(57)【要約】【課題】小型化可能なレドックス燃料電池システムを提供する。【解決手段】酸化極と、燃料極と、酸化極及び燃料極の間に設けられた電解質層と、酸化極に接続されるとともにメディエータが循環される循環経路と、酸化極又は循環経路の少なくとも一部に設けられた中空糸と、中空糸内に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備える、レドックス燃料電池システムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化極と、
燃料極と、
前記酸化極及び前記燃料極の間に設けられた電解質層と、
前記酸化極に接続されるとともにメディエータが循環される循環経路と、
前記酸化極又は前記循環経路の少なくとも一部に設けられた中空糸と、
前記中空糸内に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、
を備える、レドックス燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレドックス燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックス燃料電池は、酸化極（カソード）側に白金等の貴金属触媒を用いる必要がないため、低コスト化が可能な電池として期待されている。レドックス燃料電池の発電時においては、酸化還元対として機能するメディエータが酸化極へと供給される。メディエータは酸化極にて還元され、還元されたメディエータは再生装置において酸化剤によって酸化され、再び酸化極へと供給される。このように、レドックス燃料電池においては、メディエータを酸化剤で再生して循環利用するためのシステムが必要である（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２６９７４号公報
【特許文献２】特表２０１３−５３８４２０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１６０６６９号公報
【特許文献４】特開２０１４−１３５２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に開示されたような従来のレドックス燃料電池システムにおいては、レドックス燃料電池のほかにメディエータを再生するための大掛かりな再生装置（再生タンク等）を設ける必要があり、システム全体が大型化するという問題があった。そこで本発明は小型化可能なレドックス燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採る。すなわち、
本発明は、酸化極と、燃料極と、酸化極及び燃料極の間に設けられた電解質層と、酸化極に接続されるとともにメディエータが循環される循環経路と、酸化極又は循環経路の少なくとも一部に設けられた中空糸と、中空糸内に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、を備える、レドックス燃料電池システムである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、酸化極内又は循環経路内に設けられた中空糸内に酸化剤を流通させ、当該中空糸から酸化極又は循環経路へと酸化剤を透過させることによって、酸化極内又は循環経路内に存在する還元されたメディエータに対して、酸化剤を効率的に供給することができる。すなわち、酸化極内又は循環経路内でメディエータを逐次再生することができる。これにより、レドックス燃料電池システムの小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係る本発明のレドックス燃料電池システム１０の構造を説明するための概略図である。
【図２】一実施形態に係る本発明のレドックス燃料電池システム１０の構造を説明するための概略図である。
【図３】従来のレドックス燃料電池システムを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１、２に一実施形態に係る本発明のレドックス燃料電池システム１０の一部を示す。システム１０は、酸化極１と、燃料極２と、酸化極１及び燃料極２の間に設けられた電解質層３と、酸化極１に接続されるとともにメディエータが循環される循環経路４と、酸化極１又は循環経路４の少なくとも一部に設けられた中空糸５と、中空糸５内に酸化剤を供給する酸化剤供給装置（不図示）と、を備えている。システム１０においては、酸化極１とインシュレータ６とにより画定される空間が循環経路４とされており、当該循環経路４の内部に循環経路４のメディエータ流通方向に沿って中空糸５が通されている（図２）。
【０００９】
（酸化極１）
酸化極１はメディエータを導入・拡散可能であるとともに電子を導電させる集電体としての機能も兼ね備えた層である。酸化極１としては、レドックス燃料電池の酸化極（カソード）として公知のものを適宜採用可能である。例えば金属多孔体等である。
【００１０】
（燃料極２）
燃料極２は外部から供給された燃料（例えば水素）を利用して触媒等によってプロトン及び電子を生成させ、当該プロトンを電解質層３へと伝導させるとともに、当該電子を外部へと導電させる層である。燃料極２としては、レドックス燃料電池の燃料極（アノード）として公知のものを適宜採用可能である。例えば白金触媒を含む金属多孔体等である。或いは、上記特許文献４に記載されているような水素メディエータを循環させる形態でも良い。
【００１１】
（電解質層３）
電解質層３はプロトン伝導性を有する電解質を含む層である。電解質層３としては、レドックス燃料電池の電解質層として公知のものを適宜採用可能である。例えば、プロトン伝導性高分子電解質膜が好ましい。
【００１２】
（循環経路４）
循環経路４はメディエータを流通・循環させるための経路であって、酸化極１に接続されたものであれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明では循環経路４内にメディエータが流通されており、図１（Ｂ）及び図２に示すように、一部のメディエータは酸化極１内へと入り込んで電気化学反応に供される。
【００１３】
本発明において「メディエータ」とは、レドックス燃料電池にて用いられている公知の酸化還元対を含むものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、ポリオキソメタレート（ＰＯＭ）が好ましい。システム１０においては、例えば、メディエータを含む溶液（特に水溶液）を用いることによって、酸化極１及び循環経路４においてメディエータを容易に循環させることができる。
【００１４】
（中空糸５）
本発明に係るレドックス燃料システムは、酸化極又は循環経路の少なくとも一部に中空糸が設けられている点に一つの特徴を有する。システム１０では酸化極１近傍の循環経路４内に中空糸５が設けられている。中空糸５の材質・内径については特に限定されるものではなく、内部に酸化剤を流通させるとともに側面より酸化剤を透過させることが可能なものであればよい。
【００１５】
本発明において、中空糸は酸化極又は循環経路の少なくとも一部に設けられるところ、酸化極及び循環経路にはメディエータが必ず存在する。すなわち、本発明においては、中空糸内に流通する酸化剤を、例えば中空糸の側面から透過させてメディエータに逐次供給することができる。
【００１６】
（酸化剤供給装置）
本発明に係るシステム１０は、中空糸５内に酸化剤を供給する酸化剤供給装置が備えられている点にもう一つの特徴を有する。中空糸５内に流通させる酸化剤としては、レドックス燃料電池において用いられている公知の酸化剤をいずれも採用可能である。例えば、酸素（空気）やオゾンが挙げられる。特にオゾンが好ましい。オゾンは酸素と比較して約１０倍の水溶解性を有しており、また、１モルあたりの酸素原子量が１．５倍である。そのため、酸化剤として酸素を用いた場合と比較して、メディエータの使用量を１／１５とすることができ、その分だけシステムを小型化することができる。
【００１７】
酸化剤供給装置の形態については中空糸５内に酸化剤を供給可能なものであれば良く、特に限定されるものではない。例えば、空気を導入可能な流通路を中空糸５に接続することによって、中空糸５内に酸化剤として酸素を流通させることができる。或いは、酸化剤としてオゾンを流通させる場合は、システム１０には酸化剤供給装置とともにオゾン発生装置を設けるとよい。オゾン発生装置は公知のものをいずれも採用可能である。
【００１８】
（その他の構成）
インシュレータ６については、システム１０において循環経路４を画定可能な形態であればよく、材質も特に限定されるものではない。また、図１、２には表されていないその他の構成（燃料供給手段や各種制御手段等）についても特に限定されるものではなく、従来公知の構成と同様とすればよい。
【００１９】
以上の構成を備えるシステム１０においては、例えば、図１（Ｂ）及び図２に示す通り、酸化極１内でメディエータを再生可能である。すなわち、酸化極１において還元されたメディエータは、中空糸５から酸化極１へと供給された酸化剤、及び、電解質層３から酸化極１へと伝導されたプロトンとともに酸化還元反応に供されることによって再酸化され、酸化極１内又は循環経路４内で効率的に再生される。本発明のように中空糸５を用いることによって、酸化剤の流通方向を自由に設定できる。例えば、図２に示すように、循環経路４におけるメディエータの流通方向と、酸化剤の流通方向とを対向させることも可能であり、メディエータの再生効率を一層向上させることができる。
尚、メディエータの酸化還元反応の詳細については公知（例えば上記特許文献１〜４を参照）であり、ここでは説明を省略する。
【００２０】
図３に従来のレドックス燃料電池システムを概略的に示す。従来のシステムにおいては例えば貯蔵槽に全体の１／５、再生装置に３／５、循環系に１／５の割合でメディエータを流通させていた。一方で、本発明では、酸化極又は循環経路の少なくとも一部に中空糸を設けて循環系でメディエータの再生を可能としている。すなわち、本発明では、再生装置が必要ないか、或いは、再生装置の規模を小さくすることができる。例えば、流通しているメディエータの１／５を循環系において再生した場合、再生装置においては残りの３／５−１／５＝２／５を再生すればよく、再生装置を３割程度小型化することができる。
【００２１】
以上の通り、本発明によれば、レドックス燃料電池システムの小型化が可能となる。
【００２２】
尚、上記説明では、酸化極１とインシュレータ６とによって画定される空間を循環経路４として利用した形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。循環経路４が酸化極１の内部に設けられるような形態であってもよい。
【００２３】
また、上記説明では、中空糸５が酸化極１とインシュレータ６とによって画定される循環経路４内に設けられる形態を図示して説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。中空糸５は酸化極１又は循環経路４の少なくとも一部に設けられていればよく、例えば、中空糸５が酸化極１の内部に設けられた形態であってもよい。或いは、中空糸５が酸化極１とは離れた循環経路（燃料電池の外部の循環経路）に設けられた形態であってもよい。尚、本願において「酸化極１又は循環経路４の少なくとも一部」とは、中空糸５が酸化極１と循環経路４との双方に設けられた形態も含む概念とする。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係るレドックス燃料電池システムは、従来のシステムよりも小型化可能であり、例えば車載用燃料電池システムとして好適に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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