試料は、上記電池B〜Jと同じ大きさ、材料の蒸発抑制層用の試料を上記試験時と同一時間、同一温湿度の条件下に置いたものとした。
Claims (13)
- 燃料制限透過部と、アノード集電体と、アノード触媒層と、固体電解質膜と、カソード触媒層と、カソード集電体と、蒸発抑制層と、がこの順に積層され、
前記蒸発抑制層は、通気孔を有する材料からなり、前記カソード集電体の面の少なくとも一部を覆い、
前記蒸発抑制層の材料の体積膨張率が4.5以下であり、かつ蒸発抑制層からカソードへの水分移動が起こる温度が80℃以下であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 前記蒸発抑制層が、繊維状材料を積層させたシートからなる層を有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記蒸発抑制層が、多孔質材料よりなることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記多孔質材料が、発泡金属又はポリテトラフルオロエチレンよりなることを特徴とする請求項3に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記蒸発抑制層が、パンチングプレートよりなることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記パンチングプレートが金属材料よりなることを特徴とする請求項5に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記蒸発抑制層の表面は親水性であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記蒸発抑制層は繊維シートであり、
前記繊維シートを構成する繊維の線径は10〜50μmであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。 - 前記蒸発抑制層は、セルロース、多糖系、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリエステル及びスチレン−ジビニルベンゼンからなる群から選択された少なくとも一種の材料からなる保水性ポリマーを有することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記蒸発抑制層は、バイオセルロース及び綿花セルロースのうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 乾燥時の前記蒸発抑制層の厚さは1〜500μmであることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。
- アノード側に供給される液体燃料を収容する燃料容器が、前記燃料制限透過部に隣接して設けられていることを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 前記燃料容器は、前記燃料制限透過部の一部に隣接して設けられ前記液体燃料を吸収する燃料吸収部材を有し、
前記燃料制限透過部の前記燃料吸収部材に隣接していない部分は、電池反応によって生じた気体を排出する気体排出部を有することを特徴とする請求項12に記載の固体電解質型燃料電池。
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