JPH05307970A - 液体燃料電池 - Google Patents
液体燃料電池Info
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- JPH05307970A JPH05307970A JP4110937A JP11093792A JPH05307970A JP H05307970 A JPH05307970 A JP H05307970A JP 4110937 A JP4110937 A JP 4110937A JP 11093792 A JP11093792 A JP 11093792A JP H05307970 A JPH05307970 A JP H05307970A
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- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体燃料電池は、最大電流密度となる所定の
温度になるまで、起動してから時間がかかっていた。そ
こで、構造が簡単でエネルギー損失がほとんどなく、起
動性のよい液体燃料電池を実現する。 【構成】 メタノールタンク１６は燃料室１４へメタノ
ールを供給しているが、液体燃料電地の起動時には、空
気室１５に直接、メタノールを供給するようになってい
る。このため、空気極１３でメタノールが直接燃焼する
ことにより、液体燃料電池は急速に全体の温度が上昇
し、短時間で最適運転温度で運転することができる。
温度になるまで、起動してから時間がかかっていた。そ
こで、構造が簡単でエネルギー損失がほとんどなく、起
動性のよい液体燃料電池を実現する。 【構成】 メタノールタンク１６は燃料室１４へメタノ
ールを供給しているが、液体燃料電地の起動時には、空
気室１５に直接、メタノールを供給するようになってい
る。このため、空気極１３でメタノールが直接燃焼する
ことにより、液体燃料電池は急速に全体の温度が上昇
し、短時間で最適運転温度で運転することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、起動性のよい液体燃料
電池に関する。
電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液体燃料電池を図面に基づいて説
明する。図１は従来の液体燃料電池の概念図であり、例
えば燃料としてメタノールを使用した場合の液体燃料電
池を示す。電解質１、例えば、硫酸水溶液、を介して負
極であるメタノール極２と、正極である空気極３が互い
に対向している。そのメタノール極２の背面は、燃料室
４となっており、水タンク８及びメタノールタンク７か
ら所定の濃度に調整混合された水とメタノールからなる
燃料がポンプ９により供給されている。一方、空気極３
の背面には送風機により空気が供給される空気室５を有
している。
明する。図１は従来の液体燃料電池の概念図であり、例
えば燃料としてメタノールを使用した場合の液体燃料電
池を示す。電解質１、例えば、硫酸水溶液、を介して負
極であるメタノール極２と、正極である空気極３が互い
に対向している。そのメタノール極２の背面は、燃料室
４となっており、水タンク８及びメタノールタンク７か
ら所定の濃度に調整混合された水とメタノールからなる
燃料がポンプ９により供給されている。一方、空気極３
の背面には送風機により空気が供給される空気室５を有
している。
【０００３】メタノール極２で、メタノール−水混合溶
液が分解されて炭酸ガスＣＯ2 、水素イオンＨ+ 、電子
ｅ- になる。これを化学式で示せば次の式（１）のよう
になる。
液が分解されて炭酸ガスＣＯ2 、水素イオンＨ+ 、電子
ｅ- になる。これを化学式で示せば次の式（１）のよう
になる。
【０００４】
【化１】
【０００５】さらに、メタノー極２で発生した電子ｅ-
は外部回路６を通って空気極３に達して、前記水素イオ
ンＨ+ 及び空気室５中の酸素と反応して水が生成され
る。生成された水は空気室５から排出される。これを化
学式で示せば次の式（２）のようになる。
は外部回路６を通って空気極３に達して、前記水素イオ
ンＨ+ 及び空気室５中の酸素と反応して水が生成され
る。生成された水は空気室５から排出される。これを化
学式で示せば次の式（２）のようになる。
【０００６】
【化２】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、一般に燃料電池
は起動性が他の電源に比べて悪いと言われている。この
原因は主として燃料電池の電池性能が作動温度に大きく
影響されているからである。この傾向は、液体を燃料と
した液体燃料電池において顕著に現れている。例えば、
図４に、温度６０℃と２５℃とした場合のメタノール燃
料電池の単セル性能を、電流密度と電位との関係で示し
た。なお、この場合、電解液を２ＭＨ 2 ＳＯ4 とし、燃
料を２ＭＣＨ3 ＯＨとした。図４から分かるように、単
セル性能で比較した場合、室温（２５℃）で０．４Ｖ、
２４ｍＡ／ｃｍ2 であるのに対して、６０℃では０．４
Ｖ、５９ｍＡ／ｃｍ2 と電流密度が増大しており、室温
では６０℃の場合に比べて半分以下の性能しか得られて
いない。
は起動性が他の電源に比べて悪いと言われている。この
原因は主として燃料電池の電池性能が作動温度に大きく
影響されているからである。この傾向は、液体を燃料と
した液体燃料電池において顕著に現れている。例えば、
図４に、温度６０℃と２５℃とした場合のメタノール燃
料電池の単セル性能を、電流密度と電位との関係で示し
た。なお、この場合、電解液を２ＭＨ 2 ＳＯ4 とし、燃
料を２ＭＣＨ3 ＯＨとした。図４から分かるように、単
セル性能で比較した場合、室温（２５℃）で０．４Ｖ、
２４ｍＡ／ｃｍ2 であるのに対して、６０℃では０．４
Ｖ、５９ｍＡ／ｃｍ2 と電流密度が増大しており、室温
では６０℃の場合に比べて半分以下の性能しか得られて
いない。
【０００８】即ち、低温では電気化学的な反応が遅く電
流密度が小さくそのために出力電圧が低くなり、高温に
すると電気化学的な反応が早くなり電流密度が大きくそ
のために出力電圧が高くなる。したがって、室温で液体
燃料電池を起動させた場合には、最適な電流密度を得る
ための運転温度に達するまでには時間がかかり、起動性
が悪い。
流密度が小さくそのために出力電圧が低くなり、高温に
すると電気化学的な反応が早くなり電流密度が大きくそ
のために出力電圧が高くなる。したがって、室温で液体
燃料電池を起動させた場合には、最適な電流密度を得る
ための運転温度に達するまでには時間がかかり、起動性
が悪い。
【０００９】このような問題に対処するために、液体燃
料電池とバッテリーをハイブリッド化し、液体燃料電池
が昇温して所定の性能が得られるまでの不足電力をバッ
テリーで補う方式や、液体燃料電池に電熱ヒータを付加
して強制的に所定の温度まで昇温させる方式が提案され
ている。後者の技術として、例えば、特開平１−１８７
７７６号公報に記載されるものがある。
料電池とバッテリーをハイブリッド化し、液体燃料電池
が昇温して所定の性能が得られるまでの不足電力をバッ
テリーで補う方式や、液体燃料電池に電熱ヒータを付加
して強制的に所定の温度まで昇温させる方式が提案され
ている。後者の技術として、例えば、特開平１−１８７
７７６号公報に記載されるものがある。
【００１０】しかしながら、これらの方式ではバッテリ
ーや電熱ヒータを付加するため装置全体が大型化するこ
とや、これらの補機のために装置が複雑化したり、ま
た、別のエネルギーを要するので、全体としてエネルギ
ーの損失等といった問題がある。そこで本発明は、上記
した問題点に鑑み、構造が簡単でエネルギー損失がほと
んどなく、起動性のよい液体燃料電池を実現することを
目的とする。
ーや電熱ヒータを付加するため装置全体が大型化するこ
とや、これらの補機のために装置が複雑化したり、ま
た、別のエネルギーを要するので、全体としてエネルギ
ーの損失等といった問題がある。そこで本発明は、上記
した問題点に鑑み、構造が簡単でエネルギー損失がほと
んどなく、起動性のよい液体燃料電池を実現することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明は、燃料の供給を受ける負極と酸素の
供給を受ける正極と該２つの電極間に介挿された電解質
とを有する燃料電池セルと、燃料含有溶液を貯蔵するタ
ンクと、該タンクから前記燃料電池セルの負極に対し、
燃料含有溶液を供給するポンプと、前記正極に連通する
通風路に配設され、外部から酸素を含有する気体を前記
正極に供給する送風機と、前記タンクから前記送風機及
び正極との間の通風路に接続する燃料含有溶液供給路
と、前記タンクから前記燃料含有溶液供給路への燃料含
有溶液の送出を制御するバルブとを備えたことを特徴と
する液体燃料電池とするものである。
るために、本発明は、燃料の供給を受ける負極と酸素の
供給を受ける正極と該２つの電極間に介挿された電解質
とを有する燃料電池セルと、燃料含有溶液を貯蔵するタ
ンクと、該タンクから前記燃料電池セルの負極に対し、
燃料含有溶液を供給するポンプと、前記正極に連通する
通風路に配設され、外部から酸素を含有する気体を前記
正極に供給する送風機と、前記タンクから前記送風機及
び正極との間の通風路に接続する燃料含有溶液供給路
と、前記タンクから前記燃料含有溶液供給路への燃料含
有溶液の送出を制御するバルブとを備えたことを特徴と
する液体燃料電池とするものである。
【００１２】燃料電池の起動時において正極に少量の燃
料を直接供給することにより、正極で燃料が直接燃焼し
発熱することになる。このために、起動から短時間で燃
料電池が所定の温度に達し、最適運転温度で運転するこ
とができる。空気極でのメタノールが直接燃焼すること
による反応式は次の式（３）で示される。
料を直接供給することにより、正極で燃料が直接燃焼し
発熱することになる。このために、起動から短時間で燃
料電池が所定の温度に達し、最適運転温度で運転するこ
とができる。空気極でのメタノールが直接燃焼すること
による反応式は次の式（３）で示される。
【００１３】
【化３】
【００１４】
【実施例１】本実施例１の液体燃料電池を図面に基づい
て説明する。図２は本実施例１の液体燃料電池の概念図
であり、特に燃料としてメタノールを使用した場合の例
を示す。メタノール極１２は、所謂ガス拡散電極により
構成され、ガス供給層及び反応層とからなる。該メタノ
ール極１２に供給された、メタノール水溶液は次の式
（１）の反応を生ずる。
て説明する。図２は本実施例１の液体燃料電池の概念図
であり、特に燃料としてメタノールを使用した場合の例
を示す。メタノール極１２は、所謂ガス拡散電極により
構成され、ガス供給層及び反応層とからなる。該メタノ
ール極１２に供給された、メタノール水溶液は次の式
（１）の反応を生ずる。
【００１５】
【化４】
【００１６】また、空気極１３においては、送風機によ
り送風された空気に含まれる酸素と、電解質を介して空
気極１３に到達した水素イオンと正負極を負荷等を介し
て短絡することにより移動した電子により次の式（２）
の反応を生ずる。
り送風された空気に含まれる酸素と、電解質を介して空
気極１３に到達した水素イオンと正負極を負荷等を介し
て短絡することにより移動した電子により次の式（２）
の反応を生ずる。
【００１７】
【化５】
【００１８】そして、メタノール極１２、空気極１３、
電解質１１から燃料電池セルが構成されている。電解質
１１、例えば、硫酸水溶液、を介して負極であるメタノ
ール極１２と、正極である空気極１３が互いに対向して
いる。水タンク１７及びメタノールタンク１６からはポ
ンプ１８の混合溶液室にそれぞれ電動ポンプを介して連
通されており、この電動ポンプの作動、非作動を制御す
ることにより、開閉バルブとして機能させている。メタ
ノール極１２のガス供給層の背面は燃料室１４となって
おり、ポンプ１８の混合溶液室から燃料室１４へは、ポ
ンプ１８の作動によりメタノール水溶液の燃料が供給さ
れる。上記燃料室１４に供給されるメタノール水溶液は
図示しない流路を通って、再びポンプ１８の混合溶液室
に戻ってくる。そして、メタノール極１２に供給される
メタノール水溶液の濃度が所定の濃度になるように、上
記水タンク１７及びメタノールタンク１６からポンプ１
８の混合溶液室にそれぞれ連通する電動ポンプを制御す
る。
電解質１１から燃料電池セルが構成されている。電解質
１１、例えば、硫酸水溶液、を介して負極であるメタノ
ール極１２と、正極である空気極１３が互いに対向して
いる。水タンク１７及びメタノールタンク１６からはポ
ンプ１８の混合溶液室にそれぞれ電動ポンプを介して連
通されており、この電動ポンプの作動、非作動を制御す
ることにより、開閉バルブとして機能させている。メタ
ノール極１２のガス供給層の背面は燃料室１４となって
おり、ポンプ１８の混合溶液室から燃料室１４へは、ポ
ンプ１８の作動によりメタノール水溶液の燃料が供給さ
れる。上記燃料室１４に供給されるメタノール水溶液は
図示しない流路を通って、再びポンプ１８の混合溶液室
に戻ってくる。そして、メタノール極１２に供給される
メタノール水溶液の濃度が所定の濃度になるように、上
記水タンク１７及びメタノールタンク１６からポンプ１
８の混合溶液室にそれぞれ連通する電動ポンプを制御す
る。
【００１９】前記メタノールタンク１６からは、さらに
空気室１５にメタノールを直接供給するための配管が施
されており、液体燃料電池の起動時にバルブ１９が開か
れることにより、空気流とともにメタノールが霧状とな
って空気室１５に供給される。そのために空気極１３で
メタノールが直接燃焼されるので、前記式（３）の発熱
反応が起こり、液体燃料電池が所定の温度、例えば、５
０〜６０℃に達する。この時点で、バルブ１９を閉じ、
液体燃料電池として通常運転を行う。
空気室１５にメタノールを直接供給するための配管が施
されており、液体燃料電池の起動時にバルブ１９が開か
れることにより、空気流とともにメタノールが霧状とな
って空気室１５に供給される。そのために空気極１３で
メタノールが直接燃焼されるので、前記式（３）の発熱
反応が起こり、液体燃料電池が所定の温度、例えば、５
０〜６０℃に達する。この時点で、バルブ１９を閉じ、
液体燃料電池として通常運転を行う。
【００２０】上記バルブ１９も電動ポンプにより構成さ
れており、その作動、非作動を制御することにより開閉
バルブとして機能させている。なお、起動時のメタノー
ル供給量の制御は、タイマによって、起動時から上記ポ
ンプを通電する時間を制御することによって行ってい
る。この場合、図示しない温度センサにより電解質１１
または燃料電池のセルの雰囲気温度を検出して、この検
出温度に基づき、該ポンプを作動させる時間を変化させ
るようにしてもよい。なお、本実施例１では、メタノー
ルタンク１６からバルブ１９を介して、空気極１３にメ
タノールを供給しているが、ポンプ１８の混合溶液室か
らバルブ１９を介して、メタノールを供給してもよい。
れており、その作動、非作動を制御することにより開閉
バルブとして機能させている。なお、起動時のメタノー
ル供給量の制御は、タイマによって、起動時から上記ポ
ンプを通電する時間を制御することによって行ってい
る。この場合、図示しない温度センサにより電解質１１
または燃料電池のセルの雰囲気温度を検出して、この検
出温度に基づき、該ポンプを作動させる時間を変化させ
るようにしてもよい。なお、本実施例１では、メタノー
ルタンク１６からバルブ１９を介して、空気極１３にメ
タノールを供給しているが、ポンプ１８の混合溶液室か
らバルブ１９を介して、メタノールを供給してもよい。
【００２１】このように、本実施例１の液体燃料電池は
従来の液体燃料電池の構成に加えて、メタノールタンク
１６から空気室１５側に配管を敷設しただけのものであ
り、その構成は極めてシンプルなものである。
従来の液体燃料電池の構成に加えて、メタノールタンク
１６から空気室１５側に配管を敷設しただけのものであ
り、その構成は極めてシンプルなものである。
【００２２】
【実施例２】本実施例２の液体燃料電池を図面に基づい
て説明する。図３は本実施例２の液体燃料電池の概念図
であり、実施例１における液体燃料電池において、メタ
ノールタンク２６からさらに電解質２１へ配管を付加し
て、メタノールを電解質２１へ供給したものである。他
の構成は実施例１と同じである。
て説明する。図３は本実施例２の液体燃料電池の概念図
であり、実施例１における液体燃料電池において、メタ
ノールタンク２６からさらに電解質２１へ配管を付加し
て、メタノールを電解質２１へ供給したものである。他
の構成は実施例１と同じである。
【００２３】この液体燃料電池の起動時においては、空
気室２５にバルブ２９を開きメタノールを空気と共に霧
状に供給すると同時に、バルブ３０を開きメタノールを
電解質２１へ供給して、空気極２３でのメタノールの直
接燃焼を行わせて、液体燃料電池を短時間に所定の温度
に昇温させる。以上、本発明の燃料電池は、主に燃料と
してメタノールを用いたものについて説明したが、本発
明はメタノール燃料電池に限定されず、種々の液体燃料
電池に適用できるものである。
気室２５にバルブ２９を開きメタノールを空気と共に霧
状に供給すると同時に、バルブ３０を開きメタノールを
電解質２１へ供給して、空気極２３でのメタノールの直
接燃焼を行わせて、液体燃料電池を短時間に所定の温度
に昇温させる。以上、本発明の燃料電池は、主に燃料と
してメタノールを用いたものについて説明したが、本発
明はメタノール燃料電池に限定されず、種々の液体燃料
電池に適用できるものである。
【００２４】
【発明の効果】始動時の昇温に要するエネルギー損失が
ほとんどなく、構造が簡単で、短時間で昇温する起動性
のよい液体燃料電池を提供することができる。
ほとんどなく、構造が簡単で、短時間で昇温する起動性
のよい液体燃料電池を提供することができる。
【図１】従来のメタノール燃料電池の概念図を示す。
【図２】本発明の実施例１のメタノール燃料電池の概念
図を示す。
図を示す。
【図３】本発明の実施例２のメタノール燃料電池の概念
図を示す。
図を示す。
【図４】メタノール燃料電池の単セル性能を示す図。
１１，２１ 電解質 １２，２２ メタノール極 １３，２３ 空気極 １４，２４ 燃料室 １５，２５ 空気室 １６，２６ メタノールタンク １７，２７ 水タンク １８，２８ ポンプ １９，２９，３０ バルブ
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料の供給を受ける負極と酸素の供給を
受ける正極と該２つの電極間に介挿された電解質とを有
する燃料電池セルと、 燃料含有溶液を貯蔵するタンクと、 該タンクから前記燃料電池セルの負極に対し、燃料含有
溶液を供給するポンプと、 前記正極に連通する通風路に配設され、外部から酸素を
含有する気体を前記正極に供給する送風機と、 前記タンクから前記送風機及び正極との間の通風路に接
続する燃料含有溶液供給路と、 前記タンクから前記燃料含有溶液供給路への燃料含有溶
液の送出を制御するバルブと、 を備えたことを特徴とする液体燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4110937A JPH05307970A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 液体燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4110937A JPH05307970A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 液体燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05307970A true JPH05307970A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14548369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4110937A Pending JPH05307970A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 液体燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05307970A (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2004030134A1 (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-08 | Gs Yuasa Corporation | 液体燃料直接供給形燃料電池システムと、その運転制御方法及び運転制御装置 |
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