[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及将液体燃料或使液体燃料气化而得的气化燃料供给阳极催化剂层的燃料电池。

背景技术

近年，个人电脑、移动电话等各种电器产品随着半导体技术的发展而小型化。燃料电池被尝试用于这些小型电器用电源。燃料电池能够仅通过供给燃料和氧化剂而发电，具有只要交换燃料就能够连续发电的优点，因此如果能够实现小型化，就可以说是对于便携式电器产品的工作极为有利的系统。特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)采用能量密度高的甲醇为燃料，能够在电极催化剂上由甲醇直接获取电流，所以不需要改性器，可实现小型化，在燃料的处理方面与氢气燃料相比也更为容易，所以有望成为小型电器产品用电源。

作为DMFC的燃料的供给方法，已知的有将液体燃料气化后利用压气机等送至燃料电池内的气体供给型DMFC，直接用泵等将液体燃料送至燃料电池内的液体供给型DMFC，还有日本专利公报第3413111号所揭示的内部气化型DMFC等。日本专利公报第3413111号所揭示的内部气化型DMFC具备保持液体燃料的燃料浸透层，以及用于使被保持于燃料浸透层内的液体燃料中的气化成分扩散的燃料气化层，气化后的液体燃料由燃料气化层供至燃料极。

但是，DMFC中由于对甲醇进行内部改性的反应的反应阻力高，所以与使用氢气燃料的燃料电池相比，输出特性不够理想。

发明的揭示

本发明的目的是提供通过使阳极催化剂层所含的全氟类导电性粘合剂的质子导电性提高而使输出特性得到改善的燃料电池。

本发明提供燃料电池，该燃料电池具备阴极催化剂层、含有全氟类导电性粘合剂的阳极催化剂层及被配置于前述阴极催化剂层和前述阳极催化剂层间的质子传导性膜，所述全氟类导电性粘合剂具备亲水基朝外疏水(亲油)基朝内而形成的缔合体结构。

附图的简单说明

图1为表示本发明的实施方式之一的直接甲醇型燃料电池的截面示意图。

图2为表示实施例1～2及比较例的直接甲醇型燃料电池的负载电流值和电池电压的关系的特性图。

实施发明的最佳方式

为了解决上述问题，本发明者进行认真研究的结果是，明确全氟类导电性粘合剂的质子导电性与该粘合剂的缔合体结构有关，并获得以下结论，即，如果采用具有亲水基朝外疏水(亲油)基朝内而形成的缔合体结构(以下称为胶束结构)的全氟类导电性粘合剂，则质子导电性得到提高，甲醇的内部改性反应的反应阻力被减弱。

即，通过具备包含具有胶束结构的全氟类导电性粘合剂的阳极催化剂层，可减弱甲醇的内部改性反应的反应阻力，所以可减小提高负载电流时的电压下降程度，获得输出特性良好的燃料电池。

首先，对阳极催化剂层进行说明。

作为阳极催化剂层所含的催化剂(以下称为阳极催化剂)，例如可例举铂族元素的单体金属(Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等)、含有铂族元素的合金等。阳极催化剂最好使用对于甲醇或一氧化碳的耐性较强的Pt-Ru，但并不限定于此。此外，还可采用使用碳材这样的导电性载体的载体催化剂或者无载体催化剂。

阳极催化剂层的导电性载体可使用粒状碳材、纤维状碳材或日本专利特开2005-310714号公报所揭示的碳材和纤维状碳材的复合材料。藉此，可进一步降低内部改性反应阻力，所以能够更好地提高燃料电池的输出特性。作为日本专利特开2005-310714号公报记载的复合材料的纤维状碳材，例如可例举具有人字形(Herringbone)或片状(Platelet)结构的碳纳纤维。另一方面，作为碳材，例如可例举炭黑粒子。

作为全氟类导电性粘合剂，例如可例举具有磺酸基的含氟树脂(例如，全氟磺酸聚合物)等。全氟磺酸聚合物的一例如下述化1所示。

[化1]

化1中，x、y、m及n是满足x＞0、y＞0、m≥0、n＞0的整数。

具有化1所示结构式时，全氟烷基[(CF₂CF₂)_x-(CF₂CF)]_y为疏水(亲油)基，{(CF₂)_n-SO₃^-}为亲水基。