(57)【要約】【課題】  液体燃料直接供給型燃料電池の副生成物中のホルムアルデヒドを回収する。【解決手段】  電解質５を介して対設した負極６と正極７とを有し、負極６に液体燃料が供給され、正極７に酸化剤ガスが供給されるようにしたセル１または該セル１を複数個積層したセルスタックを発電ユニットとし、前記負極６および正極７の電気化学反応によって生成した反応生成物から副生成物のホルムアルデヒドを吸着させて除去できるように、気液混合槽３に珪藻土フィルター４を配する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質を介して負極と正極とを対設し、前記負極に液体燃料が供給され、前記正極に酸化剤ガスが供給されるようにしたセルまたは該セルを複数個積層したセルスタックからなる発電ユニットと、前記正極の電気化学反応によって生成した水と前記負極の電気化学反応によって生成した二酸化炭素を、前記電気化学反応に寄与しなかった液体燃料と酸化剤ガスとともに回収する気液混合槽とを備え、前記正、負極の電気化学反応によって起電力を得る液体燃料直接供給型燃料電池システムにおいて、前記気液混合槽は、前記電気化学反応によって生成するホルムアルデヒドを吸着する珪藻土フィルターを備えていることを特徴とする液体燃料直接供給型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体燃料直接供給型燃料電池システムに関するもので、さらに詳しく言えば、液体燃料と酸化剤ガスとを直接発電ユニットに供給して発電ができる、分散形電源、移動体用電源、小型携帯用電源に適した液体燃料直接供給型燃料電池の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題や資源問題への対策がクローズアップされ、その一環として燃料電池の開発が活発に行われている。特に、プロトン導電性固体高分子膜を電解質に用いた直接メタノール型燃料電池のような液体燃料直接供給型燃料電池は、燃料をガス化または改質せずに直接供給することによって発電できるという特徴を持っているため、構造がシンプルで、小型化、軽量化が容易であり、分散形電源、移動体用電源、小型携帯用電源として注目されている。
【０００３】
この直接メタノール型燃料電池は、プロトン導電性高分子固体高分子膜の電解質の両側に正極および負極を接合したセルをグラファイト製のセパレータで挟持されて、または該セルがグラファイト製のセパレータを介して多数積層されて発電ユニットを構成している。前記正極は多孔性のカーボンペーパーの表面に白金触媒を担持した炭素粉末が塗布されてなり、前記負極は同様のカーボンペーパーの表面に白金−ルテニウム触媒を担持した炭素粉末が塗布されてなる。
【０００４】
上記した直接メタノール型燃料電池は、負極に還元剤としてのメタノール水溶液を供給し、正極に酸化剤としての空気中の酸素を供給し、電解質を介した電気化学反応によって発電を行うものであり、その発電効率やエネルギー密度の点で、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池に代わる電源として注目されている。すなわち、負極に濃度が３％程度のメタノール水溶液を供給し、正極に空気を供給すると、負極の電気化学反応によって二酸化炭素が生成し、正極の電気化学反応によって水が生成し、負極側からは前述した二酸化炭素がメタノール水溶液とともに排出され、正極側からは前述した水が空気とともに排出される。
【０００５】
このような直接メタノール型燃料電池は、二酸化炭素とともに排出されたメタノール水溶液と、空気とともに排出された水とを気液混合槽に回収し、気体成分である二酸化炭素と空気を除去した後、液体成分であるメタノール水溶液と水とを、負極に供給するためのメタノール水溶液を貯蔵する燃料タンクに戻し、その濃度を３％程度に調製して、再度、負極に供給するようなシステム、すなわち、液体燃料直接供給型燃料電池システムに構成される。
【０００６】
しかしながら、上記したシステムにおいては、直接メタノール型燃料電池の運転温度が８０℃程度であるため、正極側から排出される水の大部分は水蒸気としてシステム外に出てしまい、これとともに上記電気化学反応で生成した副生成物のホルムアルデヒドや蟻酸あるいはこれらが反応することによって生成する蟻酸メチルもシステム外に放出されてしまうという問題があった。このような副生成物のうち、特にホルムアルデヒドはシックハウス症候群の原因となるため、一般家庭用に液体燃料直接供給型燃料電池システムを普及させるうえでの解決すべき課題の一つであり、たとえば、特許文献１に開示されたような提案がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２２３９２０号公報  特許文献１の提案は、気体成分回収手段によって反応生成物から気体成分を分離させるとともに、該気体成分回収手段に上記した副生成物を吸収または分解する吸着剤を設けたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した、気体成分回収手段に副生成物を吸収または分解する吸着剤を設ける方法は、二酸化炭素とともに排出されたメタノール水溶液と、空気とともに排出された水とを気液混合槽に回収し、ここで分離した気体成分を気体成分回収手段に送って副生成物を吸収または分解するようにしているから、構成が複雑になるという問題があった。また、このような副生成物を吸収または分解する吸着剤として例示されている活性炭やゼオライトは、高湿の気体成分と接触することによって、その吸着性能が早期に低下するという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質を介して負極と正極とを対設し、前記負極に液体燃料が供給され、前記正極に酸化剤ガスが供給されるようにしたセルまたは該セルを複数個積層したセルスタックからなる発電ユニットと、前記正極の電気化学反応によって生成した水と前記負極の電気化学反応によって生成した二酸化炭素を、前記電気化学反応に寄与しなかった液体燃料と酸化剤ガスとともに回収する気液混合槽とを備え、前記正、負極の電気化学反応によって起電力を得る液体燃料直接供給型燃料電池システムにおいて、前記気液混合槽は、前記電気化学反応によって生成するホルムアルデヒドを吸着する珪藻土フィルターを備えている（請求項１）ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気液混合槽中に、高湿の雰囲気下においても、その吸着性能が低下しない珪藻土フィルターを備えたことにより、気体成分を分離せずに気液混合槽中でホルムアルデヒドを除去することができるので、簡素なシステムで、上記したシックハウス症候群の原因物質を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、その実施の形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供給型燃料電池システムの例として示した直接メタノール型燃料電池システムの構成図であり、その特徴は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質５を介して負極６と正極７とを対設したセル１を発電ユニットとし、前記負極６に、液体燃料としてのメタノール水溶液を、その電気化学反応に適した濃度（約３％）にして貯蔵する燃料タンク２から供給し、正極７に、酸化剤ガスとしての空気を、図示していないポンプによって供給するようにしたことである。前記正極７では、その電気化学反応よって水が生成し、前記負極６では、その電気化学反応によって二酸化炭素が生成し、前記水と反応に寄与しなかった空気、前記二酸化炭素と反応に寄与しなかったメタノール水溶液とが気液混合槽３に導入され、液体成分としての水とメタノール水溶液が、図示していないポンプよって前記燃料タンク２に導入されるように構成される。また、前記気液混合槽３には、珪藻土フィルターが備えられており、水、反応に寄与しなかった空気、二酸化炭素および反応に寄与しなかったメタノール水溶液の混合物中のホルムアルデヒドを吸着させる。そして、ホルムアルデヒドが吸着された後の混合物のうち、気体成分は大気中に放出され、液体成分は燃料タンク２に導入される。
【００１２】
上記した実施の形態の珪藻土フィルターは、主成分がアルミニウム及びシリコンからなるもので、板状の形状に加工して気液混合槽３中に備えるのがよいが、粒状、塊状など板状以外の形状に加工してもよい。
【００１３】
次に、気液混合槽３中に板状に加工した珪藻土フィルターを配した実施の形態のものと、気液混合槽３中に珪藻土フィルターを配しない従来のものとについて、約３％の濃度のメタノール水溶液を８ｍｌ／ｍｉｎ．、空気を１ｌ／ｍｉｎ．の流速でそれぞれ供給することによって運転し、気液混合槽３から放出される気体成分中にホルムアルデヒドの量を北川式ガス検知管によって検知したところ、実施の形態のものでは検知されなかったのに対し、従来のものでは２ｐｐｍ検知されることがわかった。
【００１４】
このことから、気液混合槽３中に珪藻土フィルターを備えた本発明の直接メタノール型燃料電池は、副生成物のホルムアルデヒドのほとんどを除去できることがわかる。
【００１５】
上記した実施の形態では、燃料タンク２内のメタノール水溶液は、気液混合槽３から供給される水とメタノール水溶液によって電気化学反応に適した濃度（約３％）になるようにしているが、別に高濃度（たとえば約６０％）のメタノール水溶液を貯蔵する高濃度メタノールタンクを別に設け、この高濃度メタノールタンクから高い濃度のメタノール水溶液を導入して前述した濃度になるように制御してもよい。
【００１６】
上記した実施の形態では、発電ユニットが単一のセル１からなるもので説明したが、このセル１を複数個積層したセルスタックとし、これを発電ユニットとしたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、メタノール水溶液を改質、ガス化することなく発電を行うことができる直接メタノール型燃料電池に代表される液体燃料直接供給型燃料電池を、携帯用電源、コンピューター用電源といった小型コンシューマー用途に適用するに際し、簡素なシステム構成で、副生成物中のホルムアルデヒドを除去することができるから、特に、家庭用などへの直接メタノール型燃料電池システムの普及に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供給型燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  セル
２  燃料タンク
３  気液混合槽
４  珪藻土フィルター
５  電解質
６  負極
７  正極
８  熱交換器
【図１】
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