(57)【要約】燃料電池は、多孔質フリット系複合陽子交換膜を含む。多孔質フリットの孔は陽子伝導性物質を充填される。
2009524178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、次のもの、即ち
多孔質フリットを備える陽子交換膜であり、多孔質フリットの孔が陽子伝導性物質を充填されるもの
を具える、燃料電池。
【請求項２】
陽子交換膜が更に次のもの、即ち
アノード触媒及びアノード集電装置を備えるアノード側、
アノード側の反対のカソード側であり、カソード側がカソード触媒及びカソード集電装置を備えるもの
を具える、請求項1の燃料電池。
【請求項３】
陽子交換膜のアノード側は更にガラス層を備える、請求項2の燃料電池。
【請求項４】
さらに、有機燃料を具える、請求項1の燃料電池。
【請求項５】
有機燃料は炭化水素である、請求項4の燃料電池。
【請求項６】
炭化水素はメタノールである、請求項5の燃料電池。
【請求項７】
メタノールの濃度はおよそ1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M、10M、11M、12M又は13Mである、請求項6の燃料電池。
【請求項８】
メタノールは水で希釈される、請求項6の燃料電池。
【請求項９】
陽子伝導性物質は、全フッ素置換されたスルホン酸重合体、ポリパラフェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はそれらの混合物を備える、請求項1の燃料電池。
【請求項１０】
アノード触媒及びカソード触媒は1種又はそれよりも多い金属触媒を備える、請求項2の燃料電池。
【請求項１１】
アノード触媒及びカソード触媒はPt、Pd、Ru又はそれらの混合物を備える、請求項2の燃料電池。
【請求項１２】
アノード集電装置及びカソード集電装置は多孔質金層を備える、請求項2の燃料電池。
【請求項１３】
膜電極アセンブリであって、次のもの、即ち
陽子交換膜であり、アノード電極側及びアノード電極側の反対のカソード電極側を有する多孔質フリットを備えるものであり、
多孔質フリットの孔が陽子伝導性物質を充填され、
アノード電極側がアノード触媒及びアノード電流導体を備え、及び
カソード電極側がカソード触媒及びカソード電流導体を備えるもの
を具える、膜電極アセンブリ。
【請求項１４】
陽子交換膜のアノード電極側は更にガラス層を備える、請求項13の膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
陽子伝導性物質は、全フッ素置換されたスルホン酸重合体、ポリパラフェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はそれらの混合物を備える、請求項13の膜電極アセンブリ。
【請求項１６】
アノード電極触媒及びカソード電極触媒は1種又はそれよりも多い金属触媒を備える、請求項13の膜電極アセンブリ。
【請求項１７】
アノード電極触媒及びカソード電極触媒は、Pt、Pd、Ru又はそれらの混合物を備える、請求項13の膜電極アセンブリ。
【請求項１８】
膜電極アセンブリを製造する方法であって、次の工程、即ち
多孔質フリットを形成する工程、
多孔質フリットの孔を陽子伝導性物質で充填する工程、
アノード触媒を、充填された多孔質フリットの一方の側上に堆積する工程、
カソード触媒を、アノード触媒の反対の充填された多孔質フリットの一方の側上に堆積する工程、
集電装置をアノード触媒上に堆積する工程、及び
集電装置をカソード触媒上に堆積する工程
を具える、方法。
【請求項１９】
筒状の直接メタノール型燃料電池であって、次のもの、即ち
筒状の多孔質フリットであり、筒状の多孔質フリットの孔が陽子伝導性物質を充填されるもの、
筒状の多孔質フリットの内部上に堆積されるガラス層、
ガラス層上に堆積されるアノード触媒、
充填された筒状の多孔質フリットの外部上に堆積されるカソード触媒、
アノード触媒上に堆積されるアノード集電装置であり、アノード集電装置が外の電気的な接点に電気的に接続されるもの、
カソード触媒上に堆積されるカソード集電装置であり、カソード集電装置が外の電気的な接点に電気的に接続されるもの、及び
充填された筒状の多孔質フリットの内部内に配置され、及びアノード触媒と接触する液体メタノール
を具える、直接メタノール型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願の開示は概して燃料電池の分野に関する。より一層詳しくは、本出願の開示は多孔質陽子-交換膜を有するメタノール型燃料電池に関する。
【発明の開示】
【０００２】
(図面の簡明な記載)
図面が本発明の典型的な具体例を描くに過ぎず、及び従って本発明の範囲が制限されるものと考えられないことは理解されるものであり、次に、本発明を以下に挙げるような添付図面の使用により、具体性及び詳細と共に記載し、及び説明する。図の説明は(図面の簡単な説明)の項に移す。
(詳しい説明)
【０００３】
本明細書において、一般的に記載し、及びその図において例示するような具体例の構成要素が、多種多様な異なる立体配置において配列し、及び設計することができることは容易に理解される。このようにして、以下の種々の具体例のより一層詳細な説明は、図において表示されるように、本発明の範囲で、請求されるようなものの範囲を制限することを意図しないものであり、また、種々の具体例の単なる代表に過ぎない。具体例の種々の局面を図面において提示するが、特に示されない限り、図面は必ずしも縮尺どおりに描かれていない。
【０００４】
この技術における熟練の者が認めるように、本発明の原理は、様々な燃料電池システムを、無機又は有機の燃料電池、直接メタノール型燃料電池(direct methanol fuel cell、DMFC)、改良されたメタノール型燃料電池、直接エタノール型燃料電池、陽子-交換膜(proton-exchange membrane、PEM)燃料電池、微生物(microbial)燃料電池、可逆(リバーシブル)燃料電池、ギ酸燃料電池、及び同様のものを含むものと共に、それらに適用し、及び使用され得る。さらに、本発明は、様々な適用(アプリケーション)において、及び種々の寸法(サイズ)及び形状の燃料電池共に用いられ得る。例示の目的のためだけに、及び制限として意味しないで、本発明は、電子バッテリー(electronic battery)の交換、ミニ(小型)及びマイクロ(極小型)のエレクトロニクス(電子技術)、自動車のエンジン(機関)、発電所のため、及び多くの他の装置及び適用の1種のエネルギー源として、用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に添付の図に関連して、特に具体例を以下により一層大いに詳細に記載する。図1を参照すると、燃料電池100は、陽子-伝導性膜、又は電解質によって分けられるアノード(陰極)側120及びカソード(陽極)側140を含み得る。アノード側120は複合PEM130の一方の側上に配置され得、及びカソード側140はPEM130の反対側上に配置される。
【０００６】
燃料電池100において、燃料は、アノード側120上で触媒(Pt-Ru)及び水(H2O)の存在において酸化され、電子(e-)、陽子(H+)及び二酸化炭素(CO2)を生成する。電子は、外の回路150によってアノード側120からカソード側140へと流れることを強いられ、電気エネルギーを付属の電気装置(図示せず)に配送する。一方、陽子は複合PEM130を通過し、及び酸素(O2)及び外の回路から戻る電子と組み合わされ、カソード側140上で水を形成する。
【０００７】
燃料電池100の1種の例は、炭化水素燃料で、ディーゼル、メタノール、エタノール、及び化学的水素化物のようなものを用い得る直接有機物型(direct organic)燃料電池である。例だけの目的のために、及び制限としてではなく、本発明の1種の具体例は、陽子-交換燃料電池の下位範疇(サブカテゴリー)である直接-メタノール型燃料電池(DMFC)を含み得、そこでは、燃料、メタノールは燃料電池に直接供給される。アノード側120及びカソード側140のDMFCにおける反応は、以下のように表現することができる、即ち
【化１】
2009524178.tif 000003
【化２】
2009524178.tif 000004
【０００８】
直接タノール型燃料電池にとって、高いメタノール濃度が電気の生産を増加させるために望まれる。しかし、伝統的なDMFCsにおいて、メタノール燃料の高濃度の使用は、固体の陽子-伝導性の膜が用いられるとき、陽子-伝導性の膜を通して燃料の重大な交錯(crossover、クロスオーバー)がもたらされる。1種類の商業上入手可能な固体の陽子-伝導性膜は、DuPont Chemical Co.(デュポン・ケミカル社)、Delaware(米国デラウェア州)から、登録商標Nafion(ナフィオン)の下で利用可能である。燃料の交錯はDMFCの効率だけでなく、電圧効率をも低下させ、それはそれがカソードを汚染し(poisons)、及びカソードの性能(パフォーマンス)を下げるからである。固体のNafionの膜の燃料電池を用いるときの別の問題は、アノード側からカソード側への水のエレクトロマイグレーションであり、それは燃料電池における水の管理を複雑にし、及びメタノール燃料の濃度を制限する。
【０００９】
図1への引き続く参照により、燃料の交差(cross over)及び水の交差を克服するために、固体の陽子-伝導性の膜を用いるとき、複合多孔質陽子-交換膜130(以後“複合PEM130”)を、燃料電池100において用い得る。
【００１０】
複合PEM130は多孔質な(porous)フリット(ガラス原料)から構成され得る。本明細書において用いるように多孔質フリットは、気体又は液体が通り得る細かく(finely)多孔質な物質が包含され、焼結ガラス又は焼結セラミックのようなものである。複合PEM130の多孔質フリットは、DuPont Chemical Co.、Delawareからの登録商標Nafionの下で商業上入手可能な全フッ素置換された(ペルフルオロ)スルホン(sulfonic)酸重合体のような1種又はそれよりも多くの陽子-伝導性物質で充填され得る。多孔質フリットは、他の陽子-伝導性物質及び重合体で、ポリパラ-フェニレンスルホン(sulphonic)酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びその他のようなものによって充填され得る。複合PEM130の孔は、陽子-伝導性物質を用い、溶媒溶液において浸すことによって充填され得、及び次いで乾燥され得、このようにして、多孔質フリットにおいて滞る(behind in)陽子伝導性物質を残す。一旦乾燥すれば、複合PEM130の表面は、淘汰(culling)又は磨き(polishing)の工具(ツール)を用いて擦り、及び滑らかにされることができ、吸収されていない物質が拭き取られる。複合PEM130における孔の数及び容量は、望ましい光子-伝導率及び交錯のために調節され、及び最適化され得る。
【００１１】
図1への引き続く参照により、アノード側120及びカソード側140は、細かな白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びルテニウム(Ru)の粒子を含む金属触媒のような触媒の層を包含し得る(may include a catalyst layer such as a metal catalyst including fine Platinum (Pt). Palladium (Pd), and Ruthenium (Ru) particles)。例えば、アノード-触媒160は複合PEM130に直接に、白金-ルテニウムの混合物のような金属触媒を複合PEM130のアノード側120に対しブラシ被覆する(コーティング)ことによって、複合PEM130に適用し得る。集電装置(current collector)162で、多孔質金被膜(コーティング)のようなものはまた、アノード-触媒160に対して適用し得る。同様に、カソード-触媒161で、空気-吸入する(air-breathing)カソード触媒のようなものは、カソード側140にわたる白金層のような金属触媒層の上でのブラッシング又はローリングによってカソード側140に適用され得る。集電装置164で、多孔質金被膜のようなものは、次いでカソード-触媒161の表面に対して適用され得る。集電装置162及び集電装置164は外の回路150に対して接続され得る。
【００１２】
あるいはまた、アノード-触媒160及びカソード-触媒161は、この技術の熟練の者によって既知の化学蒸着技術によって複合PEM130に適用され得る。さらにまた、集電装置162及び集電装置164は、化学蒸着技術によって適用され得る。
【００１３】
別の具体例において、燃料電池100は、燃料電池100によって発生する任意のCO2気体の通過を許すCO2通気孔(vent)170を含み得る。CO2通気孔は、選択的にCO2を逃がすように、ポリジメチルシロキサンのような疎水性物質から構成され得る。燃料電池100は、カソード側140からのH2O及びCO2の出口を考慮する出口ポート172を含み得る。
【００１４】
また別の図2によって示される具体例において、膜電極アセンブリ(組立体)200(以後“MEA200”)は多孔質フリット210を始めとすることによって形成され得る。多孔質フリット210の孔は、DuPont Chemical Co.、Delawareからの登録商標Nafionの下で商業上入手可能な全フッ素置換されたスルホン酸重合体のような1種又はそれよりも多い陽子-伝導性物質を充填され得る。多孔質フリット210は、ポリパラ-フェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及び望まれるように他のもののような他の陽子-伝導性物質及び重合体によって充填され得る。一旦多孔質フリット210の孔が充填されれば、複合陽子-伝導性膜230(以後“複合PEM230”)が形成される。
【００１５】
図2への引き続く参照により、複合PEM230の具体例は、アノード側220上でのガラス232の層を用いて被覆され得る。ガラス232の層は化学蒸着技術によって堆積され得る。例えば、ガラス232の層は、SiH4+PH3の気体又は他の気体を含むプラズマ強化化学蒸着室(チャンバ)において複合PEM230を設置することによって堆積させ得、複合PEM230のアノード側220上でのケイ酸塩ガラスが形成される。ガラス232の層の組成及び調剤は、望まれるように調整され得、ガラス層232の伝導率及び機械的靱性が制御され、並びに燃料及び/又は水の交錯に対する抵抗が制御される。
【００１６】
ガラス232の層を複合PEM230上に堆積させた後、アノード-触媒260はガラス層232上に堆積され得、及びカソード-触媒261はアノード側220の反対のカソード側240上に堆積され得る。双方のアノード-触媒260及びカソード-触媒261は、1種又はそれよりも多い金属触媒で、Pt又はPt-Ruの混合物のようなものであってよい。集電装置262及び264は、多孔質の金被膜又は他の伝導性の被膜を備え得、及びアノード-触媒260及びカソード-触媒261のそれぞれにわたって堆積させることができる。
【００１７】
一旦アノード-触媒260、カソード-触媒261及び集電装置262及び264が堆積されると、燃料容器270が、MEA200を完成させるためにアノード側220に対して加えられ得る。例だけの、及び制限でない目的のために、適切な燃料には、炭化水素燃料のような有機燃料が包含され得る。例えば、液体メタノールは、本発明に従う燃料電池において用いる燃料であり得る。より一層詳しくは、メタノールの濃度は、およそ1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M、10M、11M、12M又は13Mであってよい。メタノール燃料は、水によって望ましい濃度にまで希釈し得る。
【００１８】
まだ更に別の具体例において、本発明に従う燃料電池は、バッテリー300で、家庭用電化製品(consumer electronics)において一般に用いられるD、C、B、A、AA又は他の望ましい寸法のバッテリーのようなものに似る(resemble)ように立体配置され(configured)得る。図8を参照すると、多孔質フリットは筒(円筒)状の多孔質フリットのような望ましいバッテリー寸法に対応するように形成され、及び立体配置され得る。例だけの目的であり、及び制限として意味しないが、図8は筒状の多孔質フリットの使用を示す。上述するように、筒状の多孔質フリットの孔は、登録商標Nafion(DuPont Chemical Co.、Delawareからのもの)の下で商業上入手可能な全フッ素置換されたスルホン酸重合体のような1種又はそれよりも多い陽子-伝導性物質を用いて、又はポリパラ-フェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及び望まれるように他のもののような他の陽子-伝導性物質及び重合体によって充填され得る。一旦筒状の多孔質フリットの孔が充填されると、筒状の複合陽子-伝導性膜330(以後“筒状PEM330”)が形成され得る。
【００１９】
図8への引き続く参照により、筒状PEM330の具体例は、筒状PEM330の内部上でのアノード側320上で、ガラス332の筒状の層を用いて被覆され得る。ガラス332の層は、上記に議論されるように、及びこの技術における熟練の者に既知なように、化学蒸着技術によって堆積させ得る。
【００２０】
アノード-触媒360はガラス層332上に堆積され得、及びカソード-触媒361は筒状PEM330の外部表面上であり得るカソード側340上に堆積され得る。双方のアノード-触媒360及びカソード-触媒361は、Pt又はPt-Ruの混合物のような1種又はそれよりも多い金属触媒であり得る。アノード-触媒360及びカソード-触媒361にわたり、集電装置362及び364がそれぞれ堆積され得る。アノード-触媒360及びカソード-触媒361は多孔質の金被膜又は他の伝導性被膜を包含し得る。アノード側320はまた、綿に似た繊維織物(ファブリック)のような吸収体ライナー(absorbent liner)325を包含し得、燃料によるアノード側320の均一な濡れを提供する。このように、バッテリー300は任意の配向においても操作可能である。
【００２１】
アノード-触媒360にわたって堆積される集電装置362は、バッテリー300の金属キャップ363のような外の電気的接点に接続することができる。同様に、カソード-触媒361にわたって堆積される集電装置364は、バッテリー300の金属キャップ365のような外の電気的接点に接続され得る。金属キャップ363及び金属キャップ365は互いから電気的に絶縁され得る。このように、電流は、外の金属キャップ363及び365をバッテリー300に接続することによって、バッテリー300の外部で達成され(complete)得る。この電流は、電子装置を動かすのに用いられ得る。
例の燃料電池、即ち
【００２２】
多孔質フリットで、およそ0.2mm-2mmの厚さ及びおよそ30mmの直径、異なる孔寸法(およそ0.9-10gm)を有するものは、種々の複合陽子-交換膜のための骨格として用いられた。定着剤(接着促進剤、adhesion promoter)による処置の後、多孔質フリットにおける孔は、Nafionの溶液の混合物(10%未満のペルフルオロスルホン酸/PTFE共重合体樹脂を含み、DuPont Chemical Co.、Delawareによって製造されるもの)及びジエチレングリコール(ALDRICH(アルドリッチ社)からの99%のもの)の減圧(真空)条件の下での5:1の比率のものによって充填された。充填された多孔質フリットは次いで85℃で、茶色い色が観察されるまで焼かれた。このように、多孔質フリットは複合陽子-交換膜になり得る。多孔質フリットはまた、PPSA(ポリパラ-フェニレンスルホン酸)、PVDF(ポリ(フッ化ビニリデン))又は他の陽子伝導性物質で充填することもできる。充填されたフリットのアノード側は次いで磨かれ、及びリン添加(phosphorus doped)二酸化ケイ素ガラス(PSG)の6gm層を、アノード側表面上に、100℃の温度でのPlasma-Therm(プラズマ-サーモ)PECVDシステム(Plasma-Therm、St. Petersburg(サンクトペテルスブルグ)、FL(米国フロリダ州))を用いて堆積させた。二酸化ケイ素のための反応気体は、N2O:SiH4の比2.25を有するシラン及び亜酸化窒素であり、及び600のミリトル(mTorr、1 Torr=1mmHg=約1.33322×102Paとして、約799.932Pa)の操作圧力であった。PSGのための反応気体は、標準的なシランの気体(He中での5.0%のSiH4)の代わりにヘリウムのキャリア気体において0.3%のホスフィン及び5.0%のシランの気体混合物を用いることによって作成される亜酸化窒素及びシラン/ホスフィンの混合物であった。PSGにおけるリン含量は0.5-0.6の原子(at.)%であった。ガラスの厚さはAlpha-Step(アルファ-ステップ)表面の粗面形状測定装置(profilometer)(KLA-Tencor(テンコール社)、San Jose(サンノゼ)、CA(米国カリフォルニア州))を用いて測定された。
【００２３】
カソード触媒は複合PEM上でのNafionにおいて炭素支持された(carbon-supported)Pt(E-TEK(イーテク社)、Somerset(サマセット)、NJ(米国ニュージャージー州)からのもの)を含む調製された触媒インクを塗布することによって作成し、次いで多孔質の金の集電装置で被覆することを続けた。カソード触媒の負荷は1mg/cm2であった。大気の酸素をカソードでの酸化剤として用いた。アノード触媒は、CVC DCスパッター装置(sputterer)(CVC Products, Inc.(プロダクト社)、Rochester(ロチェスター)、NY(米国ニューヨーク州))を用いるか又は、炭素支持されたPt-Ru(E-TEK、Somerset、NJからのもの)の触媒インクをPSG表面上に適用してのいずれでも、PSGの表面上にスパッター堆積される白金-ルテニウム合金層であり、次いで多孔質の金の集電装置での被覆が続けられた。アノード触媒の負荷は30μg/cm2-1mg/cm2であった。燃料容器はアノード側上で付着され、及び8M-12Mの水性メタノール溶液が燃料として用いられた。図2は、複合PEM、MEA、及び燃料電池を製作するために用い得る処理(プロセス)の並び(シーケンス)を示す。
【００２４】
すべての電気化学的測定値で、インピーダンス分光法(IS)及び線形ボルタングラムズ(linear voltamagrams)を含むものは、PerkinElmer(パーキンエルマー)のPARSTAT(パースタット)2263(EG&G、Princeton(プリンストン)、NJ)の電気化学的システムを用いて室温で実行した。線形掃引ボルタンメトリー(sweep voltametry)のための走査速度は1mV/sであった。インピーダンス測定のための周波数帯域(frequency range)は、10mVのAC信号振幅を用い、1Hzから1.25MHzまでであった。
(結果)
【００２５】
図3は、双方ともNafion充填された多孔質フリットの複合PEMを用いる2種の燃料電池の相対的な性能の移植(graft)を示す。しかし、各々の燃料電池は、燃料としてのメタノール溶液の異なる濃度を用いた。燃料電池は室温で操作し、及び大気の酸素を酸化剤として用いた。フリットの厚さは2mmであり、及び孔寸法は0.9-1.4μmであった。電池が高い開放回路電位(open circuit potential)の約0.6Vを持つことを見ることができる。燃料としての12.0Mのメタノール溶液を有する電池の性能は、8.0Mのメタノール燃料を有するものより僅かに低かった。これらの結果は、フリット系(に基づく)複合膜がメタノール浸透性を効果的に防ぐことができることを指し示す。
【００２６】
図4は、Nafionを充填したフリット複合PEMを、異なる多孔質フリットの厚さを有して用いる2種の燃料電池の相対的な性能を示す。フリット孔寸法は0.9-1.4gmから変動した。電池は室温で操作された。12.0Mのメタノール溶液が燃料として、及び大気の酸素が酸化剤として用いられた。陽子輸送のための膜抵抗がフリットの厚さの減少と共に減少したので、フリットの厚さが2mmから1.5mmまで減少したとき、極小型燃料電池の性能は十分に(有意に)増加した。
【００２７】
図5は、Nafionを充填したフリット複合膜であるが、異なるフリット孔寸法を有するものを各々で用いる2種の燃料電池の性能を示す。フリットの厚さは1.5mmであった。電池は室温で操作された。12.0Mのメタノール溶液が燃料として、及び大気の酸素がオキシダントとして用いられた。増加したフリット孔寸法を用いると、電池の開放回路電位は減少し、及び電流密度は増加した。複合膜においてNafionの画分が増加した孔寸法を共に増加したので、膜を通してのメタノール浸透性も増加した。
【００２８】
図6は、Nafionを充填したフリット複合膜であるが、一方でガラスを伴うもの、及び他方でガラスを伴わないもの各々を用いる2種の燃料電池の性能をグラフで示す。フリットの厚さは1.5mmであり、及び孔寸法は0.9-1.4μmであった。電池は室温で操作された。12.0Mのメタノール溶液が燃料として、及び大気の酸素が酸化剤として用いられた。双方のガラス膜を伴う電池の開放回路電位及び電流密度は、ガラスの膜を伴わないものよりも高かった。結果は、ガラスの膜が複合PEMを通してメタノール浸透性を防ぐのに役立つことを示す。
【００２９】
フリットは、異なる無機又は有機の陽子伝導性物質によって充填することができる。図7は2種の燃料電池の相対的な性能を示し、一方はNafionを充填したフリットを用い、及び他方はPPSAを充填したフリットを用いるものであった。フリットの厚さは1.5mmであり、及び孔寸法は4-8μmであった。電池は室温で操作された。12.0Mのメタノール溶液を燃料として、及び大気の酸素を酸化剤として用いた。PPSAを充填したフリット複合膜を有する電池は、Nafionを充填したフリット複合膜を有する電池よりも高い開放回路電位を持つことを見ることができる。
【００３０】
この技術における熟練技能を持つ者にとって、多くの変化が、本発明の根底にある原理から外れることなく、上記の具体例の詳細になされ得ることは明らかである。本発明の範囲は、従って、次の請求の範囲によってだけから定められるものでなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料電池の可能な例の概略図である。
【図２】多孔質陽子-交換膜の可能な具体例を作成する方法を例示する流れ図(フローチャート)である。
【図３】異なる燃料濃度を用いる燃料電池の種々の具体例の性能を比較するグラフである。
【図４】多孔質陽子-交換膜の異なる厚さを有する燃料電池の異なる具体例の相対的な性能を示すグラフである。
【図５】異なる孔寸法を有する多孔質陽子-交換膜を伴う燃料電池の異なる具体例の相対的な性能を示すグラフである。
【図６】ガラス膜層を有する、及び有しない多孔質陽子-交換膜を伴う燃料電池の種々の具体例の性能を示すグラフである。
【図７】Nafion又はポリパラ-フェニレンスルホン酸(PPSA)のいずれでも充填される多孔質陽子-交換膜を含む燃料電池の複数の(multiple)具体例の性能を示すグラフである。
【図８】複合陽子-交換膜を有する燃料電池バッテリーの別の具体例の断面図である。
【図１】
2009524178.tif 000005
【図２】
2009524178.tif 000006
【図３】
2009524178.tif 000007
【図４】
2009524178.tif 000008
【図５】
2009524178.tif 000009
【図６】
2009524178.tif 000010
【図７】
2009524178.tif 000011
【図８】
2009524178.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月27日(2008.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、次のもの、即ち
多孔質フリットを備える陽子交換膜を具え、多孔質フリットの孔は陽子伝導性物質を充填され、
陽子交換膜は更に、アノード側及びカソード側を具え、アノード側はアノード触媒及びアノード集電装置を備え、カソード側はカソード触媒及びカソード集電装置を備える、燃料電池。
【請求項２】
さらに、有機燃料を具える、請求項1の燃料電池。
【請求項３】
有機燃料は炭化水素である、請求項2の燃料電池。
【請求項４】
炭化水素はメタノールである、請求項3の燃料電池。
【請求項５】
メタノールの濃度はおよそ1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M、10M、11M、12M又は13Mである、請求項4の燃料電池。
【請求項６】
メタノールは水で希釈される、請求項4の燃料電池。
【請求項７】
陽子伝導性物質は、全フッ素置換されたスルホン酸重合体、ポリパラフェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はそれらの混合物を備える、請求項1の燃料電池。
【請求項８】
アノード触媒及びカソード触媒は1種又はそれよりも多い金属触媒を備える、請求項1の燃料電池。
【請求項９】
アノード触媒及びカソード触媒はPt、Pd、Ru又はそれらの混合物を備える、請求項1の燃料電池。
【請求項１０】
アノード集電装置及びカソード集電装置は多孔質金層を備える、請求項1の燃料電池。
【請求項１１】
膜電極アセンブリであって、次のもの、即ち
陽子交換膜であり、アノード電極側及びアノード電極側の反対のカソード電極側を有する多孔質フリットを備えるものを具え、
多孔質フリットの孔は陽子伝導性物質を充填され、
アノード電極側はアノード触媒及びアノード電流導体及びガラス層を備え、及び
カソード電極側はカソード触媒及びカソード電流導体を備える
膜電極アセンブリ。
【請求項１２】
陽子伝導性物質は、全フッ素置換されたスルホン酸重合体、ポリパラフェニレンスルホン酸(PPSA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はそれらの混合物を備える、請求項11の膜電極アセンブリ。
【請求項１３】
アノード電極触媒及びカソード電極触媒は1種又はそれよりも多くの金属触媒を備える、請求項11の膜電極アセンブリ。
【請求項１４】
アノード電極触媒及びカソード電極触媒は、Pt、Pd、Ru又はそれらの混合物を備える、請求項11の膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
膜電極アセンブリを製造する方法であって、次の工程、即ち
多孔質フリットを形成する工程、
多孔質フリットの孔を陽子伝導性物質で充填する工程、
アノード触媒を、充填された多孔質フリットの一方の側上に堆積する工程、
カソード触媒を、アノード触媒の反対の充填された多孔質フリットの一方の側上に堆積する工程、
集電装置をアノード触媒上に堆積する工程、及び
集電装置をカソード触媒上に堆積する工程
を具える、方法。
【請求項１６】
筒状の直接メタノール型燃料電池であって、次のもの、即ち
筒状の多孔質フリットであり、筒状の多孔質フリットの孔が陽子伝導性物質を充填されるもの、
筒状の多孔質フリットの内部上に堆積されるガラス層、
ガラス層上に堆積されるアノード触媒、
充填された筒状の多孔質フリットの外部上に堆積されるカソード触媒、
アノード触媒上に堆積されるアノード集電装置であり、アノード集電装置が外の電気的な接点に電気的に接続されるもの、
カソード触媒上に堆積されるカソード集電装置であり、カソード集電装置が外の電気的な接点に電気的に接続されるもの、及び
充填された筒状の多孔質フリットの内部内に配置され、及びアノード触媒と接触する液体メタノール
を具える、直接メタノール型燃料電池。