[发明专利]直接甲醇燃料电池及其生产方法

说明书

通过引用将在2006年9月25日提交的日本专利申请第2006-259503号的全部公开内容，包括说明书、权利要求、附图以及摘要，并入本文。

技术领域

本发明涉及直接甲醇燃料电池和直接甲醇燃料电池的生产方法。

背景技术

近年来，燃料电池作为小型便携式电源已成为关注的焦点。在这些燃料电池中，直接甲醇燃料电池(DMFC)因其燃料和操作温度便于操纵而特别受到关注。

DMFC的基本反应如下所示：

阳极电极：CH₃OH+H₂0→CO₂+6H⁺+6e^-  (化学式1)

阴极电极：(3/2)O₂+6H⁺+6e^-→3H₂0   (化学式2)

如化学式1所示，阳极电极需要甲醇和水分子。例如，一个甲醇分子和一个水分子借助于合金催化剂(主要包括铂和钌)生成6个质子和6电子，同时产生作为废物的一个二氧化碳分子。通过使电子经过外部电路来利用电子作为电输出。

另外，如化学式2所示，阴极电极需要氧、质子以及电子。在阴极电极中，6个电子与穿过质子传导电解质膜的6个质子以及3/2个氧分子进行反应，产生作为废物的三个水分子。

就是说，在DMFC中，可通过将理想地甲醇与水的1∶1混合物作为燃料提供给阳极电极来进行电的产生。还可通过将包含较高浓度的甲醇的混合物(理想地仅为甲醇)提供给阳极电极，并且通过一定方法将在阴极电极中已经生成的水分子的一部分提供给阳极电极，来进行电的产生。

在WO03/058743中，利用涂覆碳纸作为DMFC的阳极电极，所述涂覆碳纸被涂覆有疏水氟化聚合物和碳粉的混合浆。

在上述DMFC中，由于从阳极电极到阴极电极的质子迁移或者水扩散，所以在燃料中实际上发生了化学式1中未示出的水消耗。虽然由于扩散而发生的水消耗量取决于在发电部分中使用的材料的特性和操作条件，但是该由于扩散而发生的水消耗量总计可达由基本反应所消耗的水分子量的大约20倍。因此，只能选择采用包含较稀释的燃料的燃料盒，而所述较稀释的燃料具有较低的体积能量密度(更短的电产生时间)。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种直接甲醇燃料电池，所述直接甲醇燃料电池包括：电解质膜；阳极催化剂层，其被设置在所述电解质膜的一侧上，所述阳极催化剂层加速甲醇与水的生成质子、电子以及二氧化碳的反应；阴极催化剂层，其被设置在所述电解质膜的另一侧上，所述阴极催化剂层加速所述质子、所述电子以及氧之间的生成水的反应；具有防水特性的致密防水层，其被设置在所述阳极催化剂层的与所述电解质膜相对的一侧上，所述致密防水层通过煅烧包含碳粉和防水聚合物的浆液而形成，并且煅烧后具有100μm或者更厚的厚度；以及多孔气体扩散层，其被设置在所述致密防水层的与所述阳极催化剂层相对的一侧上。

根据本发明的一个方面，提供一种直接甲醇燃料电池的生产方法，所述方法包括：涂覆包含碳粉和防水聚合物的浆液；并且对所述浆液进行煅烧，其中所述直接甲醇燃料电池具有：电解质膜；阳极催化剂层，其被设置在所述电解质膜的一侧上，所述阳极催化剂层加速甲醇与水的生成质子、电子以及二氧化碳的反应；阴极催化剂层，其被设置在所述电解质膜的另一侧上，所述阴极催化剂层加速所述质子、所述电子以及氧之间的生成水的反应；具有防水特性的致密防水层，其被设置在所述阳极催化剂层的与所述电解质膜相对的一侧上，所述致密防水层通过煅烧所述浆液而形成，并且煅烧后具有100μm或者更厚的厚度；以及多孔气体扩散层，其被设置在所述致密防水层的与所述阳极催化剂层相对的一侧上。

附图说明

参照附图详细描述实施方式，其中：

图1是示出根据第一实施方式的直接甲醇燃料电池的截面图；

图2是示出根据第一实施方式的阳极侧输送板的示图；

图3是示出根据第一实施方式的CCM的示图；

图4是示出根据第一实施方式的CCM的示图；

图5是示出根据第二实施方式的CCM的示图；

图6是示出根据示例1的直接甲醇燃料电池的示图；

图7是示出根据示例1的直接甲醇燃料电池的电流-电压特性的图；

图8是示出根据示例1的直接甲醇燃料电池的α值的示图；

图9是示出根据示例3的直接甲醇燃料电池的示图；