[发明专利]直接甲醇型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，特别是涉及在燃料中使用液体甲醇的直接甲醇型燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)。

背景技术

燃料电池是通过在电池内使氢和甲醇等燃料发生电化学氧化，将燃料的化学能直接转换成电能并进行获取的电池，由于没有象火力发电那样的由燃料燃烧引起的NO_x和SO_x等的发生，因此作为清洁的电能供给源受到关注。

这样的燃料电池，为了谋求电池输出的提高，需要用于使供给燃料的要求和使发生的反应物移动的要求相平衡的结构。例如已知在燃料极或者氧极内设置含有氟树脂、硅树脂、聚乙烯等疏水性材料的层的技术(例如，专利文献1)。

另外，曾经公开了具备使气体扩散电极的气体透气度和保湿性兼备的结构的固体高分子电解质膜型燃料电池(例如，专利文献2)。特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC)，与以氢为燃料的气体燃料用固体高分子燃料电池(PEMFC)等其它燃料电池相比，可进行小型化、轻量化，最近，作为笔记本电脑和便携电话等的电源正在进行各种各样的研究。

DMFC的基本反应如下。

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-   (式1)

阴极：(3/2)O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O    (式2)

按照式1所示那样，在阳极需要的是甲醇和水分子。例如，利用以铂和钌(Ru)为主的合金催化剂，可从各1个分子的甲醇和水分子，生成1个分子的二氧化碳作为废弃物、并生成6个质子和6个电子。电子通过经由外部电路可作为电力输出来利用。

另外，按照式2所示那样，在阴极需要的是氧、质子以及电子。6个电子与经由质子传导性电解质膜而来的6个质子以及3/2分子的氧在阴极发生反应，生成3分子的水作为废弃物。

在以往的DMFC的阳极中，使用了被覆了混合疏水性的氟化聚合物和碳粉末而成的浆液的被覆复写纸(专利文献3)。

专利文献1：特开2001-283875号公报

专利文献2：特开2005-174607号公报

专利文献3：特表2005-514747号公报

发明内容

现有的DMFC，现实上从燃料中发生式1没有显示出的水的消耗。例如为质子的移动、水从阳极向阴极的扩散。

这样的燃料电池，为了谋求电池输出的提高，需要用于使供给燃料的要求和使发生的反应物移动的要求相平衡的结构，例如，专利文献1和2公开的含有疏水性材料的层，发挥下述功能：控制反应气体向催化层的供给、生成的气体的排出，特别是蓄积于阴极电极的水的排出。

然而，采用这样的现有的结构时，水的透过量的抑制不充分，蓄积于阴极电极的水的排出不充分，氧向阴极的供给拖延，使燃料电池长时间稳定地工作是困难的。

因此，本发明的目的在于，提供不妨害在高电流密度区的顺利的电流利用，作为燃料电池可使其长时间稳定地工作的直接甲醇型燃料电池。

本发明的直接甲醇型燃料电池具备：电解质膜；设置于电解质膜的一个面上的阳极催化层；设置于电解质膜的另一个面上的阴极催化层；设置于阳极催化层的与设置有电解质膜的面相对的面，具有疏水性和导电性的第1燃料调整层；设置于第1燃料调整层的与设置有阳极催化层的面相对的面，具有疏水性和导电性的第2燃料调整层；设置于第2燃料调整层的与设置有第1燃料调整层的面相对的面，具有疏水性和导电性的第3燃料调整层；和设置于第3燃料调整层的与设置有第2燃料调整层的面相对的面，具有疏水性和导电性的阳极GDL层，第3燃料调整层具有比第2燃料调整层小的细孔，第1燃料调整层具有比第2燃料调整层小的细孔、并具有比第3燃料调整层大的细孔。

发明效果

根据本发明，可提供通过抑制水从阳极向阴极的扩散，来防止水在阴极的淤塞，不妨害向阴极供给氧，并能够充分确保电池输出，作为燃料电池可以确保长时间的稳定性的直接甲醇型燃料电池。

附图说明

图1是本实施形态所述的直接甲醇型燃料电池的电池剖面图。

图2是实际制作的直接甲醇型燃料电池的剖面图。

图3是实施例1所述的阳极电极的燃料调整层中的细孔径分布。

图4是阴极电极的细孔径分布。

图5是实施例1中的电流电压特性的结果图。