JP2010086662A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】出力変動が抑制された燃料電池を提供する。
【解決手段】カソード2と、アノード3と、前記カソード2及び前記アノード3の間に配置された電解質膜4とを具備する燃料電池であって、前記カソード2は、前記電解質膜4と対向するカソード触媒層5と、カソードガス拡散層7と、前記カソード触媒層5及び前記カソードガス拡散層7の間に配置された疎水性多孔質層6と、前記カソードガス拡散層7の外側に配置された水蒸気透過抑制層8とを含み、前記カソードガス拡散層7の透湿度は、前記疎水性多孔質層6及び前記水蒸気透過抑制層8の透湿度よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】 図1A fuel cell in which output fluctuation is suppressed is provided.
A fuel cell comprising a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode is opposed to the electrolyte membrane. The cathode catalyst layer 5, the cathode gas diffusion layer 7, the hydrophobic porous layer 6 disposed between the cathode catalyst layer 5 and the cathode gas diffusion layer 7, and the cathode gas diffusion layer 7. The moisture permeability of the cathode gas diffusion layer 7 is greater than the moisture permeability of the hydrophobic porous layer 6 and the moisture vapor transmission suppressing layer 8.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池に関するもので、特に小型の液体燃料直接供給型燃料電池に好適なものである。 The present invention relates to a fuel cell, and is particularly suitable for a small liquid fuel direct supply type fuel cell.
近年、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れている。 In recent years, small fuel cells have attracted attention in place of lithium ion secondary batteries. In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is more difficult to handle hydrogen gas than a fuel cell using hydrogen gas, and the organic fuel is reformed to generate hydrogen. There is no need for a device to create, and it is excellent in miniaturization.
DMFCでは、アノード(例えば燃料極)においてメタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成する。一方、カソード(例えば空気極)では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成する。また、この外部回路を通る電子によって、電力が供給されることになる。 In DMFC, methanol is oxidized and decomposed at an anode (for example, a fuel electrode) to generate carbon dioxide, protons, and electrons. On the other hand, in the cathode (for example, the air electrode), water is generated by oxygen obtained from air, protons supplied from the fuel electrode through the electrolyte membrane, and electrons supplied from the fuel electrode through an external circuit. In addition, power is supplied by electrons passing through the external circuit.
特許文献1には、水素やメタノールなどの還元性ガスまたは空気、酸素等の酸化性ガスを電極触媒層に導入するための拡散電極として、撥水性材料としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粒子と、電子伝導性材料としてのカーボンブラックとを含むものを使用することが開示されている。
また、特許文献2は、触媒層に燃料もしくは酸素を導入する拡散層として、導電性カーボンと疎水性高分子とを含むものを使用することを開示している。
さらに、特許文献3は、触媒層とガス拡散層との界面に、少なくとも電子伝導性物質、撥水性樹脂及び造孔剤の混合物からなる微多孔層を形成することにより、ガス流路におけるMEAの面方向の拡散性を改善することを開示している。
Further,
一方、特許文献4には、ガス拡散層としてカーボンペーパーもしくはカーボンクロスを使用することが記載されている。
本発明は、出力変動が抑制された燃料電池を提供しようとするものである。 The present invention is intended to provide a fuel cell in which output fluctuation is suppressed.
本発明に係る燃料電池は、カソードと、アノードと、前記カソード及び前記アノードの間に配置された電解質膜とを具備する燃料電池であって、
前記カソードは、前記電解質膜と対向するカソード触媒層と、カソードガス拡散層と、前記カソード触媒層及び前記カソードガス拡散層の間に配置された疎水性多孔質層と、前記カソードガス拡散層の外側に配置された水蒸気透過抑制層とを含み、
前記カソードガス拡散層の透湿度は、前記疎水性多孔質層及び前記水蒸気透過抑制層の透湿度よりも大きいことを特徴とする。
A fuel cell according to the present invention is a fuel cell comprising a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode,
The cathode includes a cathode catalyst layer facing the electrolyte membrane, a cathode gas diffusion layer, a hydrophobic porous layer disposed between the cathode catalyst layer and the cathode gas diffusion layer, and a cathode gas diffusion layer. Including a water vapor permeation suppression layer disposed on the outside,
The cathode gas diffusion layer has a moisture permeability greater than that of the hydrophobic porous layer and the water vapor permeation suppression layer.
本発明によれば、出力変動が抑制された燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell by which the output fluctuation was suppressed can be provided.
本発明の実施形態に係る燃料電池を図面を参照して説明する。 A fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施形態に係る燃料電池に用いられる膜電極接合体の断面図である。図1に示すように、膜電極接合体1は、カソード(空気極)2と、アノード(燃料極)3と、カソード2及びアノード3の間に配置されたプロトン伝導性電解質膜4とを備える。カソード2は、電解質膜4の一方の面に積層されたカソード触媒層5と、カソード触媒層5に積層された疎水性多孔質層6と、疎水性多孔質層6に積層されたカソードガス拡散層7と、カソードガス拡散層7に積層された水蒸気透過抑制層8とを含む。カソードガス拡散層7の透湿度は、疎水性多孔質層6及び水蒸気透過抑制層8の透湿度よりも大きい。一方、アノード3は、電解質膜4の反対側の面に積層されたアノード触媒層9と、アノード触媒層9に積層されたアノードガス拡散層10とを含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly used in a fuel cell according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
上述した図1に示す膜電極接合体1では、疎水性多孔質層6の透湿度がカソードガス拡散層7の透湿度に比して小さいため、発電によりカソード触媒層5に生成した水は、疎水性多孔質層6の透過を抑制される。その結果、カソード触媒層5と疎水性多孔質層6との間に水が保持され、アノード3への水の透過を早くすることができる。
In the
さらに、水蒸気透過抑制層8の透湿度がカソードガス拡散層7の透湿度に比して小さいため、水蒸気透過抑制層8は、疎水性多孔質層6から拡散した生成水の拡散を抑制し、水蒸気透過抑制層8からカソードガス拡散層7までの水分子濃度を安定にすることができる。その結果、疎水性多孔質層6とカソードガス拡散層7との間の水分子濃度勾配が小さくなり、疎水性多孔質層6の生成水の透過をより抑制することができる。
Further, since the moisture permeability of the water vapor
これにより、カソード2からアノード3への水の供給が安定して、かつ速やかになされるため、燃料電池の出力変動を小さくすることができる。
Thereby, since the supply of water from the
なお、カソードガス拡散層7の透湿度が疎水性多孔質層6または水蒸気透過抑制層8もしくは両者の透湿度に比して小さい場合、カソード触媒層5から水蒸気透過抑制層8までに水による目詰まりが起こり、空気の拡散が阻害される。
When the moisture permeability of the cathode
前述した図1に示す膜電極接合体1において、水蒸気透過抑制層8の透湿度を、疎水性多孔質層6の透湿度の値以上にすることが望ましい。これにより、カソード2からアノード3への水の拡散をさらに促すことができるため、出力変動をさらに小さくすることができる。
In the
また、疎水性多孔質層6の透湿度をA、カソードガス拡散層7の透湿度をBとした際、A:B=1:2〜1:3であることが望ましい。A:Bが1:2よりも小さいと、生成水に対する拡散抑制の効果が得られ難い。一方、A:Bが1:3を超えていると、カソード触媒層から水蒸気透過抑制層までの水分子濃度が大きくなり、空気の拡散が阻害される。
Further, when the moisture permeability of the hydrophobic porous layer 6 is A and the moisture permeability of the cathode
図1に示す膜電極接合体を備えた燃料電池を図2〜図3を参照して説明する。 A fuel cell provided with the membrane electrode assembly shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
図2に示す燃料電池は、図1に示す膜電極接合体1と、この膜電極接合体1に燃料を供給する燃料分配機構20と、液体燃料を収容する燃料収容部21と、これら燃料分配機構20と燃料収容部21とを接続する流路22とから主として構成されている。
The fuel cell shown in FIG. 2 includes a
膜電極接合体1を構成する各部材について説明する。
Each member which comprises the
疎水性多孔質層6は、超微多孔質構造を有することが望ましく、具体的には、孔径が50nm以上、100μm以下であることが好ましい。 The hydrophobic porous layer 6 desirably has a microporous structure, and specifically, the pore diameter is preferably 50 nm or more and 100 μm or less.
疎水性多孔質層6は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなフッ素系樹脂のような撥水剤を含有することが望ましい。 The hydrophobic porous layer 6 preferably contains a water repellent such as a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
疎水性多孔質層6の透湿度は、30000〜70000g/m2・24hr・atm(30〜70kg/m2・24hr・atm)の範囲内にすることが望ましい。透湿度がこの範囲内にあるものは、気体の燃料の透過が可能で、かつ十分な疎水性を有する。透湿度のより好ましい範囲は、45000〜65000g/m2・24hr・atm(45〜65kg/m2・24hr・atm)である。
Moisture permeability of the hydrophobic porous layer 6 is preferably in the range of 30000~70000g / m 2 · 24hr · atm (30~70kg /
疎水性多孔質層6は、カソード触媒層5とカソードガス拡散層7間の電気抵抗を小さくするため、導電性物質を含有することが望ましい。導電性物質としては、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料には、ケッチェンブラック、プリンテックス、カーボンナノチューブなどが挙げられ、粒子(例えば、球状粒子、扁平状粒子)もしくは繊維の形態を有する炭素材料であれば特に限定されるものではない。特に、炭素材料の微粒子もしくは炭素材料のナノ繊維が好適である。
The hydrophobic porous layer 6 preferably contains a conductive material in order to reduce the electrical resistance between the
疎水性多孔質層6は、例えば、以下の(a)〜(c)に説明する方法で作製される。 The hydrophobic porous layer 6 is produced, for example, by the method described in the following (a) to (c).
(a)基材としてのカーボンペーパーに、炭素材料と撥水剤と溶媒とを含むスラリーをスプレーコート法にて塗布し、乾燥もしくは焼成することにより、疎水性多孔質層6が得られる。また、カーボンペーパーの片面のみにスラリーを塗布し、乾燥もしくは焼成することによっても、疎水性多孔質層6が得られる。なお、カーボンペーパーには、撥水処理が施されていても、いなくても良い。撥水処理には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなフッ素系樹脂を使用することができる。 (A) A hydrophobic porous layer 6 is obtained by applying a slurry containing a carbon material, a water repellent and a solvent to a carbon paper as a substrate by a spray coating method and drying or baking. The hydrophobic porous layer 6 can also be obtained by applying the slurry to only one side of the carbon paper and drying or baking it. The carbon paper may or may not be subjected to water repellent treatment. For the water repellent treatment, a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.
(b)カーボンペーパー以外の基材に上記スラリーをスプレーコート法にて塗布し、乾燥もしくは焼成した後、得られた層を基材から剥離することによっても、疎水性多孔質層6を作製することが可能である。 (B) After applying the slurry to a substrate other than carbon paper by a spray coating method and drying or firing, the hydrophobic porous layer 6 is also produced by peeling the obtained layer from the substrate. It is possible.
上記(a)及び(b)の方法に示す通りに、疎水性多孔質層6には、カーボンペーパーを含むもの、あるいは含まないものを使用することができる。 As shown in the above methods (a) and (b), the hydrophobic porous layer 6 can contain carbon paper or not.
(c)スラリー中に撥水剤を添加する代わりに、撥水剤を含まないスラリーを用いて疎水性多孔質層6を作製した後、得られた疎水性多孔質層6を撥水剤の溶液に浸漬処理しても良い。 (C) Instead of adding a water repellent to the slurry, the hydrophobic porous layer 6 was prepared using a slurry not containing a water repellent, and then the obtained hydrophobic porous layer 6 was replaced with a water repellent. You may immerse in a solution.
疎水性多孔質層6の透湿度は、例えば、下記の(1)〜(5)の方法により調整することができる。 The moisture permeability of the hydrophobic porous layer 6 can be adjusted by, for example, the following methods (1) to (5).
(1)疎水性多孔質層6が導電性物質として炭素材料を含む場合には、炭素材料のかさ密度や形状を選択することにより、透湿度を目的とする範囲内に設定することができる。 (1) When the hydrophobic porous layer 6 contains a carbon material as a conductive substance, the moisture permeability can be set within a target range by selecting the bulk density and shape of the carbon material.
(2)疎水性多孔質層6が炭素材料及び撥水剤を含む場合には、炭素材料と撥水剤との比率を調整することにより、透湿度を目的とする範囲内に設定することができる。炭素材料の量を増加させると透湿度を増加させることができ、撥水剤の量を増加させると透湿度を低くすることができる。 (2) When the hydrophobic porous layer 6 contains a carbon material and a water repellent, the moisture permeability can be set within a target range by adjusting the ratio of the carbon material and the water repellent. it can. When the amount of the carbon material is increased, the moisture permeability can be increased, and when the amount of the water repellent is increased, the moisture permeability can be lowered.
(3)基材に塗布するスラリー量を調整することによって透湿度を目的とする範囲内に設定することができる。塗布量を増やすと透湿度を低くすることができ、塗布量を減らすと透湿度を増加させることができる。 (3) The moisture permeability can be set within a target range by adjusting the amount of slurry applied to the substrate. Increasing the coating amount can lower the moisture permeability, and decreasing the coating amount can increase the moisture permeability.
(4)上記(a)〜(c)の方法における基材にスラリーを塗布する工程でノズルを使用する場合には、ノズル条件、例えばノズル種類、吐出圧、吐出量、吐出距離、吐出時間等を変更すると、スラリーの塗布により形成された膜の密度や膜の表面状態が変わるため、透湿度を目的とする範囲内に設定することができる。一般に、膜の表面の平滑性を高めることにより透湿度を低くすることができ、表面粗さを大きくすることにより透湿度を増加させることができる。また、塗布膜の密度を低くすることにより、透湿度を増加させることができる。 (4) When a nozzle is used in the step of applying slurry to the substrate in the methods (a) to (c) above, nozzle conditions, such as nozzle type, discharge pressure, discharge amount, discharge distance, discharge time, etc. Since the density of the film formed by applying the slurry and the surface state of the film change, the moisture permeability can be set within the target range. In general, the moisture permeability can be lowered by increasing the smoothness of the surface of the film, and the moisture permeability can be increased by increasing the surface roughness. Moreover, moisture permeability can be increased by reducing the density of the coating film.
(5)上記(a)〜(c)の方法により得られた膜にプレスを施すと、物理的に膜の密度が高くなるため、膜の表面が滑らかになり、透湿度を低くすることができ、透湿度を目的とする範囲内に設定することができる。 (5) When the film obtained by the above methods (a) to (c) is pressed, the density of the film is physically increased, so that the surface of the film becomes smooth and moisture permeability can be lowered. The moisture permeability can be set within a target range.
疎水性多孔質層6の厚さは、300μm〜360μmの範囲にあることが望ましい。 The thickness of the hydrophobic porous layer 6 is desirably in the range of 300 μm to 360 μm.
カソードガス拡散層7は、カソード触媒層5に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層5の集電体も兼ねている。カソードガス拡散層7には、例えば、撥水処理の施されたカーボンペーパーもしくはカーボンクロスを使用することができる。撥水処理には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなフッ素系樹脂を使用することができる。カソードガス拡散層7は、60〜90重量%の導電性物質及び10〜40重量%のフッ素系樹脂を含むことが望ましい。導電性物質としては、例えば、カーボンペーパー及びカーボンクロスの主原料である炭素材料を挙げることができる。
The cathode
アノードガス拡散層10は、アノード触媒層9に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層9の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層10は、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスから形成される。カーボンペーパー及びカーボンクロスには、撥水性を付与しても良いし、撥水性を付与しなくてもよい。撥水処理には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなフッ素系樹脂を使用することができる。
The anode
アノード触媒層9およびカソード触媒層5に含有される触媒としては、例えば、白金族元素である、Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等の単体金属、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。具体的には、燃料極側の触媒として、メタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Moなど、空気極側の触媒として、白金やPt−Niなどを用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。
Examples of the catalyst contained in the
また、アノード触媒層9、カソード触媒層5及び電解質膜4に含まれるプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂(デュポン社製の商品名ナフィオン(登録商標)や旭硝子社製の商品名フレミオン(登録商標)のようなパーフルオロスルホン酸重合体等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、無機物(例えば、タングステン酸、リンタングステン酸、硝酸リチウムなど)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Examples of proton conductive materials contained in the
水蒸気透過抑制層8はカソード触媒層5で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層5への空気の均一拡散を促進するものである。水蒸気透過抑制層8としては、ポリエチレン系高分子、ポリオレフィン系高分子、ポリウレタン系高分子、ポリプロピレン系高分子、ポリエステル系高分子、フッ素系高分子またはポリイミド系高分子の多孔質膜等を挙げることができる。具体例としては、日東電工製の商品名サンマップ、デュポン製の商品名PTFEなどの水蒸気透過抑制層を挙げることができる。
The water vapor
アノードガス拡散層10及びカソードガス拡散層7には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層(例えばメッシュ)または箔体、あるいはステンレス鋼(SUS)などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などが用いられる。電解質膜4と燃料分配機構20およびカバープレート23との間には、それぞれゴム製のOリング24が介在されており、これらによって膜電極接合体(MEA)1からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
A conductive layer is laminated on the anode
図示を省略したが、カバープレート23は酸化剤である空気を取入れるための開口部を有している。カバープレート23と水蒸気透過抑制層8との間には、必要に応じて表面層が配置される。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。このようなカバープレート23を備えることにより、酸化剤を供給するためのブロワを用いることなく、酸化剤をカソード2に自然供給することができる。なお、酸化剤は、空気に限定されるものではなく、O2を含むガスを使用可能である。
Although not shown, the
燃料収容部21には、膜電極接合体1に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部21には膜電極接合体1に応じた液体燃料が収容される。
The
液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、複数の燃料排出口25を有する燃料分配機構20の特徴がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、燃料電池は、濃度が80%以上のメタノール水溶液もしくは純メタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。
The type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the characteristic of the
膜電極接合体1のアノード(燃料極)3側には、燃料分配機構20が配置されている。燃料分配機構20は配管のような液体燃料の流路22を介して燃料収容部21と接続されている。燃料分配機構20には燃料収容部21から流路22を介して液体燃料が導入される。流路22は燃料分配機構20や燃料収容部21と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構20と燃料収容部21とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構20は流路22を介して燃料収容部21と接続されていればよい。
A
液体燃料を燃料収容部21から燃料分配機構20まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部21から燃料分配機構20まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路22を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部21から燃料分配機構20まで送液することができる。さらに、燃料収容部21から燃料分配機構20への送液は、図2に示すように、ポンプ26で実施してもよい。あるいは、燃料分配機構20から膜電極接合体1への燃料供給が行われる構成であればポンプ26に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
The mechanism for sending the liquid fuel from the
燃料分配機構20は、図3に示すように、液体燃料が流路22を介して流入する少なくとも1個の燃料注入口27と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口25とを有する燃料分配板28を備えている。燃料分配板28の内部には図3に示すように、燃料注入口27から導かれた液体燃料の通路となる空隙部29が設けられている。複数の燃料排出口25は燃料通路として機能する空隙部29にそれぞれ直接接続されている。
As shown in FIG. 3, the
燃料注入口27から燃料分配機構20に導入された液体燃料は空隙部29に入り、この燃料通路として機能する空隙部29を介して複数の燃料排出口25にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口25には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体(図示せず)を配置してもよい。これによって、膜電極接合体1のアノード3には液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構20とアノード3との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口25からアノード3の複数個所に向けて排出される。
The liquid fuel introduced into the
燃料排出口25は膜電極接合体1の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板28のアノード3と対向する面に複数設けられている。燃料排出口25の個数は2個以上であればよいが、膜電極接合体1の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm2の燃料排出口25が存在するように形成することが好ましい。燃料排出口25の個数が0.1個/cm2未満であると、膜電極接合体1に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料排出口25の個数を10個/cm2を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。
A plurality of
上述した燃料分配機構20に導入された液体燃料は空隙部29を介して複数の燃料排出口25に導かれる。燃料分配機構20の空隙部29はバッファとして機能するため、複数の燃料排出口25からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料排出口25は膜電極接合体1の全面に燃料が供給されるように配置されているため、膜電極接合体1に対する燃料供給量を均一化することができる。
The liquid fuel introduced into the
燃料分配機構20から均一に放出された燃料は、アノードガス拡散層10を拡散してアノード触媒層9に供給される。燃料としてメタノール燃料を使用する場合には、次の式(A)に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
The fuel released uniformly from the
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e− …式(A)
内部改質反応で生成されたプロトン(H+)は、電解質膜4を伝導し、カソード触媒層5に到達する。カバープレート23の開口部から水蒸気透過抑制層8を通してカソードガス拡散層7に供給される気体燃料(たとえば空気)は、カソードガス拡散層7を拡散して、カソード触媒に供給される。カソード触媒に供給された空気は、次の式(B)に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − Formula (A)
Protons (H + ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the
(3/2)O2+6H++6e− → 3H2O …式(B)
発電によりカソード触媒層5に生成した水は、疎水性多孔質層6を透過して外部に拡散しようとするが、疎水性多孔質層6の透湿度がカソードガス拡散層7の透湿度に比して小さいため、水の拡散は、疎水性多孔質層6により抑制される。その結果、カソード触媒層5と疎水性多孔質層6との間に水が保持され、アノード3への水の拡散を早くすることができる。
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O Formula (B)
The water generated in the
また、水蒸気透過抑制層8の透湿度がカソードガス拡散層7の透湿度に比して小さいため、生成水が疎水性多孔質層6を透過して外部に拡散しようとするのを、水蒸気透過抑制層8が抑制し、水蒸気透過抑制層8からカソードガス拡散層7までの水分子濃度を安定にすることができる。その結果、疎水性多孔質層6とカソードガス拡散層7との間の水分子濃度勾配が小さくなり、疎水性多孔質層6の生成水の透過をより抑制することができる。
Further, since the water vapor transmission rate of the water vapor
これにより、カソード2からアノード3への水の供給が安定して、かつ速やかになされるため、前述した(A)の内部改質反応が安定して生じ、燃料電池の出力変動を小さくすることができる。
As a result, the supply of water from the
疎水性多孔質層6、カソードガス拡散層7及び水蒸気透過抑制層8の透湿度の測定方法を説明する。
A method for measuring moisture permeability of the hydrophobic porous layer 6, the cathode
まず、膜電極接合体(MEA)1より各層を評価するためのサンプルを一辺が5mmの正方形で切り出す。具体的には、カソード疎水性多孔質層の測定用サンプルはMEAの中央の位置(例えば、矩形状のMEAの場合には、その縦横中央の位置)、カソードガス拡散層の測定用サンプルはカソード疎水性多孔質層の測定用サンプルの一辺に隣接した位置、及び水蒸気透過抑制層の測定用サンプルはカソード疎水性多孔質層の前試料のカソードガス拡散層の測定用サンプルを切り出した辺と相対する一辺に隣接した位置とする。 First, a sample for evaluating each layer from the membrane electrode assembly (MEA) 1 is cut out as a square having a side of 5 mm. Specifically, the measurement sample of the cathode hydrophobic porous layer is the center position of the MEA (for example, in the case of a rectangular MEA, the vertical and horizontal center positions), and the measurement sample of the cathode gas diffusion layer is the cathode. The position adjacent to one side of the measurement sample of the hydrophobic porous layer and the measurement sample of the water vapor permeation suppression layer are relative to the side where the measurement sample of the cathode gas diffusion layer of the previous sample of the cathode hydrophobic porous layer is cut out. The position is adjacent to one side.
得られた各サンプルについて、後工程での研磨を容易とするために、樹脂で固定する。具体的には、エポキシ樹脂の基材(BUEHLER社製 EPO-MIX EPOXIDE)にサンプル(MEA)を浸漬する。次いで、室温で6〜8時間放置することにより、エポキシ樹脂を硬化させる。これにより、サンプルの固定が終了する。 About each obtained sample, in order to make grinding | polishing in a post process easy, it fixes with resin. Specifically, the sample (MEA) is immersed in a base material of epoxy resin (EPO-MIX EPOXIDE manufactured by BUEHLER). Next, the epoxy resin is cured by leaving it at room temperature for 6 to 8 hours. This completes the fixing of the sample.
固定処理の済んだサンプルを研磨機にて研磨し、それぞれのサンプルで評価面(各層)を出す。なお、研磨条件は、紙やすりとして2,400番を使用すると共に、ディスク回転速度を150〜300RPMに設定するものである。 The sample subjected to the fixing treatment is polished by a polishing machine, and an evaluation surface (each layer) is provided for each sample. As the polishing conditions, No. 2,400 is used as sandpaper, and the disk rotation speed is set to 150 to 300 RPM.
次いで、サンプルの調整を行う。まず、直径がφ20 mm〜35 mmのAlテープの中心に直径がφ2 mmの孔を開ける。評価面を出したサンプルの両面にAlテープを貼り付ける。この際、サンプルの中心がAlテープの中心の孔と同じ位置になるように位置調整をする。 Next, the sample is adjusted. First, a hole with a diameter of 2 mm is formed in the center of an Al tape with a diameter of 20 mm to 35 mm. Adhere Al tape on both sides of the sample with the evaluation surface. At this time, the position is adjusted so that the center of the sample is at the same position as the center hole of the Al tape.
上記位置調整の済んだサンプルについて、JIS K7126-2(制定年月日が2006/08/20)の規格に従い、GTRテック株式会社製の装置名がGTR-10XFTBの装置にて透湿度を測定する。 For the sample after the above position adjustment, according to the standard of JIS K7126-2 (Establishment date is 2006/08/20), the moisture permeability is measured by the GTR Tech Co., Ltd. device name GTR-10XFTB. .
なお、測定は、サンプルの一方に高湿潤の窒素ガスを流し、他方に乾燥したヘリウムガスを流し、流れ出てきたヘリウムガス中の水分量を確認することにより透湿度が測定される。そこで、測定時の窒素ガスは温度40℃、湿度90RH%、流量200ccmの条件とし、ヘリウムガスは温度40℃、湿度0RH%、流量20ccmの条件とする。 In the measurement, moisture permeability is measured by flowing high-humidity nitrogen gas into one of the samples and flowing dry helium gas into the other, and checking the amount of water in the flowing-out helium gas. Therefore, nitrogen gas is measured under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 90 RH%, and a flow rate of 200 ccm, and the helium gas is a temperature of 40 ° C., a humidity of 0 RH%, and a flow rate of 20 ccm.
本発明に適用可能な燃料電池は、その形態から、液体燃料と酸化剤の供給をポンプなどの補器を用いて行うアクティブ型燃料電池、液体燃料の気化成分をアノードに供給するパッシブ型(内部気化型)燃料電池、前述した図2〜図3に示すセミパッシブ型の燃料電池などが挙げられる。アクティブ型燃料電池では、メタノール水溶液からなる燃料について、その量が一定になるようにポンプで調整しながらMEAのアノードへ供給する一方、カソードに対しても空気をポンプで供給する方式が採られる。パッシブ型燃料電池では、MEAのアノードに気化したメタノールを自然供給で送り、一方カソードに対しても外部の空気を自然供給することで、ポンプなどの余計な機器を装備しない方式が採られる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、アクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられる。 The fuel cell applicable to the present invention is an active type fuel cell in which liquid fuel and oxidant are supplied by using an auxiliary device such as a pump. (Vaporization type) fuel cell, semi-passive type fuel cell shown in FIGS. The active fuel cell employs a system in which a fuel made of an aqueous methanol solution is supplied to the anode of the MEA while being adjusted by a pump so that the amount thereof is constant, and air is also supplied to the cathode by a pump. In the passive type fuel cell, a system in which vaporized methanol is naturally supplied to the anode of the MEA and natural air is also supplied to the cathode and no extra equipment such as a pump is provided. In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage part. The semi-passive type fuel cell is different from the active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. Further, the semi-passive type fuel cell uses a pump for supplying fuel, and is different from a pure passive type such as an internal vaporization type. In this semi-passive type fuel cell, a fuel cutoff valve may be arranged in place of the pump as long as fuel is supplied from the fuel storage portion to the membrane electrode assembly. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.
[実施例]
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
[Example]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
<疎水性多孔質層の作製>
炭素材料としてのグラファイト粒子(VALCAN)をPTFE溶液と混合してスラリーを作製した。得られたスラリーを、カーボンペーパーの両面にスプレーコート法により塗布、常温で自然乾燥した後に焼成し、疎水性を持たせた超微多孔質層を形成した。なお、前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した。
Example 1
<Preparation of hydrophobic porous layer>
Graphite particles (VALCAN) as a carbon material were mixed with a PTFE solution to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of the carbon paper by a spray coating method, naturally dried at room temperature, and then fired to form a super microporous layer having hydrophobicity. In addition, the porosity, the hole diameter, the hole shape, the layer thickness, the material composition, the laminated structure, and the like were appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above-described method becomes the value shown in Table 1.
<燃料極ガス拡散層の作製>
燃料極ガス拡散層として、気孔率が75%のカーボンペーパー(東レ(株)製TGP-090)を用意した。
<Preparation of fuel electrode gas diffusion layer>
Carbon paper (TGP-090 manufactured by Toray Industries, Inc.) having a porosity of 75% was prepared as the fuel electrode gas diffusion layer.
<燃料極触媒層の作製>
白金ルテニウム合金微粒子を担持したカーボン粒子とパーフルオロスルホン酸重合体溶液(デュポン社製のナフィオン溶液DE2020)と溶媒をホモジナイザで混合して約15%固形分のスラリーを作製し、これを基材の一方の面にダイコーターを用いて塗布した。そしてこれを常温乾燥して、基材から剥離し、燃料極触媒層を形成した。
<Preparation of fuel electrode catalyst layer>
A carbon particle carrying platinum ruthenium alloy fine particles, a perfluorosulfonic acid polymer solution (Nafion solution DE2020 manufactured by DuPont) and a solvent are mixed with a homogenizer to prepare a slurry having a solid content of about 15%. The coating was applied to one surface using a die coater. And this was dried at normal temperature, it peeled from the base material, and the fuel electrode catalyst layer was formed.
<空気極ガス拡散層の作製>
空気極ガス拡散層として、カーボンペーパーを用意した。なお、前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した。
<Production of air electrode gas diffusion layer>
Carbon paper was prepared as an air electrode gas diffusion layer. In addition, the porosity, the hole diameter, the hole shape, the layer thickness, the material composition, the laminated structure, and the like were appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above-described method becomes the value shown in Table 1.
<空気極触媒層の作製>
白金微粒子を担持したカーボン粒子とパーフルオロスルホン酸重合体溶液(デュポン社製のナフィオン溶液DE2020)と溶媒とをホモジナイザで混合して約15%固形分のスラリーを作製した。得られたスラリーを、基材の一方の面にダイコーターを用いて塗布した。そしてこれを常温乾燥して、基材から剥離し、空気極触媒層を形成した。
<Preparation of air electrode catalyst layer>
Carbon particles carrying platinum fine particles, a perfluorosulfonic acid polymer solution (Nafion solution DE2020 manufactured by DuPont) and a solvent were mixed with a homogenizer to prepare a slurry having a solid content of about 15%. The obtained slurry was applied to one surface of the substrate using a die coater. And this was dried at normal temperature, it peeled from the base material, and the air electrode catalyst layer was formed.
<膜電極接合体(MEA)の作製>
電解質膜として、パーフルオロスルホン酸重合体を含む固体電解質膜ナフィオン112(デュポン社製)を用い、最初にこの電解質膜と空気極触媒層を重ね合わせ、さらに空気極触媒層に疎水性の超微多孔質層を重ね、さらに空気極ガス拡散層を重ね合わせ、温度が135℃、圧力が40kgf/cm2の条件でプレスした。続いて、電解質膜の空気極を重ね合わせたのと逆の面に燃料極触媒層を重ね、さらに燃料極触媒層に燃料極ガス拡散層を重ね合わせ、温度が135℃、圧力が10kgf/cm2の条件でプレスし、膜電極接合体(MEA)を作製した。なお、電極面積は、空気極、燃料極ともに12cm2とした。
<Production of membrane electrode assembly (MEA)>
As the electrolyte membrane, a solid electrolyte membrane Nafion 112 (manufactured by DuPont) containing a perfluorosulfonic acid polymer is used. First, the electrolyte membrane and the air electrode catalyst layer are overlapped, and a hydrophobic ultrafine particle is formed on the air electrode catalyst layer. The porous layer was overlaid, and further the air electrode gas diffusion layer was overlaid and pressed under conditions of a temperature of 135 ° C. and a pressure of 40 kgf / cm 2 . Subsequently, a fuel electrode catalyst layer is stacked on the opposite side of the air electrode of the electrolyte membrane, and a fuel electrode gas diffusion layer is stacked on the fuel electrode catalyst layer. The temperature is 135 ° C. and the pressure is 10 kgf / cm. It pressed on conditions of 2 and produced the membrane electrode assembly (MEA). The electrode area was 12 cm 2 for both the air electrode and the fuel electrode.
<燃料電池の組み立て>
続いて、この膜電極接合体を、空気および気化したメタノールを取り入れるための複数の開孔を有する金箔で挟み、燃料極導電層および空気極導電層を形成した。
<Assembly of fuel cell>
Subsequently, the membrane electrode assembly was sandwiched between gold foils having a plurality of holes for taking in air and vaporized methanol to form a fuel electrode conductive layer and an air electrode conductive layer.
上記の膜電極接合体(MEA)、燃料極導電層、空気極導電層が積層された積層体を樹脂製の2つのフレームで挟み込んだ。なお、膜電極接合体の空気極側と一方のフレームとの間、膜電極接合体の燃料極側と他方のフレームとの間には、それぞれゴム製のOリングを挟持してシールを施した。 The laminate in which the membrane electrode assembly (MEA), the fuel electrode conductive layer, and the air electrode conductive layer were laminated was sandwiched between two resin-made frames. In addition, a rubber O-ring was sandwiched between the air electrode side of the membrane electrode assembly and one frame, and between the fuel electrode side of the membrane electrode assembly and the other frame, respectively. .
また、燃料極側のフレームは、気液分離膜を介して、液体燃料収容室にネジ止めによって固定した。気液分離膜には、厚さ0.2mmのシリコーンシートを使用した。一方、空気極側のフレーム上には、前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した高分子製多孔質板を配置し、水蒸気透過抑制層を形成した。この水蒸気透過抑制層上には、空気取り入れのための空気導入口(口径4mm、口数64個)が形成された厚さが2mmのステンレス板(SUS304)を配置してカバープレートを形成し、ネジ止めによって固定した。 The frame on the fuel electrode side was fixed to the liquid fuel storage chamber with screws via a gas-liquid separation membrane. A 0.2 mm thick silicone sheet was used for the gas-liquid separation membrane. On the other hand, on the frame on the air electrode side, the porosity, hole diameter, hole shape, layer thickness, material composition, laminated structure, etc. are appropriately set so that the moisture permeability measured by the above-mentioned method becomes the value shown in Table 1. The modified polymer porous plate was arranged to form a water vapor permeation suppression layer. On this water vapor permeation suppression layer, a stainless steel plate (SUS304) with a thickness of 2 mm formed with air inlets (4 mm diameter, 64 holes) for air intake is arranged to form a cover plate, and screws Fixed with a stop.
上記したように形成された燃料電池の液体燃料収容室に、純メタノールを10ml注入し、温度20℃、相対湿度40%の環境で、出力の最大値(最大出力)を電流値と電圧値から測定した。上記測定を20回連続で行い、その連続測定における最小値及び最大値から変動率(%)を(最大値−最小値)/最大値に基づいて算出し、その結果を下記表1に示す。
10 ml of pure methanol is injected into the liquid fuel storage chamber of the fuel cell formed as described above, and the maximum output value (maximum output) is calculated from the current value and voltage value in an environment of
(実施例2)
前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した水蒸気透過抑制層、空気極ガス拡散層、疎水性多孔質層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
(Example 2)
Water vapor permeation suppression layer, air electrode gas diffusion, in which the porosity, pore diameter, pore shape, layer thickness, material composition, laminated structure, etc. are appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above method becomes the value shown in Table 1. A fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 was prepared except that a layer and a hydrophobic porous layer were used, and the output fluctuation rate (%) was the same as that described in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(実施例3)
前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した水蒸気透過抑制層、空気極ガス拡散層、疎水性多孔質層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
(Example 3)
Water vapor permeation suppression layer, air electrode gas diffusion, in which the porosity, pore diameter, pore shape, layer thickness, material composition, laminated structure, etc. are appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above method becomes the value shown in Table 1. A fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 was prepared except that a layer and a hydrophobic porous layer were used, and the output fluctuation rate (%) was the same as that described in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(比較例1)
水蒸気透過抑制層と疎水性多孔質層を使用せず、かつ前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した空気極ガス拡散層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
(Comparative Example 1)
The porosity, pore diameter, pore shape, layer thickness, material composition, so that the water vapor transmission suppression layer and the hydrophobic porous layer are not used, and the moisture permeability measured by the above-mentioned method is the value shown in Table 1. A fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 described above was prepared except that an air electrode gas diffusion layer in which the laminated structure or the like was appropriately changed was used, and the output variation rate (%) was determined in Example 1. The measurement was performed under the same conditions as described, and the results are shown in Table 1 below.
(比較例2)
疎水性多孔質層を用いず、かつ前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した水蒸気透過抑制層、空気極ガス拡散層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
(Comparative Example 2)
The porosity, pore diameter, pore shape, layer thickness, material composition, laminated structure, etc. are appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above method is the value shown in Table 1 without using the hydrophobic porous layer. A fuel cell having the same configuration as described in Example 1 was prepared except that the water vapor permeation suppression layer and the air electrode gas diffusion layer were used, and the output fluctuation rate (%) was described in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(比較例3)
水蒸気透過抑制層を用いず、かつ前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した空気極ガス拡散層、疎水性多孔質層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
(Comparative Example 3)
The porosity, the pore diameter, the pore shape, the layer thickness, the material composition, the laminated structure, etc. were appropriately changed so that the water vapor transmission suppression layer was not used and the moisture permeability measured by the method described above was the value shown in Table 1. A fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 was prepared except that the air electrode gas diffusion layer and the hydrophobic porous layer were used, and the output fluctuation rate (%) was described in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
(比較例4)
前述の方法により測定された透湿度が表1に示した値となるよう、気孔率、孔径、孔形状、層厚、材料組成、積層構造等を適宜変更した水蒸気透過抑制層、空気極ガス拡散層、疎水性多孔質層を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の燃料電池を作製し、出力の変動率(%)を実施例1で説明したのと同様な条件で測定し、その結果を下記表1に示す。
Water vapor permeation suppression layer, air electrode gas diffusion, in which the porosity, pore diameter, pore shape, layer thickness, material composition, laminated structure, etc. are appropriately changed so that the moisture permeability measured by the above method becomes the value shown in Table 1. A fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 was prepared except that a layer and a hydrophobic porous layer were used, and the output fluctuation rate (%) was the same as that described in Example 1. The results are shown in Table 1 below.
表1から明らかなように、実施例1〜3の燃料電池は、比較例1〜4の燃料電池に比して出力変動が小さい。実施例1〜3は、いずれも、疎水性多孔質層の透湿度をA、空気極ガス拡散層の透湿度をBとした際、A:Bが1:2〜1:3の範囲内であるものの、水蒸気透過抑制層の透湿度が疎水性多孔質層の透湿度の値に比して大きい実施例1〜2の方が、実施例3に比して出力変動が小さかった。 As is clear from Table 1, the fuel cells of Examples 1 to 3 have smaller output fluctuations than the fuel cells of Comparative Examples 1 to 4. In each of Examples 1 to 3, when the moisture permeability of the hydrophobic porous layer is A and the moisture permeability of the air electrode gas diffusion layer is B, A: B is within a range of 1: 2 to 1: 3. Although the water vapor transmission rate of the water vapor permeation suppression layer was larger than the value of the water vapor transmission rate of the hydrophobic porous layer, the output fluctuation was smaller than that of Example 3.
また、表1に示す通りに、水蒸気透過抑制層または疎水性多孔質層のうちのいずれかを備えていない比較例1〜3、水蒸気透過抑制層と疎水性多孔質層の透湿度が空気極ガス拡散層の透湿度に比して大きい比較例4では、燃料電池の出力変動が大きかった。 Further, as shown in Table 1, Comparative Examples 1 to 3, which do not include either the water vapor permeation suppression layer or the hydrophobic porous layer, the water vapor transmission rate of the water vapor permeation suppression layer and the hydrophobic porous layer is the air electrode. In Comparative Example 4, which is larger than the moisture permeability of the gas diffusion layer, the output fluctuation of the fuel cell was large.
上記実施の形態ではパッシブ型DMFCを例に説明を行ったが、パッシブ型に限らず反応によって生成した水を燃料極側で利用する構造のものであれば、何らその燃料電池の方式について限定されるものではない。 In the above embodiment, the passive DMFC has been described as an example. However, the fuel cell system is not limited to the passive type as long as the structure uses water generated by the reaction on the fuel electrode side. It is not something.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、アクティブ型燃料電池及びセミパッシブ型の燃料電池においても、上記した説明と同様の作用効果が得られる。MEAへ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Also, in the active type fuel cell and the semi-passive type fuel cell, the same effect as described above can be obtained. The liquid fuel vapor supplied to the MEA may be all supplied as a liquid fuel vapor, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel vapor is supplied in a liquid state.
1…膜電極接合体(MEA)、2…カソード(空気極)、3…アノード(燃料極)、4…電解質膜、5…空気極触媒層、6…疎水性多孔質層、7…空気極ガス拡散層、8…水蒸気透過抑制層、9…燃料極触媒層、10…燃料極ガス拡散層、20…燃料分配機構、21…燃料収容部、22…流路、23…カバープレート、24…Oリング、25…燃料排出口、26…ポンプ、27…燃料注入口、28…燃料分配板、29…空隙部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記カソードは、前記電解質膜と対向するカソード触媒層と、カソードガス拡散層と、前記カソード触媒層及び前記カソードガス拡散層の間に配置された疎水性多孔質層と、前記カソードガス拡散層の外側に配置された水蒸気透過抑制層とを含み、
前記カソードガス拡散層の透湿度は、前記疎水性多孔質層及び前記水蒸気透過抑制層の透湿度よりも大きいことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode,
The cathode includes a cathode catalyst layer facing the electrolyte membrane, a cathode gas diffusion layer, a hydrophobic porous layer disposed between the cathode catalyst layer and the cathode gas diffusion layer, and a cathode gas diffusion layer. Including a water vapor permeation suppression layer disposed on the outside,
The fuel cell, wherein the moisture permeability of the cathode gas diffusion layer is larger than the moisture permeability of the hydrophobic porous layer and the water vapor permeation suppression layer.
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2009
- 2009-09-29 WO PCT/JP2009/066932 patent/WO2010035868A1/en not_active Ceased
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