JP5105710B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5105710B2
JP5105710B2 JP2005047412A JP2005047412A JP5105710B2 JP 5105710 B2 JP5105710 B2 JP 5105710B2 JP 2005047412 A JP2005047412 A JP 2005047412A JP 2005047412 A JP2005047412 A JP 2005047412A JP 5105710 B2 JP5105710 B2 JP 5105710B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
film
mask
vaporized
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005047412A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006236688A (en
Inventor
宏章 吉田
文雄 武井
賢介 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2005047412A priority Critical patent/JP5105710B2/en
Publication of JP2006236688A publication Critical patent/JP2006236688A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5105710B2 publication Critical patent/JP5105710B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、一般に燃料電池に関し、特に有機燃料を使用する燃料電池に関する。   The present invention relates generally to fuel cells, and more particularly to fuel cells using organic fuel.

携帯電話に代表される携帯機器における情報通信機能の進歩は著しく、消費電力の増加、長時間オペレーション化が進み、その電池には一層の高容量化が切望されている。しかし、現在ほとんどの携帯機器に搭載されているリチウムイオン二次電池では、材料面、構造面から性能向上がほぼ限界に近づきつつある。これに対し、新規の高容量駆動電源として、燃料の理論容量が大きくリチウムイオン電池と比較して数倍の高容量化が期待されるダイレクトメタノール型燃料電池に注目が集まっている。これは、電解質に高分子固体電解質を用い、燃料として有機燃料から改質された水素を供給することなく、直接電極上にメタノールなどの有機燃料を供給することでエネルギー密度を向上させた燃料電池であり、軽量小型化に適している。   The progress of information communication functions in portable devices typified by cellular phones has been remarkable, and the power consumption has been increased and the operation has been continued for a long time. However, with lithium ion secondary batteries currently installed in almost all portable devices, performance improvements are approaching the limit in terms of materials and structure. On the other hand, as a new high-capacity drive power source, direct methanol fuel cells are attracting attention because they have a large theoretical fuel capacity and are expected to have a capacity that is several times that of lithium-ion batteries. This is a fuel cell that uses a solid polymer electrolyte as the electrolyte and improves the energy density by supplying organic fuel such as methanol directly onto the electrode without supplying hydrogen reformed from organic fuel as the fuel. It is suitable for light weight and downsizing.

図１に示されるように、ダイレクトメタノール方式では、燃料極側にメタノール水溶液が供給され、燃料極に配置された触媒によりメタノール水溶液からプロトン（Ｈ＋）と二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。触媒には、例えばカーボン（Ｃ）に、白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合金を担持させたものが主に使用されている。プロトンは高分子固体電解質膜中を透過し、空気極側で、酸素と化合して水を生成する。この際、燃料極及び空気極を外部回路に接続する（負荷に接続する）ことで電力が取り出せる。生成された水は空気極からそのまま系外へ、或いは回収して燃料極側へ供給されることにより、空気極から排出される。この種の従来の燃料電池については、例えば特許文献１，２，３に記載されている。
特開２００３−２２３９２１号公報 特開２００３−２９７４０１号公報 特開２０００−３５３５３３号公報 As shown in FIG. 1, in the direct methanol system, a methanol aqueous solution is supplied to the fuel electrode side, and protons (H + ) and carbon dioxide (CO 2 ) are generated from the methanol aqueous solution by a catalyst disposed on the fuel electrode. . For example, a catalyst in which an alloy of platinum (Pt) and ruthenium (Ru) is supported on carbon (C) is mainly used. Protons permeate the polymer solid electrolyte membrane and combine with oxygen to generate water on the air electrode side. At this time, electric power can be taken out by connecting the fuel electrode and the air electrode to an external circuit (connected to a load). The generated water is discharged from the air electrode as it is out of the system as it is or recovered and supplied to the fuel electrode side. This type of conventional fuel cell is described in, for example, Patent Documents 1, 2, and 3.
JP 2003-223922 A JP 2003-297401 A JP 2000-353533 A

しかし、この種の発電システムでは、いくらかのメタノールが、分解されずに高分子固体電解質膜を通過し、空気極側で酸素と反応し、発熱するという問題がある（このような現象は、メタノールのクロスオーバとして知られている。）。従って、燃料電池に負荷が接続されているか否かによらず、燃料（メタノール）が無駄に消費されてしまう問題がある。高分子電解質膜の材料を適切に選択することで、メタノールのクロスオーバを軽減することも検討されているが、クロスオーバを申し分なく抑制するには至っていない。また、有機燃料を気化させ気相で供給する燃料電池系においても、その燃料供給量の制御が困難であり、良好な発電特性を得るには至っていない。   However, in this type of power generation system, there is a problem that some methanol passes through the polymer solid electrolyte membrane without being decomposed, reacts with oxygen on the air electrode side, and generates heat. Known as a crossover.) Therefore, there is a problem that fuel (methanol) is consumed wastefully regardless of whether or not a load is connected to the fuel cell. Reducing methanol crossover by appropriately selecting a material for the polymer electrolyte membrane has also been studied, but it has not yet been successfully suppressed. In addition, even in a fuel cell system in which organic fuel is vaporized and supplied in a gas phase, it is difficult to control the amount of fuel supply, and satisfactory power generation characteristics have not been obtained.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、気相で有機燃料を供給する燃料電池において、気相燃料の供給を容易にし、気相燃料の供給速度を制御可能にし、燃料の発電効率を向上させることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to facilitate the supply of gas-phase fuel and control the supply speed of gas-phase fuel in a fuel cell that supplies organic fuel in the gas phase. It is possible to improve the power generation efficiency of fuel.

一実施例による燃料電池は、
プロトン伝導性を有する固体電解質膜にアノードおよびカソードが配置された発電部と、
燃料極に供給する有機燃料液を気化する気化膜を含む燃料供給部と
を有する燃料電池において、
前記気化膜により気化した有機燃料の透過を遮る複数のマスク要素が、前記気化膜の一部に密着して配置され、前記気化膜の表面に対する前記マスク要素の面密度が前記気化膜の中心部及び周辺部で異なるように、前記気化膜の中心部において前記マスク要素が占める面積は、前記気化膜の周辺部において前記マスク要素が占める面積と異なっている、燃料電池である。 A fuel cell according to one embodiment is:
A power generation unit in which an anode and a cathode are disposed on a solid electrolyte membrane having proton conductivity;
And a fuel supply unit including a vaporization film for vaporizing an organic fuel liquid to be supplied to the fuel electrode.
A plurality of mask elements that block permeation of the organic fuel vaporized by the vaporized film are disposed in close contact with a part of the vaporized film, and the surface density of the mask element with respect to the surface of the vaporized film is the center of the vaporized film and differently at the periphery, the area occupied the mask elements in the central portion of the vaporized film, Ru Ttei different from the area where the occupied mask element in the peripheral portion of the vaporization membrane, a fuel cell.

本発明によれば、有機燃料を気化させ、燃料を気相で電極に供給する燃料電池において、燃料遮断性のマスク部材を燃料気化膜に設けることで、燃料供給量の制御が容易に行うことができ、発電効率を向上させることができる。   According to the present invention, in a fuel cell in which organic fuel is vaporized and fuel is supplied to the electrode in the gas phase, the fuel supply amount can be easily controlled by providing the fuel vaporization film with the fuel cutoff mask member. Power generation efficiency can be improved.

本発明の一形態によれば、発電部の燃料極側に、有機燃料液を気化させる気化膜が設けられる。燃料を有機燃料液のまま燃料極へ供給せずに、燃料を気化させて供給するので、有機物のクロスオーバを効果的に抑制し、燃料が無駄に消費されることを軽減できる。有機燃料液はメタノールが適しており、燃料濃度は発電において最適な範囲で用いられる。   According to one aspect of the present invention, the vaporization film that vaporizes the organic fuel liquid is provided on the fuel electrode side of the power generation unit. Since the fuel is vaporized and supplied without supplying the fuel to the fuel electrode as an organic fuel liquid, it is possible to effectively suppress the crossover of the organic matter and reduce the wasteful consumption of the fuel. Methanol is suitable for the organic fuel liquid, and the fuel concentration is used in an optimum range for power generation.

本発明の一態様によれば、前記気化膜にマスク部材が設けられる。これにより、有機燃料液の気化速度を遅くし、気化された燃料が過剰に燃料極に供給されることを抑制できる。前記気化膜の表面に対する前記マスク部材の占める割合は、前記有機燃料液の気化する速度を定める。   According to an aspect of the present invention, a mask member is provided on the vaporized film. Thereby, the vaporization speed | rate of organic fuel liquid can be slowed and it can suppress that the vaporized fuel is supplied to a fuel electrode excessively. The ratio of the mask member to the surface of the vaporized film determines the vaporization rate of the organic fuel liquid.

前記マスク部材は、多数のマスク要素から構成されてもよい。マスク要素の各々は、有機物の通過を妨げる材料より成る。前記多数のマスク要素の面密度は、前記気化膜の中央部と周辺部で異なってもよい。これにより、有機燃料液の気化速度を面内で均一化させ、発電効率の向上に寄与することができる。前記多数のマスク要素の面密度は、前記気化膜の中央部で高く、周辺部で低くなるように傾斜配置されていてもよい。気化膜の中央部で盛んな気化を抑制し、周辺部の気化速度に合わせることができる。   The mask member may be composed of a number of mask elements. Each mask element is made of a material that prevents the passage of organic matter. The surface density of the multiple mask elements may be different between the central portion and the peripheral portion of the vaporized film. Thereby, the vaporization speed | rate of organic fuel liquid can be equalize | homogenized in a surface, and it can contribute to the improvement of electric power generation efficiency. The surface density of the plurality of mask elements may be inclined so as to be high at the central portion of the vaporized film and low at the peripheral portion. Vigorous vaporization can be suppressed at the central part of the vaporized film, and the vaporization rate of the peripheral part can be matched.

本発明の一態様によれば、前記気化膜は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、セルロース、スルホン化ポリイミド及びスルホン化ポリエーテルより成る群から選択された１以上の材料から構成されてもよい。本発明の一態様によれば、前記マスク部材が、前記気化膜材料よりも燃料透過性の小さいフッ素ゴム又はシリコーンゴム、或いはこれらと有機燃料の透過を妨げる微粒子、例えばシリカやカーボンなどの微粒子とを含んだ混合物でもよい。マスク部材は様々な材料から構成されてもよいが、気化膜とマスク部材の密着性を強くする観点からは、両者は同質の材料から構成されることが望ましい。   According to an aspect of the present invention, the vaporized film may be made of one or more materials selected from the group consisting of silicone rubber, fluororubber, cellulose, sulfonated polyimide, and sulfonated polyether. According to one aspect of the present invention, the mask member includes fluorine rubber or silicone rubber having a fuel permeability smaller than that of the vaporized membrane material, or fine particles that impede permeation of organic fuel, for example, fine particles such as silica and carbon. It may be a mixture containing The mask member may be made of various materials, but from the viewpoint of enhancing the adhesion between the vaporized film and the mask member, it is desirable that both be made of the same material.

図２は、本発明の一実施例による燃料電池の断面図を示す。燃料電池筐体２１により包囲される燃料電池は、燃料タンク２３と、気化膜２５と、マスク層３２と、燃料拡散部２７と、発電部２９とを有する。発電部２９は、燃料極２０と、空気極２２と、それらの間に挟まれた固体電解質膜２４とを有する。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The fuel cell surrounded by the fuel cell casing 21 includes a fuel tank 23, a vaporization film 25, a mask layer 32, a fuel diffusion part 27, and a power generation part 29. The power generation unit 29 includes a fuel electrode 20, an air electrode 22, and a solid electrolyte membrane 24 sandwiched between them.

燃料タンク２３には、例えばメタノール水溶液より成る有機燃料が蓄えられている。   In the fuel tank 23, an organic fuel made of, for example, an aqueous methanol solution is stored.

気化膜２５は、燃料タンク側から有機燃料液を吸収し、他方の側から気化した有機燃料を放出する。気化膜２５は、このような機能を有する適切ないかなる材料から構成されてもよいが、メタノールを含む有機溶媒に非溶解性の性質を備えることを要する。具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、セルロース膜、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリエーテル等の材料で気化膜２５を形成することができる。本実施例では、２００μｍの膜厚のシリコーンゴム（信越シリコーン社製）が使用される。   The vaporization film 25 absorbs the organic fuel liquid from the fuel tank side and releases the vaporized organic fuel from the other side. Although the vaporization film | membrane 25 may be comprised from what kind of appropriate material which has such a function, it is required to provide a property insoluble in the organic solvent containing methanol. Specifically, the vaporized film 25 can be formed of a material such as silicone rubber, fluororubber, cellulose film, sulfonated polyimide, and sulfonated polyether. In this embodiment, a silicone rubber having a thickness of 200 μm (manufactured by Shin-Etsu Silicone) is used.

マスク層３２は、気化膜２５の燃料拡散部側に設けられる。マスク層３２は、気化膜２５との密着性に優れ、メタノールのような有機燃料の通過を完全に又は部分的に遮蔽する性質を有する材料で構成される。具体的には、マスク層３２は、モノマーの溶液を気化膜２５全面に塗布，パターニングし、気化膜２５上に設けた。マスク層３２は、燃料中の有機物の透過を遮るシリカ微粒子を５０％以上含有したシリコーンゴム等で形成され、パターニングには、スクリーン印刷、フォトリソグラフィその他の当該技術分野で周知のパターニング技術が使用されてもよいが、本実施例ではスクリーン印刷を用いた。その後、約１５０℃の熱処理を行うことで、気化膜２５にマスク３２が固定された。   The mask layer 32 is provided on the fuel diffusion part side of the vaporization film 25. The mask layer 32 is made of a material that has excellent adhesion to the vaporized film 25 and has a property of completely or partially shielding the passage of an organic fuel such as methanol. Specifically, the mask layer 32 was provided on the vaporized film 25 by applying and patterning a monomer solution over the entire vaporized film 25. The mask layer 32 is formed of silicone rubber or the like containing 50% or more of silica fine particles that block the permeation of organic substances in the fuel. For patterning, screen printing, photolithography, and other patterning techniques known in the art are used. However, in this embodiment, screen printing was used. Thereafter, the mask 32 was fixed to the vaporized film 25 by performing a heat treatment at about 150 ° C.

図３は、本実施例で使用されるマスク層３２の平面図（燃料拡散部側から眺めた図）及びその端面図を示す。図示されているように、マスク層３２は、多数の円盤状のマスク要素より成り、これらのマスク要素は燃料の進行を完全に又は部分的に妨げる。従って、気化膜の全表面に対するマスク要素全体の占める割合を調整することで、気化速度を調整することができる。その割合が小さければ気化速度が大きく、割合が大きければ気化速度は小さくなる。一例として、このマスクを用いることで、燃料の透過率、即ち気化速度を１／５に減らすことができる（マスク要素が燃料の進行を完全に遮断するならば、気化膜表面の４／５をマスク要素全体が占めるようにすればよい。）。   FIG. 3 is a plan view of the mask layer 32 used in this embodiment (viewed from the fuel diffusion portion side) and an end view thereof. As shown, the mask layer 32 comprises a number of disc-shaped mask elements that completely or partially impede fuel progression. Therefore, the vaporization rate can be adjusted by adjusting the ratio of the entire mask element to the entire surface of the vaporized film. If the ratio is small, the vaporization rate is large, and if the ratio is large, the vaporization rate is small. As an example, this mask can reduce the fuel permeability, i.e. the vaporization rate, to 1/5 (if the mask element completely blocks the fuel progression, 4/5 of the vaporized membrane surface (The entire mask element should be occupied.)

図２の燃料拡散部２７は、気化した有機燃料を発電部２９の燃料極２０に与える。燃料拡散部２７は、燃料によって腐食したり劣化したりしない多孔質体より成る。より具体的には、燃料拡散部２７は、セラミックス多孔体、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布等の多孔質体、フッ素樹脂製の多孔質体、ポリプロピレン性の多孔質体等で形成されてもよい。本実施例では、２８０μｍの厚みのカーボンペーパー（東レ社製）が使用された。   The fuel diffusion unit 27 in FIG. 2 gives the vaporized organic fuel to the fuel electrode 20 of the power generation unit 29. The fuel diffusion portion 27 is made of a porous body that is not corroded or deteriorated by the fuel. More specifically, the fuel diffusion part 27 may be formed of a porous body such as a ceramic porous body, carbon paper, or carbon fiber nonwoven fabric, a porous body made of a fluororesin, a polypropylene porous body, or the like. In this example, carbon paper having a thickness of 280 μm (manufactured by Toray Industries, Inc.) was used.

燃料極２０では、気化した有機燃料と不図示の触媒との化学反応により、プロトン（Ｈ＋）が生成され、固体電解質膜２４に与えられる。本実施例では白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合金がカーボン（Ｃ）上に担持された触媒（田中貴金属社製、担持量５４％）が、燃料極側の触媒に使用された。プロトンは固体電解質膜２４を通過し、空気極２２に到達する。固体電解質膜２４には、スルホン化ポリエーテルであるＮａｆｉｏｎ１１７（デュポン社製）が使用された。空気極２２では、外気に含まれる酸素が、空気極触媒で還元され、プロトンと、負荷の側からの電子との化学反応により、水（Ｈ２Ｏ）が生成され、電力が取り出される。本実施例では白金（Ｐｔ）がカーボン（Ｃ）上に担持された触媒（田中貴金属社製、５０％）が、空気極側の触媒に使用された。なお、必要に応じて、燃料極２０の近辺で適切な量の水分が確保されるように、保湿材料がその近辺に設けられてもよい。 In the fuel electrode 20, protons (H + ) are generated by a chemical reaction between the vaporized organic fuel and a catalyst (not shown), and are given to the solid electrolyte membrane 24. In this example, a catalyst (made by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., 54% loading) in which an alloy of platinum (Pt) and ruthenium (Ru) was supported on carbon (C) was used as the catalyst on the fuel electrode side. Protons pass through the solid electrolyte membrane 24 and reach the air electrode 22. For the solid electrolyte membrane 24, Nafion 117 (manufactured by DuPont), which is a sulfonated polyether, was used. In the air electrode 22, oxygen contained in the outside air is reduced by the air electrode catalyst, and water (H 2 O) is generated by a chemical reaction between protons and electrons from the load side, and electric power is taken out. In this example, a catalyst in which platinum (Pt) was supported on carbon (C) (Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., 50%) was used as the catalyst on the air electrode side. If necessary, a moisturizing material may be provided in the vicinity of the fuel electrode 20 so as to ensure an appropriate amount of moisture.

本実施例によれば、燃料極２０に燃料が気化膜マスクにより供給速度が制御されて気相で供給されるので、それが液体で供給される場合に比べて、メタノールが過剰に固体電解質膜に流入することを顕著に低減できる。従って、メタノールのクロスオーバを低減することができ、有機燃料が無駄に消費されることなく、効果的に発電効率を向上させることができる。   According to the present embodiment, the fuel is supplied to the fuel electrode 20 in the vapor phase with the supply rate controlled by the vaporized film mask, so that the methanol is excessive in comparison with the case where it is supplied in the liquid state. It is possible to remarkably reduce the inflow into the water. Therefore, the crossover of methanol can be reduced, and the power generation efficiency can be effectively improved without wasteful consumption of organic fuel.

ところで、気化膜の面内温度分布は必ずしも一様ではない。場合によっては、気化膜周囲は燃料電池筐体に近いため、気化膜の周囲は比較的低温になり、中央付近で比較的高温になる。或いは、空気極側での発熱に起因して筐体が高温になり、気化膜の周辺部が比較的高温になる場合もある。いずれにせよ、燃料電池の用途や仕様等に応じて、気化膜の面内温度分布に非一様性が生じるかもしれない。仮に、気化膜の中央付近での燃料の気化が、周辺付近に比べて激しく起こっていたとする。このような不均一性は、燃料極、高分子固体電解質層及び空気極における動作や化学反応にも反映し、燃料電池の一部を他の部分よりも重点的に使用することになる。その結果、燃料電池の使用効率が悪化することに加えて、燃料電池の寿命が縮むことにもなる。   By the way, the in-plane temperature distribution of the vaporized film is not necessarily uniform. In some cases, since the periphery of the vaporized film is close to the fuel cell casing, the area around the vaporized film is relatively low temperature and relatively high near the center. Alternatively, the casing may be heated due to heat generation on the air electrode side, and the peripheral portion of the vaporized film may be relatively hot. In any case, non-uniformity may occur in the in-plane temperature distribution of the vaporized film depending on the application and specifications of the fuel cell. Suppose that the fuel vaporization near the center of the vaporization film occurred more intensely than the vicinity. Such non-uniformity is reflected in the operation and chemical reaction in the fuel electrode, the polymer solid electrolyte layer, and the air electrode, and a part of the fuel cell is used more preferentially than the other parts. As a result, the use efficiency of the fuel cell is deteriorated and the life of the fuel cell is shortened.

このような不都合に対処するため、本発明の第２実施例では、マスク層３２のマスクパターンが適切に調整される。例えば、気化膜の中央付近での燃料の気化が、周辺付近に比べて激しく起こるような状況が予想されるとする。この場合には、図４に示されるように、気化膜２５の中央付近でマスク要素が多くの面積を占め、周辺部ではマスク要素が少ない面積を占めるように、マスク層３２がパターニングされる。上述したように、気化膜３２上でマスク要素の占める割合は、気化速度に影響する。従って、図示の例では、マスク層３２は、中央付近の気化速度が遅く、周辺での気化速度が速くなるように機能する。気化膜３２の面内温度分布が一様でなかったとしても、マスク層３２のマスクパターンで気化速度を調整することができ、燃料極へ一様な速度及び密度で燃料を供給することができる。その結果、燃料電池の使用効率及び寿命の劣化を効果的に軽減することができる。図４のマスクパターンに限らず、用途に応じて様々なマスクパターンが採用されてもよい。   In order to cope with such inconvenience, in the second embodiment of the present invention, the mask pattern of the mask layer 32 is appropriately adjusted. For example, suppose a situation is expected in which the fuel vaporization near the center of the vaporization film occurs more intensely than the vicinity. In this case, as shown in FIG. 4, the mask layer 32 is patterned so that the mask element occupies a large area near the center of the vaporized film 25 and the mask element occupies a small area in the peripheral part. As described above, the ratio of the mask element on the vaporized film 32 affects the vaporization rate. Therefore, in the illustrated example, the mask layer 32 functions so that the vaporization rate near the center is slow and the vaporization rate around is high. Even if the in-plane temperature distribution of the vaporized film 32 is not uniform, the vaporization rate can be adjusted by the mask pattern of the mask layer 32, and the fuel can be supplied to the fuel electrode at a uniform rate and density. . As a result, it is possible to effectively reduce the deterioration of the usage efficiency and life of the fuel cell. Not only the mask pattern of FIG. 4 but various mask patterns may be adopted according to the application.

図５は、本発明の実施例による燃料電池の特性を示す。横軸は、燃料電池に接続された負荷に流れる電流密度を表し、縦軸は負荷に供給される電力を表す。従って、理想的には放物線状の特性が示される。図中、Ａで示される四角印の一群のプロット点で表現されるグラフは、実施例１による燃料電池に対するグラフであり、この燃料電池は図３に示されるようなパターンのマスク層を有する。Ｂで示される丸印の一群のプロット点で表現されるグラフは、実施例２による燃料電池に対するグラフであり、この燃料電池は図４に示されるようなパターンのマスク層を有する。横軸及び縦軸の数値は、Ｂで示されるグラフのピーク電流密度及び出力密度がそれぞれ１になるように、規格化されている。グラフのピークは、燃料電池から取り出すことのできる最大電力を示すので、ピークの出力密度が大きいほど、発電効率が良い。図示されているように、気化速度の面内均一性に配慮した実施例２に関するグラフＢは、それに配慮していない実施例に関するグラフＡよりも大きなピークを有する。従って、実施例２の燃料電池は、実施例１の燃料電池より優れた発電特性を示すことが分かる。   FIG. 5 shows the characteristics of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the current density flowing through the load connected to the fuel cell, and the vertical axis represents the power supplied to the load. Therefore, ideally a parabolic characteristic is exhibited. In the drawing, a graph represented by a group of plot points indicated by a square mark A is a graph for the fuel cell according to Example 1, and this fuel cell has a mask layer having a pattern as shown in FIG. A graph expressed by a group of plotted points indicated by a circle B is a graph for the fuel cell according to Example 2, and this fuel cell has a mask layer having a pattern as shown in FIG. The numerical values on the horizontal axis and the vertical axis are normalized so that the peak current density and the output density of the graph indicated by B are respectively 1. Since the peak of the graph indicates the maximum power that can be extracted from the fuel cell, the higher the peak output density, the better the power generation efficiency. As shown in the figure, the graph B related to Example 2 in consideration of the in-plane uniformity of the vaporization rate has a larger peak than the graph A related to the example not considering it. Therefore, it can be seen that the fuel cell of Example 2 exhibits better power generation characteristics than the fuel cell of Example 1.

以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。   Hereinafter, the means taught by the present invention will be listed as an example.

（付記１）
プロトン伝導性を有する固体電解質膜にアノードおよびカソードが配置された発電部と、
燃料極に供給する有機燃料を気化する気化膜を含む燃料供給部と、
を有する燃料電池において、
該気化膜よりも燃料透過性の小さなマスク部材が、前記気化膜に密着して配置されていることを特徴とする燃料電池。 (Appendix 1)
A power generation unit in which an anode and a cathode are disposed on a solid electrolyte membrane having proton conductivity;
A fuel supply unit including a vaporized film for vaporizing organic fuel supplied to the fuel electrode;
In a fuel cell having
A fuel cell, wherein a mask member having a smaller fuel permeability than the vaporized film is disposed in close contact with the vaporized film.

（付記２）
前記マスク部材が、所定の開口比率を有するように複数の開口部が設けられていることを特徴とする付記１記載の燃料電池。 (Appendix 2)
The fuel cell according to appendix 1, wherein the mask member is provided with a plurality of openings so as to have a predetermined opening ratio.

（付記３）
前記マスク部材の開口形状が、前記マスク部材の中心部に対し、前記マスク部材の端部の方が大きく傾斜配置されていることを特徴とする付記１または２に記載の燃料電池。 (Appendix 3)
3. The fuel cell according to appendix 1 or 2, wherein an opening shape of the mask member is arranged so that an end portion of the mask member is largely inclined with respect to a center portion of the mask member.

（付記４）
前記マスク部材が多数のマスク要素を含み、
前記気化膜の表面に対する前記マスク要素の占める割合が、前記有機燃料液の気化する速度を定める
ことを特徴とする付記１記載の燃料電池。 (Appendix 4)
The mask member includes a number of mask elements;
The fuel cell according to claim 1, wherein a ratio of the mask element to the surface of the vaporized film determines a vaporization rate of the organic fuel liquid.

（付記５）
前記マスク部材を構成する多数のマスク要素の面密度が、前記気化膜の中央部と周辺部で異なる
ことを特徴とする付記１記載の燃料電池。 (Appendix 5)
The fuel cell according to appendix 1, wherein the surface density of a large number of mask elements constituting the mask member is different between a central portion and a peripheral portion of the vaporized film.

（付記６）
前記気化膜が、シリコーンゴム、フッ素ゴム、セルロース、スルホン化ポリイミド及びスルホン化ポリエーテルより成る群から選択された１以上の材料より成る
ことを特徴とする付記１記載の燃料電池。 (Appendix 6)
The fuel cell according to appendix 1, wherein the vaporized membrane is made of one or more materials selected from the group consisting of silicone rubber, fluororubber, cellulose, sulfonated polyimide, and sulfonated polyether.

（付記７）
前記マスク部材が、前記有機燃料中の有機物の進行を妨げる微粒子と、フッ素ゴム又はシリコーンゴムとの混合物を含む
ことを特徴とする付記１記載の燃料電池。 (Appendix 7)
The fuel cell according to appendix 1, wherein the mask member includes a mixture of fine particles that obstruct the progress of organic matter in the organic fuel and fluororubber or silicone rubber.

燃料電池の動作原理を示す図である。It is a figure which shows the operating principle of a fuel cell. 本発明の一実施例による燃料電池を示す図である。It is a figure which shows the fuel cell by one Example of this invention. マスク層の平面図及び断面図を示す図である。It is a figure which shows the top view and sectional drawing of a mask layer. 別のマスク層の平面図を示す。The top view of another mask layer is shown. 本発明の実施例による燃料電池の特性を示す。1 shows characteristics of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 燃料極
２１ 燃料電池筐体
２２ 空気極
２３ 燃料タンク
２４ 高分子固体電解質膜
２５ 気化膜
２７ 燃料拡散部
２９ 発電部
３２ マスク層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Fuel electrode 21 Fuel cell housing 22 Air electrode 23 Fuel tank 24 Polymer solid electrolyte membrane 25 Vaporization membrane 27 Fuel diffusion part 29 Power generation part 32 Mask layer

Claims (2)

プロトン伝導性を有する固体電解質膜にアノードおよびカソードが配置された発電部と、
燃料極に供給する有機燃料液を気化する気化膜を含む燃料供給部と
を有する燃料電池において、
前記気化膜により気化した有機燃料の透過を遮る複数のマスク要素が、前記気化膜の一部に密着して配置され、前記気化膜の表面に対する前記マスク要素の面密度が前記気化膜の中心部及び周辺部で異なるように、前記気化膜の中心部において前記マスク要素が占める面積は、前記気化膜の周辺部において前記マスク要素が占める面積と異なっている、燃料電池。 A power generation unit in which an anode and a cathode are disposed on a solid electrolyte membrane having proton conductivity;
And a fuel supply unit including a vaporization film for vaporizing an organic fuel liquid to be supplied to the fuel electrode.
A plurality of mask elements that block permeation of the organic fuel vaporized by the vaporized film are disposed in close contact with a part of the vaporized film, and the surface density of the mask element with respect to the surface of the vaporized film is the center of the vaporized film and differently at the periphery, an area occupied by the mask element at the center of the vaporizing film, Ru Ttei different from the area occupied the mask elements in the peripheral portion of the vaporization membrane, fuel cells. 前記マスク要素が、前記気化膜の中心部よりも、前記気化膜の周辺部では少ない面積を占める、請求項１記載の燃料電池。 It said mask element, than the center portion of the vaporization membrane, occupies less area in the peripheral portion of the vaporization membrane, a fuel cell according to claim 1, wherein.
JP2005047412A 2005-02-23 2005-02-23 Fuel cell Expired - Fee Related JP5105710B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005047412A JP5105710B2 (en) 2005-02-23 2005-02-23 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005047412A JP5105710B2 (en) 2005-02-23 2005-02-23 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006236688A JP2006236688A (en) 2006-09-07
JP5105710B2 true JP5105710B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=37044111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005047412A Expired - Fee Related JP5105710B2 (en) 2005-02-23 2005-02-23 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5105710B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718114B1 (en) 2005-05-25 2007-05-15 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system comprising structure for supplying fuel in vapor phase
WO2008035423A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 Fujitsu Limited Fuel cell
JP2008235026A (en) * 2007-03-20 2008-10-02 Toshiba Corp Fuel distribution adjustment method, fuel distribution adjustment film, manufacturing method of fuel distribution adjustment film, fuel cell, and manufacturing method of fuel cell
JP5093800B2 (en) * 2007-06-08 2012-12-12 シャープ株式会社 Fuel cell
JP5729287B2 (en) * 2011-12-06 2015-06-03 コニカミノルタ株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3442688B2 (en) * 1999-06-09 2003-09-02 株式会社東芝 Fuel cell
JP2001015130A (en) * 1999-06-29 2001-01-19 Toshiba Corp Fuel cell
JP4047752B2 (en) * 1999-09-30 2008-02-13 株式会社東芝 Method for manufacturing ion conductive film
AU2002319890A1 (en) * 2001-07-18 2003-03-03 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management
JP3968028B2 (en) * 2003-01-29 2007-08-29 京セラ株式会社 Fuel cell container and manufacturing method thereof
JP2005038738A (en) * 2003-07-16 2005-02-10 Mitsubishi Rayon Co Ltd Gas diffusion layer electrode base material, its manufacturing method, and polymer electrolyte fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006236688A (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007048552A (en) Fuel cell, fuel cell power source system, and electronic equipment using it
JP2006140152A (en) Electrode for fuel cell, and membrane/electrode assembly and fuel cell system including it
WO2005088752A1 (en) Fuel cell system
JP5105710B2 (en) Fuel cell
JP2002367655A (en) Fuel cell
JP5006218B2 (en) Fuel cell
JP2004055307A (en) Fuel cell mounting apparatus
JP4611933B2 (en) Fuel cell system
US20110117465A1 (en) Fuel cell
JP2006244907A (en) Fuel cell
JP5362406B2 (en) Fuel cell
JP2008235026A (en) Fuel distribution adjustment method, fuel distribution adjustment film, manufacturing method of fuel distribution adjustment film, fuel cell, and manufacturing method of fuel cell
JP2006302697A (en) Membrane electrode assebmly of fuel cell
JP2006049115A (en) Fuel cell
US9325015B2 (en) Reaction layer for fuel cell
JP4585804B2 (en) Liquid fuel cell
WO2006126685A1 (en) Fuel cell
JP2004127833A (en) Fuel cell
JP2008146902A (en) Unit cell for fuel cell and fuel cell stack
JP2005222720A (en) Fuel cell
JP2005353605A (en) Fuel cell and portable electrical apparatus with the fuel cell mounted
JP4018500B2 (en) Fuel cell
JP5003056B2 (en) Fuel cell
JP2007042600A (en) Fuel cell
JP2009231111A (en) Fuel cell unit, fuel cell stack and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071211

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110214

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111108

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120113

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120130

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20120302

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121002

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees