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メタノールを燃料とする直接発電型燃料電池の研究は、最近活発に行われるようになったが、メタノールが電解質膜として用いるNafion膜を容易に透過して直接燃焼を起し、燃料が無駄に消費されることが大きな問題となっている。筆者らは、ジメチルエーテル(DME)を燃料として用いても、メタノールと同程度の発電性能を出せることを4年前に発見した。DMEを燃料とすれば、電解質膜の透過が少ない燃料電池を実現できる可能性があると考え、本提案を行ない研究に取り組んでいる。
平成13年度は、DMEとメタノールのNafion膜透過性に関して詳細な実験を行ない、下記の内容を電気学会論文誌に発表した。(1)燃料電池の運転条件に相当する60〜80℃、湿度95%RHの雰囲気で、DMEの膜透過量はメタノールの膜透過量の約1/10である。(2)湿度が低くなるとDMEの膜透過量は急減する。一方メタノールの膜透過量は湿度の影響をあまり受けない。(3)燃料をガスで供給する場合、DMEの膜透過量もメタノールの膜透過量も温度の影響をあまり受けない。しかし、メタノールを水溶液の形で供給する場合は、温度が高いほど膜透過量が高くなる。(4)膜透過量はほぼ膜厚に逆比例する。Aciplex膜はNafion膜よりやや膜透過量が少ない。
平成13年度後半に、セル発電状態における燃料の膜透過性に関する実験を開始し、最初の速報を電気学会全国大会に投稿した。セル発電状態ではプロトンの移動に伴うDME移動が想定されるため、カソード排ガス中DME量の電流依存性を調べた。その結果、(1)発電電流増加と共にDME透過量が増大する。(2)供給するDMEの濃度が高いほど、電流によるDME透過量の増分も多くなる。ことなどが判明した。
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