在供给阳极侧电极11的燃料中作为 还原性燃料使用抗坏血酸的情况，在阳极侧电极11和在阴极侧电极12的氧化还原反应分 别以下式（1)和（2)表示。
[0061] 阳极：抗坏血酸一脱氢抗坏血酸+2H++2e_ (1)
[0062] 阴极：2H++l/202+2e--H2O(2)
[0063] S卩、在阳极侧电极11，进行抗坏血酸等还原性燃料被氧化、产生氢离子和电子的反 应。电子通过介体被转移到电极材料，进而通过外部电路被转移到阴极侧电极12。氢离子 介由电解质膜13向阴极侧电极12移动。另一方面，在阴极侧电极12，氢离子、电子、氧气发 生反应，进行生成水的反应。通过这些反应而向外部电路释放能量。
[0064] 本发明的燃料电池1，阳极侧电极11中还原性燃料的氧化反应（作为一例是上述 (1)的反应）在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下进行。因此，本发明 的燃料电池1，与没有在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下进行相同氧 化反应的情况相比，能够实现高输出。
[0065] 实施例
[0066] 下面使用实施例来对本发明进行更具体说明，但本发明的技术范围不受以下实施 例限定。
[0067] 〔实施例1~2〕
[0068] 本实施例中制作具有还原性燃料、含有咪唑系化合物作为5元环或6元环的含氮 和碳的杂环式化合物的燃料、以及非催化性阳极电极的燃料电池，并评价该电池特性。
[0069] 具体地在本实施例中，制作出图2中示意性示出的试验电池，并评价输出特性。图 2所示的试验电池具有阳极侧电极11和阴极侧电极12隔着电解质膜13对向的结构。此 外，图2所示的试验电池具有与阳极侧电极11接触而设置的阳极侧集电体20、和与阴极侧 电极12接触而设置的阴极侧集电体21。进而，图2所示的试验电池结构如下：用硅树脂22 夹着由这些阳极侧集电体20、阳极侧电极11、电解质膜13、阴极侧电极12和阴极侧集电体 21组成的叠层结构，进而将硅树脂22夹在一对丙烯酸类基板23中。更具体地，如下那样制 作试验电池。
[0070] (1-1)阳极侧电极11的制作
[0071] 将由炭黑、10%聚乙烯基吡啶、N-甲基吡咯烷酮混和而成的分散溶液涂布到切成 Icm2的碳毡（东丽社制、商品名：卜U力Y7卜）上，使其干燥，作为阳极侧电极11。
[0072] (1-2)阴极侧电极12的制作
[0073] 将炭黑、10%聚乙烯基吡啶、N-甲基吡咯烷酮混和而成的分散溶液涂布到切成 Icm2的碳毡（东丽社制、商品名：卜U力Y7卜）上，使其干燥后作为阴极侧电极12。
[0074] (1-3)实施例1的燃料电池的制作
[0075] 使用如上那样制作的阳极侧电极11、阴极侧电极12,制作由阳极侧集电体20、阳 极侧电极11、电解质膜13、阴极侧电极12和阴极侧集电体21组成的层叠结构。然后向阳 极侧电极11供给2M抗坏血酸钠、IM咪唑-HCl(pH7. 0)溶液，向阴极供给IM铁氰化钾溶液， 而制作燃料电池（实施例1)。
[0076] (2-3)实施例2的燃料电池的制作
[0077] 作为实施例2的燃料电池，将向阳极供给的燃料中含有的还原剂从2M的抗坏血酸 钠换成IM的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，除此以外，与实施例1同样地制作燃料电池。
[0078] (3-3)比较例1的燃料电池的制作
[0079] 作为比较例1的燃料电池，将向阳极供给的燃料变为2M抗坏血酸钠溶液（不含IM 咪唑-HCl的溶液），除此以外，与实施例1同样地制作燃料电池。
[0080] <特性评价>
[0081] 针对如上那样制作的实施例1、实施例2和比较例1的燃料电池，如下那样评 价电池特性。即、作为在电池两极间串联连接的外部负荷装置使用ELECTRONICLoad PLZ164WA(KIKUSn社制）和WAVYFORPLZ-4W软件（KIKUSn社制）来测定电池输出。测 定在室温条件下（约25°C)下实施。
[0082] 针对实施例1的燃料电池和比较例1的燃料电池，比较它们的电池输出，结果如图 3所示。如图3所示，比较例1的燃料电池的输出为5. 4mW/cm2,与此相对，实施例1的燃料 电池的输出为6. 6mW/cm2。
[0083] 此外，比较实施例2的燃料电池和比较例1的燃料电池的电池输出，结果如图4所 示。如图4所示，比较例1的燃料电池的输出为4. 28mW/cm2,与此相对，实施例1的燃料电 池的输出为6. 51mW/cm2。
[0084] 如以上的结果所示，在向非催化性的阳极侧电极11供给含有抗坏血酸、NADH等还 原剂的燃料、通过还原剂的自氧化而产生电力的燃料电池中，如果在咪唑系化合物的存在 下进行还原剂的氧化反应，则可以显示出优异的电池特性。
[0085] 〔实施例3~7〕
[0086] 本实施例中作为5或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物使用了各种杂环式化合 物，与实施例1同样地制作燃料电池，评价其电池特性。即、实施例3~7中除了使用表1 所示的杂环式化合物代替IM咪唑-HCl以外，与实施例1和2同样地制作燃料电池（作为 还原剂使用2M抗坏血酸钠的燃料电池、和作为还原剂使用NADH的燃料电池）。再者，实施 例6中使用的聚乙烯基咪唑的分子量为111500。
[0087] 表 1
[0088]
【主权项】
1. 一种燃料电池，其特征在于，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极 和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环 或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化。
2. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极侧电极中不含贵金属催化剂 和酶。
3. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述还原性燃料是选自抗坏血酸、还原 型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和氢气中的至少1种以上还 原性燃料。
4. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述化合物含在与阳极侧电极接触的 燃料中。
5. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述化合物存在于阳极侧电极的与燃 料接触的表面。
6. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述还原性燃料以0. 2~5. OM的浓度 含有所述化合物。
7. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极侧电极含有碳材料。
8. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是5元环的含有氮的 杂环式化合物。
9. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是具有咪唑环的化 合物。
10. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是选自吡挫、噻唑、 1-乙烯基咪唑、聚乙烯基咪唑和组氨酸中的1种以上化合物。
【专利摘要】本发明使具有非催化性的阳极电极、使用还原性燃料的燃料电池实现了优异的输出。本发明的燃料电池，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化。
【IPC分类】H01M4-90, H01M8-06
【公开号】CN104854748
【申请号】CN201380058118
【发明人】河野典子, 久寿米木幸宽, 小野地裕策, 杉本多津宏
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2013年12月19日
【公告号】WO2014098171A1