JP2007265979A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
燃料欠乏状態による触媒などの溶解を抑制した燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】
電解質層112と、電解質層の一方の面に設けられ、燃料が供給される第1の電極122と、電解質層の他方の面に設けられ、酸化剤が供給される第2の電極114と、を備える燃料電池110において、第1の電極122は、燃料からプロトンが生成される生成反応電位よりも高く、第1の電極122に含まれる構成物質(C)の酸化電位よりも低い範囲に酸化還元電位を有する添加剤(MoO2)を含むことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
しかしながら、急激に負荷が上昇したり、燃料の濃度が低下したりするなど発電中にアノードに必要な燃料が不足する、所謂、燃料欠乏状態に陥ると、アノードでは(場合によってはカソードでも)、例えば、触媒担時カーボンのカーボン(C)と水(H2O)とが反応して、式(3)、(4)に示すようなプロトン(H+)を生成し、カーボン(C)が二酸化炭素(CO2)として脱落してしまう問題が発生する。また、アノードの触媒にルテニウム(Ru)が含まれている場合は、式(5)示すような反応が起こり、ルテニウム(Ru)が酸化ルテニウム(RuO2)となって酸化溶解してしまうという問題が発生する。触媒担持カーボンのカーボン(C)が脱落してしまった場合、担持していた触媒(PtやRuなど)を保持することができなくなり、アノードから触媒が減少してしまい、ルテニウム(Ru)が酸化溶解してしまった場合、耐CO性が低下してしまうという問題がある。
したがって、アノード122において燃料欠乏状態となっても、式(3)、(4)は起こらず、CがCO2としてアノード122から脱落してしまう問題を回避することができ、Cが担持していた触媒(Pt)触媒が減少してしまうこともない。上記のように、燃料欠対策用添加剤としては、燃料電池110内部の環境下(本実施例の場合、水素イオン指数が−0.5<pH<1)において、0V以上0.52V以下の範囲に酸化還元電位を有する物質、望ましくは0V以上0.21V以下の範囲に酸化還元電位を有するものであれば良く、金属酸化物としては、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタンなどがあり、金属炭化物としては、炭化タングステン、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化ホウ素などがあり、金属窒化物としては、窒化チタン、窒化タングステン、窒化クロムなどがあり、導電性高分子としては、ポリアニロン、ポリピロール、キノサリン系ポリマーなどがある。特に、金属酸化物の酸化モリブデンは導電性も優れており、特に、MoO2、MoO3は入手が容易であるので、アノード122へ混合する燃料欠対策用添加剤として適している。また燃料欠対策用添加剤の電気伝導度は10-10S/cm以上(室温)で効果あり、10-8S/cm以上(室温)が望ましい。本実施例(図2)ではMoO2をPt/Cと混合して触媒ペーストを作製したが、MoとPtとは電子的な相互作用を有するので、MoO2もCに担持させたMoO2Pt/Cを用いても良い(但し、PtはMoO2に担持されないほうが良い)。MoO2をCに担持させることにより、Ptの触媒作用を向上させることができる。
12、112、212、312 固体高分子膜(電解質層)
14、114、214、314 カソード
16、116、216 カソード側水マネジメント層
18、118、218 カソード側基材
20、120、220 カソード側拡散層
22、122、222、322 アノード
24、124、224 アノード側水マネジメント層
26、126、226 アノード側基材
28、128、228 アノード側拡散層
100 車載用燃料電池システム
152 水素充填口
154 高圧水素タンク
156 水素ポンプ
158 圧力調整器
162 エアコンプレッサ
164 熱交換器
170 インバータ
172 モータ
174 二次電池
176 インバータ
178 補機用モータ
180 DC/DCコンバータ
200 家庭用燃料電池コージェネレーションシステム
252 脱硫器
254 改質器
256 変成器
258 CO除去器
260 バーナ
262 貯湯タンク
264 水配管
266 カソード側加湿タンク
268 分岐配管
270 冷却水通路
272 アノード側加湿タンク
274 水処理装置
276 冷却水流路
278 給湯配管
300 携帯用燃料電池システム
330 触媒コーティング膜
352 メタノール燃料供給孔
354 燃料室
356 筐体(356a:アノード側筐体、356c:カソード側筐体)
358 アノード側生成物排出孔
360 気液分離フィルタ
362 支持部材
364 カソード側生成物排出孔
366 Oリング(366a:アノード側Oリング、366c:カソード側Oリング)
HEX01、HEX02、HEX03、HEX04、HEX05 熱交換器
Claims (5)
- 電解質層と、前記電解質層の一方の面に設けられ、燃料が供給される第1の電極と、前記電解質層の他方の面に設けられ、酸化剤が供給される第2の電極と、を備える燃料電池において、
前記第1の電極は、
前記燃料からプロトンが生成される生成反応電位よりも高く、前記第1の電極に含まれる構成物質の酸化電位よりも低い範囲に酸化還元電位を有する添加剤を含むことを特徴とする燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池において、
前記構成物質は、炭素またはルテニウムであることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1または2記載の燃料電池において、
前記添加剤は、導電性を有する金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、導電性高分子であることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池において、
前記添加剤は、耐酸性を有する金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、導電性高分子であることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池と、
前記第1の電極へ前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第2の電極へ前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (1)
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JP2006053417 | 2006-02-28 | ||
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2011040060A1 (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-07 | 凸版印刷株式会社 | 電極触媒層の製造方法ならびに電極触媒層、膜電極接合体および固体高分子形燃料電池 |
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JPS60225363A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
JP2005150085A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Samsung Sdi Co Ltd | 金属酸化物−炭素複合体からなる触媒担体及びこれを利用した燃料電池 |
JP2006012691A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Nissan Motor Co Ltd | 電極触媒、およびその製造方法 |
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2007
- 2007-02-28 JP JP2007050077A patent/JP5094161B2/ja active Active
Patent Citations (3)
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JP4798306B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2011-10-19 | 凸版印刷株式会社 | 電極触媒層の製造方法ならびに電極触媒層、膜電極接合体および固体高分子形燃料電池 |
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