JP4683974B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関し、具体的には、液体燃料直接供給形の燃料電池システムにおいて、燃料極より生成される二酸化炭素などの気体を除去することができる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more specifically to a fuel cell system capable of removing gas such as carbon dioxide generated from a fuel electrode in a liquid fuel direct supply type fuel cell system.
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、21世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。 A fuel cell is a device that generates electrical energy from hydrogen and oxygen, and can achieve high power generation efficiency. The main feature of the fuel cell is direct power generation that does not go through the process of thermal energy and kinetic energy as in the conventional power generation system, so high power generation efficiency can be expected even on a small scale, and there is little emission of nitrogen compounds, etc. Noise and vibration are also small, so the environment is good. In this way, fuel cells can effectively use the chemical energy of fuels and have environmentally friendly characteristics, so they are expected to be energy supply systems for the 21st century, and are used on a large scale from space use to automobiles and portable devices. It is attracting attention as a promising new power generation system that can be used in various applications from power generation to small-scale power generation, and technological development is in full swing toward practical application.
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)が注目を集めている。DMFCは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器(携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA、MP3プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書(書籍))などの電源への利用が期待されている。 Among them, solid polymer fuel cells are characterized by low operating temperature and high power density compared to other types of fuel cells. In particular, as a form of solid polymer fuel cells, direct methanol A fuel cell (Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) is attracting attention. In DMFC, an aqueous methanol solution as a fuel is directly supplied to the anode without modification, and electric power is obtained by an electrochemical reaction between the aqueous methanol solution and oxygen, and carbon dioxide is emitted from the anode to the cathode by this electrochemical reaction. The product water is discharged as a reaction product. Aqueous methanol solution has higher energy per unit volume than hydrogen, and is suitable for storage and has a low risk of explosion, so it can be used in automobiles and mobile devices (cell phones, notebook personal computers, PDAs, MP3 players, Use for power sources such as digital cameras or electronic dictionaries (books) is expected.
上記のように、DMFCなどの液体燃料直接供給形燃料電池ではアノードから二酸化炭素が生成され、炭酸イオンあるいは気体として燃料であるメタノール水溶液中に混在すると、アノードへの燃料の供給を阻害するなどの問題があり、様々な対策が採られてきた。
しかしながら、従来の二酸化炭素を除去する方法では、燃料であるメタノール水溶液中に溶解し、イオンとして存在する炭酸イオンを除去することはできるが、気体の二酸化炭素を除去することは困難であった。また、気体の二酸化炭素を系外へ排出すると、二酸化炭素と共に、気化した液体燃料が系外へ排出されてしまうという虞があった。 However, in the conventional method of removing carbon dioxide, it is possible to remove carbonate ions that are dissolved in an aqueous methanol solution as a fuel and exist as ions, but it is difficult to remove gaseous carbon dioxide. Further, when gaseous carbon dioxide is discharged out of the system, there is a risk that vaporized liquid fuel is discharged out of the system together with carbon dioxide.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、DMFCを含む液体燃料直接供給形の燃料電池システムにおいて、燃料極より生成される二酸化炭素などの気体を除去することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a fuel cell capable of removing gas such as carbon dioxide generated from a fuel electrode in a liquid fuel direct supply type fuel cell system including DMFC. The purpose is to provide a system.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、電解質層と、前記電解質層の一方の面に設けられた燃料極と、前記電解質層の他方の面に設けられた酸化剤極と、前記燃料極に燃料を供給すると共に前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部と脱着自在に設けられ、前記燃料貯蔵部へ前記燃料を補給する燃料補給部と、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料補給部に接続され、前記燃料極から生成される生成物を除去する生成物除去手段を備え、前記燃料貯蔵部は、前記燃料極に前記燃料を供給するウィック材を備え、前記燃料補給部は前記燃料貯蔵部との接続面が1〜10°傾斜しており、前記燃料補給部の筐体底面を底面として設置されたときに前記ウィック材の上部となるウィック材の一端と対向する燃料貯蔵部の上部に生成物排出口を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention includes an electrolyte layer, a fuel electrode provided on one surface of the electrolyte layer, and an oxidant electrode provided on the other surface of the electrolyte layer. A fuel storage unit that supplies fuel to the fuel electrode and stores the fuel; and a fuel supply unit that is detachably attached to the fuel storage unit and replenishes the fuel storage unit with the fuel. In the system, the fuel supply unit includes a product removal unit that is connected to the fuel supply unit and removes a product generated from the fuel electrode, and the fuel storage unit includes a wick material that supplies the fuel to the fuel electrode. The fuel replenishment portion has a connection surface with the fuel storage portion inclined at 1 to 10 °, and one end of the wick material that becomes the upper portion of the wick material when the bottom surface of the housing of the fuel replenishment portion is installed as a bottom surface Fuel facing Wherein the the top of the compared and a product discharge port.
ここで生成物とは、上記のように燃料にメタノールを用いた場合には、二酸化炭素やホルムアルデヒド、蟻酸などが挙げられる。また、これらの生成物を除去するとは、燃料極から生成された生成物が可及的に燃料システムの外部へ排出されないように除去されれば良く、除去する方法としては、化学的吸着、物理的吸着、吸蔵など何らかの物質に吸収させることにより除去する方法や、触媒などにより化学的に分解する方法などが考えられる。本発明により、燃料極より生成される生成物を除去することができる。 Here, the product includes carbon dioxide, formaldehyde, formic acid and the like when methanol is used as the fuel as described above. The removal of these products may be performed so that the products generated from the fuel electrode are removed as much as possible from the outside of the fuel system. There are a method of removing by absorbing by some kind of substance such as mechanical adsorption and occlusion, and a method of chemically decomposing with a catalyst. According to the present invention, the product produced from the fuel electrode can be removed.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は液体燃料であることを特徴とする。液体燃料は、上記メタノールをはじめ、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルエーテル、エチルアルコールなどが挙げられ、貯蔵に適しており、携帯機器への適用が容易になる。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first aspect, the fuel is a liquid fuel. Liquid fuels, such as the methanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, dimethyl ether, etc. ethyl alcohol and the like, are suitable for storage, application to the portable device is facilitated.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の燃料電池システムにおいて、前記生成物除去手段は、前記燃料補給部に設けられることを特徴とする。これにより、生成物除去手段も燃料補給部と共に交換が可能になる。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect, the product removing means is provided in the fuel supply section. As a result, the product removing means can be replaced with the fuel replenishing unit.
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記生成物除去手段は、前記生成物を除去することにより体積膨張する物質を含むことを特徴とし、請求項5の発明は、請求項4記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料補給部は、前記物質の体積膨張に伴って、前記燃料貯蔵部へ前記燃料を補給することを特徴とする。これにより、別の動力を用いることなく、燃料補給部から燃料貯蔵部へ燃料を補給することができる。 The invention according to claim 4 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the product removing means includes a substance that expands in volume by removing the product, According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the fourth aspect, the fuel replenishing section replenishes the fuel storage section with the fuel as the material expands in volume. Thereby, fuel can be replenished from a fuel replenishment part to a fuel storage part, without using another motive power.
請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記生成物除去手段は、酸化カルシウムを含むことを特徴とする。これにより、二酸化炭素を炭酸カルシウムとして吸着することができ、その際、発熱反応をするので、発熱反応による熱を利用することができる。 A sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the product removing means contains calcium oxide. As a result, carbon dioxide can be adsorbed as calcium carbonate, and an exothermic reaction is performed at that time, so that heat generated by the exothermic reaction can be used.
請求項7記載に発明は、請求項2から6のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料貯蔵部と前記生成物除去手段との間に設けられ、前記燃料極から生成される気体を選択的に透過する気体選択透過膜を備えることを特徴とする。これにより、燃料極から生成される気体を選択的に除去することができる。 The invention according to claim 7 is the fuel cell system according to any one of claims 2 to 6, wherein the gas generated from the fuel electrode is provided between the fuel storage section and the product removing means. A gas permeable membrane selectively permeable is provided. Thereby, the gas produced | generated from a fuel electrode can be selectively removed.
本発明は、燃料電池システム、特に液体燃料直接供給形の燃料電池システムにおいて、燃料極より生成される二酸化炭素などの気体を除去することができる。 The present invention can remove gas such as carbon dioxide generated from a fuel electrode in a fuel cell system, particularly a liquid fuel direct supply type fuel cell system.
本発明のDMFC10の基本構成について、図を用いて詳細に説明する。
The basic configuration of the
図1はDMFC10内部の構造を模式的に表した分解斜視図であり、DMFC10は、メタノール水溶液あるいは純メタノール(以下、「メタノール燃料」と記載する)が毛細管現象により供給されるアノード側電極12と空気が供給されるカソード側電極14とこのアノード側電極12とカソード側電極14とに挟持される電解質膜16とを備えており、メタノール燃料中のメタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電する。18および20は各セル22に設けられた集電体であり、配線24によって各集電体18、20をつなぐことで、複数のセル22を直列に接続することができる。アノード側電極12の底部には、アノード側電極12へ供給するメタノール燃料が貯蔵されるメタノール燃料貯蔵部26が設けられており、メタノール燃料貯蔵部26に満たされたメタノール燃料は、メタノール燃料供給口28から集電体18を介して、アノード側電極12を構成するアノード側電極基材30の毛細管現象により、アノード触媒層32へ供給される。一方、空気は、筐体34の上部に空気取込口36が設けられており、この空気取込口36から自然に生じる空気の流れを利用してカソード触媒層38へ供給される。
FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the internal structure of the
図2はDMFC10の断面を模式的に表した図であり、図2に示すように、アノード側電極12は、カーボンペーパをアノード側電極基材30とし、その一方の面に、Pt−Ru黒と5wt%Nafion溶液(DuPont社製)とを混合した触媒ペーストを塗布して作製する。一方、14はカソード側電極であり、カソード側電極14は、撥水処理を施したカーボンペーパにカーボンブラック(Vulcan XC−72:CABOT社製)を充填したものをカソード側電極基材40とし、その一方の面に、Pt黒と5wt%Nafion溶液(DuPont社製)とを混合した触媒ペーストを塗布して作製する。本実施の形態ではカソード側電極14のみにカーボンブラックを充填したが、アノード側電極12およびカソード側電極14両方のカーボンペーパにカーボンブラックを充填する場合、カーボンペーパに充填するカーボンブラックの量は、カソード側の方がアノード側よりも多くすると、カソード側から生成される生成水を排出しやすくなり、カソード側へ空気を強制的に供給する空気供給手段をもたない燃料電池システムにおいても、生成水の排出と空気の供給とをスムーズに行うことができる。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the DMFC 10. As shown in FIG. 2, the
アノード側電極12(集電体18)の下部には、ウィック材42が配置され、DMFC10がどのような向きに置かれても、メタノール燃料貯蔵部26からアノード側電極12へメタノール燃料が供給されるようになっている。このウィック材42は、一般的に、水分を吸収する親水性を有する吸収材料、多孔質材料や粒子状材料からなり、具体的には、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン/マレイン酸塩系、澱粉/ポリアクリル酸塩系、PVA(ポリビニルアルコール)/ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、架橋PV
A系といった高分子材料を適用することができる。また、生成水を隔離された所定の場所まで移動させて蒸発させる機能を有することが望ましく、このような材料としては、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、カーボンペーパ、織布、不織布、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。さらに、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料も適しており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル/ナイロン複合材やポリエステル等、合成繊維等でもよい。
A
A polymer material such as A-type can be applied. In addition, it is desirable to have a function of moving the generated water to a predetermined isolated location and evaporating it. Examples of such materials include porous metals and porous minerals having concave portions on the surface, hydrophilic carbon, Examples include carbon paper, woven fabric, non-woven fabric, paper, pulp, polymer material, natural fiber, and synthetic fiber. Furthermore, a material having high water absorption that causes capillary action is also suitable. Synthetic fibers and the like such as polyester may be used.
本実施の形態において、電極12、14は、電極基材30、40上に触媒層32、38を形成するタイプのものを用いたが、メタノールからH+を、また、H+と酸素から水を生成する触媒機能を有する触媒層32、38が存在すればよく、電極の構成はこれに限定されない。また、触媒には、Pt−RuやPtからなる粒子(Pt−Ru黒やPt黒)を用いたが、触媒をカーボンブラックに担持させた触媒担持カーボンを用いてもよい。
In the present embodiment, the
図3は、燃料カートリッジ150をDMFC110に取り付けた状態のDMFCシステム100の基本構成を示す断面図であり、燃料カートリッジ150の内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填されている。この燃料カートリッジ150はDMFC110のメタノール燃料貯蔵部126へメタノールを補充するための燃料供給接続口152を備えており、燃料供給接続口152をDMFC110側の対応する部分に挿入することにより、DMFC110と燃料カートリッジ150とが接続される。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the basic configuration of the
メタノール燃料貯蔵部126内のメタノール燃料は、メタノール燃料供給口128から集電体118を介して、アノード側電極基材130の毛細管現象により吸い上げられ、アノード触媒層132上でメタノールが酸化される(式(1))。アノード触媒層132での反応は次のようになる。
The methanol fuel in the methanol
メタノールが酸化されて得られるプロトンは、電解質膜116の中を拡散してカソード側電極114のカソード触媒層138へ到達し、アノード側電極112で発生した電気は、集電体118を介してカソード側電極114側の集電体120へ到達する。一方、筐体134の空気取込口136から取り込まれた空気中の酸素は、カソード側電極114のカソード触媒層138へ到達し、アノード側電極112から得られたプロトンと電子を受領することにより酸素を還元し、水を生成する(式(2))。カソード触媒層138での反応は次のようになる。
Protons obtained by oxidizing methanol diffuse through the
このようにセル122により取り出される電気を、携帯機器と接続することにより携帯機器を直接駆動することや、二次電池等の充電に使用することができる。
Thus, the electricity taken out by the
式(1)に示したように、アノード触媒層132でのメタノール酸化反応では二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素は、ある濃度以上になると気体(気泡)160となって、多孔質な集電体118やアノード側電極基材130、ウィック材142の孔部に入り込む。アノード電極基材130は、平均孔径数μm〜数十μmの無数の孔が、アノード触媒層132への燃料供給経路となっているため、ここに気泡160となった二酸化炭素が入り込むと、燃料供給経路が塞がれ、アノード触媒層132へのメタノールの供給量が減少してしまう。
As shown in Formula (1), carbon dioxide is generated in the methanol oxidation reaction in the anode catalyst layer 132. When the generated carbon dioxide reaches a certain concentration or more, it becomes a gas (bubble) 160 and enters the pores of the porous
そこで、燃料カートリッジ150の上面をθ(1〜10°程度)傾斜させ、集電体118やアノード電極基材130、ウィック材142に付着した気泡160を、メタノール燃料貯蔵部126の上部(DMFCシステム100が安定するように設置されたとき、即ち、燃料カートリッジ150を形成するカートリッジ筐体154の底面154aを底面として設置されたときに上部となる位置)に形成された生成物排出口144より排出する。生成物排出口144には、フッ素系樹脂で形成された多孔質膜のような気体選択透過膜が配されており、メタノール燃料などの液体は透過せず、二酸化炭素など気体が選択的に透過して、矢印で表したように生成物除去部156へ導入される。この生成物除去部156に液体が混入しないように、生成物除去部156入口にも気体選択透過膜を配するとなお良い。
Therefore, the upper surface of the
本実施例では、この生成物除去部156に直径1〜2mmの粒子状の酸化カルシウム(CaO)を詰め、酸化カルシウムにより二酸化炭素を吸着する。酸化カルシウムは、式(3)のように、二酸化炭素を吸着すると炭酸カルシウムに変化する。
In this embodiment, the
このとき、気体の二酸化炭素は固体の炭酸カルシウムとなって除去されるので、生成物除去部156にて二酸化炭素分の体積が収縮する。従って、生成物排出口144近傍と生成物除去部156との間に圧力差ができ、矢印で表した流れが生じる。これにより、効率的に二酸化炭素を除去することが可能となる。
At this time, since the gaseous carbon dioxide is removed as solid calcium carbonate, the volume of carbon dioxide shrinks in the
また、二酸化炭素と共にメタノール燃料中の水分が水蒸気となって気体選択透過膜を透過した場合、酸化カルシウムは水も吸着し、式(4)のように、水酸化カルシウムに変化する。 Further, when the water in the methanol fuel becomes water vapor together with carbon dioxide and permeates through the gas selective permeable membrane, the calcium oxide also adsorbs water and changes to calcium hydroxide as shown in the equation (4).
酸化カルシウムが水酸化カルシウムとなる反応は発熱反応(ΔH=−63kJ/mol
)であるため、この生成物除去部156の温度が上昇し、膨張する可能性が考えられる。そこで、生成物除去部156と燃料カートリッジ150の濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが貯蔵されている燃料タンク部158との間には、移動可能な仕切板154bを用いると良い。これにより、温度上昇により生成物除去部156が膨張したときに、この圧力が燃料タンク部158に伝わり、燃料カートリッジ150からDMFC110のメタノール燃料貯蔵部126へ、燃料供給接続口152を通ってメタノールを補充することができる。また、酸化カルシウムが炭酸カルシウムあるいは水酸化カルシウムに変化することによる体積変化によっても、仕切板154bを介して燃料タンク部158へ圧力をかけることができる。さらに、この反応熱が、燃料タンク部158、メタノール燃料貯蔵部126を介してセル122に伝わることにより、セル122を温めることができ、セル122の反応促進に寄与し、DMFC110の性能を向上させることができる。
The reaction in which calcium oxide becomes calcium hydroxide is an exothermic reaction (ΔH = −63 kJ / mol).
Therefore, there is a possibility that the temperature of the
なお、燃料供給接続口152にも、フッ素系樹脂で形成された多孔質膜を配すると、濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールは、表面張力がメタノール燃料に比べて小さいため、多孔質膜を透過してメタノール燃料貯蔵部126へ供給されるが、メタノール燃料は、多孔質膜を透過できないので、燃料カートリッジ150へは移行せず、燃料カートリッジ150からメタノール燃料貯蔵部126へ一方向のメタノールの補給が可能となる。
If a porous membrane formed of a fluororesin is also disposed at the fuel
生成物除去部156に酸化カルシウムを用いる場合、必要となる酸化カルシウムの量(質量)は式(5)より予測可能であり、球状の酸化カルシウム粒子を、充填率が74%となるように理想的に(最密となるように)生成物除去部156に詰め込むと仮定すると、設計上の生成物除去部156の体積は、必要となる酸化カルシウムの量を体積(密度:3.25g/cm3)に換算し、約1.35倍することで求めることができる。
When calcium oxide is used for the
ここで、MCaOは酸化カルシウムの質量、Vmeは燃料カートリッジに充填されたメタノール水溶液又は純メタノールの体積、Dmeは燃料カートリッジに充填されたメタノール水溶液又は純メタノールの密度、Cmeは燃料カートリッジに充填されたメタノール水溶液又は純メタノールの質量パーセント濃度、Wmeはメタノールの分子量(約32g/mol)、WCaOは酸化カルシウムの分子量(約56g/mol)である。
Here, M CaO is the mass of calcium oxide, V me is the volume of the methanol aqueous solution or pure methanol filled in the fuel cartridge, D me is the density of the methanol aqueous solution or pure methanol filled in the fuel cartridge, and C me is the fuel cartridge. The weight percentage concentration of the methanol aqueous solution or pure methanol filled in the vessel, W me is the molecular weight of methanol (about 32 g / mol), and W CaO is the molecular weight of calcium oxide (about 56 g / mol).
例えば、50質量%のメタノール水溶液(密度は約0.89g/cm3)が5cm3充填された燃料カートリッジであれば、発生する二酸化炭素を全て吸着するのに、理論上約3.89gの酸化カルシウムを生成物除去部156に導入すれば良いことになる。
For example, if the fuel cartridge 50 wt% aqueous methanol solution (density of about 0.89 g / cm 3) is 5 cm 3 filled, to adsorb all carbon dioxide generated, oxidation theoretically about 3.89g It is sufficient to introduce calcium into the
〔その他の事項〕
メタノール燃料貯蔵部126内に、メタノールや炭酸イオンとの反応性が低い材質で作製された直径100μm〜数mm(メタノール燃料貯蔵部126の高さ寸法よりもクリアランス分小さい寸法)の粒子(ビーズ)を導入すると、DMFC110が回転・移動した際に、ビーズがメタノール燃料貯蔵部126内で浮遊、攪拌、衝突し、多孔質な集電体118やアノード側電極基材130、ウィック材142に付着した気泡160が、その衝撃により除去される。ビーズは、メタノール燃料貯蔵部126の高さ寸法よりも若干小さいものであれば1個〜5個程度、数百μm程度の寸法であれば10個〜100個程度でよく、メタノール燃料貯蔵部126の体積を無駄にしないため、ビーズの総体積がメタノール燃料貯蔵部126の体積の20%未満、望ましくは、0.001%〜10%程度となるように設定すれば、メタノール燃料貯蔵部126の体積を無駄にすることなく、集電体118やアノード電極基材130、ウィック材142に付着した気泡160取り除くことができる。
[Other matters]
Particles (beads) having a diameter of 100 μm to several mm (a clearance smaller than the height of the methanol fuel storage unit 126) made of a material having low reactivity with methanol and carbonate ions in the methanol
材質はガラス、耐食性の高い金などの金属、セラミクス、フッ素樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PP(ポリプロピレン)あるいはPE(ポリエチレン)などがよい。また、材質や寸法の異なる複数種類のビーズを導入すると、DMFC100が動かされたときに、メタノール燃料中を移動するビーズが材質が寸法によって様々な動きをするので、より効率的に気泡160取り除くことができる。
The material is preferably glass, metal such as gold having high corrosion resistance, ceramics, fluororesin, PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), PP (polypropylene) or PE (polyethylene). In addition, when a plurality of kinds of beads having different materials and dimensions are introduced, the beads 160 moving in the methanol fuel move in various ways depending on the dimensions when the
本発明は、起電力をそれほど必要とせず、できるだけ薄いことが要求される携帯機器用の平面形DMFCに限らず、家庭用あるいは自動車用の燃料電池においても利用可能である。 The present invention does not require so much electromotive force, and can be used not only in a planar DMFC for portable equipment that is required to be as thin as possible, but also in a fuel cell for home use or automobile.
10、110 DMFC
12、112 アノード側電極
14、114 カソード側電極
16、116 電解質膜
18、118 アノード側集電体
20、120 カソード側集電体
22、122 セル
24 配線
26、126 メタノール燃料貯蔵部
28、128 メタノール燃料供給口
30、130 アノード側電極基材
32、132 アノード触媒層
34、134 筐体
36、136 空気取込口
38、138 カソード触媒層
40、140 カソード側電極基材
42、142 ウィック材
60、160 気泡
100 DMFCシステム
144 生成物排出口
150 燃料カートリッジ
152 燃料供給接続口
154 カートリッジ筐体
154a 底面
154b 仕切板
156 生成物除去部
158 燃料タンク部
10, 110 DMFC
12, 112 Anode-
Claims (7)
前記燃料補給部に接続され、前記燃料極から生成される生成物を除去する生成物除去手段を備え、前記燃料貯蔵部は、前記燃料極に前記燃料を供給するウィック材を備え、前記燃料補給部は前記燃料貯蔵部との接続面が1〜10°傾斜しており、前記燃料補給部の筐体底面を底面として設置されたときに前記ウィック材の上部となるウィック材の一端と対向する燃料貯蔵部の上部に生成物排出口を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte layer, a fuel electrode provided on one surface of the electrolyte layer, an oxidant electrode provided on the other surface of the electrolyte layer, and a fuel that supplies fuel to the fuel electrode and stores the fuel In a fuel cell system comprising: a storage unit; and a fuel supply unit that is detachably attached to the fuel storage unit and supplies the fuel to the fuel storage unit.
Connected to said fuel supply unit includes a product removing means for removing the product generated from the fuel electrode, the fuel storage portion is provided with a wick material for supplying the fuel to the fuel electrode, the fuel supply The part has a connecting surface with the fuel storage part inclined by 1 to 10 °, and faces one end of the wick material that becomes the upper part of the wick material when the bottom surface of the casing of the fuel supply part is installed. A fuel cell system comprising a product discharge port in an upper part of the fuel storage unit .
前記燃料は液体燃料であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel is a liquid fuel.
前記生成物除去手段は、前記燃料補給部に設けられることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel cell system, wherein the product removing means is provided in the fuel supply unit.
前記生成物除去手段は、前記生成物を除去することにより体積膨張する物質を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the product removing unit includes a substance that expands by volume when the product is removed.
前記燃料補給部は、前記物質の体積膨張に伴って、前記燃料貯蔵部へ前記燃料を補給することを特徴とする請求項4記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the fuel replenishment unit replenishes the fuel storage unit with the fuel in accordance with volume expansion of the substance.
前記生成物除去手段は、酸化カルシウムを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the product removing unit includes calcium oxide.
前記燃料貯蔵部と前記生成物除去手段との間に設けられ、前記燃料極から生成される気体を選択的に透過する気体選択透過膜を備えることを特徴とする請求項2から6のいずれかに記載の燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 6,
7. The gas selective permeable membrane is provided between the fuel storage unit and the product removing unit and selectively permeates gas generated from the fuel electrode. 8. The fuel cell system described in 1.
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