JP2021163545A - 電極及び電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
以下、水酸化物イオンをキャリアとする電気化学セルの一例として、アルカリ形燃料電池(AFC:Alkaline Fuel Cell)10の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係るアルカリ形燃料電池10の構成を示す断面図である。
・アノード14: CH3OH+6OH−→6e−+CO2+5H2O
・全体 : CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O
カソード12は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。カソード12は、本発明に係る「電極」の一例である。カソード12は、電解質16に接合される。カソード12及び電解質16は、電解質/電極接合体を構成する。
アノード14は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。アノード14は、本発明に係る「電極」の一例である。アノード14は、電解質16に接合される。アノード14及び電解質16は、電解質/電極接合体を構成する。
電解質16は、カソード12とアノード14との間に配置される。電解質16は、カソード12及びアノード14のそれぞれに接続される。電解質16は、膜状、層状、或いは、シート状に形成される。
次に、アルカリ形燃料電池10の製造方法の一例について説明する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
上記実施形態では、本発明に係る電解質/電極接合体を適用した電気化学セルの一例として、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池について説明したが、本発明に係る電極は、種々の電気化学セルに適用可能である。電気化学セルとは、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための装置、或いは、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるための装置であって、一対の電極と電解質とを備えるものの総称である。電気化学セルとしては、例えば、二次電池(ニッケル亜鉛二次電池、亜鉛空気二次電池など)、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどが挙げられる。
上記実施形態では、本発明に係る電極構成をカソード12及びアノード14それぞれに適用することとしたが、これに限られない。本発明に係る電極構成は、カソード12及びアノード14のうち一方のみに適用されていてもよい。
実施例1〜12及び比較例1〜4に係るアルカリ形燃料電池を次の通り作製した。
1.実施例1〜6及び比較例1〜2
実施例1〜6及び比較例1〜2では、以下のように、気相系燃料を用いてアルカリ形燃料電池を作動させた。
実施例7〜12及び比較例3〜4では、以下のように、液相系燃料を用いてアルカリ形燃料電池を作動させた。
表1及び表2に示すように、カソード及びアノードにおいてLDH粒子連結体を構成しなかった比較例1,3、及び、カソード及びアノードにおいてLDH粒子連結体を構成するLDH粒子の数が3未満であった比較例2,4では、熱サイクル試験によってセル出力が大きく低下した。一方、カソード及びアノードにおいてLDH粒子連結体を構成するLDH粒子の数を3つ以上とした実施例1〜12では、比較例1〜4に比べて、熱サイクル試験によるセル出力の低下を抑制できた。このような結果が得られたのは、カソード及びアノードにおいて、3以上のLDH粒子が連結したLDH粒子連結体を形成することによって、水酸化物イオン伝導ネットワーク構造の強度を向上させることができたからである。
12 カソード
21 カソード触媒粒子
22 カソード担体粒子
23 LDH粒子
24 LDH粒子連結体
14 アノード
41 アノード触媒粒子
42 アノード担体粒子
43 LDH粒子
44 LDH粒子連結体
16 電解質
20 多孔質基材
22 無機固体電解質体
Claims (10)
- 水酸化物イオンをキャリアとする電気化学セルに用いられる電極であって、
電子伝導性を有する触媒粒子と、
前記触媒粒子を担持する担体粒子と、
3以上の層状複水酸化物粒子が連結することによって構成される層状複水酸化物粒子連結体と、
を含む、
電極。 - 前記層状複水酸化物粒子連結体は、2以上の触媒粒子と接触する、
請求項1に記載の電極。 - 前記層状複水酸化物粒子連結体は、前記担体粒子を支持する、
請求項1又は2に記載の電極。 - 前記層状複水酸化物粒子の平均アスペクト比は、3以上である、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電極。 - 前記触媒粒子の平均粒径に対する前記層状複水酸化物粒子の平均粒径の比は、50以下である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電極。 - 前記担体粒子の平均粒径に対する前記層状複水酸化物粒子の平均粒径の比は、4以下である、
請求項1乃至5のいずれかに記載の電極。 - 前記層状複水酸化物粒子の平均粒径は、10nm以上200nm以下である、
請求項1乃至6のいずれかに記載の電極。 - 前記触媒粒子の平均粒径は、2.0nm以上10nm以下である、
請求項1乃至7のいずれかに記載の電極。 - 前記担体粒子の平均粒径は、30nm以上100nm以下である、
請求項1乃至8のいずれかに記載の電極。 - アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置される電解質と、
を備え、
前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方は、請求項1乃至9のいずれかに記載の電極である、
電気化学セル。
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