(57)【要約】【課題】加熱装置、加圧装置等の補助機を使用せずに反応生成物を取り除き、またアノード部の圧力を所定圧に維持しながら高性能稼動ができるジメチルエーテル型燃料電池を提供すること。【解決手段】アノード部に燃料としてジメチルエーテルが供給される燃料電池において、上記ジメチルエーテルの貯蔵部とアノード部とが燃料密閉系で作動されることを特徴とし、また上記燃料密閉系には炭酸ガス吸収材、及び炭酸ガス透過性膜から選択される少なくとも１の反応生成物の回収部材を設けることを特徴とすることができる。【選択図】      図１
2004234971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード部に燃料としてジメチルエーテルが供給される燃料電池において、上記ジメチルエーテルの貯蔵部とアノード部とが燃料密閉系で作動されることを特徴とするジメチルエーテル型燃料電池。
【請求項２】
上記燃料密閉系には炭酸ガス吸収材、及び炭酸ガス透過性膜から選択される少なくとも１の反応生成物の回収部材が設けられることを特徴とする請求項１記載のジメチルエーテル型燃料電池。
【請求項３】
上記貯蔵部には炭酸ガス吸収材が設けられ、該貯蔵部は該炭酸ガス吸収材と共に交換可能な燃料カセットであることを特徴とする請求項２記載のジメチルエーテル型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジメチルエーテル型燃料電池に関するものであり、より詳細には、直接形燃料電池での燃料の貯蔵、積載の点で安全性に優れ、また燃料として毒性の少ない、直接、常温付近での発電も可能な高性能なジメチルエーテル型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に固体高分子形燃料電池は、二つの電極、即ちカソード及びアノードの間に配置された電解質を用いている。電極での希望の電気化学的反応を引き起こすのに電極触媒が使用され、固体高分子形燃料電池は約８０℃〜約２００℃の範囲で作動し、特に携帯及び移動する用途に最近、使用することが望まれている。固体高分子形燃料電池は、二つの電極層の間に配置された固体高分子形電解質又はイオン交換膜を有し、アノード部には燃料が供給され、カソード部には空気などの酸化剤が供給される。
【０００３】
固体高分子形燃料電池にあっては、最もクリーンな燃料は水素である。しかし、水素はその貯蔵・積載方法に難があり、インフラの整備に多大なコストがかかる。また、燃料としてはメタノール等が使用され、メタノール改質形燃料電池や直接形メタノール燃料電池はバス・トラック・乗用車や鉄道車両・船舶の推進力として開発が進められている。
しかし、メタノールは毒性があり、また燃料電池としては所謂クロスオーバー現象により効率低下を招くことが考えられている。そこで、最近、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという。）を燃料とすることがある。ＤＭＥは低位炭から合成ガスを経由してＤＭＥを安価に合成する技術が進められている。ＤＭＥはメタノールに比べ遥かに毒性が低く、室温近くで容易に液化する性質とあいまって、輸送用燃料電池の燃料として利用される期待が高まっている。
【０００４】
従来、プロトン導電性電解質部と、それを挟持する一対のガス拡散性のカソード部およびアノード部とを有し、各電極は電解質側に貴金属含有電極触媒層を備え、ガス拡散電極の触媒層と反対側にはそれぞれカソード側ガス分配板およびアノード側ガス分配板を配し、ＤＭＥと水蒸気をアノード部に、酸素又は空気をカソード部にそれぞれ供給するジメチルエーテル型燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。かかる燃料電池は、炭化水素改質形燃料電池の複雑性を解消し、直接形燃料電池での燃料の貯蔵・積載方法の問題を解消することが期待されている。また、燃料として毒性もなく、発電効率も向上でき、且つ炭化水素燃料から直接、常温付近で発電する燃料電池として、従来の直接形メタノール燃料電池より高性能な直接形燃料電池を得るとしている。
【０００５】
また、カソード、アノード、及び電解質を有する燃料電池の操作方法において、アノードにＤＭＥ含有燃料流れを供給し、しかもＤＭＥをアノードで直接酸化する段階を含む方法が提案されている（特許文献２を参照）。水に高度に可溶性があるＤＭＥは液体燃料水溶液として供給することができ、メタノールと同様な電力特性を与えるが一層大きなファラデー効率を与えるものとしている。
即ち、ＤＭＥは室温及び常圧で気体であるが、約０．６ＭＰａで液化する。ＤＭＥは水に高度に可溶性でもある。１．５Ｍより幾らか大きいＤＭＥ水溶液は、周囲温度及び圧力で調製することができる。ＤＭＥはメタノールよりも高効率で天然ガスから合成することができ、従って、燃料又は燃料供給原料としてメタノールよりも好ましい。
【０００６】
ここでアノード部及びカソード部での反応は、次の通りである。
（アノード反応）ＣＨ３ＯＣＨ３＋３Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋１２Ｈ＋＋１２ｅ−
（カソード反応）３Ｏ２＋１２Ｈ＋＋１２ｅ−→  ６Ｈ２Ｏ
（総括反応）ＣＨ３ＯＣＨ３（ガス）  ＋  ３Ｏ２  →  ２ＣＯ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ
【０００７】
従来のジメチルエーテル型燃料電池にあっては、図４に示すように、固体高分子形膜電解質７２に結合された多孔質カソード７１及び多孔質アノード７３からなる膜電極組立体（ＭＥＡ）を有する。多孔質アノード７３は、炭素室基体７４及び電極触媒層７５からなるのが典形的である。プロトン伝導性アイオノマーが、電極触媒層７５、及び基体７４の全体に分散している。多孔質カソード７１は、同様にアイオノマーを全体に分散させた炭素室基体７４及び電極触媒層７５からなる。酸化剤流れ動フィールド７６及び液体燃料流れフィールド７７（直接、炭素室基体をフィルードとする場合もある。）が、夫々カソード基体７４及びアノード基体７４に対し膜電解質７２とは反対の面上にプレスされている。
燃料電池１０は酸化剤入口８１、酸化剤出口８２、液体燃料流れ入口８３、及び液体燃料流れ出口８４を有する。電力は燃料電池から、夫々正端子８５及び負端子８６を通って得られる。
【０００８】
燃料は水供給部９０、液化ＤＭＥ供給部９１から誘導され、導管９７からの再循環されたＤＭＥ／水混合物からなる。ＤＭＥ供給部９１からの燃料は導管９７を通るＤＭＥで適切に増量することにより調整することができる。水供給部９０、液化ＤＭＥ供給部９１、及び導管９７の各々からの流体を、次に混合装置９２の入口へ供給し、そこでそれら流体を一緒にして適切な燃料流れを形成する。混合装置９２により与えられる燃料流れの組成が制御され、制御するために、適当な濃度センサーが用いられる。
【０００９】
燃料はフィールド７７を通って流れ、その時過剰な部分は分離器９３へ排出され、そこで二酸化炭素反応生成物が排出物中の未反応ＤＭＥ及び水から分離される。二酸化炭素は導管９５を通って排気され、一方未反応ＤＭＥ／水混合物は導管９７を通って再循環される。熱交換器９６を用いて再循環して流れる流体の幾らか又は全てを冷却することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１４４７５１号公報（第１頁）
【特許文献２】
特開平２００２−５０５５１１号公報（第１頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のジメチルエーテル型燃料電池の燃料供給機構においては反応生成物である炭酸ガスを分離する分離装置が大掛かりとなる。即ち、ＤＭＥは常温、常圧でガス状態であるため、炭酸ガスのみを気液分離するには冷却、圧縮等の炭酸ガスの液化する装置が必要となってくる。また、燃料利用効率を維持するためにはアノード部に所定の圧力をかける必要があり、コンプレッサなどを必要とする。このため、省スペースを図ることができず、また、燃料電池の携帯化、或いは燃料部のカセット化を図る際にこのような設備は問題となっている。
【００１２】
従って、本発明は、加熱装置、加圧装置等の補助機を使用せずに反応生成物を取り除き、またアノード部の圧力を所定圧に維持しながら高性能稼動ができるジメチルエーテル型燃料電池を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、使用する燃料電池の燃料としてＤＭＥを選択すると、ＤＭＥはメタノールと相違して毒性、使用時のハンドリング性、排ガス環境性、および燃料供給におけるインフラ整備性が優れていること、更にＤＭＥは高分子電解質膜を透過し難く燃料効率が高度に維持されることに着目して、ＤＭＥを密閉系において炭酸ガスの吸収材或いは、炭酸ガスの選択透過性の高い膜などを密閉系に配して反応生成物である炭酸ガスを取り除くと、アノード部及び貯蔵部における加圧状態は圧力装置なしに維持され、また反応生成物である炭酸ガスも取り除かれるので、ＤＭＥはアノード部に高い分圧で接するので高性能稼動が継続してでき、また燃料電池の省スペース化、携帯化、燃料貯蔵部のカセット化等を図ることができることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１４】
即ち、本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池は、以下の構成或いは手段からなることを特徴とし、上記課題を解決するものである。
本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池は、アノード部に燃料としてＤＭＥが供給されるジメチルエーテル型燃料電池であって、上記ＤＭＥの貯蔵部とアノード部とが燃料密閉系で作動されることを特徴とする。
ここで、燃料密閉系とは、完全な密閉状態を意味するものではなく、少なくとも電解質膜から燃料が極微量漏れる程度の非密閉性は許容される範囲とされるものである。
【００１５】
本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池は、上記燃料密閉系に炭酸ガス吸収材、及び炭酸ガス透過性膜から選択される反応生成物の回収部材が設けられることを特徴とすることができる。
【００１６】
本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池は、上記貯蔵部には炭酸ガス吸収材が設けられ、また貯蔵部は該炭酸ガス吸収材と共に交換可能な燃料カセットであることを特徴とすることができる。
アノード部では反応生成物である炭酸ガスが生じる。この場合、炭酸ガスを排出する排出口を設けて非密閉系とすると、燃料の一部も無駄に排出される。一方、密閉系とし、その内部に炭酸ガス吸収材を配すると、アノード部で発生する炭酸ガスは、吸収材に吸収されるため、反応生成物はアノード部に蓄積せず、燃料濃度の降下が生じず性能低下が防止できる。また、圧力は燃料消費による低下を除けば所定圧に維持され、高性能運転の継続が可能となる。
【００１７】
炭酸ガス吸収材はアノード部或いは貯蔵部、或いは両者の通路に配しても良い。炭酸ガスの吸収材を燃料貯蔵部に配した場合には、燃料と共にカセット形式で、交換可能とすることができる。このようなカセット形式であれば、燃料電池における燃料の交換を簡単に行うことができ、携帯性に有利となる。
【００１８】
上記炭酸ガス吸収材としては、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ塩を挙げることができ、発生する炭酸ガスを吸収することにより、アノード部中の反応生成物濃度を下げ、ＤＭＥ濃度の低下が防止される。尚、反応生成物の吸収材は、燃料ガス系であれば燃料貯蔵内、アノード部のセル内のどの位置に設置しても良い。また、反応生成物吸収材はアルカリ塩のように反応生成物と化学反応する物質に限る必要はなく、物理、化学的な機構で炭酸ガスを吸着し、炭酸ガスの分圧を下げるものである限り、吸収材として使用することができる。
【００１９】
次に、本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池では上記燃料密閉系にＤＭＥよりも２倍以上の割合で炭酸ガスを透過する炭酸ガス透過性膜を設けてなることを特徴とすることができる。
炭酸ガス透過性膜をアノード部或いは貯蔵部に設けることにより、これらを両者の通路に設けることにより、反応生成物である炭酸ガスがスムースに密閉系から排出され、ＤＭＥは高濃度に系内に維持される。
通常、燃料電池の本体は燃料利用率８０％程度で運転されるので、燃料電池出口の燃料をそのまま捨て去ると２０％の燃料が無駄になる。ＤＭＥよりも２倍の割合で炭酸ガスが排出される炭酸ガス透過膜を用いる場合は、ＤＭＥの系外への排出が半分になり、燃料の無駄は２０％から１０％に低減し、システム全体の燃料利用効率は９０％になるので、この方式を用いる効果は大きい。また、ＤＭＥよりも５倍の割合で炭酸ガスが排出される炭酸ガス透過性膜を用いると燃料の無駄は１／５に低減して４％ととなり、システム全体の燃料利用効率は９６％となる。この燃料利用率は燃料電池の排燃料を改質装置の熱源に利用する改質装置付の燃料電池システムに比べても遜色のないものである。このような炭酸ガス透過性膜はＤＭＥよりも２倍以上の透過性であれば、発生する反応生成物の濃度を低レベルに維持できる一方、ＤＭＥの濃度を高レベルに維持できる。
従って、常温、高圧の密閉系でＤＭＥを燃料として供給すると、アノード部での圧力が出来る限り高く維持され、高性能運転が可能となる。また、ポンプ等の補機を使用せずに高圧力の維持が可能になる。
また、反応生成物を外部に排出させない構造とすることもできるので、携帯の燃料電池であれば、省スペースで、室内環境に優しいシステムとして構築することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池の好ましい実施の形態を詳述する。尚、本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池は以下の実施形態及び実施例に限るものではない。
図１は、本発明の第一実施の形態を示すジメチルエーテル型燃料電池の平面図である。図２は、第一実施の形態の燃料電池の電解質接合部分の詳細断面図である。図３は、本発明の第二実施の形態を示すジメチルエーテル型燃料電池の平面図である。図４は、従来のジメチルエーテル型燃料電池の概略図である。
【００２１】
第一実施の形態のジメチルエーテル型燃料電池１は、２個の燃料電池２、２を積層してなる。このような実施の形態に限らず、積層する電池２は１個でもよく、３個以上を積層しても良い。燃料電池２は、大別してアノード部５、プロトン導電性の電解質膜６、及びカソード部７からなる。
燃料電池１には燃料電池２に並設された燃料カートリッジ４が設けられる。各アノード部５内と燃料カートリッジ４内とはライン１１によって連通され、燃料カートリッジ４内及びアノード部５内は所定圧力を保った密閉系となっている。
燃料カートリッジ４内にＤＭＥが貯留され、ＤＭＥは、連通ライン１１を通過してアノード部５に供給される。
【００２２】
燃料カートリッジ４にはＤＭＥが貯蔵されると共に、所定量の炭酸ガス吸収材１３が収容される。炭酸ガス吸収材１３は水酸化カルシウム塩からなり、所定量の蒸留水と共に収容される。
燃料カートリッジ４の連通口１２は、連通ライン１１と着脱可能となっている。
【００２３】
カソード部７には供給ライン１４から空気又は所定の酸素分圧に調整した酸化剤が供給され、酸化反応後の未反応物は排出口１５から生成水と共に排出され、排出口１５は図示しない蒸留水捕集装置に接続されている。
【００２４】
図１及び図２に示すように、アノード部５及びカソード部７は、電極触媒層２１と燃料及び酸化剤の拡散層２２とからなる。尚、電極触媒層２１は以下に詳述するが、このような電極触媒層２１の形態をとる必要はなく、従来から公知の構造よりなる電極触媒層２１でも良い。また、燃料拡散層２２も同様であり炭素基体でも良く、またその他の導電性燃料拡散層であれば使用可能である。更に、燃料拡散層２２に従来例で示したような流れフィールド室（チャンバー）なども補助的に設けても良い。
【００２５】
電極触媒層２１は、触媒種３１を担持させたカーボン粉（担持体粒子）３２を電解質材３３で被覆した触媒３４を、所定の空孔３５を存在させながら凝集させてなる。
電極触媒層２１の触媒種３１は、例えば、Ｐｔ触媒、Ｐｔ−Ｒｕ系触媒、貴金属／金属酸化物触媒、Ｓｎ系触媒等を挙げることができる。
【００２６】
触媒種３１を担持させる担持体粒子３２としては、特に制限はなく汎用性のあるカーボン粉等を用いることができる。このような担持体粒子３２の径は、電極触媒層２１の厚み及びその触媒層２１中の空孔率に応じて適宜選択することができる。
また、担持体粒子３２に担持させる触媒種３１の比率は、好ましくは４０乃至６０ｗｔ％の範囲である。触媒種比率が４０ｗｔ％未満では、触媒種３１の不足によって燃料の利用効率が低下してくる虞がある。一方、触媒種比率が６０ｗｔ％を超えると、上記担持体粒子３２での触媒種３１の分散性が悪くなり好ましくない。
【００２７】
担持体粒子３２の被覆用電解質材３３としては、上述したＤＭＥ等の燃料に対する透過性が十分でイオン透過性がある限り、特に制限されるものではないが、ポリフルオロアルキレンスルホン酸、或いはイオン導電性酸をドープした高分子剤等を挙げることができ、特に、パーフルオロアルキレンスルフォン酸等のビニルスルホン酸系ポリマーが望ましい。
電極触媒層２１の被覆用電解質材３３は材料及び／又は厚み構造において、隣接する高分子電解質膜６より燃料透過性が大きいことが望ましい。被覆用電解質材３３は高分子電解質膜２より燃料透過性、特にＤＭＥの透過性があること、即ち、高分子電解質膜が被覆電解質材よりも難透過性である。このような構成であれば、燃料のクロスリーク量が少ない一方、電極触媒層２１でのＤＭＥの利用効率が高まる。
被覆用電解質材３３の被膜厚みは電極触媒層２１の厚みにもよるが０．０５乃至１０μｍの範囲が望ましく、かかる範囲内であれば、電極触媒層２１に空孔３５を十分に形成することができ、燃料の電極触媒層２１への分散性を容易にし、燃料の利用効率を高めることができる。
尚、被覆用電解質材３３の被膜厚みが０．０５μｍ未満では十分な被覆が達成されず、その触媒はイオンを十分に流通させることが出来なくなり、被膜厚みが１０μｍを越えると、電極触媒層２１に十分な空孔３５が形成されず、燃料の触媒層４への浸透性が悪くなり、燃料と触媒との接触状態が不十分となり、燃料の利用効率を悪くする。
【００２８】
また、電極触媒層２１内で空孔３５は連通しており、空孔１５が封止状態にあると、十分に燃料の拡散に寄与できない。電極触媒層２１に対する空孔体積は、２０乃至５０ｖ％の範囲にあることが好ましい。電極触媒層２１が上記空孔体積の範囲内にあれば、ＤＭＥ系の燃料ガスにあっては電極触媒層２１における拡散性が良好であり、燃料利用効率を低下させない。
【００２９】
アノード部５及びカソード部７にあっては、燃料及び酸化剤の拡散層２２に上記電極触媒層２１が形成され、電極触媒層２１の厚みは、５乃至２０μｍの範囲にあることが好ましい。電極触媒層２１の厚みが上記範囲内にあれば、層自体が十分な被覆触媒３４を含むと共に、空孔３５も十分に形成することができるので、燃料ガスの拡散、供給が十分にできる。
電極触媒層２１の厚みが５μｍ未満では、電極触媒層２１に被覆触媒３４を十分に設けることができなくなり、上記厚みが２０μｍを超えると、電極触媒層全体への燃料の拡散性が遅れ、燃料の利用効率の低下を招く虞がある。
【００３０】
燃料及び酸化剤の拡散層２２は電極触媒層２１の外側に燃料を分散保持する炭素質の燃料保持層或いは酸化剤保持層からなる。例えば、本実施態様においては、電極触媒層２１の外側に多孔質カーボンペーパーからなる燃料拡散層或いは酸化剤拡散層が設けられる。
ここで固体高分子形燃料電池の電極触媒層は、予めテフロン（Ｒ）で撥水処理したカーボンペーパーやカーボンクロスからなる電極基質の片方の面に電極触媒をテフロン（Ｒ）で結着して構成する。また、各拡散層２２の外側には集電板８、８が設けられ、アノード部５及びカソード部７が密閉されている。
尚、上記アノード部５およびカソード６は電極触媒層２１の外側に集電板８を兼ねる燃料拡散層２２或いは空気拡散層２２を設けても良い。
【００３１】
プロトン導電性或いはイオン透過性の電解質膜６としては、例えば、モリブドリン酸、タングストリン酸等のヘテロポリ酸の固体電解質を膜状に成形したもの、耐酸性セラミックス微粉末をテフロン（Ｒ）で結着させたマトリックスに酸を含浸させたもの、固体高分子電解質膜等が使用される。特に、固体高分子電解質膜が好適に使用される。
例えば、高分子電解質膜としては、イオン導電性を有する膜であれば特に制限はないが、好ましくはＤＭＥに対して難透過性である。このような難透過性を有すると共にイオン導電性がある高分子電解質膜としては、酸素、窒素、硫黄等のヘテロ原子を含んだイオン導電性を有した炭化水素樹脂等であり、特に、スルフォン化炭化水素系樹脂であることが望ましい。
上記固体高分子電解質膜としては、パーフルオリネーテッドスルフォン酸の重合体膜、例えばＤｕｐｏｎｔ社から市販されているＮａｆｉｏｎＴＭ１１７或は１１２、旭化成のＡｃｉｐｌｅｘＴＭＥＷ９００等が使用される。
【００３２】
電解質膜６にこのような高分子電解質膜を使用した場合は、燃料に対して難透過性であり、且つイオン（プロトン）導電性である材料であることが望ましく、また、高分子電解質膜の厚みは２０乃至１７５μｍの範囲にあることが望ましい。高分子電解膜の厚みが２０μｍ未満では、高分子電解質膜の材料にもよるが、燃料の透過性が大きくなるおそれがあり、燃料のクロスリーク量が増大することがある。一方、上記高分子電解質膜の厚みが１７５μｍを超えると、イオン等の導電性が悪くなり、電池自体の機能を低下させる虞がある。
【００３３】
このような本実施態様のジメチルエーテル型燃料電池１にあっては、貯蔵部とアノード部の圧力、即ち、運転圧力は０．１乃至６ＭＰａの範囲、特に０．１乃至０．６ＭＰａの範囲が好適である。常温における炭酸ガスの液化圧力は６ＭＰａなので密閉運転してもこれ以上の圧力に上昇することはない。液化ＤＭＥの液化圧力０．６ＭＰａを超える圧力では、燃料貯蔵部に炭酸が逆流する状態になり燃料流量の制御が困難となるので、上記範囲内が望ましい。ジメチルエーテル型燃料電池の運転温度にも特に制限はないが、固体高分子膜を使用した燃料電池の場合は、−２０℃〜１４０℃の範囲が好適である。この温度が高すぎると電解質が安定化せず、劣化を加速し好ましくない。また、低すぎると電解質の導電性が低下したり反応物が凝縮、液化して好ましくない。
【００３４】
従って、このような実施の形態に係るジメチルエーテル型燃料電池１にあっては、ＤＭＥがアノード部５で反応して反応生成物である炭酸ガスを放出する。しかし、炭酸ガスは燃料カートリッジ４内の吸収材によって吸収されるため密閉系を維持できる。このため、燃料電池は圧力調整などを必要とせず、複雑な補助機を設ける必要がない。特に、ジメチルエーテル型燃料電池１を省スペースで使用するか、携帯用として使用する場合には優れている。
また、ＤＭＥは、燃料等が排出されることがないため、燃料利用効率を高めることができる。しかも、かかる場合、吸収材が炭酸ガスを吸収し、メタノール等のような毒性の高いガスを放出しないため環境に優しいシステムとなっている。
【００３５】
次に、第二の実施の形態に係るジメチルエーテル型燃料電池４１を図３に従って説明する。
図３に示す如く、ジメチルエーテル型燃料電池４１は、図１に示す燃料電池と略同様な構成であり、異なる部分は、燃料カートリッジ４２に炭酸ガス吸収材が設けられず、炭酸ガスの選択的透過膜４３が貯蔵部４２又はアノード５に設けいられている。
炭酸ガス透過膜はＤＭＥよりも２倍以上、特に５倍以上の炭酸ガスを透過させるものである。
炭酸ガス透過膜は、透過量を大きくするため膜厚を薄くする必要があり、膜強度保持のため、多孔質層の上に透過膜を設けた構造が用いられる。多孔質層としては、ガラス多孔質材料、フッ素多孔質材料などを用いることができ、透過膜にはポリスルフォン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリフルオロエチレン系樹脂等の種々の材料を用いることができる。
炭酸ガス透過膜が上記倍率以下の選択透過性であれば、密閉系内での炭酸ガスの分圧に比べて、ＤＭＥの分圧を高く維持できないため、高効率の運転が期待できない。
従って、このような構成のジメチルエーテル型燃料電池４１にあっても、密閉系が維持されるので、補助機を必要とすることなく、省スペースの設置が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係るジメチルエーテル型燃料電池によれば、上記ＤＭＥの貯蔵部とアノード部とが燃料密閉系で作動されるので、未利用燃料を排出することなく燃料利用率を高度に維持できる。しかも、炭酸ガス吸収材を燃料密閉系に配することにより、圧力機等の補助機を使用せずにアノード部の圧力保持が容易になされて、ジメチルエーテル型燃料電池は、高圧力運転による長時間の高性能稼動ができる。更に、燃料としてＤＭＥを用いることにより環境にもやさしい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第一実施の形態を示すジメチルエーテル型燃料電池の平面図である。
【図２】図２は、第一実施の形態の燃料電池の電解質接合部分の詳細断面図である。
【図３】図３は、本発明の第二実施の形態を示すジメチルエーテル型燃料電池の平面図である。
【図４】図４は、従来のジメチルエーテル型燃料電池の概略図である。
【符号の説明】
１、４１    ジメチルエーテル型燃料電池
４          燃料カートリッジ
５          アノード部
６          高分子電解質膜
７          カソード部
８          集電板
１１        連通ライン
１２        連通口
１３        炭酸ガス吸収材
２１        電極触媒層
２２        燃料又は酸化剤拡散層
３１        触媒種
３２        担持体粒子
３３        被覆用電解質材
３４          被覆触媒
３５          空孔
４３          炭酸ガス透過性膜
【図１】
2004234971.tif 000003
【図２】
2004234971.tif 000004
【図３】
2004234971.tif 000005
【図４】
2004234971.tif 000006