パッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材
【課題】本発明は、発電特性及び液体燃料を再充填した場合の発電特性を向上させることが可能なパッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材を提供することを目的とする。
【解決手段】パッシブ型燃料電池１００は、アノード１１１及びカソード１１２により電解質膜１１３が挟持されている膜電極接合体１１０と、アノード１１１に液体燃料Ｆを供給する液体燃料供給タンク１４０を有し、液体燃料供給タンク１４０は、アノード１１１と対向するように設けられている多孔質膜１４１を有し、液体燃料Ｆは、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【解決手段】パッシブ型燃料電池１００は、アノード１１１及びカソード１１２により電解質膜１１３が挟持されている膜電極接合体１１０と、アノード１１１に液体燃料Ｆを供給する液体燃料供給タンク１４０を有し、液体燃料供給タンク１４０は、アノード１１１と対向するように設けられている多孔質膜１４１を有し、液体燃料Ｆは、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電効率が高く、環境負荷の小さいエネルギー発電装置として、燃料電池が注目されている。燃料電池の基本原理は、水の電気分解の逆反応であり、燃焼を伴わない。このため、窒素酸化物等の有害物質が発生せず、水素以外の燃料からエネルギーを取り出す際に、二酸化炭素は発生するが、内燃機関に比べると、発生量が抑えられる。また、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため、変換過程におけるエネルギー損失が小さく、発電効率が高い。燃料電池は、アノード、カソード及び電解質膜の組み合わせによる単純な装置構成であるため、特殊な動力源を必要とせず、コンパクト化が可能であり、定置用分散電源だけでなく、車両用等の電源、また、最近では、モバイル機器用電源としても広く実用化の研究が行われている。
【０００３】
メタノール水溶液等の液体燃料をアノードに供給して酸化させると共に、カソードに酸素を供給して還元させる燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が知られている。直接メタノール型燃料電池は、アノードで、反応式
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−・・・（１）
で示されるように、メタノールが水と反応して水素イオンと電子が得られる。一方、カソードで、反応式
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ・・・（２）
で示されるように、プロトンと電子が消費される。このとき、プロトンが電解質膜を透過し、電子が外部回路を移動することによって、電気エネルギーを得ることができる。
【０００４】
しかしながら、直接メタノール型燃料電池では、メタノールが電解質膜を透過してカソードに移動するメタノールクロスオーバーが発生するという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含有する燃料電池用液体燃料が開示されている。このとき、イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【０００６】
しかしながら、液体燃料をパッシブ型燃料電池に適用した場合の発電特性及びパッシブ型燃料電池に液体燃料を再充填した場合の発電特性をさらに向上させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５４１２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、発電特性及び液体燃料を再充填した場合の発電特性を向上させることが可能なパッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパッシブ型燃料電池は、アノード及びカソードにより電解質膜が挟持されている膜電極接合体と、前記アノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材を有し、前記液体燃料供給部材は、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【００１０】
本発明の液体燃料供給部材は、パッシブ型燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材であって、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発電特性及び液体燃料を再充填した場合の発電特性を向上させることが可能なパッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のパッシブ型燃料電池の一例を示す図である。
【図２】実施例のパッシブ型燃料電池の発電特性を示す図である。
【図３】実施例のメタノールを再充填したパッシブ型燃料電池の発電特性を示す図である。
【図４】実施例のパッシブ型燃料電池のメタノールクロスオーバーの評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
【００１４】
図１に、本発明のパッシブ型燃料電池の一例を示す。パッシブ型燃料電池１００は、液体燃料Ｆに含まれる燃料成分を酸化するアノード１１１及び酸素等の酸化剤（不図示）を還元するカソード１１２により電解質膜１１３が挟持されている膜電極接合体１１０を有する。このとき、アノード１１１は、拡散層１１１ａ上に、触媒層１１１ｂが形成されており、カソード１１２は、拡散層１１２ａ上に、触媒層１１２ｂが形成されている。また、アノード１１１上に、セパレータ１２０が設置されており、セパレータ１２０は、液体燃料Ｆに含まれる燃料成分が流れる流路１２１を有する。さらに、カソード１１２上に、セパレータ１３０が設置されており、セパレータ１３０は、酸化剤が流れる流路１３１を有する。
【００１５】
拡散層１１１ａ、１１２ａを構成する材料としては、特に限定されないが、炭素繊維不織布等が挙げられる。
【００１６】
触媒層１１１ｂに含まれる触媒としては、特に限定されないが、白金−ルテニウム触媒等が挙げられる。
【００１７】
触媒層１１２ｂに含まれる触媒としては、特に限定されないが、白金触媒等が挙げられる。
【００１８】
電解質膜１１３を構成する材料としては、特に限定されないが、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）等が挙げられる。
【００１９】
セパレータ１２０、１３０を構成する材料としては、特に限定されないが、ステンレス鋼等の金属、カーボン等が挙げられる。
【００２０】
また、セパレータ１２０上に、アノード１１１に液体燃料Ｆを供給する液体燃料供給タンク１４０が着脱自在に設置されている。このとき、液体燃料Ｆは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有するイオン性ミクロゲルをさらに含む。このため、液体燃料供給タンク１４０内に貯蔵されている液体燃料Ｆは、イオン性ミクロゲルにより燃料成分が保持されており、燃料成分が電解質膜１１３を透過してカソード１１２に移動することを抑制することができる。その結果、燃料成分のクロスオーバーの発生を抑制することができる。また、液体燃料供給タンク１４０は、アノード１１１と対向するように、セパレータ１２０上に設置されている多孔質膜１４１を有する。このため、イオン性ミクロゲルの拡散層１１１ａへの付着を抑制することができる。その結果、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を向上させることができる。
【００２１】
液体燃料供給タンク１４０の本体を構成する材料としては、特に限定されないが、フッ素樹脂、ビニル樹脂等が挙げられる。
【００２２】
多孔質膜１４１の平均孔径は、通常、０．０１〜１０μｍであり、０．０５〜０．２μｍが好ましい。多孔質膜１４１の平均孔径が０．０１μｍ未満であると、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料を再充填した場合の発電特性が低下することがあり、１０μｍを超えると、パッシブ型燃料電池１００の発電特性が低下することがある。
【００２３】
多孔質膜１４１を構成する材料としては、特に限定されないが、フッ素樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、ガラス、カーボン等が挙げられる。中でも、イオン性ミクロゲルが付着しにくいことから、フッ素樹脂が好ましい。
【００２４】
液体燃料Ｆ中のイオン性ミクロゲルの含有量は、通常、０．１〜５０質量％であり、０．１〜１０質量％が好ましく、０．１〜５質量％がさらに好ましい。液体燃料Ｆのイオン性ミクロゲルの含有量が０．１質量％未満であると、燃料成分のクロスオーバーが発生することがあり、５０質量％を超えると、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料を再充填した場合の発電特性が低下することがある。
【００２５】
液体燃料Ｆ中の燃料成分の含有量は、通常、１０〜９９．９質量％であるが、６４質量％以上が好ましい。液体燃料Ｆ中の燃料成分の含有量が６４質量％未満であると、パッシブ型燃料電池１００の発電効率が低下することがある。
【００２６】
燃料成分としては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等が挙げられる。中でも、メタノールが好ましい。
【００２７】
液体燃料Ｆは、水をさらに含んでいてもよい。
【００２８】
イオン性ミクロゲルを製造する方法としては、特に限定されないが、逆相乳化重合法等が挙げられる。このとき、逆相乳化重合法とは、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを含む水相が油相中に分散している状態で、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーをラジカル重合する方法である。これにより、粉砕せずに、粉末状のイオン性ミクロゲルを分離することができる。さらに、イオン性ミクロゲルは、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の燃料成分中に分散させると、膨潤するため、燃料成分のクロスオーバーを抑制することができる。
【００２９】
油相としては、特に限定されないが、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等のアルカン類；シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類；ベンゼン、トルエン、キシレン、デカリン、ナフタレン等の芳香族炭化水素及び環状炭化水素；パラフィン油等の非極性油分等が挙げられる。
【００３０】
水相を油相中に分散させる際に、界面活性剤を用いることが好ましい。
【００３１】
界面活性剤としては、特に限定されないが、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンヘキシルデシルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテル、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル、ポリオキシエチレンコレステリルエーテル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステル、グリセリントリ脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンイソステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリントリイソステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンモノステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンジステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリントリステアリン酸エステル等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
【００３２】
このとき、界面活性剤の親水疎水バランス（ＨＬＢ）を適宜調整することにより、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成することができる。
【００３３】
一相マイクロエマルションとは、熱力学的に安定に油相と水相が共存しており、油相及び水相の間の界面張力が極小となっている状態である。また、微細Ｗ／Ｏエマルションとは、熱力学的には不安定であるが、速度論的に安定に油相及び水相が存在している状態である。一般的に、微細Ｗ／Ｏエマルションの水相の粒子径は、数１０〜１００ｎｍ程度である。
【００３４】
以下、イオン性ミクロゲルの製造方法について、具体的に説明する。まず、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを水中に溶解させて水相を調製した後、油相と混合する。次に、所定の温度まで昇温した後、水相に重合開始剤を添加して重合する。このとき、熱力学的に安定な一相マイクロエマルション又は速度論的に安定な微細Ｗ／Ｏエマルションが形成されている状態で重合する。具体的には、熱重合用又はレドックス重合用の重合開始剤の最適重合温度の近傍で、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成した後、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを重合することにより、イオン性ミクロゲルを安定に製造することができる。
【００３５】
このとき、界面活性剤の親水性疎水性バランス（ＨＬＢ）を、熱重合用又はレドックス重合用の重合開始剤の最適重合温度の近傍で曇点を示すように調整することにより、最適重合温度の近傍で、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成することができる。
【００３６】
ノニオン性モノマーとしては、特に限定されないが、一般式
【００３７】
【化１】
（式中、Ｒ１は、水素原子又はメチル基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である。）
で表されるＮ，Ｎ−ジアルキル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。中でも、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミドが好ましい。
【００３８】
イオン性モノマーとしては、特に限定されないが、一般式
【００３９】
【化２】
（式中、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、Ｒ６は、炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキレン基であり、Ｘ＋は、プロトン、１価の金属カチオン又はアンモニウムイオンである。）
で表されるアニオン性（メタ）アクリルアミド誘導体、一般式
【００４０】
【化３】
（式中、Ｒ７は、水素原子又はメチル基であり、Ｒ８は、水素原子又は炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキル基であり、Ｒ９は、炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキレン基であり、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立に、メチル基又はエチル基であり、Ｙ−は、ハロゲン化物イオンである。）
で表されるカチオン性アクリルアミド誘導体等が挙げられる。中でも、アニオン性（メタ）アクリルアミド誘導体が好ましく、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びその塩がさらに好ましい。
【００４１】
イオン性モノマーに対するノニオン性モノマーの物質量比は、通常、０．５／９．５〜９．５／０．５であり、１／９〜９／１が好ましく、７／３〜９／１がさらに好ましく、８／２が特に好ましい。
【００４２】
イオン性ミクロゲルは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の共重合体を含むことが好ましい。これにより、クロスオーバーをさらに抑制することができる。
【００４３】
水相は、架橋剤をさらに含んでいてもよい。
【００４４】
架橋剤としては、特に限定されないが、一般式
【００４５】
【化４】
（Ｒ１３及びＲ１７は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、Ｒ１４及びＲ１６は、それぞれ独立に、オキシ基又はイミノ基であり、Ｒ１５は、炭素原子数が１〜６の直鎖若しくは分岐のアルキレン基又は炭素原子数が８〜２００のポリオキシエチレン基である。）
で表される（メタ）アクリルアミド誘導体又は（メタ）アクリル酸誘導体が挙げられる。
【００４６】
なお、架橋剤は、重合性官能基を３個以上有していてもよい。
【００４７】
架橋剤の具体例としては、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシエチレンジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、イソシアヌル酸トリアリル、ペンタエリスリトールジメタクリレート等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドが好ましい。
【００４８】
ノニオン性モノマー及びイオン性モノマーの総物質量に対する架橋剤の物質量の比は、通常、１×１０−４〜２％である。ノニオン性モノマー及びイオン性モノマーの総物質量に対する架橋剤の物質量の比が１×１０−４％未満であると、イオン性ミクロゲルの製造が困難になることがあり、２％を超えると、クロスオーバーの発生を抑制しにくくなることがある。
【００４９】
なお、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミドとイオン性アクリルアミド誘導体を含む水相を用いると、架橋剤を用いなくても、イオン性ミクロゲルを製造することができる。
【００５０】
イオン性ミクロゲルの重量平均分子量は、通常、１×１０５〜５×１０６である。
【００５１】
なお、イオン性ミクロゲルの重量平均分子量は、ＰＥＧ換算の分子量であり、ＧＰＣを用いて測定することができる。
【００５２】
イオン性ミクロゲルの平均粒子径は、通常、０．０１〜１０μｍであり、０．０１〜１μｍが好ましい。
【００５３】
イオン性ミクロゲルの０．５質量％の水分散液の見かけ粘度は、ずり速度１．０ｓ−１において、通常、１×１０４ｍＰａ・ｓ以上である。また、イオン性ミクロゲルの０．５質量％のエタノール分散液の見かけ粘度は、ずり速度１．０ｓ−１において、通常、５×１０３ｍＰａ・ｓ以上である。さらに、イオン性ミクロゲルの０．５質量％の水分散液又はエタノール分散液における動的弾性率は、歪みが１％以下であり、周波数が０．０１〜１０Ｈｚの範囲で、通常、貯蔵弾性率Ｇ’＞損失弾性率Ｇ’’である。
【００５４】
なお、見かけ粘度及び動的弾性率は、コーンプレート型レオメータＭＣＲ−３００（Ｐａａｒ Ｐｈｙｓｉｃａ社製）を用いて、２５℃で測定することができる。
【実施例】
【００５５】
さらに、本発明の実施例について説明する。
【００５６】
（膜電極接合体１１０の作製）
拡散層１１１ａ、１１２ａとしては、２．４ｃｍ×２．４ｃｍ×０．０１８ｃｍのＰＴＦＥ処理されたカーボンペーパーＥＣ−ＴＰ１−０６０Ｔ（東陽テクニカ社製）を用いた。
【００５７】
白金−ルテニウム触媒を担持しているカーボン４質量部、５質量％ナフィオン（登録商標）溶液ＥＣ−ＮＳ−０５−ＡＱ（東陽テクニカ社製）４４質量部及びエタノール５２部を混合して、触媒層１１１ｂ用塗布液を得た。このとき、白金−ルテニウム触媒を担持しているカーボンは、白金の担持量が２９．９質量％であり、ルテニウムの担持量が２３．１質量％である。
【００５８】
スプレーコート法を用いて、拡散層１１１ａ上に、触媒層１１１ｂ用塗布液を塗布して、触媒層１１１ｂを形成し、アノード１１１を得た。このとき、触媒層１１１ｂ中の白金の含有量が１．００ｍｇ／ｃｍ２となるように、触媒層１１１ｂ用塗布液を塗布した。
【００５９】
白金触媒を担持しているカーボン４質量部、５質量％ナフィオン（登録商標）溶液ＥＣ−ＮＳ−０５−ＡＱ（東陽テクニカ社製）２７質量部及びエタノール６９部を混合して、触媒層１１２ｂ用塗布液を得た。このとき、白金触媒を担持しているカーボンは、白金の担持量が４５．７質量％である。
【００６０】
スプレーコート法を用いて、拡散層１１２ａ上に、触媒層１１２ｂ用塗布液を塗布して、触媒層１１２ｂを形成し、カソード１１２を得た。このとき、触媒層１１２ｂ中の白金の含有量が１．００ｍｇ／ｃｍ２となるように、触媒層１１２ｂ用塗布液を塗布した。
【００６１】
電解質膜１１３としては、３．４ｃｍ×３．４ｃｍ×０．００５１ｃｍのＮａｆｉｏｎ２１２（デュポン社製）を用いた。
【００６２】
アノード１１１及びカソード１１２の間に電解質膜１１３を挟持し、１３５℃、１１．５ＭＰａで１８０秒間ホットプレスし、膜電極接合体１１０を得た。
【００６３】
（イオン性ミクロゲルの作製）
Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド３５ｇ、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸１７．５ｇ及びメチレンビスアクリルアミド７０ｍｇを、イオン交換水２６０ｇ中に溶解させた後、水酸化ナトリウムを用いてｐＨを７．０に調整して、モノマー水溶液を得た。
【００６４】
還流装置を備えた１Ｌの三つ口フラスコに、ｎ−ヘキサン２６０ｇ、ポリオキシエチレン（３）オレイルエーテルのエマレックス５０３（日本エマルション社製）８．７ｇ及びポリオキシエチレン（６）オレイルエーテルのエマレックス５０６（日本エマルション社製）１７．６ｇを入れて、混合した後、窒素で置換した。次に、モノマー水溶液を加えて、窒素雰囲気下で攪拌しながら、オイルバスを用いて、重合系の温度が６５〜７０℃になるまで昇温した。このとき、半透明な一相マイクロエマルションが形成されていることを確認した。さらに、過硫酸アンモニウム２ｇを加えた後、重合系の温度を６５〜７０℃に維持しながら、３時間攪拌し、イオン性ミクロゲルを得た。次に、アセトンを加えて、イオン性ミクロゲルを沈殿させた後、アセトンで３回洗浄した。さらに、イオン性ミクロゲルを濾過した後、減圧乾燥させ、白色粉末状のイオン性ミクロゲルを得た。
【００６５】
（実施例１）
イオン性ミクロゲル０．５質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９９．５質量部を混合して、液体燃料Ｆを得た。
【００６６】
膜電極接合体１１０に、セパレータ１２０及び１３０を設置した後、２ｍＬの液体燃料Ｆが貯蔵されている液体燃料供給タンク１４０を設置して、パッシブ型燃料電池１００を得た。このとき、多孔質膜１４１としては、厚さが１０μｍ、平均孔径が０．２μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のオムニポアメンブレンＪＧＷＰ０４７００（ミクロポア社製）を用いた。
【００６７】
（実施例２）
イオン性ミクロゲル１．０質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９９．０質量部を混合した以外は、実施例１と同様にして、パッシブ型燃料電池１００を得た。
【００６８】
（実施例３）
イオン性ミクロゲル２．０質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９８．０質量部を混合した以外は、実施例１と同様にして、パッシブ型燃料電池１００を得た。
【００６９】
（発電特性）
燃料電池評価装置８９０Ｂ−１００Ｗ／１０Ａ（東陽テクニカ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００の電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定した。
【００７０】
図２に、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を示す。
【００７１】
図２から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、発電特性が優れることがわかる。
【００７２】
パッシブ型燃料電池１００の液体燃料供給タンク１４０に消費されたメタノールを再充填した後、１００分間放置した。次に、電子負荷器ＰＬＺ７０ＵＡ（ＫＩＫＵＳＵＩ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を測定した。
【００７３】
図３に、メタノールを再充填したパッシブ型燃料電池１００の発電特性を示す。なお、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３のパッシブ型燃料電池１００の発電特性である。
【００７４】
図３から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、メタノールを再充填した後も、発電特性が優れることがわかる。
【００７５】
（メタノールクロスオーバー）
電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定する前後に、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料供給タンク１４０に、９９．８質量％メタノール水溶液の代わりに、１０質量％メタノール水溶液を充填した。次に、燃料電池評価装置８９０Ｂ−１００Ｗ／１０Ａ（東陽テクニカ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００のメタノールクロスオーバーを評価した。
【００７６】
図４に、パッシブ型燃料電池１００のメタノールクロスオーバーの評価結果を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３のパッシブ型燃料電池１００の評価結果である。
【００７７】
図４から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定する前後の発電特性がほぼ同等であり、メタノールクロスオーバーの発生を抑制できることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１００ パッシブ型燃料電池
１１０ 膜電極接合体
１１１ アノード
１１１ａ 拡散層
１１１ｂ 触媒層
１１２ カソード
１１２ａ 拡散層
１１２ｂ 触媒層
１１３ 電解質膜
１２０、１３０ セパレータ
１２１、１３１ 流路
１４０ 液体燃料供給タンク
１４１ 多孔質膜
Ｆ 液体燃料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電効率が高く、環境負荷の小さいエネルギー発電装置として、燃料電池が注目されている。燃料電池の基本原理は、水の電気分解の逆反応であり、燃焼を伴わない。このため、窒素酸化物等の有害物質が発生せず、水素以外の燃料からエネルギーを取り出す際に、二酸化炭素は発生するが、内燃機関に比べると、発生量が抑えられる。また、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため、変換過程におけるエネルギー損失が小さく、発電効率が高い。燃料電池は、アノード、カソード及び電解質膜の組み合わせによる単純な装置構成であるため、特殊な動力源を必要とせず、コンパクト化が可能であり、定置用分散電源だけでなく、車両用等の電源、また、最近では、モバイル機器用電源としても広く実用化の研究が行われている。
【０００３】
メタノール水溶液等の液体燃料をアノードに供給して酸化させると共に、カソードに酸素を供給して還元させる燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が知られている。直接メタノール型燃料電池は、アノードで、反応式
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−・・・（１）
で示されるように、メタノールが水と反応して水素イオンと電子が得られる。一方、カソードで、反応式
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ・・・（２）
で示されるように、プロトンと電子が消費される。このとき、プロトンが電解質膜を透過し、電子が外部回路を移動することによって、電気エネルギーを得ることができる。
【０００４】
しかしながら、直接メタノール型燃料電池では、メタノールが電解質膜を透過してカソードに移動するメタノールクロスオーバーが発生するという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含有する燃料電池用液体燃料が開示されている。このとき、イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【０００６】
しかしながら、液体燃料をパッシブ型燃料電池に適用した場合の発電特性及びパッシブ型燃料電池に液体燃料を再充填した場合の発電特性をさらに向上させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５４１２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、発電特性及び液体燃料を再充填した場合の発電特性を向上させることが可能なパッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパッシブ型燃料電池は、アノード及びカソードにより電解質膜が挟持されている膜電極接合体と、前記アノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材を有し、前記液体燃料供給部材は、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【００１０】
本発明の液体燃料供給部材は、パッシブ型燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材であって、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発電特性及び液体燃料を再充填した場合の発電特性を向上させることが可能なパッシブ型燃料電池及び液体燃料供給部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のパッシブ型燃料電池の一例を示す図である。
【図２】実施例のパッシブ型燃料電池の発電特性を示す図である。
【図３】実施例のメタノールを再充填したパッシブ型燃料電池の発電特性を示す図である。
【図４】実施例のパッシブ型燃料電池のメタノールクロスオーバーの評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
【００１４】
図１に、本発明のパッシブ型燃料電池の一例を示す。パッシブ型燃料電池１００は、液体燃料Ｆに含まれる燃料成分を酸化するアノード１１１及び酸素等の酸化剤（不図示）を還元するカソード１１２により電解質膜１１３が挟持されている膜電極接合体１１０を有する。このとき、アノード１１１は、拡散層１１１ａ上に、触媒層１１１ｂが形成されており、カソード１１２は、拡散層１１２ａ上に、触媒層１１２ｂが形成されている。また、アノード１１１上に、セパレータ１２０が設置されており、セパレータ１２０は、液体燃料Ｆに含まれる燃料成分が流れる流路１２１を有する。さらに、カソード１１２上に、セパレータ１３０が設置されており、セパレータ１３０は、酸化剤が流れる流路１３１を有する。
【００１５】
拡散層１１１ａ、１１２ａを構成する材料としては、特に限定されないが、炭素繊維不織布等が挙げられる。
【００１６】
触媒層１１１ｂに含まれる触媒としては、特に限定されないが、白金−ルテニウム触媒等が挙げられる。
【００１７】
触媒層１１２ｂに含まれる触媒としては、特に限定されないが、白金触媒等が挙げられる。
【００１８】
電解質膜１１３を構成する材料としては、特に限定されないが、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）等が挙げられる。
【００１９】
セパレータ１２０、１３０を構成する材料としては、特に限定されないが、ステンレス鋼等の金属、カーボン等が挙げられる。
【００２０】
また、セパレータ１２０上に、アノード１１１に液体燃料Ｆを供給する液体燃料供給タンク１４０が着脱自在に設置されている。このとき、液体燃料Ｆは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有するイオン性ミクロゲルをさらに含む。このため、液体燃料供給タンク１４０内に貯蔵されている液体燃料Ｆは、イオン性ミクロゲルにより燃料成分が保持されており、燃料成分が電解質膜１１３を透過してカソード１１２に移動することを抑制することができる。その結果、燃料成分のクロスオーバーの発生を抑制することができる。また、液体燃料供給タンク１４０は、アノード１１１と対向するように、セパレータ１２０上に設置されている多孔質膜１４１を有する。このため、イオン性ミクロゲルの拡散層１１１ａへの付着を抑制することができる。その結果、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を向上させることができる。
【００２１】
液体燃料供給タンク１４０の本体を構成する材料としては、特に限定されないが、フッ素樹脂、ビニル樹脂等が挙げられる。
【００２２】
多孔質膜１４１の平均孔径は、通常、０．０１〜１０μｍであり、０．０５〜０．２μｍが好ましい。多孔質膜１４１の平均孔径が０．０１μｍ未満であると、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料を再充填した場合の発電特性が低下することがあり、１０μｍを超えると、パッシブ型燃料電池１００の発電特性が低下することがある。
【００２３】
多孔質膜１４１を構成する材料としては、特に限定されないが、フッ素樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、ガラス、カーボン等が挙げられる。中でも、イオン性ミクロゲルが付着しにくいことから、フッ素樹脂が好ましい。
【００２４】
液体燃料Ｆ中のイオン性ミクロゲルの含有量は、通常、０．１〜５０質量％であり、０．１〜１０質量％が好ましく、０．１〜５質量％がさらに好ましい。液体燃料Ｆのイオン性ミクロゲルの含有量が０．１質量％未満であると、燃料成分のクロスオーバーが発生することがあり、５０質量％を超えると、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料を再充填した場合の発電特性が低下することがある。
【００２５】
液体燃料Ｆ中の燃料成分の含有量は、通常、１０〜９９．９質量％であるが、６４質量％以上が好ましい。液体燃料Ｆ中の燃料成分の含有量が６４質量％未満であると、パッシブ型燃料電池１００の発電効率が低下することがある。
【００２６】
燃料成分としては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等が挙げられる。中でも、メタノールが好ましい。
【００２７】
液体燃料Ｆは、水をさらに含んでいてもよい。
【００２８】
イオン性ミクロゲルを製造する方法としては、特に限定されないが、逆相乳化重合法等が挙げられる。このとき、逆相乳化重合法とは、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを含む水相が油相中に分散している状態で、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーをラジカル重合する方法である。これにより、粉砕せずに、粉末状のイオン性ミクロゲルを分離することができる。さらに、イオン性ミクロゲルは、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の燃料成分中に分散させると、膨潤するため、燃料成分のクロスオーバーを抑制することができる。
【００２９】
油相としては、特に限定されないが、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン等のアルカン類；シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類；ベンゼン、トルエン、キシレン、デカリン、ナフタレン等の芳香族炭化水素及び環状炭化水素；パラフィン油等の非極性油分等が挙げられる。
【００３０】
水相を油相中に分散させる際に、界面活性剤を用いることが好ましい。
【００３１】
界面活性剤としては、特に限定されないが、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンヘキシルデシルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテル、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル、ポリオキシエチレンコレステリルエーテル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステル、グリセリントリ脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンイソステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリントリイソステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンモノステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリンジステアリン酸エステル、ポリオキシエチレングリセリントリステアリン酸エステル等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
【００３２】
このとき、界面活性剤の親水疎水バランス（ＨＬＢ）を適宜調整することにより、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成することができる。
【００３３】
一相マイクロエマルションとは、熱力学的に安定に油相と水相が共存しており、油相及び水相の間の界面張力が極小となっている状態である。また、微細Ｗ／Ｏエマルションとは、熱力学的には不安定であるが、速度論的に安定に油相及び水相が存在している状態である。一般的に、微細Ｗ／Ｏエマルションの水相の粒子径は、数１０〜１００ｎｍ程度である。
【００３４】
以下、イオン性ミクロゲルの製造方法について、具体的に説明する。まず、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを水中に溶解させて水相を調製した後、油相と混合する。次に、所定の温度まで昇温した後、水相に重合開始剤を添加して重合する。このとき、熱力学的に安定な一相マイクロエマルション又は速度論的に安定な微細Ｗ／Ｏエマルションが形成されている状態で重合する。具体的には、熱重合用又はレドックス重合用の重合開始剤の最適重合温度の近傍で、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成した後、イオン性モノマー及びノニオン性モノマーを重合することにより、イオン性ミクロゲルを安定に製造することができる。
【００３５】
このとき、界面活性剤の親水性疎水性バランス（ＨＬＢ）を、熱重合用又はレドックス重合用の重合開始剤の最適重合温度の近傍で曇点を示すように調整することにより、最適重合温度の近傍で、一相マイクロエマルション又は微細Ｗ／Ｏエマルションを形成することができる。
【００３６】
ノニオン性モノマーとしては、特に限定されないが、一般式
【００３７】
【化１】
（式中、Ｒ１は、水素原子又はメチル基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である。）
で表されるＮ，Ｎ−ジアルキル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。中でも、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミドが好ましい。
【００３８】
イオン性モノマーとしては、特に限定されないが、一般式
【００３９】
【化２】
（式中、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、Ｒ６は、炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキレン基であり、Ｘ＋は、プロトン、１価の金属カチオン又はアンモニウムイオンである。）
で表されるアニオン性（メタ）アクリルアミド誘導体、一般式
【００４０】
【化３】
（式中、Ｒ７は、水素原子又はメチル基であり、Ｒ８は、水素原子又は炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキル基であり、Ｒ９は、炭素原子数が１〜６の直鎖又は分岐のアルキレン基であり、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立に、メチル基又はエチル基であり、Ｙ−は、ハロゲン化物イオンである。）
で表されるカチオン性アクリルアミド誘導体等が挙げられる。中でも、アニオン性（メタ）アクリルアミド誘導体が好ましく、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びその塩がさらに好ましい。
【００４１】
イオン性モノマーに対するノニオン性モノマーの物質量比は、通常、０．５／９．５〜９．５／０．５であり、１／９〜９／１が好ましく、７／３〜９／１がさらに好ましく、８／２が特に好ましい。
【００４２】
イオン性ミクロゲルは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の共重合体を含むことが好ましい。これにより、クロスオーバーをさらに抑制することができる。
【００４３】
水相は、架橋剤をさらに含んでいてもよい。
【００４４】
架橋剤としては、特に限定されないが、一般式
【００４５】
【化４】
（Ｒ１３及びＲ１７は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、Ｒ１４及びＲ１６は、それぞれ独立に、オキシ基又はイミノ基であり、Ｒ１５は、炭素原子数が１〜６の直鎖若しくは分岐のアルキレン基又は炭素原子数が８〜２００のポリオキシエチレン基である。）
で表される（メタ）アクリルアミド誘導体又は（メタ）アクリル酸誘導体が挙げられる。
【００４６】
なお、架橋剤は、重合性官能基を３個以上有していてもよい。
【００４７】
架橋剤の具体例としては、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシエチレンジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、イソシアヌル酸トリアリル、ペンタエリスリトールジメタクリレート等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドが好ましい。
【００４８】
ノニオン性モノマー及びイオン性モノマーの総物質量に対する架橋剤の物質量の比は、通常、１×１０−４〜２％である。ノニオン性モノマー及びイオン性モノマーの総物質量に対する架橋剤の物質量の比が１×１０−４％未満であると、イオン性ミクロゲルの製造が困難になることがあり、２％を超えると、クロスオーバーの発生を抑制しにくくなることがある。
【００４９】
なお、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミドとイオン性アクリルアミド誘導体を含む水相を用いると、架橋剤を用いなくても、イオン性ミクロゲルを製造することができる。
【００５０】
イオン性ミクロゲルの重量平均分子量は、通常、１×１０５〜５×１０６である。
【００５１】
なお、イオン性ミクロゲルの重量平均分子量は、ＰＥＧ換算の分子量であり、ＧＰＣを用いて測定することができる。
【００５２】
イオン性ミクロゲルの平均粒子径は、通常、０．０１〜１０μｍであり、０．０１〜１μｍが好ましい。
【００５３】
イオン性ミクロゲルの０．５質量％の水分散液の見かけ粘度は、ずり速度１．０ｓ−１において、通常、１×１０４ｍＰａ・ｓ以上である。また、イオン性ミクロゲルの０．５質量％のエタノール分散液の見かけ粘度は、ずり速度１．０ｓ−１において、通常、５×１０３ｍＰａ・ｓ以上である。さらに、イオン性ミクロゲルの０．５質量％の水分散液又はエタノール分散液における動的弾性率は、歪みが１％以下であり、周波数が０．０１〜１０Ｈｚの範囲で、通常、貯蔵弾性率Ｇ’＞損失弾性率Ｇ’’である。
【００５４】
なお、見かけ粘度及び動的弾性率は、コーンプレート型レオメータＭＣＲ−３００（Ｐａａｒ Ｐｈｙｓｉｃａ社製）を用いて、２５℃で測定することができる。
【実施例】
【００５５】
さらに、本発明の実施例について説明する。
【００５６】
（膜電極接合体１１０の作製）
拡散層１１１ａ、１１２ａとしては、２．４ｃｍ×２．４ｃｍ×０．０１８ｃｍのＰＴＦＥ処理されたカーボンペーパーＥＣ−ＴＰ１−０６０Ｔ（東陽テクニカ社製）を用いた。
【００５７】
白金−ルテニウム触媒を担持しているカーボン４質量部、５質量％ナフィオン（登録商標）溶液ＥＣ−ＮＳ−０５−ＡＱ（東陽テクニカ社製）４４質量部及びエタノール５２部を混合して、触媒層１１１ｂ用塗布液を得た。このとき、白金−ルテニウム触媒を担持しているカーボンは、白金の担持量が２９．９質量％であり、ルテニウムの担持量が２３．１質量％である。
【００５８】
スプレーコート法を用いて、拡散層１１１ａ上に、触媒層１１１ｂ用塗布液を塗布して、触媒層１１１ｂを形成し、アノード１１１を得た。このとき、触媒層１１１ｂ中の白金の含有量が１．００ｍｇ／ｃｍ２となるように、触媒層１１１ｂ用塗布液を塗布した。
【００５９】
白金触媒を担持しているカーボン４質量部、５質量％ナフィオン（登録商標）溶液ＥＣ−ＮＳ−０５−ＡＱ（東陽テクニカ社製）２７質量部及びエタノール６９部を混合して、触媒層１１２ｂ用塗布液を得た。このとき、白金触媒を担持しているカーボンは、白金の担持量が４５．７質量％である。
【００６０】
スプレーコート法を用いて、拡散層１１２ａ上に、触媒層１１２ｂ用塗布液を塗布して、触媒層１１２ｂを形成し、カソード１１２を得た。このとき、触媒層１１２ｂ中の白金の含有量が１．００ｍｇ／ｃｍ２となるように、触媒層１１２ｂ用塗布液を塗布した。
【００６１】
電解質膜１１３としては、３．４ｃｍ×３．４ｃｍ×０．００５１ｃｍのＮａｆｉｏｎ２１２（デュポン社製）を用いた。
【００６２】
アノード１１１及びカソード１１２の間に電解質膜１１３を挟持し、１３５℃、１１．５ＭＰａで１８０秒間ホットプレスし、膜電極接合体１１０を得た。
【００６３】
（イオン性ミクロゲルの作製）
Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド３５ｇ、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸１７．５ｇ及びメチレンビスアクリルアミド７０ｍｇを、イオン交換水２６０ｇ中に溶解させた後、水酸化ナトリウムを用いてｐＨを７．０に調整して、モノマー水溶液を得た。
【００６４】
還流装置を備えた１Ｌの三つ口フラスコに、ｎ−ヘキサン２６０ｇ、ポリオキシエチレン（３）オレイルエーテルのエマレックス５０３（日本エマルション社製）８．７ｇ及びポリオキシエチレン（６）オレイルエーテルのエマレックス５０６（日本エマルション社製）１７．６ｇを入れて、混合した後、窒素で置換した。次に、モノマー水溶液を加えて、窒素雰囲気下で攪拌しながら、オイルバスを用いて、重合系の温度が６５〜７０℃になるまで昇温した。このとき、半透明な一相マイクロエマルションが形成されていることを確認した。さらに、過硫酸アンモニウム２ｇを加えた後、重合系の温度を６５〜７０℃に維持しながら、３時間攪拌し、イオン性ミクロゲルを得た。次に、アセトンを加えて、イオン性ミクロゲルを沈殿させた後、アセトンで３回洗浄した。さらに、イオン性ミクロゲルを濾過した後、減圧乾燥させ、白色粉末状のイオン性ミクロゲルを得た。
【００６５】
（実施例１）
イオン性ミクロゲル０．５質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９９．５質量部を混合して、液体燃料Ｆを得た。
【００６６】
膜電極接合体１１０に、セパレータ１２０及び１３０を設置した後、２ｍＬの液体燃料Ｆが貯蔵されている液体燃料供給タンク１４０を設置して、パッシブ型燃料電池１００を得た。このとき、多孔質膜１４１としては、厚さが１０μｍ、平均孔径が０．２μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のオムニポアメンブレンＪＧＷＰ０４７００（ミクロポア社製）を用いた。
【００６７】
（実施例２）
イオン性ミクロゲル１．０質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９９．０質量部を混合した以外は、実施例１と同様にして、パッシブ型燃料電池１００を得た。
【００６８】
（実施例３）
イオン性ミクロゲル２．０質量部及び９９．８質量％メタノール水溶液９８．０質量部を混合した以外は、実施例１と同様にして、パッシブ型燃料電池１００を得た。
【００６９】
（発電特性）
燃料電池評価装置８９０Ｂ−１００Ｗ／１０Ａ（東陽テクニカ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００の電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定した。
【００７０】
図２に、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を示す。
【００７１】
図２から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、発電特性が優れることがわかる。
【００７２】
パッシブ型燃料電池１００の液体燃料供給タンク１４０に消費されたメタノールを再充填した後、１００分間放置した。次に、電子負荷器ＰＬＺ７０ＵＡ（ＫＩＫＵＳＵＩ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００の発電特性を測定した。
【００７３】
図３に、メタノールを再充填したパッシブ型燃料電池１００の発電特性を示す。なお、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３のパッシブ型燃料電池１００の発電特性である。
【００７４】
図３から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、メタノールを再充填した後も、発電特性が優れることがわかる。
【００７５】
（メタノールクロスオーバー）
電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定する前後に、パッシブ型燃料電池１００の液体燃料供給タンク１４０に、９９．８質量％メタノール水溶液の代わりに、１０質量％メタノール水溶液を充填した。次に、燃料電池評価装置８９０Ｂ−１００Ｗ／１０Ａ（東陽テクニカ社製）を用いて、２５℃、５０％ＲＨの環境で、パッシブ型燃料電池１００のメタノールクロスオーバーを評価した。
【００７６】
図４に、パッシブ型燃料電池１００のメタノールクロスオーバーの評価結果を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３のパッシブ型燃料電池１００の評価結果である。
【００７７】
図４から、実施例１〜３のパッシブ型燃料電池１００は、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２における発電特性を測定する前後の発電特性がほぼ同等であり、メタノールクロスオーバーの発生を抑制できることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１００ パッシブ型燃料電池
１１０ 膜電極接合体
１１１ アノード
１１１ａ 拡散層
１１１ｂ 触媒層
１１２ カソード
１１２ａ 拡散層
１１２ｂ 触媒層
１１３ 電解質膜
１２０、１３０ セパレータ
１２１、１３１ 流路
１４０ 液体燃料供給タンク
１４１ 多孔質膜
Ｆ 液体燃料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード及びカソードにより電解質膜が挟持されている膜電極接合体と、前記アノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材を有し、
前記液体燃料供給部材は、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、
前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、
前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有することを特徴とするパッシブ型燃料電池。
【請求項２】
前記多孔質膜は、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項３】
前記多孔質膜は、フッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項４】
前記液体燃料は、前記イオン性ミクロゲルの含有量が０．１質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項５】
前記液体燃料は、前記燃料成分の含有量が１０質量％以上９９．９質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項６】
前記イオン性モノマーがアニオン性モノマーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項７】
前記燃料成分がメタノールであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項８】
パッシブ型燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材であって、
前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、
前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、
前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有することを特徴とする液体燃料供給部材。
【請求項１】
アノード及びカソードにより電解質膜が挟持されている膜電極接合体と、前記アノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材を有し、
前記液体燃料供給部材は、前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、
前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、
前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有することを特徴とするパッシブ型燃料電池。
【請求項２】
前記多孔質膜は、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項３】
前記多孔質膜は、フッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項４】
前記液体燃料は、前記イオン性ミクロゲルの含有量が０．１質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項５】
前記液体燃料は、前記燃料成分の含有量が１０質量％以上９９．９質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項６】
前記イオン性モノマーがアニオン性モノマーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項７】
前記燃料成分がメタノールであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパッシブ型燃料電池。
【請求項８】
パッシブ型燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給部材であって、
前記アノードと対向するように設けられている多孔質膜を有し、
前記液体燃料は、燃料成分及びイオン性ミクロゲルを含み、
前記イオン性ミクロゲルは、イオン性モノマー由来の構成単位及びノニオン性モノマー由来の構成単位を有することを特徴とする液体燃料供給部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８９４０４（Ｐ２０１３−８９４０４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７７９３（Ｐ２０１１−２２７７９３）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００１９５９）株式会社 資生堂 (1,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００１９５９）株式会社 資生堂 (1,748)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]