JP2014094334A - Oxygen decreasing device and refrigerator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen decreasing device which can control performance deterioration due to cathode flooding phenomena and impurity ions and can also control the deterioration of durability resulting from the exfoliation between an anode and an electrolyte film.SOLUTION: The oxygen decreasing device includes an oxygen decreasing cell, an electrode assembly, and cathode current-collecting layer. The oxygen decreasing cell includes an anode in which a catalyst which oxidizes the water vapor supplied is contained, a cathode which has the cathode catalyst layer in which the catalyst which reduces the oxygen is contained, and an electrolyte film held between the anode and the cathode. The electrolyte film has proton conductivity. The electrode assembly is arranged across the anode between the electrolyte film. The electrode assembly includes the anode current-collecting layer and a vaporizing layer to which water is supplied. The vaporizing layer is arranged at least on one surface of both surfaces of anode current-collecting layer. The vaporizing layer evaporates the water supplied to the layer to water vapor in order to supply to the anode. It is characterized to arrange the cathode current-collecting layer across the cathode between the electrolyte film.

Description

本発明の実施形態は、酸素濃度を低くするための減酸素装置、及びこの装置を備える冷蔵庫に関する。   Embodiments of the present invention relate to an oxygen reduction device for reducing the oxygen concentration, and a refrigerator including this device.

食品等の保存性を高めるために、保存空間(減酸素空間)の酸素濃度を下げることを、電解質膜を用いた電気化学的反応によって行う減酸素装置が提案されている。   In order to enhance the storage stability of foods and the like, oxygen reduction devices have been proposed in which the oxygen concentration in a storage space (deoxygenation space) is reduced by an electrochemical reaction using an electrolyte membrane.

この装置は、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜をアノードとカソードで挟んだ減酸素セルを備える。このセルはカソードを食品等の保存空間に面して配設される。減酸素装置は、アノードへの水(液体)の供給を可能とした状態で、このアノードとカソード間に電圧を印加して運転される。それにより、アノードにおいて水が電気分解されるとともに、カソードにおいて水の生成反応が行われるので、水の生成反応に伴って保存空間の酸素濃度が低減される。   This apparatus includes a hypoxic cell in which a polymer electrolyte membrane having proton conductivity is sandwiched between an anode and a cathode. This cell is arranged with the cathode facing a storage space for food or the like. The oxygen reduction device is operated by applying a voltage between the anode and the cathode in a state where water (liquid) can be supplied to the anode. As a result, water is electrolyzed at the anode and a water generation reaction is performed at the cathode, so that the oxygen concentration in the storage space is reduced along with the water generation reaction.

減酸素セルのカソードで起こる酸素の減少は、酸素の還元反応の結果、水が生成されることで行なわれる(以下、本明細書では「減酸素反応」と称す)。この反応は、カソードが有するカソード触媒層において進行する。   The reduction of oxygen occurring at the cathode of the oxygen reduction cell is performed by generating water as a result of the oxygen reduction reaction (hereinafter referred to as “deoxygenation reaction” in this specification). This reaction proceeds in the cathode catalyst layer of the cathode.

減酸素装置では、水がカソードに停滞する現象(カソードフラッディング現象)が発生することがある。この現象は、減酸素反応によりカソードで生成される水(液体)の他に、カソードに余分に水が供給される場合、顕在化し易い。   In the oxygen reduction device, a phenomenon in which water stagnates at the cathode (cathode flooding phenomenon) may occur. This phenomenon is easily manifested when extra water is supplied to the cathode in addition to water (liquid) generated at the cathode by the oxygen-reducing reaction.

即ち、プロトン伝導性を有する電解質膜を備えた減酸素セルの運転中、水(液体)が供給されるアノードでの水の電気分解作用で生成されたプロトン(H)とともに、数分子程度の水分子が、アノードからカソードに移動する。これにより、カソードにおいて過剰となった水は、カソードから円滑に排出されずにカソードに停滞する。 That is, during the operation of the oxygen-reducing cell equipped with the electrolyte membrane having proton conductivity, several protons (H + ) generated by the electrolysis of water at the anode supplied with water (liquid) are about several molecules. Water molecules move from the anode to the cathode. As a result, the excess water at the cathode is not smoothly discharged from the cathode but stays at the cathode.

カソードフラッディング現象が発生するに伴い、滞留した水がカソード触媒層の細孔を閉塞するようになるので、カソード触媒層への酸素の供給が妨げられる。このような事態になると、減酸素反応に要する電圧が増えて過大となることがあり、それによって、減酸素装置の性能が低下する。   As the cathode flooding phenomenon occurs, the staying water closes the pores of the cathode catalyst layer, so that the supply of oxygen to the cathode catalyst layer is hindered. In such a situation, the voltage required for the oxygen-reducing reaction may increase and become excessive, thereby reducing the performance of the oxygen-reducing device.

アノードに供給される水(液体)には金属イオン等の不純物イオンが含まれていることがある。こうした水の供給下で減酸素装置が運転された場合、不純物イオンは高分子電解質膜に蓄積される。この蓄積が進行すると、電解質膜でのプロトン(H)の伝導性が低下する。その結果、減酸素セルの電気的抵抗が増加するので、減酸素反応に要する電圧が増えて過大となることがあり、それによって、減酸素装置の性能が低下する。 Water (liquid) supplied to the anode may contain impurity ions such as metal ions. When the oxygen reduction device is operated under such water supply, impurity ions are accumulated in the polymer electrolyte membrane. As this accumulation proceeds, the proton (H + ) conductivity in the electrolyte membrane decreases. As a result, since the electrical resistance of the oxygen reduction cell increases, the voltage required for the oxygen reduction reaction may increase and become excessive, thereby reducing the performance of the oxygen reduction device.

減酸素装置の運転中、その高分子電解質膜は、アノードからカソードに移動する水分子によって膨潤された状態になる。これとともに、減酸素装置の運転中、減酸素セルはその反応に伴う発熱によって温度が上昇された状態にある。このため、減酸素装置の運転が停止されるに伴い、減酸素セルの余熱によって電解質膜は乾燥される。一方、保存空間が開かれるたびに、この空間の酸素濃度は大気中の酸素濃度と同じとなる。これに伴い、開かれた保存空間が閉じられるたびに、減酸素装置は、保存空間が目標とする低い酸素濃度となるように運転される。   During operation of the oxygen reduction device, the polymer electrolyte membrane is swollen by water molecules moving from the anode to the cathode. At the same time, during operation of the oxygen reduction device, the oxygen reduction cell is in a state where the temperature is raised by the heat generated by the reaction. For this reason, as the operation of the oxygen reduction device is stopped, the electrolyte membrane is dried by the residual heat of the oxygen reduction cell. On the other hand, every time the storage space is opened, the oxygen concentration in this space becomes the same as the oxygen concentration in the atmosphere. Accordingly, each time the opened storage space is closed, the oxygen reduction device is operated so that the storage space has a target low oxygen concentration.

これにより、減酸素装置の電解質膜は膨潤と乾燥を繰り返し、こうした膨潤と乾燥に伴って電解質膜の寸法が変化する。これを原因として、減酸素セルの電解質膜とアノードとの接合面で剥離を起こし、減酸素装置の耐久性が低下する虞がある。   As a result, the electrolyte membrane of the oxygen reduction device repeats swelling and drying, and the dimensions of the electrolyte membrane change with such swelling and drying. Due to this, there is a possibility that peeling occurs at the joint surface between the electrolyte membrane of the oxygen reduction cell and the anode, and the durability of the oxygen reduction device is lowered.

特開平9−19621号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-19621 特許第3299422号公報Japanese Patent No. 3299422

実施形態は、カソードフラッディング現象及び不純物イオンを原因とする性能低下を抑制することが可能で、かつ、アノードと電解質膜との剥離を原因とする耐久性の低下を抑制することも可能な減酸素装置及び冷蔵庫を提供することにある。   The embodiment is capable of suppressing performance deterioration due to cathode flooding phenomenon and impurity ions, and is also capable of suppressing deterioration in durability due to peeling between the anode and the electrolyte membrane. It is to provide an apparatus and a refrigerator.

前記課題を解決するために、実施形態の減酸素装置は、減酸素セルと、電極接合体と、カソード集電層を具備する。減酸素セルは、供給される水蒸気を酸化する触媒が含有されたアノード、酸素を還元する触媒が含有されたカソード触媒層を有するカソード、及びこれらカソードとアノードで挟まれた電解質膜を備える。電解質膜はプロトン伝導性を有する。電極接合体を電解質膜との間にアノードを挟んで配設する。電極接合体は、アノード集電層及び水が供給される気化層を備える。気化層をアノード集電層の両面のうちの少なくとも一面に配置する。気化層は、供給された水を水蒸気にしてアノードに供給する。カソード集電層を、電解質膜との間にカソードを挟んで配設したことを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, an oxygen reduction device according to an embodiment includes an oxygen reduction cell, an electrode assembly, and a cathode current collecting layer. The oxygen reduction cell includes an anode containing a catalyst that oxidizes supplied water vapor, a cathode having a cathode catalyst layer containing a catalyst that reduces oxygen, and an electrolyte membrane sandwiched between the cathode and the anode. The electrolyte membrane has proton conductivity. The electrode assembly is disposed between the electrolyte membrane and an anode. The electrode assembly includes an anode current collecting layer and a vaporized layer to which water is supplied. The vaporization layer is disposed on at least one of both surfaces of the anode current collecting layer. The vaporization layer supplies the supplied water to the anode as water vapor. The cathode current collecting layer is disposed with the cathode sandwiched between the electrolyte membrane.

一実施の形態に係る冷蔵庫の一部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of refrigerator which concerns on one embodiment. 図1の冷蔵庫に用いられる減酸素装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the oxygen reducing apparatus used for the refrigerator of FIG.

以下、一実施の形態に係る減酸素装置21及びこの減酸素装置21を備えた保管庫例えば冷蔵庫1について、図1及び図2を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an oxygen reduction device 21 according to an embodiment and a storage such as a refrigerator 1 including the oxygen reduction device 21 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

まず、図1を参照して冷蔵庫1を説明する。冷蔵庫1は断熱箱からなる冷蔵庫本体2を備えている。冷蔵庫本体2はその図示しない上部に冷蔵室を有し、冷蔵庫本体2の上下方向中間部に減酸素室3を有している。   First, the refrigerator 1 is demonstrated with reference to FIG. The refrigerator 1 includes a refrigerator body 2 made of a heat insulating box. The refrigerator body 2 has a refrigerating chamber at an upper portion (not shown), and has a hypoxic chamber 3 at the middle in the vertical direction of the refrigerator body 2.

減酸素室3は、その内部に収容される野菜等の保存対象物品を、低温かつ低酸素環境で長期保存するために設けられている。減酸素室3は、冷蔵庫本体2の壁の一部をなして外面が断熱材で覆われた減酸素箱4によって区画されていて、冷蔵室等には連通されていない。減酸素箱4は冷蔵庫本体2の前面に開口されている。この開口は開閉部材5によって開閉される。   The oxygen-reducing chamber 3 is provided for preserving articles to be stored such as vegetables accommodated therein in a low temperature and low oxygen environment for a long period of time. The oxygen-reducing chamber 3 is partitioned by an oxygen-reducing box 4 that forms a part of the wall of the refrigerator body 2 and whose outer surface is covered with a heat insulating material, and is not communicated with a refrigerator room or the like. The oxygen reduction box 4 is opened on the front surface of the refrigerator body 2. This opening is opened and closed by the opening / closing member 5.

減酸素箱4の外面に図示しない冷媒配管が設けられている。この冷媒配管を流通する冷媒によって減酸素箱4が食品の冷蔵に適した温度に冷やされる。それにより、減酸素箱4の内部空間からなる減酸素室3に収容された食品等を冷蔵することが可能である。   A refrigerant pipe (not shown) is provided on the outer surface of the oxygen reduction box 4. The oxygen reduction box 4 is cooled to a temperature suitable for refrigeration of food by the refrigerant flowing through the refrigerant pipe. Thereby, it is possible to refrigerate food stored in the oxygen reduction chamber 3 formed of the internal space of the oxygen reduction box 4.

開閉部材5は、内部に断熱材が充填された構成であって、例えば上面が開放された収容容器6の前壁を兼ねている。収容容器6は減酸素室3に対して前後方向に移動可能である。収容容器6が前側に引出された状態で、その開放された上面を通して野菜等を出し入れすることができる。   The opening / closing member 5 has a configuration in which a heat insulating material is filled therein, and also serves as a front wall of the storage container 6 whose upper surface is opened, for example. The storage container 6 is movable in the front-rear direction with respect to the oxygen reduction chamber 3. Vegetables etc. can be taken in and out through the opened upper surface in a state where the container 6 is pulled out to the front side.

収容容器6を円滑に移動させるために、レール7と、固定ローラ8と、可動ローラ9が用いられている。レール7は、減酸素室3内にこの減酸素室3の幅方向の左右二箇所に配置されていて、前後方向に延びている。収容容器6に下側から接する固定ローラ8は各レール7の前端部に固定されている。可動ローラ9は収容容器6の後端部下面に固定されていて、レール7にガイドされる。   In order to move the container 6 smoothly, a rail 7, a fixed roller 8, and a movable roller 9 are used. The rails 7 are arranged in the oxygen reduction chamber 3 at two positions on the left and right sides in the width direction of the oxygen reduction chamber 3 and extend in the front-rear direction. A fixed roller 8 that contacts the container 6 from below is fixed to the front end of each rail 7. The movable roller 9 is fixed to the lower surface of the rear end of the container 6 and is guided by the rail 7.

したがって、収容容器6は、その下側から固定ローラ8と可動ローラ9で支持された状態で、これらローラの回転を伴って前後方向に円滑に移動できる。   Therefore, the container 6 can smoothly move in the front-rear direction with the rotation of these rollers while being supported by the fixed roller 8 and the movable roller 9 from below.

開閉部材5の周部に環状のシールパッキン10が取付けられている。開閉部材5が減酸素箱4の前面開口を閉じた状態で、シールパッキン10は冷蔵庫本体2の前面に密接されて、減酸素室3を密閉状態に保持する。なお、開閉部材5は、冷蔵庫本体2の前面にヒンジにより回動可能に取付けられた断熱扉とすることも可能である。このため、収容容器6は枢着してもよい。   An annular seal packing 10 is attached to the periphery of the opening / closing member 5. With the opening / closing member 5 closing the front opening of the oxygen reduction box 4, the seal packing 10 is brought into close contact with the front surface of the refrigerator main body 2 to keep the oxygen reduction chamber 3 sealed. The opening / closing member 5 may be a heat insulating door attached to the front surface of the refrigerator main body 2 so as to be rotatable by a hinge. For this reason, the container 6 may be pivotally attached.

例えば上下三段に区分けされた冷凍室13が、冷蔵庫本体2の最下部に減酸素室3から独立して形成されている。冷凍室13の前面開口は断熱性の開閉扉14で開閉される。冷蔵庫本体2の背面側でかつ下端部に機械室15が形成されている。この機械室15に圧縮機16が設置されている。冷蔵庫本体2内に、圧縮機16によって冷媒が供給される冷却器17とファン18が配設されているとともに、これらを前側から覆うカバー19が配設されている。冷却器17とファン18によって生成される冷気は冷凍室13に循環される。   For example, the freezer compartment 13 divided into upper and lower three stages is formed in the lowermost part of the refrigerator main body 2 independently of the oxygen reducing chamber 3. The front opening of the freezer compartment 13 is opened and closed by a heat-insulating door 14. A machine room 15 is formed on the back side of the refrigerator body 2 and at the lower end. A compressor 16 is installed in the machine room 15. In the refrigerator body 2, a cooler 17 and a fan 18 to which a refrigerant is supplied by a compressor 16 are disposed, and a cover 19 that covers these from the front side is disposed. Cold air generated by the cooler 17 and the fan 18 is circulated to the freezer compartment 13.

冷却器17から流出された冷媒は、減酸素箱4の外面に取付けられた図示しない前記冷媒配管を経由して、圧縮機16に吸込まれる。冷蔵庫本体2に、その一側面例えば背面に開放する凹部20が形成されている。凹部20は減酸素室3の後側に設けられている。凹部20と減酸素室3とは、これらを仕切る壁に開けた通孔2aを経由して連通されている。   The refrigerant flowing out of the cooler 17 is sucked into the compressor 16 via the refrigerant pipe (not shown) attached to the outer surface of the oxygen reduction box 4. The refrigerator main body 2 is formed with a recess 20 that is open on one side, for example, the back surface. The recess 20 is provided on the rear side of the oxygen reduction chamber 3. The recess 20 and the oxygen-reducing chamber 3 are communicated with each other via a through hole 2a formed in a wall that partitions them.

次に、図2を参照して減酸素装置21を説明する。減酸素装置21は、減酸素スタック22と、電源24と、減酸素容器25と、電圧検出手段例えば電圧計27と、コントローラ29等を具備している。   Next, the oxygen reduction device 21 will be described with reference to FIG. The oxygen reduction device 21 includes an oxygen reduction stack 22, a power source 24, an oxygen reduction container 25, voltage detection means such as a voltmeter 27, a controller 29, and the like.

減酸素スタック22は、このスタックのエレメントである減酸素セル23、電極接合体36、及びカソード集電層39を備えている。この減酸素スタック22は一個に限らず複数個設けることも可能である。   The oxygen reduction stack 22 includes an oxygen reduction cell 23, an electrode assembly 36, and a cathode current collecting layer 39, which are elements of the stack. The oxygen reduction stack 22 is not limited to one, and a plurality of oxygen reduction stacks 22 may be provided.

減酸素セル23は、減酸素スタック22のエレメントであるアノード30と、カソード31と、電解質膜35を備えている。   The oxygen reduction cell 23 includes an anode 30 that is an element of the oxygen reduction stack 22, a cathode 31, and an electrolyte membrane 35.

電解質膜35には高分子電解質膜を好適に用いることができる。この電解質膜35の一側面にアノード30の一側面が接合されている。電解質膜35の他側面に後述するカソード触媒層32を接触させてカソード31が接合されている。したがって、電解質膜35はアノード30とカソード31とで挟まれている。   A polymer electrolyte membrane can be suitably used for the electrolyte membrane 35. One side surface of the anode 30 is joined to one side surface of the electrolyte membrane 35. The cathode 31 is bonded to the other side surface of the electrolyte membrane 35 by contacting a cathode catalyst layer 32 described later. Therefore, the electrolyte membrane 35 is sandwiched between the anode 30 and the cathode 31.

アノード30の他側面、つまり、電解質膜35に接していない側面に、電極接合体36が接合されている。したがって、電極接合体36は電解質膜35との間にアノード30を挟んで配設されている。   An electrode assembly 36 is joined to the other side of the anode 30, that is, the side that is not in contact with the electrolyte membrane 35. Therefore, the electrode assembly 36 is disposed between the electrolyte membrane 35 and the anode 30.

電極接合体36は、減酸素スタック22のエレメントであるアノード集電層37及び気化層38を備えている。電極接合体36のアノード集電層37は、減酸素スタック22の一方の電極をなしている。このアノード集電層37はアノード30の側面に接合されている。電極接合体36の気化層38は、アノード集電層37を境にアノード30とは反対側でアノード集電層37に接合されている。したがって、気化層38はアノード30との間にアノード集電層37を挟んで配設されている。   The electrode assembly 36 includes an anode current collecting layer 37 and a vaporization layer 38 that are elements of the oxygen reduction stack 22. The anode current collecting layer 37 of the electrode assembly 36 forms one electrode of the oxygen reduction stack 22. The anode current collecting layer 37 is bonded to the side surface of the anode 30. The vaporized layer 38 of the electrode assembly 36 is bonded to the anode current collecting layer 37 on the opposite side of the anode 30 with the anode current collecting layer 37 as a boundary. Therefore, the vaporization layer 38 is disposed with the anode current collecting layer 37 between the anode 30 and the anode 30.

なお、電極接合体36は、その気化層38を、本実施形態とは逆にアノード集電層37のアノード側の側面に接合して形成されていても良い。又、電極接合体36は、その気化層38を、アノード集電層37の両側面に夫々接合して形成されていてもよい。   Note that the electrode assembly 36 may be formed by bonding the vaporized layer 38 to the anode side surface of the anode current collecting layer 37, contrary to the present embodiment. The electrode assembly 36 may be formed by bonding the vaporized layer 38 to both side surfaces of the anode current collecting layer 37.

これらの電極接合体36を用いる場合、アノード集電層37のアノード側の側面に接合された気化層とアノード30との間に、水蒸気透過性を有する電気絶縁層を介在させて、電極接合体36を電解質膜35との間にアノード30を挟んで配設すれば良い。これにより、アノード30に気化層38を接合させて電極接合体36が配設された構成と比較して、減酸素セル23と電極接合体36とが腐食する虞を回避できる。したがって、減酸素装置21の耐久性を確保することが可能である。こうした絶縁措置を要しない本実施形態の減酸素装置21は、その部品点数が少ないにも拘らず、前記腐食の問題がなく耐久性に優れる点で好ましい。   In the case of using these electrode assemblies 36, an electrode insulating body is provided by interposing an electrically insulating layer having water vapor permeability between the vaporization layer bonded to the anode side surface of the anode current collecting layer 37 and the anode 30. 36 may be disposed with the anode 30 sandwiched between the electrolyte membrane 35. Thereby, as compared with the configuration in which the vaporized layer 38 is bonded to the anode 30 and the electrode assembly 36 is disposed, it is possible to avoid the possibility that the oxygen reduction cell 23 and the electrode assembly 36 are corroded. Therefore, it is possible to ensure the durability of the oxygen reduction device 21. The oxygen reduction device 21 of this embodiment that does not require such insulation measures is preferable in that it has no corrosion problem and is excellent in durability despite its small number of parts.

前記カソード31の外側面、つまり、後述する多孔質層33に接していない後述のガス拡散層34の側面に、減酸素スタック22のエレメントであるカソード集電層39が接合されている。カソード集電層39は減酸素スタック22の他方の電極をなしている。このカソード集電層39とアノード集電層37は電源24に電気的に接続されている。   A cathode current collecting layer 39 as an element of the oxygen reduction stack 22 is joined to the outer surface of the cathode 31, that is, the side surface of a gas diffusion layer 34 described later that is not in contact with the porous layer 33 described later. The cathode current collecting layer 39 forms the other electrode of the oxygen reduction stack 22. The cathode current collecting layer 39 and the anode current collecting layer 37 are electrically connected to the power source 24.

減酸素容器25は前記構成の減酸素スタック22を内蔵している。この減酸素容器25は、電気絶縁材製の第1容器部材41と第2容器部材45とを連結して形成されている。これら第1容器部材41と第2容器部材45によって、減酸素セル23の電解質膜35が挟持されている。これとともに、これら第1容器部材41と第2容器部材45は、減酸素スタック22をその厚み方向に沿って締め付けている。それにより、各接合面での密接性が確保されている。   The oxygen reduction container 25 contains the oxygen reduction stack 22 configured as described above. The oxygen reduction container 25 is formed by connecting a first container member 41 and a second container member 45 made of an electrical insulating material. The electrolyte container 35 of the oxygen reduction cell 23 is sandwiched between the first container member 41 and the second container member 45. At the same time, the first container member 41 and the second container member 45 fasten the oxygen reduction stack 22 along its thickness direction. Thereby, the closeness at each joint surface is ensured.

第1容器部材41とアノード30を覆った電極接合体36との間にアノード室42が形成されている。第2容器部材45とカソード31を覆ったカソード集電層39との間にカソード室46が形成されている。   An anode chamber 42 is formed between the first container member 41 and the electrode assembly 36 covering the anode 30. A cathode chamber 46 is formed between the second container member 45 and the cathode current collecting layer 39 covering the cathode 31.

第1容器部材41は、アノード室42と連通する水取入れ口43及び酸素出口44を有している。水取入れ口43は第1容器部材41の下端部に設けられている。この水取入れ口43に接続された図示しない給水タンク等の給水手段からアノード室42に電解用水例えば水(液体)が導入される。アノード室42に供給される水(液体)は酸性水溶液等であってもよい。   The first container member 41 has a water intake port 43 and an oxygen outlet 44 that communicate with the anode chamber 42. The water intake 43 is provided at the lower end of the first container member 41. Water for electrolysis, such as water (liquid), is introduced into the anode chamber 42 from water supply means such as a water supply tank (not shown) connected to the water intake port 43. The water (liquid) supplied to the anode chamber 42 may be an acidic aqueous solution or the like.

酸素出口44は第1容器部材41の上部に設けられていて、アノード30での水の酸化反応(電気分解反応)により発生する酸素をアノード室42から外部に導出する。 The oxygen outlet 44 is provided in the upper part of the first container member 41 and guides oxygen generated by water oxidation reaction (electrolysis reaction) at the anode 30 from the anode chamber 42 to the outside.

第2容器部材45は、カソード室46と連通する空気取入れ口47及び排水口48を有している。空気取入れ口47は、第2容器部材45のカソード31と対向した側壁部に複数設けられていて、減酸素反応に利用される空気(酸素)をカソード室46に導入する。排水口48は第2容器部材45の下端部に設けられていて、減酸素反応で生成された水をカソード室46から外部に導出する。   The second container member 45 has an air intake 47 and a drain 48 that communicate with the cathode chamber 46. A plurality of air intake ports 47 are provided in the side wall portion of the second container member 45 facing the cathode 31, and introduces air (oxygen) used for the oxygen reduction reaction into the cathode chamber 46. The drain port 48 is provided in the lower end part of the 2nd container member 45, and guides the water produced | generated by the oxygen reduction reaction from the cathode chamber 46 outside.

次に、減酸素セル23を有した減酸素スタックなす各エレメントを更に詳細に説明する。   Next, each element of the oxygen reduction stack having the oxygen reduction cell 23 will be described in more detail.

まず、アノード30について説明する。アノード30には、水蒸気を酸化する能力を有した触媒(アノード触媒)が含有されている。アノード触媒は基材に担持されていることが好ましい。   First, the anode 30 will be described. The anode 30 contains a catalyst (anode catalyst) having an ability to oxidize water vapor. The anode catalyst is preferably supported on a substrate.

アノード触媒として、例えば導電性金属酸化物とマトリックス酸化物との複合酸化物を用いることができる。導電性金属酸化物として、例えば酸化ルテニウム(RuO)、酸化イリジウム(IrO)等を挙げることができる。マトリックス酸化物との複合酸化物として、例えば酸化チタン(TiO)、酸化錫(SnO)、酸化タンタル(TaO)等を挙げることができる。 As the anode catalyst, for example, a composite oxide of a conductive metal oxide and a matrix oxide can be used. Examples of the conductive metal oxide include ruthenium oxide (RuO 2 ) and iridium oxide (IrO 2 ). Examples of the composite oxide with the matrix oxide include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O).

アノード触媒は、その活性、耐久性、コスト等を勘案して選択すればよい。この触媒をなす複合酸化物として、前記の他、例えば、RuO-TaO、RuO-IrO、RuO-IrO-TiO、RuO-SnO、RuO-TaO、IrO-TaO等を挙げることができる。 The anode catalyst may be selected in consideration of its activity, durability, cost and the like. As the composite oxide that forms this catalyst, in addition to the above, for example, RuO 2 —Ta 2 O, RuO 2 —IrO 2 , RuO 2 —IrO 2 —TiO 2 , RuO 2 —SnO 2 , RuO 2 —Ta 2 O, IrO 2 -Ta 2 O, and the like can be given.

アノード触媒を担持する基材は、メッシュ構造であり、導電性、電気化学的な安定性、アノード触媒との密着性等を考慮して選択される。例えば、電解工業の分野で利用実績があるチタン等のエキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチングメタル等を、基材として用いることが可能である。このようなチタンからなる基材の表面を前記複合酸化物で被覆した電極は、寸法安定性(DSA;Dimensionally Stable Anode)電極と呼ばれている。   The base material supporting the anode catalyst has a mesh structure, and is selected in consideration of conductivity, electrochemical stability, adhesion to the anode catalyst, and the like. For example, an expanded metal such as titanium, a punching metal, an etching metal or the like that has been used in the field of the electrolytic industry can be used as the base material. The electrode in which the surface of the base material made of titanium is coated with the composite oxide is called a dimensionally stable (DSA) electrode.

アノード30は、例えば、塗布法、浸漬法、スプレー法等の手法で製造できる。例えば、浸漬法によるアノード30の製造方法を以下に説明する。基材として、厚さ100μm、開口率30%のチタン製エキスパンドメタルを用意する。   The anode 30 can be manufactured by a technique such as a coating method, a dipping method, or a spray method. For example, a method for manufacturing the anode 30 by the dipping method will be described below. As a base material, a titanium expanded metal having a thickness of 100 μm and an aperture ratio of 30% is prepared.

まず、この基材を、80℃に保持した10%のシュウ酸水溶液に、1時間浸漬した後に洗浄する。これにより、基材の表面を粗面化し、活性化させる。次に、この基材に対して、更に浸漬工程、乾燥工程、及び焼成工程を、この記載順に複数回繰り返す。浸漬工程では、基材を、モル比でTa;I=0.3:0.7の酸化タンタルと塩化イリジウムを溶解したブタノール溶液に浸漬する。乾燥工程では、浸漬された基材を、60℃の空気中で10分間乾燥する。焼成工程では、乾燥された基材を45℃の空気中で10分間焼成する。このような各工程を経てアノード30が製造される。この場合、メッシュ構造の基材の表面に被覆された触媒担持量が、例えば酸化イリジウム(IrO)−酸化タンタル(TaO)の複合酸化物が0.01mg/cmとなるように製造される。なお、この調整において触媒担持量は、製造されるアノードの質量変化から求めることができる。 First, this substrate is washed after being immersed in a 10% oxalic acid aqueous solution maintained at 80 ° C. for 1 hour. Thereby, the surface of a base material is roughened and activated. Next, an immersion process, a drying process, and a baking process are further repeated a plurality of times in the order of description on the base material. In the dipping process, the substrate is dipped in a butanol solution in which tantalum oxide of Ta; I = 0.3: 0.7 and iridium chloride are dissolved. In the drying step, the immersed substrate is dried in air at 60 ° C. for 10 minutes. In the firing step, the dried substrate is fired in air at 45 ° C. for 10 minutes. The anode 30 is manufactured through these steps. In this case, the catalyst carrying amount coated on the surface of the base material having a mesh structure is manufactured such that, for example, a composite oxide of iridium oxide (IrO 2 ) -tantalum oxide (Ta 2 O) is 0.01 mg / cm 2. Is done. In this adjustment, the amount of catalyst supported can be determined from the change in mass of the manufactured anode.

カソード31について説明する。カソード31は、カソード触媒層32と、導電性の多孔質層(MPL:Micro Porous Layer)33と、ガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)34とにより構成されることが好ましい。   The cathode 31 will be described. The cathode 31 is preferably composed of a cathode catalyst layer 32, a conductive porous layer (MPL) 33, and a gas diffusion layer (GDL) 34.

カソード触媒層32は、シート状に形成されていて、多孔質層33の一面に接合されている。ガス拡散層34は通気性ないしは通液性を有する導電性の材料からシート状に形成されている。ガス拡散層34は、導電性の多孔質層33の他面に接合されて、この多孔質層33をカソード触媒層32との間に挟んでいる。   The cathode catalyst layer 32 is formed in a sheet shape and is bonded to one surface of the porous layer 33. The gas diffusion layer 34 is formed in a sheet shape from a conductive material having air permeability or liquid permeability. The gas diffusion layer 34 is bonded to the other surface of the conductive porous layer 33, and the porous layer 33 is sandwiched between the cathode catalyst layer 32.

カソード触媒層32には、酸素を還元する能力を有した触媒(カソード触媒)が含有されている。カソード触媒層32は、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーとで形成された多孔質層であることが好ましい。カソード触媒は、貴金属粒子と貴金属合金粒子の少なくとも一方が導電性担体に担持された形態が好ましい。   The cathode catalyst layer 32 contains a catalyst (cathode catalyst) having an ability to reduce oxygen. The cathode catalyst layer 32 is preferably a porous layer formed of a cathode catalyst and a proton conductive binder. The cathode catalyst preferably has a form in which at least one of noble metal particles and noble metal alloy particles is supported on a conductive carrier.

前記貴金属粒子としては、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRh、パラジウムPd、イリジウムIrよりなる群から選択される少なくとも一緒の貴金属からなるものが好ましい。しかし、これには制限されない。   The noble metal particles are preferably composed of at least a noble metal selected from the group consisting of platinum Pt, ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, and iridium Ir. However, this is not restrictive.

カソード触媒として貴金属合金粒子を用いると、カソード触媒の耐溶解性と活性等を向上させることが可能である。こうした貴金属合金粒子として、以下の記載に特に制限されないが、二種以上の貴金属元素のみからなる合金、貴金属元素とその他の金属元素とを含む合金等が挙げられる。   When noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst, it is possible to improve the dissolution resistance and activity of the cathode catalyst. Examples of such noble metal alloy particles include, but are not particularly limited to, the following description, alloys including only two or more kinds of noble metal elements, alloys including noble metal elements and other metal elements, and the like.

貴金属合金粒子は、高い触媒活性効果を得ることができる。このため、白金Ptを基体とした貴金属合金粒子を用いるとよく、具体的には、一種以上の貴金属元素と白金Ptとの合金が好ましい。前記一種以上の貴金属元素は、ルテニウムRu、ロジウムRh、パラジウムPd、イリジウムIr等の白金Pt以外の貴金属、例えばチタンTi,バナジウムV、クロムCr、マンガンMn、鉄Fe,コバルトCo、ニッケルNiからなる群から選らばれる。   The noble metal alloy particles can obtain a high catalytic activity effect. For this reason, noble metal alloy particles based on platinum Pt may be used. Specifically, an alloy of one or more noble metal elements and platinum Pt is preferable. The one or more noble metal elements include noble metals other than platinum Pt such as ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, iridium Ir, and the like, for example, titanium Ti, vanadium V, chromium Cr, manganese Mn, iron Fe, cobalt Co, and nickel Ni. Selected from the group.

前記貴金属合金粒子の合金組成は、合金化する金属元素の種類にもよるが、白金(Pt)を30原子%〜95原子%、合金化する金属元素を5原子%〜70原子%とすることが好ましい。なお、ここで、「合金」とは、複数の金属元素、或いは金属元素と非金属元素から形成された金属的性質を有しているものの総称である。合金には、完全に溶け込んでいる固溶体、成分の金属元素が結晶レベルでは夫々独立している共晶、原子のレベルにおいて一定割合で結合した金属間化合物等があるが、本実施形態においてはいずれの状態の合金であってもよい。   Although the alloy composition of the noble metal alloy particles depends on the type of metal element to be alloyed, platinum (Pt) is 30 atomic% to 95 atomic%, and the metal element to be alloyed is 5 atomic% to 70 atomic%. Is preferred. Here, “alloy” is a general term for a plurality of metal elements, or those having metallic properties formed from metal elements and non-metal elements. Alloys include solid solutions that are completely dissolved, eutectics in which the component metal elements are independent at the crystal level, and intermetallic compounds that are bonded at a certain ratio at the atomic level. An alloy in the state of

カソード触媒層32の導電性担体は、貴金属粒子及び/又は貴金属合金粒子(つまり、これら粒子のうちの少なくとも一方)を担持する。この導電性担体は、電子伝導性、ガス拡散性、カソード触媒との密着性等を考慮して選択される。例えば、カーボンブラック、活性炭、黒鉛などを用いることができるとともに、ナノカーボン材料を用いることも可能である。カーボンブラックとして、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、バルカン(登録商標;キャボット社)、ケッチェンブラック等を挙げることができる。ナノカーボン材料は、例えば、ファイバー状、チューブ状、コイル状、シート状のいずれであってもよい。   The conductive support of the cathode catalyst layer 32 carries noble metal particles and / or noble metal alloy particles (that is, at least one of these particles). This conductive carrier is selected in consideration of electron conductivity, gas diffusibility, adhesion to the cathode catalyst, and the like. For example, carbon black, activated carbon, graphite and the like can be used, and a nanocarbon material can also be used. Examples of carbon black include furnace black, channel black, acetylene black, Vulcan (registered trademark; Cabot Corporation), and ketjen black. The nanocarbon material may be any of a fiber shape, a tube shape, a coil shape, and a sheet shape, for example.

前記導電性担体の比表面積は、カソード触媒を高分散担持するのに十分であればよく、具体的には、50m/g〜1400m/gである。比表面積が50m/g未満であると、導電性担体へのカソード触媒の分散性が低下して、十分な触媒作用を得られない虞がある。この逆に、比表面積が1400m/gを超えると、カソード触媒の有効利用率が低下して、十分な触媒性能を得られない虞がある。したがって、導電性担体の比表面積は前記範囲であればよく、好ましい比表面積は80m/g〜1200m/gであり、更に好ましい比表面積は100m/g〜1000m/gである。 The specific surface area of the conductive support, the cathode catalyst may be a sufficient to highly dispersed carrier, specifically a 50m 2 / g~1400m 2 / g. If the specific surface area is less than 50 m 2 / g, the dispersibility of the cathode catalyst in the conductive support may be reduced, and sufficient catalytic action may not be obtained. On the other hand, if the specific surface area exceeds 1400 m 2 / g, the effective utilization rate of the cathode catalyst may decrease, and sufficient catalyst performance may not be obtained. Therefore, the specific surface area of the conductive support may be in the range, preferred specific surface area of 80m 2 / g~1200m 2 / g, still more preferably a specific surface area of 100m 2 / g~1000m 2 / g.

導電性担体にカソード触媒を担持させたカソード触媒層32において、カソード触媒として貴金属粒子又は貴金属合金粒子を用いる場合、貴金属粒子又は貴金属合金粒子は、導電性担体をなす同じ導電性材料に担持させても、或いは導電性担体をなす異なる導電性材料に担持させても差し支えない。同様に、導電性担体にカソード触媒を担持させたカソード触媒層32において、カソード触媒として貴金属粒子及び貴金属合金粒子の両方を用いる場合、貴金属粒子及び貴金属合金粒子は、導電性担体をなす同じ導電性材料に担持させても、或いは導電性担体をなす異なる導電性材料に担持させても差し支えない。   When the noble metal particles or the noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst in the cathode catalyst layer 32 in which the cathode catalyst is supported on the conductive support, the noble metal particles or the noble metal alloy particles are supported on the same conductive material that forms the conductive support. Alternatively, it may be supported on a different conductive material forming a conductive carrier. Similarly, when both the noble metal particles and the noble metal alloy particles are used as the cathode catalyst in the cathode catalyst layer 32 in which the cathode catalyst is supported on the conductive carrier, the noble metal particles and the noble metal alloy particles have the same conductivity as the conductive carrier. It may be carried on a material or may be carried on a different conductive material forming a conductive carrier.

導電性担体にカソード触媒として貴金属粒子又は貴金属合金粒子のうちの少なくとも一方を担持させて形成されるカソード触媒層32において、カソード触媒の担持量は、カソード触媒層32の総質量に対して、10wt%〜90wt%であることが好ましい。   In the cathode catalyst layer 32 formed by supporting at least one of noble metal particles or noble metal alloy particles as a cathode catalyst on a conductive support, the loading amount of the cathode catalyst is 10 wt% with respect to the total mass of the cathode catalyst layer 32. % To 90 wt% is preferable.

カソード触媒の担持量が10wt%未満であると、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の触媒性能が低下する。これにより、所望の触媒性能を得るためにカソード触媒を多量に必要とするので、好ましくない。しかも、カソード触媒層32における反応特性の拡散性が低下する点でも好ましくない。   When the loading amount of the cathode catalyst is less than 10 wt%, the catalyst activity per unit mass is lowered and the desired catalyst performance is lowered. This is not preferable because a large amount of the cathode catalyst is required to obtain the desired catalyst performance. Moreover, it is not preferable in that the diffusibility of the reaction characteristics in the cathode catalyst layer 32 is lowered.

この逆に、カソード触媒の担持量が90wt%を超えると、導電性担体上でのカソード触媒の分散度が低下する。これにより、カソード触媒の担持量が増える割には触媒性能が十分に向上せず、カソード触媒層32のコスト高になるので好ましくない。   On the contrary, when the loading amount of the cathode catalyst exceeds 90 wt%, the degree of dispersion of the cathode catalyst on the conductive support is lowered. As a result, the catalyst performance is not sufficiently improved while the amount of the cathode catalyst supported is increased, and the cost of the cathode catalyst layer 32 is increased, which is not preferable.

したがって、カソード触媒の担持量は前記範囲であればよく、好ましい担持量は20wt%〜80wt%であり、更に好ましい担持量は30wt%〜70wt%である。   Accordingly, the supported amount of the cathode catalyst may be in the above range, the preferable supported amount is 20 wt% to 80 wt%, and the more preferable supported amount is 30 wt% to 70 wt%.

カソード触媒の触媒粒子がナノ微粒子であると、最も高い活性が得られる。触媒粒子の平均粒径は10nm以下であることが望ましい。触媒粒子の平均粒径が10nmを超えると、触媒の活性効率が著しく低下する虞がある。更に好ましい触媒粒子の平均粒径の範囲は、0.5nm〜10nmである。触媒粒子の平均粒径を0.5nm未満にすると、触媒合成プロセスの制御が困難で、触媒製造コストが高くなる。なお、触媒粒子には、平均粒径が10nm以下の微粒子を単独で使用しても良いが、この微粒子からなる一次粒子の凝集体(二次粒子)を使用しても良い。   When the catalyst particles of the cathode catalyst are nanoparticles, the highest activity can be obtained. The average particle size of the catalyst particles is desirably 10 nm or less. If the average particle size of the catalyst particles exceeds 10 nm, the activity efficiency of the catalyst may be significantly reduced. A more preferable range of the average particle diameter of the catalyst particles is 0.5 nm to 10 nm. When the average particle diameter of the catalyst particles is less than 0.5 nm, it is difficult to control the catalyst synthesis process, and the catalyst production cost increases. As the catalyst particles, fine particles having an average particle diameter of 10 nm or less may be used alone, but aggregates (secondary particles) of primary particles made of the fine particles may be used.

カソード触媒は、含浸法、沈殿法、コロイド法などの溶液法、又はスパッタリング法などの乾式法を利用して製造することが可能である。カソード触媒を製造する手法の具体例は以下の通りである。   The cathode catalyst can be produced using a solution method such as an impregnation method, a precipitation method, a colloid method, or a dry method such as a sputtering method. Specific examples of the method for producing the cathode catalyst are as follows.

まず、塩化白金酸を溶解した水溶液にアセチレンブラックを分散させ、そこに炭酸水素ナトリウムを滴下して、溶液のpHを7〜8にする。これにより、アセチレンブラックにPtの酸化物を担持した。次に、溶液から固体分をろ過により分離し、硫酸水溶液で洗浄した後、60℃(大気中)で乾燥した。この後、得られた固体を粉砕し、水素ガスで還元処理をしてアセチレンブラック上にPtを担持した。Ptの担持量は10wt%であった。   First, acetylene black is dispersed in an aqueous solution in which chloroplatinic acid is dissolved, and sodium bicarbonate is added dropwise thereto to adjust the pH of the solution to 7-8. As a result, Pt oxide was supported on acetylene black. Next, the solid content was separated from the solution by filtration, washed with an aqueous sulfuric acid solution, and then dried at 60 ° C. (in the atmosphere). Thereafter, the obtained solid was pulverized and reduced with hydrogen gas to carry Pt on acetylene black. The amount of Pt supported was 10 wt%.

なお、カソード触媒の結晶構造は、X線回折分析(XRD:X-ray Diffraction)における回折ピークを帰属することで確認できる。例えば、X線回折分析(XRD)装置にRigaku製、RINT1200を使用できる。   The crystal structure of the cathode catalyst can be confirmed by assigning a diffraction peak in X-ray diffraction analysis (XRD). For example, RINT1200 manufactured by Rigaku can be used for an X-ray diffraction analysis (XRD) apparatus.

試料は、合成された触媒や減酸素セルのカソードに使用されている触媒層の一部を削り出した粉末試料でも評価が可能である。なお、試料から触媒を取り出す際には、製品の表面の最大面積を有する面の実質的に中央部の断面部位を、試料として用いる。分析試料はメノウ乳鉢で粉砕し、45μmのフルイを通過した粉末を用いた。   The sample can be evaluated by a powder sample obtained by cutting out a part of the catalyst layer used for the synthesized catalyst or the cathode of the oxygen reduction cell. When taking out the catalyst from the sample, the cross-sectional portion of the substantially central portion of the surface having the maximum surface area of the product is used as the sample. The analysis sample was pulverized in an agate mortar and used a powder that passed through a 45 μm sieve.

測定は、ガラス製の試料板(試料部の大きさ;縦20mm×横20mm×深さ0.2mm)にガラス板を用いて分析試料が試料板表面と平滑になるように充填した。   In the measurement, a glass sample plate (size of sample portion: length 20 mm × width 20 mm × depth 0.2 mm) was filled with a glass plate so that the analysis sample was smooth with the surface of the sample plate.

測定条件は以下の通りである。その他の測定手法に関する詳細は理学電気(株)発行「X線回折の手引(改訂第三版)」を参考にして行っている。
管球:Cu
管電圧:40kV
管電流:40mA
発散スリット:1deg
散乱スリット:1deg
受光スリット:0.30mm
サンプリング角度:0.020deg
スキャンスピード:2 deg/min
カソード触媒の平均粒径は、X線回折分析(XRD)における触媒の最強回折ピークの半値幅から求められる結晶子径より算出できる。算出に用いたのはScherrerの式である。
The measurement conditions are as follows. For details on other measurement methods, refer to “Guidelines for X-ray diffraction (revised third edition)” issued by Rigaku Denki Co., Ltd.
Tube: Cu
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 40 mA
Divergence slit: 1 deg
Scattering slit: 1 deg
Receiving slit: 0.30mm
Sampling angle: 0.020 deg
Scan speed: 2 deg / min
The average particle diameter of the cathode catalyst can be calculated from the crystallite diameter obtained from the half width of the strongest diffraction peak of the catalyst in X-ray diffraction analysis (XRD). The Scherrer equation was used for the calculation.

なお、カソード触媒層32に含まれる貴金属触媒の組成分析は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP:Inductively Coupled Plasma)により評価できる。   The composition analysis of the noble metal catalyst contained in the cathode catalyst layer 32 can be evaluated by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

分析試料は、電極触媒や減酸素セルのカソードに使用されている触媒層の一部を削り出した粉末試料でも評価が可能である。分析試料の前処理(溶液化)方法には、いくつかの手法があり、それらを触媒に使用している元素に応じて適宜、組み合わせて使用できる。例えば、酸溶解法であれば、多くの元素と錯体を形成し溶解を助ける濃塩酸、強い酸化力を有する硝酸、高温加熱分解が可能な熱濃硫酸などを用いることができる。また、単一の酸での溶解が困難な場合、これらの酸を組み合わせた混酸を用いてもよい。酸分解が困難な場合、高温溶融により溶解力が強力なアルカリ融解法で前処理をすることができる。この溶解法において、分解剤には炭酸ナトリウム(NaCO)、過酸化ナトリウム(Na)、水酸化ナトリウムと硝酸ナトリウムの混合物(NaOH+NaNO)がなどを用いることができる。 The analysis sample can also be evaluated by a powder sample obtained by cutting out a part of the catalyst layer used for the electrode catalyst or the cathode of the oxygen reduction cell. There are several methods for the pretreatment (solution) of the analysis sample, and these can be used in appropriate combination according to the element used for the catalyst. For example, in the case of an acid dissolution method, concentrated hydrochloric acid that forms a complex with many elements to assist dissolution, nitric acid having strong oxidizing power, hot concentrated sulfuric acid capable of high-temperature heat decomposition, and the like can be used. Further, when it is difficult to dissolve with a single acid, a mixed acid obtained by combining these acids may be used. When acid decomposition is difficult, pretreatment can be performed by an alkali melting method having a strong dissolving power by high-temperature melting. In this dissolution method, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), a mixture of sodium hydroxide and sodium nitrate (NaOH + NaNO 3 ), or the like can be used as the decomposition agent.

カソード31におけるカソード触媒層32は、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーとで形成された多孔質層である。プロトン伝導性バインダーは、カソード触媒を固定化するために用いられ、パーフルオロスルホン酸ポリマー(例えば、デュポン社製、商品名:ナフィオン)が選択される。   The cathode catalyst layer 32 in the cathode 31 is a porous layer formed of a cathode catalyst and a proton conductive binder. The proton conductive binder is used to immobilize the cathode catalyst, and a perfluorosulfonic acid polymer (for example, product name: Nafion manufactured by DuPont) is selected.

カソード触媒層32は、プロトン伝導性、導電性を高く維持しつつ、物質拡散が容易な多孔性を保持した触媒層構造であることが望ましい。このため、触媒担持物とプロトン伝導性バインダーの配合比は、触媒層全質量(C)に対してプロトン伝導性バインダー(P)の質量比(P/C)が0.05〜0.5の範囲であることが望ましい。質量比P/Cが0.5よりも大きいと、触媒担持カーボンの連続性が低下して導電度が低くなる虞がある。   It is desirable that the cathode catalyst layer 32 has a catalyst layer structure that maintains a high proton conductivity and conductivity while maintaining a porous property that facilitates material diffusion. For this reason, the mixing ratio of the catalyst support and the proton conductive binder is such that the mass ratio (P / C) of the proton conductive binder (P) is 0.05 to 0.5 with respect to the total mass (C) of the catalyst layer. A range is desirable. If the mass ratio P / C is greater than 0.5, the continuity of the catalyst-supporting carbon may be reduced and the conductivity may be lowered.

カソード触媒層32は、ガス拡散層(GDL)34に接合された導電性の多孔質層(MPL)33の直上に形成されたものである。MPL付きGDLは、市販されているものを適宜、選択して用いることができる。   The cathode catalyst layer 32 is formed immediately above the conductive porous layer (MPL) 33 joined to the gas diffusion layer (GDL) 34. As the GDL with MPL, a commercially available product can be appropriately selected and used.

ガス拡散層34は、撥水剤により適度に撥水性が付与されたカーボンペーパーやカーボンクロス、カーボンフェルト等の通気性あるいは通液性を有する材料から形成されたシートであり、導電性を有する。導電性の多孔質層(MPL)33は撥水剤とカーボン粒子からなる多孔質層である。   The gas diffusion layer 34 is a sheet made of a material having air permeability or liquid permeability, such as carbon paper, carbon cloth, carbon felt, etc., which has been appropriately given water repellency by a water repellent, and has conductivity. The conductive porous layer (MPL) 33 is a porous layer made of a water repellent and carbon particles.

ガス拡散層34及び導電性の多孔質層33に用いられる撥水剤はフッ素樹脂が選択される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)などを利用できる。   As the water repellent used for the gas diffusion layer 34 and the conductive porous layer 33, a fluororesin is selected. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene tetrafluoride-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), and the like can be used.

導電性の多孔質層33に用いられるカーボン粒子は前述の導電性担体と同様のものを利用することができる。   As the carbon particles used for the conductive porous layer 33, the same carbon particles as those described above can be used.

カソード触媒層32は例えば以下の手法で作製することができる。まず、カソード触媒とプロトン伝導性バインダーを水やアルコールなどの有機溶媒に混合、分散して触媒スラリーとする。次に、このスラリーをガス拡散層34に塗布し、乾燥する。これにより、カソード触媒層32を形成する。分散方法は、特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミル、ホモジナイザーなどが挙げられる。   The cathode catalyst layer 32 can be produced, for example, by the following method. First, a cathode catalyst and a proton conductive binder are mixed and dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to form a catalyst slurry. Next, this slurry is applied to the gas diffusion layer 34 and dried. Thereby, the cathode catalyst layer 32 is formed. The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include a dissolver, a ball mill, and a homogenizer.

カソード31の具体的な製造方法として、たとえば、前述で得られたPt/C1gに対し、水5g、1−プロパノール8g、2−プロパノール8g、エチレングリコール2gを秤量・混合し、ジルコニアボールを用いたボールミルで1時間、混合した。得られた触媒スラリーをMPL付きGDLのMPL面に塗布し、大気中において60℃で乾燥したのち、1%過酸化水素水で1時間洗浄をして、カソード31を作製した。触媒スラリーの組成及びMPL付きGDLの重量変化から求めたPtの触媒量は1mg/cmであった。 As a specific manufacturing method of the cathode 31, for example, 5 g of water, 8 g of 1-propanol, 8 g of 2-propanol, and 2 g of ethylene glycol were weighed and mixed with 1 g of Pt / C obtained above, and zirconia balls were used. Mix for 1 hour on a ball mill. The obtained catalyst slurry was applied to the MPL surface of the GDL with MPL, dried at 60 ° C. in the air, and then washed with 1% hydrogen peroxide for 1 hour to prepare the cathode 31. The catalyst amount of Pt determined from the composition of the catalyst slurry and the weight change of GDL with MPL was 1 mg / cm 2 .

高分子の電解質膜35について説明する、この電解質膜35は、プロトン伝導性の高さからパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーからなる薄膜が好ましい。電解質膜35として、例えば、ナフィオン(登録商標:デュポン社製)、フレミオン(登録商標:旭化成株式会社製)、アシプレックス(登録商標:旭硝子株式会社製)などのスルホン酸基を持つフッ素樹脂などを挙げることができる。しかし、これらに限定されるものではなく、電解質膜35は、スルホン酸基を有する有機高分子材料からなる薄膜であればよい。なお、高分子の電解質膜35の膜厚は、膜抵抗を考慮すれば、10μm〜150μmとすることが好ましい。より好ましい膜厚は30μm〜100μmである。   The polymer electrolyte membrane 35 will be described. The electrolyte membrane 35 is preferably a thin film made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer because of its high proton conductivity. Examples of the electrolyte membrane 35 include fluororesins having a sulfonic acid group such as Nafion (registered trademark: manufactured by DuPont), Flemion (registered trademark: manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Aciplex (registered trademark: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like. Can be mentioned. However, it is not limited to these, The electrolyte membrane 35 should just be a thin film which consists of an organic polymer material which has a sulfonic acid group. The film thickness of the polymer electrolyte membrane 35 is preferably 10 μm to 150 μm in consideration of the membrane resistance. A more preferable film thickness is 30 μm to 100 μm.

電極接合体36の気化層38について説明する。気化層38は、多孔材料で形成されていて、アノード室42から供給された水(液体)を水蒸気にして、この水蒸気をアノード30に供給するために設けられている。したがって、気化層38は気液分離層である。この気化層38は、熱伝導性に優れた材料、言い換えれば、熱応答性が高い材料、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素製多孔質体で形成されている。   The vaporization layer 38 of the electrode assembly 36 will be described. The vaporization layer 38 is formed of a porous material, and is provided to convert water (liquid) supplied from the anode chamber 42 into water vapor and supply the water vapor to the anode 30. Therefore, the vaporization layer 38 is a gas-liquid separation layer. The vaporized layer 38 is formed of a material having excellent thermal conductivity, in other words, a material having high thermal responsiveness, for example, a carbon porous body such as carbon paper, carbon cloth, or carbon felt.

気化層38に撥水機能を付与する撥水剤が含有されている。この気化層38の撥水機能で、アノード室42に供給された水(液体)がアノード30に直接接することを妨げている。撥水剤には、フッ素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四ふっ化エチレンー六ふっ化エチレン共重合樹脂(FEP)、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルービニルエーテル共重合樹脂(PFA)等を、好適に用いることができる。   The vaporization layer 38 contains a water repellent that imparts a water repellent function. The water repellent function of the vaporized layer 38 prevents water (liquid) supplied to the anode chamber 42 from coming into direct contact with the anode 30. Examples of the water repellent include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer resin (FEP), and tetrafluoroethylene perfluoroalkyl-vinyl ether copolymer resin (PFA). Can be preferably used.

炭素製多孔質体への撥水剤(フッ素樹脂)の処理は必ずしも均一になされる保証がない。このため、フッ素樹脂の含有量が5wt(質量)%未満になると、気化層38での撥水機能が不十分となり、アノード室42内の水(液体)が気化層38を通ってアノード30に達する虞がある。又、フッ素樹脂の含有量が50wt(質量)%を超えると、撥水剤(フッ素樹脂)が炭素性多孔質体の細孔に充填されて、細孔容積を低下させる。これにより、気化層38からアノード30への水蒸気の供給量が低下して、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなるので、減酸素の速度が遅くなる虞がある。   There is no guarantee that the treatment of the water repellent (fluororesin) on the carbon porous body will be performed uniformly. For this reason, when the content of the fluororesin is less than 5 wt (mass)%, the water repellent function in the vaporization layer 38 becomes insufficient, and the water (liquid) in the anode chamber 42 passes through the vaporization layer 38 to the anode 30. There is a risk of reaching. When the content of the fluororesin exceeds 50 wt (mass)%, the water repellent (fluororesin) is filled in the pores of the carbonaceous porous body, and the pore volume is reduced. As a result, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 38 to the anode 30 decreases, making it difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation, and thus the rate of oxygen reduction may be reduced.

したがって、炭素製多孔質体の撥水剤(フッ素樹脂)の含有量は、5wt%〜50wt%であると良く、更に、8wt%〜40wtであることが好ましく、10wt%〜35wt%であることがより好ましい。   Therefore, the content of the water repellent (fluorine resin) in the carbon porous body is preferably 5 wt% to 50 wt%, more preferably 8 wt% to 40 wt%, and 10 wt% to 35 wt%. Is more preferable.

気化層38は、減酸素セル23の運転に必要な水(水蒸気)を過不足なくアノード30に供給するために、気化層38が有する細孔径、気孔率、層厚みは、以下のように設定されている。
気化層38の細孔径を横軸とするとともに、気化層38の細孔容積を縦軸とした細孔分布において、細孔のメディアン径が15μm未満であると、気化層38からアノード30への水蒸気の供給量が適正量を下回り、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなって、減酸素の速度が遅くなる虞がある。また、炭素製多孔質体への撥水剤の処理は必ずしも均一に行われないため、処理が不十分の場合、細孔のメディアン径が60μmを超えることが考えられる。このようになると、アノード室42内の水(液体)が水蒸気とならずに気化層38を通ってアノード30に達する虞がある。
In order for the vaporization layer 38 to supply water (water vapor) necessary for the operation of the oxygen reduction cell 23 to the anode 30 without excess or deficiency, the pore diameter, porosity, and layer thickness of the vaporization layer 38 are set as follows. Has been.
In the pore distribution with the pore diameter of the vaporization layer 38 as the horizontal axis and the pore volume of the vaporization layer 38 as the vertical axis, if the median diameter of the pores is less than 15 μm, the vaporization layer 38 to the anode 30 The supply amount of water vapor is less than the appropriate amount, and it becomes difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation, and there is a possibility that the rate of oxygen reduction becomes slow. Further, since the treatment with the water repellent agent is not necessarily performed uniformly on the carbon porous body, it is conceivable that the median diameter of the pores exceeds 60 μm when the treatment is insufficient. In this case, water (liquid) in the anode chamber 42 may reach the anode 30 through the vaporization layer 38 without becoming water vapor.

したがって、細孔径は、そのメディアン径が、15μm〜60μmであると良く、更に、20μm〜55μmであることが好ましく、25μm〜50μmであることがより好ましくい。   Therefore, the median diameter of the pore diameter is preferably 15 μm to 60 μm, more preferably 20 μm to 55 μm, and even more preferably 25 μm to 50 μm.

気化層38は、その気孔率が40%未満であると、気化層38からアノード30への水蒸気の供給量が適正量を下回り、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなって、減酸素の速度が遅くなる虞がある。又、気孔率が90%を超えると、気化層38の強度が不足するので、それへの撥水処理等の工程管理に不具合がでる虞がある。   If the porosity of the vaporization layer 38 is less than 40%, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 38 to the anode 30 is less than the appropriate amount, and it becomes difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation. Therefore, the rate of oxygen reduction may be slow. On the other hand, if the porosity exceeds 90%, the strength of the vaporized layer 38 is insufficient, and there is a risk of trouble in process management such as water repellent treatment.

したがって、気孔率は、40%〜90%であるとよく、更に、45%〜85%であることが好ましく、50%〜80%であることがより好ましい。   Therefore, the porosity is preferably 40% to 90%, further preferably 45% to 85%, and more preferably 50% to 80%.

気化層38は、炭素性多孔質体の厚さが100μm未満では、気化層38の強度が不足して撥水処理等の工程管理に不具合ができる虞がある。又、多孔質体の厚さが500μmを超えると、気化層38からアノード30への水蒸気の供給量が適正量を下回って、減酸素運転に必要な電流密度を十分に得ることが難しくなるので、減酸素の速度が遅くなる虞がある。したがって、気化層38の厚さは、100μm〜500μmであると良く、更に110μm〜450μmであることが好ましく、130μm〜400μmであることがより好ましい。なお、気化層38の厚さは、気化層38の面積を16の領域に分割し、各領域の中心位置の厚さを測定して、測定された値の平均値としたものを使用する。   When the thickness of the carbonized porous body is less than 100 μm, there is a possibility that the strength of the vaporized layer 38 is insufficient and the process management such as the water repellent treatment may be troubled. Also, if the thickness of the porous body exceeds 500 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 38 to the anode 30 will be less than the appropriate amount, and it will be difficult to obtain a sufficient current density necessary for the oxygen reduction operation. The rate of oxygen reduction may be slow. Therefore, the thickness of the vaporized layer 38 is preferably 100 μm to 500 μm, more preferably 110 μm to 450 μm, and even more preferably 130 μm to 400 μm. In addition, the thickness of the vaporization layer 38 is obtained by dividing the area of the vaporization layer 38 into 16 regions and measuring the thickness of the center position of each region to obtain an average value of the measured values.

なお、実施形態での気化層38の細孔径、気孔率は、水銀ポロシオメーターを使用して評価できる。水銀ポロシオメーターとは、水銀注入法によって多孔材料における細孔の大きさを評価するための装置である。この評価装置には、島津製作所製の「オートポア9520形」を使用できる。   In addition, the pore diameter and porosity of the vaporization layer 38 in the embodiment can be evaluated using a mercury porosimeter. A mercury porosimeter is an apparatus for evaluating the size of pores in a porous material by a mercury injection method. For this evaluation apparatus, “Autopore 9520 type” manufactured by Shimadzu Corporation can be used.

水銀ポロシオメーターで測定される気化層の試料は、数時間、室温で減圧乾燥した後、約1.2×2.5cmの短冊片に切断し、0.07g〜0.13gを標準セルに採る。この試料を用いて、初期圧約5kPa(約0.7psia、細孔直径約250μm相当)の各条件で、細孔径と気孔率を測定する。このときの、水銀パラメータは、水銀接触角130degrees、水銀表面張力485dynes/cmに設定する。測定の過程での圧力と圧入された水銀量を静電容量検出器で検知し細孔容積を測定する。そして、細孔を円筒形にモデル化することで、最高径、かさ密度、見かけ密度、気孔率、及び細孔分布を求めることができる。なお、圧力と、その圧力で水銀が侵入可能な細孔径の関係は、Washburnの式で表される。   The sample of the vaporized layer measured with a mercury porosimeter was dried under reduced pressure at room temperature for several hours, then cut into strips of about 1.2 × 2.5 cm, and 0.07 g to 0.13 g was used as a standard cell. take. Using this sample, the pore diameter and the porosity are measured under each condition of an initial pressure of about 5 kPa (about 0.7 psia, corresponding to a pore diameter of about 250 μm). At this time, the mercury parameters are set to a mercury contact angle of 130 degrees and a mercury surface tension of 485 dynes / cm. The pore volume is measured by detecting the pressure in the measurement process and the amount of mercury injected with a capacitance detector. Then, by modeling the pores into a cylindrical shape, the maximum diameter, bulk density, apparent density, porosity, and pore distribution can be obtained. The relationship between the pressure and the pore diameter through which mercury can enter at that pressure is expressed by the Washburn equation.

実施形態で用いられる気化層38の具体的な製造方法の一例を説明する。まず、所定濃度に調整したPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)分散水溶液に、カーボンペーパーを1分間浸漬させて、これを室温で一晩乾燥させる。次に、こうして乾燥されたカーボンペーパーをアルゴン雰囲気中において、380℃で10分間焼成する。これにより、撥水処理がされたカーボンペーパー製の気化層38が作成される。なお、この気化層38の製法は特に限定されない。   An example of a specific method for manufacturing the vaporized layer 38 used in the embodiment will be described. First, carbon paper is immersed for 1 minute in a PTFE (polytetrafluoroethylene) -dispersed aqueous solution adjusted to a predetermined concentration and dried overnight at room temperature. Next, the carbon paper thus dried is fired at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere. Thereby, the vaporized layer 38 made of carbon paper subjected to water repellent treatment is created. In addition, the manufacturing method of this vaporization layer 38 is not specifically limited.

製造された気化層38の撥水剤(フッ素樹脂)の含有量は、燃焼による重量の減少を測定することで評価できる。或いは、示差熱-熱重量同時測定(TG-DTA)によって、カーボンやフッ素樹脂の燃焼による重量減少を測定することで、気化層38のフッ素樹脂含有量を評価することもできる。   The content of the water repellent (fluororesin) in the produced vaporized layer 38 can be evaluated by measuring a decrease in weight due to combustion. Alternatively, the fluororesin content of the vaporized layer 38 can also be evaluated by measuring weight loss due to combustion of carbon or fluororesin by differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA).

気化層38に、通気性あるいは通液性を有す多孔質炭素粒子層(MPL)が積層された構造を選択することで、アノード30に対する通気性や通液性の均一化を図ることができる。アノード30への通気性や通液性が均一になることで、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行し、電解電圧が増加するのを抑制できる。したがって、多孔質炭素粒子層はアノード30側に配置されていることが望ましい。   By selecting a structure in which a porous carbon particle layer (MPL) having air permeability or liquid permeability is laminated on the vaporization layer 38, the air permeability and liquid permeability to the anode 30 can be made uniform. . By making the air permeability and liquid permeability to the anode 30 uniform, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage can be suppressed. Therefore, it is desirable that the porous carbon particle layer is disposed on the anode 30 side.

一方、多孔質炭素粒子層がアノード30の裏面側に配置されたとしても、液体の水が多孔質炭素粒子層を介して気化層38に均一に物質拡散することが可能になる。これにより、アノード30への通気性や通液性がより一層促進される。したがって、気化層38の両面に多孔質炭素粒子層を配置することが可能であるが、多孔質炭素粒子層の配置は、要求されるコストや減酸素セル23の性能、寿命を勘案して適宜選択すればよい。   On the other hand, even if the porous carbon particle layer is disposed on the back surface side of the anode 30, liquid water can be uniformly diffused into the vaporized layer 38 through the porous carbon particle layer. Thereby, the air permeability and liquid permeability to the anode 30 are further promoted. Therefore, it is possible to dispose the porous carbon particle layer on both surfaces of the vaporization layer 38, but the disposition of the porous carbon particle layer is appropriately determined in consideration of the required cost, the performance of the oxygen reduction cell 23, and the life. Just choose.

多孔質炭素粒子層は撥水剤とカーボン粒子からなる多孔質層である。撥水材にはフッ素樹脂が選択され、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)等を利用できる。カーボン粒子は前述の導電性担体と同様のものを利用することができる。   The porous carbon particle layer is a porous layer composed of a water repellent and carbon particles. A fluororesin is selected as the water repellent material. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA) ) Etc. can be used. As the carbon particles, the same carbon particles as those described above can be used.

多孔質炭素粒子層は通気性や通液性の均一化に必要な撥水機能が付与されるために、適度にフッ素樹脂が含有されている。フッ素樹脂の含有率が5wt%よりも少ないと、撥水機能が不十分となり、液体の水が多孔質炭素粒子層内部で停滞し細孔を閉塞する虞がある。フッ素樹脂の含有率が50wt%よりも多くなると、フッ素樹脂が多孔質炭素粒子層の細孔に充填され細孔容積を低下させる。これにより、アノード30への水蒸気の供給量が少なくなり、減酸素運転に必要な電流密度が十分に得られないため、減酸素速度が遅くなる虞がある。したがって、フッ素樹脂含有量は、5wt%乃至50wt%であることが望ましく、好ましくは8wt%乃至40wt%であり、より好ましくは10wt%乃至35wt%である。   Since the porous carbon particle layer has a water-repellent function necessary for making air permeability and liquid permeability uniform, it appropriately contains a fluororesin. When the content of the fluororesin is less than 5 wt%, the water repellent function becomes insufficient, and liquid water may stagnate inside the porous carbon particle layer and block the pores. When the content of the fluororesin exceeds 50 wt%, the fluororesin fills the pores of the porous carbon particle layer and decreases the pore volume. As a result, the amount of water vapor supplied to the anode 30 is reduced, and the current density necessary for the oxygen reduction operation cannot be sufficiently obtained, so that the oxygen reduction rate may be delayed. Therefore, the fluororesin content is desirably 5 wt% to 50 wt%, preferably 8 wt% to 40 wt%, and more preferably 10 wt% to 35 wt%.

多孔質炭素粒子層は、通気性や通液性の均一化のため適度な厚さがある。多孔質炭素粒子層の厚さが10μmよりも少ないと、基材である気化層38の凹凸の影響で均一な多孔質炭素粒子層を得ることが困難で、通気性や通液性の均一化が難しくなる。一方、多孔質炭素粒子層の厚さ100μmよりも大きいと、アノード30への水蒸気の供給量が少なくなって減酸素運転に必要な電流密度が十分に得られないため、減酸素速度が遅くなる虞がある。したがって、多孔質炭素粒子層の厚さ10μm乃至100μmであることが望ましく、好ましくは15μm乃至80μmであり、より好ましくは20乃μm至50μmである。   The porous carbon particle layer has an appropriate thickness for uniform air permeability and liquid permeability. If the thickness of the porous carbon particle layer is less than 10 μm, it is difficult to obtain a uniform porous carbon particle layer due to the unevenness of the vaporized layer 38 as a base material, and air permeability and liquid permeability are made uniform. Becomes difficult. On the other hand, if the thickness of the porous carbon particle layer is larger than 100 μm, the amount of water vapor supplied to the anode 30 is reduced and the current density necessary for the oxygen reduction operation cannot be obtained sufficiently, so that the oxygen reduction rate becomes slow. There is a fear. Accordingly, the thickness of the porous carbon particle layer is desirably 10 μm to 100 μm, preferably 15 μm to 80 μm, and more preferably 20 μm to 50 μm.

多孔質炭素粒子層の厚さは、気化層38の断面を走査型電子顕微鏡にて観察し、少なくとも5箇所を観測した平均値とした。なお、測定条件は以下とした。
装置: 日本電子(株)製JXA−8100
SEM観察条件:加速電圧:15kV 、倍率:400倍
実施形態に用いられる多孔質炭素粒子層が積層された気化層38の具体的な製造方法の例としては公知の手法を用いることができる。
The thickness of the porous carbon particle layer was an average value obtained by observing the cross section of the vaporized layer 38 with a scanning electron microscope and observing at least five locations. The measurement conditions were as follows.
Apparatus: JXA-8100 manufactured by JEOL Ltd.
SEM observation conditions: acceleration voltage: 15 kV, magnification: 400 times As a specific example of a method for producing the vaporized layer 38 on which the porous carbon particle layer used in the embodiment is laminated, a known method can be used.

例えば、まず、カーボン粒子とPTFE分散水溶液を、水やアルコールなどの有機溶媒に所定の濃度と組成に調整して混合するとともに分散させて、スラリーとする。次に、このスラリーを予め作製した気化層に塗布するとともに乾燥し、これをアルゴン雰囲気中、380度で10分間、焼成することで、多孔質炭素粒子層が積層された気化層38を製造する。この製法での分散方法は、特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミル、ホモジナイザーなどを用いることができる。同製法での塗布方法も、特に限定されるものではなく、キャスト法、スプレー法などで行なうことが可能である。要求されるコストや素子の性能、寿命を勘案して市販の多孔質炭素粒子層が積層された気化層38を適宜選択することもできる。   For example, first, carbon particles and a PTFE-dispersed aqueous solution are mixed and dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to a predetermined concentration and composition to form a slurry. Next, this slurry is applied to a vaporized layer prepared in advance and dried, and this is fired in an argon atmosphere at 380 degrees for 10 minutes to produce a vaporized layer 38 on which a porous carbon particle layer is laminated. . The dispersion method in this production method is not particularly limited, and a dissolver, a ball mill, a homogenizer, or the like can be used. A coating method in the production method is not particularly limited, and can be performed by a casting method, a spray method, or the like. The vaporized layer 38 on which a commercially available porous carbon particle layer is laminated can be appropriately selected in consideration of required cost, device performance, and lifetime.

以上説明した減酸素スタック22は、例えば、次の方法で製造することができる。   The oxygen reduction stack 22 described above can be manufactured, for example, by the following method.

まず、減酸素セル23のアノード30、カソード31、および電解質膜35とを、加熱および加圧ができる装置を用いて接合(熱圧着)する。一般的には、ホットプレス機により接合が行なわれる。その際のプレス温度は、電極と電解質膜35の結着性が得られるプロトン伝導性高分子のガラス転移温度以上であればよく、一般には100℃〜400℃である。プレス圧は使用する電極の硬さに依存するが、通常、5kg/cm〜200kg/cmである。次に、得られた減酸素セル23を、電極を担うカソード集電層39と、電極接合体36の気化層38及び電極をなすアノード集電層37と組合せる。これにより、減酸素スタック22を得ることができる。 First, the anode 30, the cathode 31, and the electrolyte membrane 35 of the oxygen reduction cell 23 are joined (thermocompression bonding) using an apparatus capable of heating and pressurizing. Generally, joining is performed by a hot press machine. The press temperature in that case should just be more than the glass transition temperature of the proton conductive polymer from which the binding property of an electrode and the electrolyte membrane 35 is obtained, and is generally 100 to 400 degreeC. The pressing pressure depends on the hardness of the electrode used, but is usually, 5kg / cm 2 ~200kg / cm 2. Next, the obtained oxygen-reducing cell 23 is combined with a cathode current collecting layer 39 serving as an electrode, a vaporization layer 38 of an electrode assembly 36, and an anode current collecting layer 37 serving as an electrode. Thereby, the oxygen reduction stack 22 can be obtained.

減酸素装置21は、その減酸素セル23が減酸素室3内の酸素と反応できるように冷蔵庫本体2に配設されている。具体例として減酸素装置21は、図1に示すように第2容器部材45に形成された空気取入れ口47を冷蔵庫本体2の通孔2aに臨ませて、冷蔵庫本体2の凹部20に収容されている。これにより、カソード室46と減酸素室3とが通孔2aを経由して連通されていて、減酸素セル23のカソード31は減酸素室3内の酸素と反応することが可能である。   The oxygen reduction device 21 is disposed in the refrigerator main body 2 so that the oxygen reduction cell 23 can react with oxygen in the oxygen reduction chamber 3. As a specific example, the oxygen reduction device 21 is accommodated in the recess 20 of the refrigerator main body 2 with the air intake 47 formed in the second container member 45 facing the through hole 2a of the refrigerator main body 2 as shown in FIG. ing. As a result, the cathode chamber 46 and the oxygen reduction chamber 3 are communicated with each other via the through hole 2 a, and the cathode 31 of the oxygen reduction cell 23 can react with oxygen in the oxygen reduction chamber 3.

図2に示すように電源24の正極に減酸素セル23のアノード集電層37が電気的に接続されているとともに、電源24の負極に減酸素セル23のカソード集電層39が電気的に接続されている。電源24は、電圧又は電流を減酸素セル23のアノード30とカソード31との間に印加する。なお、図2中符号29は検知器を示している。この検知器29は減酸素セル23に印加される電圧又は電流を検知するもので、例えば電圧計である。   As shown in FIG. 2, the anode current collecting layer 37 of the oxygen reducing cell 23 is electrically connected to the positive electrode of the power source 24, and the cathode current collecting layer 39 of the oxygen reducing cell 23 is electrically connected to the negative electrode of the power source 24. It is connected. The power source 24 applies a voltage or current between the anode 30 and the cathode 31 of the oxygen reduction cell 23. In FIG. 2, reference numeral 29 indicates a detector. The detector 29 detects a voltage or current applied to the oxygen reduction cell 23 and is, for example, a voltmeter.

冷蔵庫1の開閉部材5が開かれるたびに、減酸素室3の酸素濃度は大気中の酸素濃度と同じとなる。このため、開閉部材5が閉じられるたびに、減酸素装置21は、減酸素室3が目標とする低い酸素濃度となるように運転される。次に、減酸素装置21の運転により減酸素室3内の酸素が減らされる反応(減酸素反応)を説明する。   Each time the opening / closing member 5 of the refrigerator 1 is opened, the oxygen concentration in the oxygen reduction chamber 3 becomes the same as the oxygen concentration in the atmosphere. For this reason, every time the opening / closing member 5 is closed, the oxygen reduction device 21 is operated so that the oxygen reduction chamber 3 has a target low oxygen concentration. Next, a reaction (oxygen reduction reaction) in which oxygen in the oxygen reduction chamber 3 is reduced by the operation of the oxygen reduction device 21 will be described.

水取入れ口43からアノード室42に水(液体)を供給した状態において、コントローラ29による制御で、電源24から直流電圧を減酸素セル23のアノード30とカソード31との間に印加して、減酸素セル23を運転する。なお、アノード30とアノード室42との間は電極接合体36が有した気化層38が撥水処理されているので、アノード室42内の水(液体)が減酸素セル23のアノード30に直接接触することはない。   In a state where water (liquid) is supplied from the water intake port 43 to the anode chamber 42, a DC voltage is applied from the power source 24 between the anode 30 and the cathode 31 of the oxygen reduction cell 23 under the control of the controller 29 to reduce the amount. The oxygen cell 23 is operated. Since the vaporized layer 38 of the electrode assembly 36 is subjected to water repellent treatment between the anode 30 and the anode chamber 42, water (liquid) in the anode chamber 42 is directly applied to the anode 30 of the oxygen reduction cell 23. There is no contact.

減酸素セル23の運転に伴い、アノード30の表面で水(HO)が電気分解(酸化)されるとともに、カソード31の表面で水(液体)が生成される。 As the oxygen reduction cell 23 is operated, water (H 2 O) is electrolyzed (oxidized) on the surface of the anode 30, and water (liquid) is generated on the surface of the cathode 31.

即ち、アノード30での水の電気分解反応により、酸素(O)と、プロトン(H+)と、電子(e-)が生成される。 That is, oxygen (O 2 ), protons (H + ), and electrons (e ) are generated by the electrolysis reaction of water at the anode 30.

この反応は、2HO→O+4H+4eの式(1)で表される。こうした水の酸化により生成された酸素(O)は、酸素出口44を通ってアノード室42外に排出される。 This reaction is represented by the formula (1) of 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e . Oxygen (O 2 ) generated by such oxidation of water is discharged out of the anode chamber 42 through the oxygen outlet 44.

この一方で、生成されたプロトン(H+)が、アノード30から電解質膜35を通ってカソード31に移動する。これと共に、生成された電子(e-)は電源24等を含んだ外部回路を通ってカソード31に移動する。 On the other hand, the generated proton (H + ) moves from the anode 30 to the cathode 31 through the electrolyte membrane 35. At the same time, the generated electrons (e ) move to the cathode 31 through an external circuit including the power source 24 and the like.

減酸素室3内の空気(酸素と窒素)はカソード室46に空気取入れ口47を経て供給されている。このため、カソード31で、減酸素室3内の酸素(O)とカソード31に供給されたプロトン(H+)及び電子(e-)とが反応して水(液体)が生成される。 Air (oxygen and nitrogen) in the oxygen-reducing chamber 3 is supplied to the cathode chamber 46 through an air intake 47. Therefore, at the cathode 31, oxygen (O 2 ) in the oxygen reduction chamber 3 reacts with protons (H + ) and electrons (e ) supplied to the cathode 31 to generate water (liquid).

この反応は、O+4H+4e→2HOの式(2)で表される。このようにカソード31での酸素の還元反応で、空気中の酸素が水になることで、減酸素室3内の酸素濃度が減少する。これにより、庫外より低い温度に保持される減酸素室3内に収容された保存対象物、例えば野菜を、長時間にわたり鮮度を保って保存することが可能である。 This reaction is represented by the formula (2) of O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O. As described above, oxygen in the air is converted into water by the reduction reaction of oxygen at the cathode 31, so that the oxygen concentration in the oxygen reduction chamber 3 is reduced. Thereby, it is possible to preserve | save the preservation | save object accommodated in the oxygen reduction chamber 3 hold | maintained at the temperature lower than the outside of a store | warehouse | chamber, for example, vegetables, keeping freshness over a long time.

以上説明した減酸素反応は発熱反応であるため、減酸素セル23及びこのセルに熱伝導可能に接合されているセル周辺部材の温度は、減酸素反応に伴って上昇する。減酸素反応のために減酸素セル23に流される電流の密度に応じて、減酸素セル23の発熱量は異なるが、減酸素セル23はその運転により約30℃上昇することが確かめられた。これに伴い、減酸素セル23に対して高い熱応答性を有している気化層38の温度は、減酸素セル23の温度に近似して上昇する。   Since the oxygen-reducing reaction described above is an exothermic reaction, the temperature of the oxygen-reducing cell 23 and the cell peripheral member joined to the cell so as to conduct heat rises with the oxygen-reducing reaction. Although the calorific value of the oxygen reduction cell 23 differs depending on the density of the current passed through the oxygen reduction cell 23 for the oxygen reduction reaction, it was confirmed that the oxygen reduction cell 23 rose by about 30 ° C. due to its operation. Along with this, the temperature of the vaporization layer 38 having high thermal responsiveness to the oxygen reduction cell 23 rises close to the temperature of the oxygen reduction cell 23.

このため、前記減酸素反応では、アノード室42からアノード集電層37を通過して気化層38に供給された水(液体)が、この気化層38で加熱され、水蒸気となってアノード30に供給される。   For this reason, in the oxygen reduction reaction, water (liquid) supplied from the anode chamber 42 through the anode current collecting layer 37 to the vaporized layer 38 is heated by the vaporized layer 38 and converted into water vapor to the anode 30. Supplied.

アノード30に供給される水蒸気の圧力は、飽和水蒸気圧によって規定される。これにより、水分子が、アノード30から電解質膜35を透過してカソード31にプロトン(H+)とともに移動することが抑制される。 The pressure of water vapor supplied to the anode 30 is defined by the saturated water vapor pressure. As a result, water molecules are inhibited from moving from the anode 30 through the electrolyte membrane 35 to the cathode 31 together with protons (H + ).

このように前記式(2)での反応により水(液体)を生成するカソード31に、余分な水がアノード30からカソード31に移動されることが抑制される。そのため、カソード31で水(液体)が過剰に停滞することを抑制可能である。これとともに、アノード室42内の水(液体)が、余分な水としてアノード30からカソード31に移動されることが抑制されるので、アノード30での反応に必要な水が、アノード30に対して供給不足となる虞もない。   In this way, excess water is suppressed from being transferred from the anode 30 to the cathode 31 to the cathode 31 that generates water (liquid) by the reaction in the formula (2). Therefore, excessive stagnation of water (liquid) at the cathode 31 can be suppressed. At the same time, the water (liquid) in the anode chamber 42 is restrained from being transferred as excess water from the anode 30 to the cathode 31, so that the water required for the reaction at the anode 30 is reduced with respect to the anode 30. There is no risk of supply shortage.

カソード31での水(液体)の停滞が抑制されるに伴い、カソードフラッディング現象が起こり難くなる。このため、水(液体)がカソード触媒層32の細孔を閉塞して、カソード触媒層32への減酸素室3内の酸素の供給を妨げられることが抑制される。したがって、減酸素反応に要する電圧が過大とならないようにできるので、減酸素装置21の性能の低下を抑制できる。   As the stagnation of water (liquid) at the cathode 31 is suppressed, the cathode flood phenomenon is less likely to occur. For this reason, it is suppressed that water (liquid) obstruct | occludes the pore of the cathode catalyst layer 32, and the supply of the oxygen in the oxygen reduction chamber 3 to the cathode catalyst layer 32 is prevented. Therefore, since the voltage required for the oxygen reduction reaction can be prevented from becoming excessive, it is possible to suppress a decrease in the performance of the oxygen reduction device 21.

前記減酸素運転において、アノード室42に供給される水(液体)が金属イオン等の不純物イオンを含んでいることがある。この場合、既述のようにアノード室42の水は、アノード30に達する前に気化層38で加熱され水蒸気となってアノード30に供給される。このように気化層38が水を蒸留することで、気化層38はイオントラップ性能を発揮する。   In the oxygen reduction operation, water (liquid) supplied to the anode chamber 42 may contain impurity ions such as metal ions. In this case, as described above, the water in the anode chamber 42 is heated by the vaporization layer 38 before reaching the anode 30 and is supplied to the anode 30 as water vapor. Thus, the vaporization layer 38 exhibits ion trap performance because the vaporization layer 38 distills water.

これにより、金属イオン等の不純物イオンが電解質膜35に蓄積されることが防止されるので、この電解質膜35でのプロトン(H)の伝導性が低下することが抑制される。その結果、減酸素セル23の電気的抵抗が増加し、減酸素反応に要する電圧が過大に増えることが抑制されるので、減酸素装置の性能の低下を抑制できる。 Thereby, impurity ions such as metal ions are prevented from accumulating in the electrolyte membrane 35, so that the proton (H + ) conductivity in the electrolyte membrane 35 is suppressed from decreasing. As a result, the electrical resistance of the oxygen reduction cell 23 is increased, and an excessive increase in the voltage required for the oxygen reduction reaction is suppressed, so that a decrease in performance of the oxygen reduction device can be suppressed.

更に、減酸素装置21の運転においては、既述のように気化層38によりアノード30に水蒸気を供給することに伴い、アノード30からカソード31への余分な水分子の移動を抑制できる。これにより、減酸素運転中に電解質膜35が水分子で膨潤された状態となることが抑制される。一方、減酸素装置21の停止運転に伴い、電解質膜35は減酸素セル23の余熱によって加熱される。それにも拘らず、電解質膜35の膨潤と乾燥を原因として、電解質膜35の寸法が変化することが抑制される。したがって、減酸素セル23の電解質膜35とアノード30との接合面で剥離を起こすことが抑制されて、減酸素装置21の耐久性の低下を抑制することが可能である。   Furthermore, in the operation of the oxygen reduction device 21, movement of excess water molecules from the anode 30 to the cathode 31 can be suppressed by supplying water vapor to the anode 30 by the vaporization layer 38 as described above. This suppresses the electrolyte membrane 35 from being swollen with water molecules during the oxygen reduction operation. On the other hand, the electrolyte membrane 35 is heated by the residual heat of the oxygen reduction cell 23 with the stop operation of the oxygen reduction device 21. Nevertheless, changes in the dimensions of the electrolyte membrane 35 due to swelling and drying of the electrolyte membrane 35 are suppressed. Therefore, it is possible to suppress peeling at the joint surface between the electrolyte membrane 35 and the anode 30 of the oxygen reduction cell 23, and to suppress a decrease in durability of the oxygen reduction device 21.

前記減酸素装置21において、アノード30に供給される水蒸気量は、気化層38によって影響を受ける。このため、減酸素スタック22の外側、具体的には減酸素容器25に電気ヒータを取付けて、このヒータの発熱で減酸素セル23を有した減酸素スタック22の温度を制御しても良い。これにより、アノード30に供給される水蒸気量を安定的に制御することが可能となる。   In the oxygen reduction device 21, the amount of water vapor supplied to the anode 30 is affected by the vaporization layer 38. For this reason, an electric heater may be attached to the outside of the oxygen reduction stack 22, specifically, the oxygen reduction container 25, and the temperature of the oxygen reduction stack 22 having the oxygen reduction cell 23 may be controlled by the heat generated by the heater. Thereby, the amount of water vapor supplied to the anode 30 can be stably controlled.

以下、減酸素装置21の実施例を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the oxygen reduction device 21 will be described.

(実施例1)
実施例1では気化層38を以下の製法で得る。まず、厚さ180μmのカーボンペーパーを、PTFE分散水溶液に1分間浸漬させた後、室温で一晩乾燥させる、次に、こうして乾燥されたカーボンペーパーを、アルゴン雰囲気中において、380℃で10分間焼成する。これにより、フッ素樹脂であるPTFEの含有量が5wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は70%であった。
Example 1
In Example 1, the vaporized layer 38 is obtained by the following manufacturing method. First, carbon paper having a thickness of 180 μm is immersed in an aqueous PTFE dispersion for 1 minute, and then dried overnight at room temperature. Next, the carbon paper thus dried is baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere. To do. As a result, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a PTFE content of 5 wt% as a fluororesin was obtained. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 70%.

実施例1での減酸素スタック22を以下の製法で得た。既述の製法により作られ、かつ、大きさを20cmとしたアノード30を用意する。既述の製法により作られ、かつ、大きさを12cmとしたカソード31を用意する。これとともに、厚さ50μmで大きさが30cmの電解質膜(登録商標;ナフィオン、デュポン社製)35を用意する。そして、アノード30、カソード31、および電解質膜35とは、ホットプレス機により加熱および加圧して接合(熱圧着)することで減酸素セル23を得た。ホットプレスは、温度が160℃、圧力が20kg/cm、加圧時間が3分間の条件で行なった。そして、これら減酸素セル23のエレメントと、他のエレメント、つまり、前記気化層38と、アノード集電層37とカソード集電層39を用意し、組合せることで減酸素スタック22を得る。 The oxygen reduction stack 22 in Example 1 was obtained by the following manufacturing method. An anode 30 made by the above-described manufacturing method and having a size of 20 cm 2 is prepared. A cathode 31 made by the above-described manufacturing method and having a size of 12 cm 2 is prepared. Along with this, an electrolyte membrane (registered trademark; Nafion, manufactured by DuPont) 35 having a thickness of 50 μm and a size of 30 cm 2 is prepared. The anode 30, the cathode 31, and the electrolyte membrane 35 were heated and pressurized with a hot press machine and joined (thermocompression bonding) to obtain the oxygen-reducing cell 23. Hot pressing was performed under the conditions of a temperature of 160 ° C., a pressure of 20 kg / cm 2 , and a pressing time of 3 minutes. The oxygen reduction stack 22 is obtained by preparing and combining the elements of the oxygen reduction cell 23 and other elements, that is, the vaporization layer 38, the anode current collection layer 37, and the cathode current collection layer 39.

実施例1での評価は以下の通りである。   Evaluation in Example 1 is as follows.

減酸素スタック22を第1容器部材41と第2容器部材45とで挟んで、これらを連結して減酸素容器25を作成した。これによって、減酸素装置21が作成される。この装置のアノード集電層37とカソード集電層39を電源24に接続した。減酸素装置21の評価において、アノード30が収められた第1容器部材41のアノード室42には水(液体)を充満させ、カソード31が収められた第2容器部材45のカソード室46には空気を自発呼吸で供給した。   The oxygen reduction stack 22 was sandwiched between the first container member 41 and the second container member 45, and these were connected to create the oxygen reduction container 25. Thereby, the oxygen reduction device 21 is created. The anode current collecting layer 37 and the cathode current collecting layer 39 of this device were connected to the power source 24. In the evaluation of the oxygen reduction device 21, the anode chamber 42 of the first container member 41 containing the anode 30 is filled with water (liquid), and the cathode chamber 46 of the second container member 45 containing the cathode 31 is filled. Air was supplied by spontaneous breathing.

こうした状態で、電源24により減酸素セル23に電圧を印加し、反応電流が定電流となるように制御した。この定電流制御は、例えば電圧検知手段である電圧計27(図2参照)で、減酸素セル23に印加される電圧を検知し、その検知情報に基づいてコントローラ29が電源24の出力電圧を制御することで行なった。この定電流制御により、例えば0.2A/cmの一定電流を減酸素セル23に印加して減酸素反応を行なわせ、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。 In such a state, a voltage was applied to the oxygen reduction cell 23 by the power source 24 to control the reaction current to be a constant current. In this constant current control, for example, a voltage applied to the oxygen reduction cell 23 is detected by a voltmeter 27 (see FIG. 2) as voltage detection means, and the controller 29 determines the output voltage of the power source 24 based on the detection information. It was done by controlling. By this constant current control, for example, a constant current of 0.2 A / cm 2 was applied to the oxygen reduction cell 23 to cause the oxygen reduction reaction, and the electrolytic voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1〜表4に示す。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Tables 1 to 4.

(実施例3)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が30wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は60%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 30 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 60%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が50wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は55%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 4)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 50 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 55%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が1wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は75%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 5)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 1 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 75%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例6)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が60wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は45%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 6)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 60 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 45%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
気化層がない減酸素装置を作成した。そのため、比較例1の減酸素装置では、アノードにアノード集電層が直接接合されている。この比較例1の減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表1に示す。

Figure 2014094334
(Comparative Example 1)
An oxygen reduction device without a vaporization layer was created. Therefore, in the oxygen reduction device of Comparative Example 1, the anode current collecting layer is directly joined to the anode. Using the oxygen reduction apparatus of Comparative Example 1, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in Table 1.
Figure 2014094334

表1で示すようにフッ素樹脂含有量が5wt%以上50wt%未満である気化層を備えた実施例1〜実施例4の減酸素装置は、フッ素樹脂含有量が1wt%の気化層を備えた実施例5の減酸素装置、フッ素樹脂含有量が60wt%の気化層を備えた実施例6の減酸素装置、及び気化層を備えない比較例1の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。即ち、気化層38のフッ素含有量が5wt%〜50wt%の範囲であれば、気化層38からアノード30への供給される水蒸気量は適当である。   As shown in Table 1, the oxygen reduction devices of Examples 1 to 4 having a vaporized layer having a fluororesin content of 5 wt% or more and less than 50 wt% were provided with a vaporized layer having a fluororesin content of 1 wt%. Compared with the oxygen reduction device of Example 5, the oxygen reduction device of Example 6 having a vaporization layer with a fluororesin content of 60 wt%, and the oxygen reduction device of Comparative Example 1 having no vaporization layer, 1000 hours later It was confirmed that the electrolysis voltage can be kept low. That is, when the fluorine content of the vaporized layer 38 is in the range of 5 wt% to 50 wt%, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 38 to the anode 30 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード31に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード31から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持することができる。このことから、減酸素セル23の運転に必要な水蒸気量をアノード30に過不足なく供給可能な気化層38のフッ素含有量は、5wt%〜50wt%であると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   As a result, even if electrolysis is performed for a long time, the amount of water that permeates the cathode 31 is limited, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 31 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. can do. From this, it can be seen that the fluorine content of the vaporization layer 38 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 23 to the anode 30 without excess or deficiency is preferably 5 wt% to 50 wt%. It has become clear that the oxygen reduction device that has been removed and the oxygen reduction device without the vaporization layer are not suitable for long-time operation.

(実施例7)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は60μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表2に示す。
(Example 7)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 60 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 2.

(実施例8)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は45μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表2に示す。
(Example 8)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 45 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 2.

(実施例9)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は15μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表2に示す。
Example 9
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 15 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 2.

(実施例10)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は100μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表2に示す。
Example 10
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 100 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 2.

(実施例11)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は10μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表2に示す。

Figure 2014094334
Example 11
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 10 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 2.
Figure 2014094334

表2で示すように細孔のメディアン径が15μm以上60μmである気化層を備えた実施例2の減酸素装置、及び実施例7〜実施例9の気化層を備えた減酸素装置は、メディアン径が100μmである気化層を備えた実施例10の減酸素装置、及びメディアン径が10μmである気化層を備えた実施例10の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。即ち、気化層38のメディアン径が15μm〜60μmの範囲であれば、気化層38からアノード30への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in Table 2, the oxygen reduction device of Example 2 provided with a vaporization layer having a median diameter of pores of 15 μm or more and 60 μm, and the oxygen reduction device provided with the vaporization layer of Examples 7 to 9 are median. Compared with the oxygen reduction device of Example 10 provided with a vaporization layer having a diameter of 100 μm and the oxygen reduction device of Example 10 provided with a vaporization layer having a median diameter of 10 μm, the electrolysis voltage after 1000 hours is kept low. It was confirmed that it could be done. That is, when the median diameter of the vaporized layer 38 is in the range of 15 μm to 60 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 38 to the anode 30 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード31に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード31から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持することができる。このことから、減酸素セル23の運転に必要な水蒸気量をアノード30に過不足なく供給可能な気化層38の細孔の径は、メディアン径が、15μm〜60μmであると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   As a result, even if electrolysis is performed for a long time, the amount of water that permeates the cathode 31 is limited, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 31 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. can do. From this, it is understood that the pore diameter of the vaporized layer 38 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 23 to the anode 30 without excess or deficiency is such that the median diameter is 15 μm to 60 μm. It became clear that an oxygen reduction device outside this range and an oxygen reduction device without a vaporized layer are not suitable for long-time operation.

(実施例12)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は90%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表3に示す。
(Example 12)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 90%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 3.

(実施例13)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は75%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表3に示す。
(Example 13)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 75%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 3.

(実施例14)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は40%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表3に示す。
(Example 14)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 40%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 3.

(実施例15)
実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は30%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表3に示す。

Figure 2014094334
(Example 15)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 30%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 3.
Figure 2014094334

表3で示すように気孔率が40%以上90%未満である気化層38を備えた実施例2の減酸素装置及び実施例12〜実施例14の減酸素装置は、気孔率が30%である気化層を備えた実施例15の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。即ち、気化層38の気孔率が40%〜90%の範囲であれば、気化層38からアノード30への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in Table 3, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction devices of Examples 12 to 14 having a vaporization layer 38 having a porosity of 40% or more and less than 90% have a porosity of 30%. It was confirmed that the electrolysis voltage after 1000 hours can be kept low as compared with the oxygen reduction device of Example 15 provided with a certain vaporization layer. That is, if the porosity of the vaporized layer 38 is in the range of 40% to 90%, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 38 to the anode 30 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード31に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード31から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持することができる。このことから、減酸素セル23の運転に必要な水蒸気量をアノード30に過不足なく供給可能な気化層38の気孔率は、40%〜90%であると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さないことが明らかとなった。   As a result, even if electrolysis is performed for a long time, the amount of water that permeates the cathode 31 is limited, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 31 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. can do. From this, it is understood that the porosity of the vaporized layer 38 that can supply the water vapor amount necessary for the operation of the oxygen reduction cell 23 to the anode 30 without excess or deficiency is preferably 40% to 90%. It became clear that the oxygen reduction device and the oxygen reduction device without the vaporization layer are not suitable for long-time operation.

(実施例16)
実施例1と同様にして、厚さが110μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表4に示す。
(Example 16)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 110 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 4.

(実施例17)
実施例1と同様にして、厚さが270μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表4に示す。
(Example 17)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 270 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 4.

(実施例18)
実施例1と同様にして、厚さが360μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表4に示す。
(Example 18)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 360 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 4.

(実施例19)
実施例1と同様にして、厚さが600μmで、PTFEの含有量が10wt%のカーボンペーパーからなる気化層38を製造して得た。この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成し、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表4に示す。

Figure 2014094334
(Example 19)
In the same manner as in Example 1, a vaporized layer 38 made of carbon paper having a thickness of 600 μm and a PTFE content of 10 wt% was produced. As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having this vaporized layer 38 was prepared by performing the same operation as in Example 1, and the oxygen reduction reaction was performed by the same operation as in Example 1. After 1 hour and 1000 hours from the start of the reaction, The electrolysis voltage of was measured. The results are shown in Table 4.
Figure 2014094334

表4で示すように厚さが100μm以上500μm未満である気化層38を備えた実施例2の減酸素装置及び実施例16〜実施例18の減酸素装置は、厚さが600μmである気化層を備えた実施例19の減酸素装置と比べて、1000時間後の電解電圧を低く維持できることが確かめられた。即ち、気化層38の厚さが100μm〜500μmの範囲であれば、気化層38からアノード30への供給される水蒸気量が適当である。   As shown in Table 4, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction devices of Examples 16 to 18 having a vaporization layer 38 having a thickness of 100 μm or more and less than 500 μm are vaporized layers having a thickness of 600 μm. It was confirmed that the electrolysis voltage after 1000 hours can be kept low compared with the oxygen reduction device of Example 19 provided with That is, when the thickness of the vaporized layer 38 is in the range of 100 μm to 500 μm, the amount of water vapor supplied from the vaporized layer 38 to the anode 30 is appropriate.

これによって、長時間の電解を行なってもカソード31に透過する水量が少なく制限されるため、電解で生成された水がカソード31から円滑に排出され、1000時間後でも電解電圧を低い状態を維持することができる。このことから、減酸素セル23の運転に必要な水蒸気量をアノード30に過不足なく供給可能な気化層38の厚さは、100μm〜500μmであると良いことが分り、この範囲を外れた減酸素装置及び気化層がない減酸素装置は長時間運転には適さない。   As a result, even if electrolysis is performed for a long time, the amount of water that permeates the cathode 31 is limited, so that the water generated by the electrolysis is smoothly discharged from the cathode 31 and maintains a low electrolysis voltage even after 1000 hours. can do. From this, it is understood that the thickness of the vaporized layer 38 that can supply the amount of water vapor necessary for the operation of the oxygen reduction cell 23 to the anode 30 without excess or deficiency is preferably 100 μm to 500 μm. The oxygen device and the oxygen reduction device without the vaporized layer are not suitable for long-time operation.

(実施例20)
アノード30に供給する水がNa、Ca、Al、Fe、Ni、Cu、Zn等の金属の不純物イオンを500ppm含むように調整し、これを実施例2と同様の減酸素装置に供給して評価した。その結果を表5に示す。
(Example 20)
The water supplied to the anode 30 was adjusted so as to contain 500 ppm of metal impurity ions such as Na, Ca, Al, Fe, Ni, Cu, and Zn, and this was supplied to an oxygen reduction device similar to that in Example 2 for evaluation. did. The results are shown in Table 5.

(比較例2)
実施例20で調整した不純物イオンを含む水を、比較例1と同様の減酸素装置に供給して評価した。その結果を表5に示す。

Figure 2014094334
(Comparative Example 2)
The water containing impurity ions prepared in Example 20 was supplied to the oxygen reduction apparatus similar to Comparative Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 5.
Figure 2014094334

表5で示すように実施例2の減酸素装置は、実施例20に示すように不純物イオンを含む水(液体)を供給しても、減酸素装置の能力に変化はなかった。これに対して、比較例2に示すように、気化層がない比較例1の減酸素装置に不純物イオンを含む水を供給すると、即座に電解電圧が増大し、減酸素装置の性能が低下することが確かめられた。   As shown in Table 5, the oxygen reduction apparatus of Example 2 did not change the capacity of the oxygen reduction apparatus even when water (liquid) containing impurity ions was supplied as shown in Example 20. On the other hand, as shown in Comparative Example 2, when water containing impurity ions is supplied to the oxygen reduction device of Comparative Example 1 having no vaporized layer, the electrolytic voltage immediately increases and the performance of the oxygen reduction device decreases. It was confirmed.

即ち、比較例2の減酸素装置において、アノードに供給される水に金属イオン等の不純物イオンが含まれていると、それが高分子の電解質膜に蓄積して、水素イオンの伝導性が低下してしまう。これに対して、実施例2の減酸素装置と実施例20の減酸素装置は、それが備えた気化層38によってアノード30に供給する水を蒸留し、水蒸気をアノード30に供給する。このため、不純物イオンが減酸素セル23の電解質膜35に蓄積されることがなくなる。したがって、1000時間後の電解電圧を低い状態に維持することができる。   That is, in the oxygen reduction device of Comparative Example 2, if impurity ions such as metal ions are contained in the water supplied to the anode, it accumulates in the polymer electrolyte membrane and the conductivity of hydrogen ions decreases. Resulting in. On the other hand, the oxygen reduction device of Example 2 and the oxygen reduction device of Example 20 distill water supplied to the anode 30 by the vaporization layer 38 provided therein, and supply water vapor to the anode 30. For this reason, impurity ions are not accumulated in the electrolyte membrane 35 of the oxygen reduction cell 23. Therefore, the electrolytic voltage after 1000 hours can be maintained in a low state.

(実施例21)
(多孔質炭素粒子層を積層した気化層38の製造)
カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合するとともに撹拌して、カーボンスラリーを調整した。実施例1と同様にして、厚さが180μmで、PTFEの含有率が5wt%のカーボンペーパーからなる気化層を製造した。この気化層にスラリーをスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、5%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層38を得た。
(Example 21)
(Manufacture of the vaporization layer 38 which laminated | stacked the porous carbon particle layer)
The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. In the same manner as in Example 1, a vaporized layer made of carbon paper having a thickness of 180 μm and a PTFE content of 5 wt% was manufactured. The slurry was applied to the vaporized layer by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere to obtain a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 5% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm.

この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は70%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成した。ただし、気化層38は多孔質炭素粒子層が減酸素セル側に配向するように設置した。この減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表6及び表8に示す。   As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 70%. An oxygen reduction device having the vaporized layer 38 was produced by performing the same operation as in Example 1. However, the vaporization layer 38 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented to the oxygen-reducing cell side. Using this oxygen reduction apparatus, the oxygen reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and the electrolytic voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in Tables 6 and 8.

(実施例22)
実施例21と同様にして、20%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表6に示す。
(Example 22)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 20% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in Table 6.

(実施例23)
実施例21と同様にして、50%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表6に示す。
(Example 23)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 50% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in Table 6.

(実施例24)
実施例21と同様にして、1%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表6に示す。
(Example 24)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 1% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was produced. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in Table 6.

(実施例25)
実施例21と同様にして、60%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が20μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表6に示す。

Figure 2014094334
(Example 25)
In the same manner as in Example 21, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 60% PTFE was laminated to a thickness of 20 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 21. The results are shown in Table 6.
Figure 2014094334

表6に示すように、多孔質炭素粒子層に含まれるフッ素樹脂含有量が5wt%至50wt%の気化層を配置した実施例21〜実施例23の減酸素装置は、多孔質炭素粒子層のフッ素樹脂含有量が1wt%の気化層を配置した実施例24の減酸素装置、又は、多孔質炭素粒子層のフッ素樹脂含有量が60wt%の気化層を配置した実施例25の減酸素装置、或いは、気化層に多孔質炭素粒子層を持たない実施例1(表1参照)の減酸素装置と比べて、反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in Table 6, the oxygen reduction devices of Examples 21 to 23 in which the vaporized layers having a fluororesin content contained in the porous carbon particle layer of 5 wt% to 50 wt% are disposed in the porous carbon particle layer. The oxygen reduction device of Example 24 in which a vaporized layer having a fluororesin content of 1 wt% is arranged, or the oxygen reduction device of Example 25 in which a vaporized layer having a fluorocarbon resin content of a porous carbon particle layer of 60 wt% is arranged, Alternatively, it was confirmed that the electrolysis voltage after 1 hour or 1000 hours from the start of the reaction was lower than that of the oxygen reduction apparatus of Example 1 (see Table 1) that does not have a porous carbon particle layer in the vaporized layer.

即ち、実施例21〜実施例23の減酸素装置によれば、気化層38からアノード30に供給される水蒸気量が適当であるとともに、アノード30への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction devices of Examples 21 to 23, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 38 to the anode 30 is appropriate, and the air permeability and liquid permeability to the anode 30 are uniform. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

(実施例26)
(多孔質炭素粒子層を積層した気化層の製造)
カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合するとともに撹拌して、カーボンスラリーを調整した。このスラリーを、実施例17で製造した気化層にスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が10μmの厚みで積層された気化層38を得た。
(Example 26)
(Manufacture of vaporized layer with porous carbon particle layer)
The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. This slurry was applied to the vaporized layer produced in Example 17 by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere to obtain a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 10 μm.

この気化層38を細孔分布測定により評価した結果、気化層38のメディアン径は35μm、気孔率は65%であった。この気化層38を有する減酸素装置を、実施例1と同様の操作を行なって作成した。ただし、気化層38は多孔質炭素粒子層が減殺磯セル側に配向するように設置した。この減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表7に示す。   As a result of evaluating the vaporized layer 38 by pore distribution measurement, the median diameter of the vaporized layer 38 was 35 μm, and the porosity was 65%. An oxygen reduction device having the vaporized layer 38 was produced by performing the same operation as in Example 1. However, the vaporization layer 38 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented toward the killing cell. Using this oxygen reduction apparatus, the oxygen reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and the electrolytic voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in Table 7.

(実施例27)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が100μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表7に示す。
(Example 27)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 100 μm was produced. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in Table 7.

(実施例28)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が80μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表7に示す。
(Example 28)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 80 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in Table 7.

(実施例29)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が5μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表7に示す。
(Example 29)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 5 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in Table 7.

(実施例30)
実施例26と同様にして、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層が200μmの厚みで積層された気化層38を製造した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例26と同様の操作で減酸素装置を評価した。その結果を表7に示す。

Figure 2014094334
(Example 30)
In the same manner as in Example 26, a vaporized layer 38 in which a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was laminated to a thickness of 200 μm was manufactured. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction device was evaluated in the same manner as in Example 26. The results are shown in Table 7.
Figure 2014094334

表7に示すように、多孔質炭素粒子層の厚さが10乃至100μmの気化層を配置した実施例26〜実施例28の減酸素装置は、多孔質炭素粒子層の厚さが5μmの気化層を配置した実施例29の減酸素装置、又は多孔質炭素粒子層の厚さが200μmの気化層を配置した実施例30の減酸素装置、或いは気化層に多孔質炭素粒子層を持たない実施例17(図4参照)の減酸素装置と比べて、反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in Table 7, the oxygen reduction apparatuses of Examples 26 to 28 in which the vaporized layers having a porous carbon particle layer thickness of 10 to 100 μm are arranged are vaporized with a porous carbon particle layer thickness of 5 μm. The oxygen reduction device of Example 29 in which a layer is arranged, or the oxygen reduction device of Example 30 in which a vaporization layer having a thickness of a porous carbon particle layer of 200 μm is arranged, or an implementation in which the vaporization layer does not have a porous carbon particle layer Compared to the oxygen reduction device of Example 17 (see FIG. 4), it was confirmed that the electrolysis voltage was lower after 1 hour or 1000 hours from the start of the reaction.

即ち、実施例26〜実施例28の減酸素装置によれば、気化層38からアノード30に供給される水蒸気量が適当であるとともに、アノード30への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction devices of Examples 26 to 28, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 38 to the anode 30 is appropriate, and the air permeability and liquid permeability to the anode 30 are uniform. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

(実施例31)
実施例21と同様にして減酸素装置を作製し評価した。ただし、気化層38は多孔質炭素粒子層が減酸素セル側と反対の面に配向するように設置した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例21と同様の操作で実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表8に示す。
(Example 31)
A hypoxic device was produced and evaluated in the same manner as in Example 21. However, the vaporization layer 38 was installed so that the porous carbon particle layer was oriented on the surface opposite to the oxygen-reducing cell side. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 21 and in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage after 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. Was measured. The results are shown in Table 8.

(実施例32)
(多孔質炭素粒子層を積層した気化層の製造)
カーボン粉末とPTFE分散水溶液を、イソプロピルアルコール水溶液に混合するとともに撹拌して、カーボンスラリーを調整した。このカーボンスラリーを、実施例1で製造した気化層の両面にスプレー法にて塗布し、80℃で一晩乾燥した。これをアルゴン雰囲気中において380℃で10分間焼成し、25%PTFEを含む多孔質炭素粒子層を25μmの厚みで気化層の両面に形成した。この気化層38を有する減酸素装置を用いて、実施例1と同様の操作で減酸素反応を行なわせて、反応開始から1時間後と1000時間後の電解電圧を測定した。その結果を表8に示す。

Figure 2014094334
(Example 32)
(Manufacture of vaporized layer with porous carbon particle layer)
The carbon powder and the PTFE dispersion aqueous solution were mixed with the isopropyl alcohol aqueous solution and stirred to prepare a carbon slurry. This carbon slurry was applied to both sides of the vaporized layer produced in Example 1 by a spray method and dried at 80 ° C. overnight. This was baked at 380 ° C. for 10 minutes in an argon atmosphere, and a porous carbon particle layer containing 25% PTFE was formed on both sides of the vaporized layer with a thickness of 25 μm. Using the oxygen reduction device having the vaporized layer 38, the oxygen reduction reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the electrolysis voltage was measured 1 hour and 1000 hours after the start of the reaction. The results are shown in Table 8.
Figure 2014094334

表8に示すように、気化層38に積層された多孔質炭素粒子層とアノード30の配置関係が変化した実施例21、又は実施例31、或いは気化層38の両面に多孔質炭素粒子層が形成された実施例32は、気化層38に多孔質炭素粒子層を持たない実施例1に比べて反応開始から1時間後あるいは1000時間後の電解電圧が低いことが確かめられた。   As shown in Table 8, Example 21 or Example 31 in which the arrangement relationship between the porous carbon particle layer laminated on the vaporization layer 38 and the anode 30 was changed, or the porous carbon particle layer on both sides of the vaporization layer 38 were obtained. It was confirmed that the formed Example 32 had a lower electrolysis voltage after 1 hour or 1000 hours from the start of the reaction as compared with Example 1 in which the vaporized layer 38 did not have a porous carbon particle layer.

即ち、実施例21、又は実施例31、或いは実施例32の減酸素装置によれば、気化層38からアノード30に供給される水蒸気量が適当であるとともに、アノード30への通気性や通液性が均一である。これにより、アノード触媒上での水の酸化反応が円滑に進行して、電解電圧の増加が抑制される。   That is, according to the oxygen reduction device of Example 21, or Example 31 or Example 32, the amount of water vapor supplied from the vaporization layer 38 to the anode 30 is appropriate, and the air permeability and liquid flow to the anode 30 are also suitable. Uniformity. Thereby, the oxidation reaction of water on the anode catalyst proceeds smoothly, and an increase in electrolysis voltage is suppressed.

既述のように一実施の形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。この新規な実施形態は、その他様々な形態で実施することが可能であり、例えば種々の省略、置き換え、変更を行うことが可能である。これとともに、これら実施形態やその変形は、発明の範囲に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲にも含まれる。   Although one embodiment has been described as described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and for example, various omissions, replacements, and changes can be made. At the same time, these embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention, and also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

実施形態の減酸素装置は、野菜、食品等を高品位な状態を保って長期保存することが可能な業務用及び家庭用の冷蔵庫に適用できるとともに、酸素濃度に敏感な薬品、医療用材料、化学物質等の保存を行う冷蔵庫等に適用することができる。   The oxygen reduction device of the embodiment can be applied to commercial and household refrigerators that can preserve vegetables, foods, etc. in a high-quality state for a long period of time, and is sensitive to oxygen concentration, medicines, medical materials, It can be applied to refrigerators that store chemical substances.

1…冷蔵庫、2…冷蔵庫本体、3…減酸素室、4…減酸素箱、5…開閉部材、21…減酸素装置、22…減酸素スタック、23…減酸素セル、25…減酸素容器、30…アノード、31…カソード、32…カソード触媒層、35…電解質膜、36…電極接合体、37…アノード集電層、38…気化層、39…カソード集電層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigerator, 2 ... Refrigerator main body, 3 ... Hypoxic chamber, 4 ... Hypoxic box, 5 ... Opening / closing member, 21 ... Hypoxic device, 22 ... Hypoxic stack, 23 ... Hypoxic cell, 25 ... Hypoxic container, DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Anode, 31 ... Cathode, 32 ... Cathode catalyst layer, 35 ... Electrolyte membrane, 36 ... Electrode assembly, 37 ... Anode current collection layer, 38 ... Vaporization layer, 39 ... Cathode current collection layer

Claims (7)

供給される水蒸気を酸化する触媒が含有されたアノード、酸素を還元する触媒が含有されたカソード触媒層を有するカソード、及びこれらカソードとアノードで挟まれた電解質膜を備え、かつ、前記電解質膜がプロトン伝導性を有する減酸素セルと、
アノード集電層及びこのアノード集電層の両面のうちの少なくとも一面に配置された気化層を備えて、前記電解質膜との間に前記アノードを挟んで配設されるとともに、前記気化層に供給される水を前記気化層で水蒸気にして前記アノードに供給する電極接合体と、
前記電解質膜との間に前記カソードを挟んで配設されたカソード集電層と、
を具備することを特徴とする減酸素装置。
An anode containing a catalyst for oxidizing supplied water vapor, a cathode having a cathode catalyst layer containing a catalyst for reducing oxygen, and an electrolyte membrane sandwiched between the cathode and the anode, and the electrolyte membrane comprises A hypoxic cell having proton conductivity;
An anode current collecting layer and a vaporization layer disposed on at least one of both surfaces of the anode current collection layer are provided with the anode sandwiched between the electrolyte membrane and supplied to the vaporization layer An electrode assembly for supplying water to the anode as water to be vaporized in the vaporization layer;
A cathode current collector layer disposed between the electrolyte membrane and the cathode;
An oxygen reduction device comprising:
前記気化層は、炭素製の多孔質体であることを特徴とする請求項1に記載の減酸素装置。   The oxygen reduction apparatus according to claim 1, wherein the vaporization layer is a porous body made of carbon. 前記気化層の気孔率が40%以上90%以下であることを特徴とする請求項2に記載の減酸素装置。   The oxygen reduction device according to claim 2, wherein the porosity of the vaporized layer is 40% or more and 90% or less. 前記気化層の細孔径を横軸とするとともに前記気化層の細孔容積を横軸とした細孔分布において、前記気化層が有する細孔のメディアン径が15μm以上50μmであることを特徴とする請求項2又は3に記載の減酸素装置。   In the pore distribution with the horizontal axis representing the pore diameter of the vaporized layer and the horizontal axis representing the pore volume of the vaporized layer, the median diameter of the pores of the vaporized layer is 15 μm to 50 μm, The oxygen reduction device according to claim 2 or 3. 前記気化層の厚さが、100μm以上500μmであることを特徴とする請求項2から4のうちのいずれか一項に記載の減酸素装置。   5. The oxygen reduction device according to claim 2, wherein the vaporized layer has a thickness of 100 μm or more and 500 μm. 前記気化層は撥水剤を含有しており、この撥水剤の含有量が5wt%以上50wt%であることを特徴とする請求項2から5のうちのいずれか一項に記載の減酸素装置。   The oxygen-reducing layer according to any one of claims 2 to 5, wherein the vaporization layer contains a water repellent, and the content of the water repellent is 5 wt% or more and 50 wt%. apparatus. 減酸素室を形成する減酸素箱を有した冷蔵庫本体と、
この冷蔵庫本体に前記減酸素箱を開閉可能に取付けられ、閉じられた状態で前記減酸素室を密閉状態に保持する開閉部材と、
請求項1から6のうちのいずれか一項に記載の減酸素装置であって、この装置が備える減酸素セルのカソードが前記減酸素室内の酸素と反応するように前記冷蔵庫本体に配設された前記減酸素装置と、
を具備することを特徴とする冷蔵庫。
A refrigerator body having an oxygen reduction box forming an oxygen reduction chamber;
An opening / closing member that is attached to the refrigerator main body so that the oxygen reduction box can be opened and closed, and that holds the oxygen reduction chamber in a closed state in a closed state;
The oxygen reduction apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a cathode of an oxygen reduction cell provided in the apparatus is disposed in the refrigerator main body so as to react with oxygen in the oxygen reduction chamber. Said oxygen reduction device;
The refrigerator characterized by comprising.
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