ダイレクト(直接)メタノール形燃料電池(DMFC)とは?原理と特徴について解説。

「ダイレクト(直接)メタノール燃料電池(DMFC)」とは、負極(燃料極)にメタノール(CH3OH)、正極(空気極)に酸素(O2)使用し、電解質に固体高分子を使用した燃料電池です。用途は、携帯用、自動車用、家庭用です。

 

燃料電池には複数の種類があります。今回はダイレクトメタノール燃料電池を紹介します。

 

本稿では、

「ダイレクトメタノール燃料電池とはどんな電池?」

「ダイレクトメタノール燃料電池の用途や反応について教えて」

という疑問にお答え致します。

 

 

ダイレクトメタノール燃料電池の概要

 

「ダイレクト(直接)メタノール燃料電池(DMFC)」とは、負極(燃料極)にメタノール(CH3OH)、正極(空気極)に酸素(O2)使用し、電解質に固体高分子を使用した燃料電池です。英語では、direct methanol fuel cell、と表記して、DMFCと略されます。

 

基本的な原理はメタノールと酸素から、水と電気エネルギーを生みだします。一般的な燃料電池はメタノールではなく水素を使用します。メタノールから水素を作ることなく、直接酸素と反応させるため、”ダイレクト”メタノールと呼びます。

 

用途は、携帯用、自動車用、家庭用です。

 

以下、ダイレクトメタノール燃料電池の特徴をまとめた表になります。

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用途

 

ダイレクトメタノール燃料電池の用途は、 携帯用、自動車用、家庭用です。

 

他にも、無線基地局バックアップ電源、遠隔観測機器の常用電源、アウトドア・レジャー用電源などへの適用も考えられています。

 

歴史

 

2009年に東芝がモバイル機器の充電用として販売しています。

 

2012年に日立が高価な白金触媒の代わりに、安価なパラジウムールテニウム合金触媒を適用して半分程度のコストダウンに成功しました。

 

三菱ガス化学も製品化しております。

 

構成

 

ダイレクトメタノール燃料電池の構成は以下のとおりです。

 

  • 正極(空気極) 酸素(O2) 
  • 負極(燃料極) メタノール(CH3OH)
  • 電解質 固体高分子(パーフルオロスルホン酸、ナフィオンとも呼ばれます)
  • 触媒 白金(Pt)
  • セパレーター

 

反応

 

ダイレクトメタノール燃料電池の反応は以下のとおりです。

 

  • 負極 メタノール(CH3OH)と水(H2O)が、二酸化炭素(CO2)と水素イオン(H+)を生成し電子を放出します。
  • 正極 酸素(O2)が水素イオン(H+)と電子を受け取り、水(H2O)を生成します。

 

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燃料極に供給されたメタノールは電解質膜を透過して空気極に達するため(クロスオーバー現象)、空気極は酸素の還元とメタノールの酸化の両方を反映した混成電位となって、電池の起電力が低下します。

 

メタノール酸化反応の中間生成物である一酸化炭素が白金触媒を劣化せます。(一酸化炭素被毒)。

 

起電力

 

ダイレクトメタノール燃料電池の理論起電力は1.21Vです。一般的な水素を燃料のば愛は、理論起電力は1.23Vになります。しかし、どちらも内部抵抗のため、0.7V程度になります。

 

1セルが0.7Vと低電圧であるため、積層(直列)して高電圧にして使用します

 

特徴

 

ダイレクトメタノール燃料電池の特徴は以下のとおりです。 

 

メリット

  • 低温動作(起動や停止が迅速)
  • 固体高分子電解質のため液漏れ懸念が少ない
  • 白金触媒が高価
  • 液体のため保管など取り扱いが容易

 

デメリット

  • 一酸化炭素が含まれると白金を劣化させる
  • 水素イオンを運ぶのに水分管理が必要
  •  固体酸化物形よりも発電効率は低い

 

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