JP2549475B2 - 反応種拡散電極構造体 - Google Patents
反応種拡散電極構造体Info
- Publication number
- JP2549475B2 JP2549475B2 JP3177167A JP17716791A JP2549475B2 JP 2549475 B2 JP2549475 B2 JP 2549475B2 JP 3177167 A JP3177167 A JP 3177167A JP 17716791 A JP17716791 A JP 17716791A JP 2549475 B2 JP2549475 B2 JP 2549475B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- reactive species
- hollow fiber
- electrode structure
- diffusion electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は中空糸状であることを特
徴とする新しいタイプの反応種拡散電極構造体に関す
る。本発明は、正極用に空気、酸素、塩素等を負極用に
水素、アンモニア、一酸化炭素、アルコ−ル、炭化水素
など、ガス状および／または液状の原料を供給する燃料
電池や、アルコ−ル電池、空気電池、自動車の排ガスま
たは各種産業廃棄ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、有
機物質等有害ガスの無害化装置、各種ガスセンサ−など
に使用される新しいタイプの反応種拡散電極構造体に関
する。
徴とする新しいタイプの反応種拡散電極構造体に関す
る。本発明は、正極用に空気、酸素、塩素等を負極用に
水素、アンモニア、一酸化炭素、アルコ−ル、炭化水素
など、ガス状および／または液状の原料を供給する燃料
電池や、アルコ−ル電池、空気電池、自動車の排ガスま
たは各種産業廃棄ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、有
機物質等有害ガスの無害化装置、各種ガスセンサ−など
に使用される新しいタイプの反応種拡散電極構造体に関
する。
【０００２】
【従来技術】各種ガスを電気化学的に酸化あるいは還元
するガス拡散型電極の原理は古くから発見され、空気電
池、燃料電池等に応用され、その特性は大幅に向上して
いる。
するガス拡散型電極の原理は古くから発見され、空気電
池、燃料電池等に応用され、その特性は大幅に向上して
いる。
【０００３】ガス拡散電極として用いられている多孔質
電極は、ガス拡散電極内での反応ゾ−ンが固相（触媒お
よび／または導電性付与材）／液相（電解液）／気相
（原料ガス）の３相界面に形成されるという反応メカニ
ズムから考案された電極である。
電極は、ガス拡散電極内での反応ゾ−ンが固相（触媒お
よび／または導電性付与材）／液相（電解液）／気相
（原料ガス）の３相界面に形成されるという反応メカニ
ズムから考案された電極である。
【０００４】斯る燃料電池電極としては、従来から金属
粉末を焼成するなどして製造された多孔質金属や、白金
などの触媒を担持したカ−ボンブラックをポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で結着した多孔質プレ−ト
などが使用されている。
粉末を焼成するなどして製造された多孔質金属や、白金
などの触媒を担持したカ−ボンブラックをポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で結着した多孔質プレ−ト
などが使用されている。
【０００５】しかしながら斯る多孔質電極では長期間の
電極稼働に際して、電解液が漏洩したり、また特に後者
の製造方法ではＰＴＦＥの相互結着力の弱さゆえに、電
極に亀裂が生じ電解液が漏洩したり、高価な電極触媒が
脱落することにより電極の活性が低下するだけでなく経
済性が成立しがたいなどの問題が生じ、新規でかつクリ
−ンなエネルギ−の確保に困難を極めている。
電極稼働に際して、電解液が漏洩したり、また特に後者
の製造方法ではＰＴＦＥの相互結着力の弱さゆえに、電
極に亀裂が生じ電解液が漏洩したり、高価な電極触媒が
脱落することにより電極の活性が低下するだけでなく経
済性が成立しがたいなどの問題が生じ、新規でかつクリ
−ンなエネルギ−の確保に困難を極めている。
【０００６】また電極全体が硬く、脆いことから電極の
成形加工は困難であり、そのため従来のガス拡散電極
は、平板状か太いパイプ状の多孔質体にかぎられ、その
一方の面に電解質溶液、他方にガスを接触させている。
しかしこの方法では、ガスの供給面積が小さく、大容量
の電池を製造することが困難である。
成形加工は困難であり、そのため従来のガス拡散電極
は、平板状か太いパイプ状の多孔質体にかぎられ、その
一方の面に電解質溶液、他方にガスを接触させている。
しかしこの方法では、ガスの供給面積が小さく、大容量
の電池を製造することが困難である。
【０００７】また、従来の燃料電池に使用されている電
解液は循環していないため、電極表面での反応種の拡散
効率が低いことや供給ガス中に存在する異種成分により
電解液が汚染され電極性能が低下することなど実用化へ
の大きなネックとなっている。
解液は循環していないため、電極表面での反応種の拡散
効率が低いことや供給ガス中に存在する異種成分により
電解液が汚染され電極性能が低下することなど実用化へ
の大きなネックとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】既に本発明者らにより
以上の諸問題をある程度解決することを目的とした新し
いタイプのガス拡散型電極の製造方法が提供されてい
る。該電極は、固相内（電極バルク中）に溶存する反応
種（原料ガス分子や電極反応に関与するイオン種など）
が電極バルク中（固相）および／または各電極表面（気
相／固相，固相／液相）でも反応しうることを前提とし
た、液状物質（おもに電解液）が移動不可能で反応種が
移動できるような熱振動に基づく分子間隙は有している
非多孔質のガス拡散型電極であり、電解液の漏洩や電極
触媒の脱落に関しては、ほぼ完全に改善されている（特
願平１−７４１２）。さらに上記問題を解決するために
本発明者は、斯る電極を中空糸状にし、該中空糸中に電
解質を存在せしめるという全く新しい反応種拡散型電極
構造体を発明するに到った。
以上の諸問題をある程度解決することを目的とした新し
いタイプのガス拡散型電極の製造方法が提供されてい
る。該電極は、固相内（電極バルク中）に溶存する反応
種（原料ガス分子や電極反応に関与するイオン種など）
が電極バルク中（固相）および／または各電極表面（気
相／固相，固相／液相）でも反応しうることを前提とし
た、液状物質（おもに電解液）が移動不可能で反応種が
移動できるような熱振動に基づく分子間隙は有している
非多孔質のガス拡散型電極であり、電解液の漏洩や電極
触媒の脱落に関しては、ほぼ完全に改善されている（特
願平１−７４１２）。さらに上記問題を解決するために
本発明者は、斯る電極を中空糸状にし、該中空糸中に電
解質を存在せしめるという全く新しい反応種拡散型電極
構造体を発明するに到った。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガス状および
／または液状の反応性化学種を電気化学的に酸化および
／または還元させる微粒子状触媒を高分子化合物中に均
一分散させた組成物を中空糸状に成形してなることを特
徴とする反応種拡散電極構造体に関する。
／または液状の反応性化学種を電気化学的に酸化および
／または還元させる微粒子状触媒を高分子化合物中に均
一分散させた組成物を中空糸状に成形してなることを特
徴とする反応種拡散電極構造体に関する。
【００１０】本発明において反応種とは電気化学的に酸
化および／または還元される液体状および／または気体
状の化合物である。
化および／または還元される液体状および／または気体
状の化合物である。
【００１１】本発明において中空糸とは、外径０．０２
ｍｍ〜１０ｍｍ、望ましくは、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程
度、壁厚が５μｍ〜１０００μｍ即ち壁厚が外径の１／
２〜１／２００程度のものが望ましい。中空糸の外径が
太ければ反応種供給面積が減少して効率が低下し、また
曲げ加工等も困難になる。また、０．０２ｍｍ以下と細
くなれば、中空内部を流れるガスの圧損が大きくなり、
電解質溶液を循環するために多大なエネルギ−が必要と
なる。また、壁厚が外径の１／２０以下であれば中空糸
の機械的強度が弱く、つぶれや破損を起こし易いし、逆
に１０００μｍ以上厚ければ反応種の透過速度が低下し
電極の効率が低下する。また、必要に応じて該中空糸状
電極の外壁面および／または内壁面を抽出法などの方法
により粗面化して反応種の拡散性を向上させることもで
きる。
ｍｍ〜１０ｍｍ、望ましくは、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程
度、壁厚が５μｍ〜１０００μｍ即ち壁厚が外径の１／
２〜１／２００程度のものが望ましい。中空糸の外径が
太ければ反応種供給面積が減少して効率が低下し、また
曲げ加工等も困難になる。また、０．０２ｍｍ以下と細
くなれば、中空内部を流れるガスの圧損が大きくなり、
電解質溶液を循環するために多大なエネルギ−が必要と
なる。また、壁厚が外径の１／２０以下であれば中空糸
の機械的強度が弱く、つぶれや破損を起こし易いし、逆
に１０００μｍ以上厚ければ反応種の透過速度が低下し
電極の効率が低下する。また、必要に応じて該中空糸状
電極の外壁面および／または内壁面を抽出法などの方法
により粗面化して反応種の拡散性を向上させることもで
きる。
【００１２】本発明における中空糸に用いられる高分子
化合物としてはポリアクリロニトリル、ポリスルホン、
ポリエ−テルスルホン、ポリカ−ボネ−ト、セルロ−
ス、セルロ−スアセテ−ト、ポリアミド、ポリイミド、
ポリエステル系、ポリビニルアルコ−ル、ポリ塩化ビニ
ルなどビニル系、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリ
ル系、エポキシ系、シロキサン系、ポリスチレン、ポリ
アリレ−ト、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリ
オレフィン系、ポリ弗化ビニリデン、エチレンテトラフ
ルオロエチレン、共重合体などハロゲン化ポリオレフィ
ン系、ポリテトラフルオロエチレン、さらに、ポリピロ
−ル、ポリチオ−ル、ポリフェニレン、ポリアセチレ
ン、ポリアニリンなどの導電性ポリマ−などの高分子化
合物を挙げることができる。また、これらの高分子化合
物は単独で使用されることもあるが複合体や共重合体と
して使用することも出来る。
化合物としてはポリアクリロニトリル、ポリスルホン、
ポリエ−テルスルホン、ポリカ−ボネ−ト、セルロ−
ス、セルロ−スアセテ−ト、ポリアミド、ポリイミド、
ポリエステル系、ポリビニルアルコ−ル、ポリ塩化ビニ
ルなどビニル系、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリ
ル系、エポキシ系、シロキサン系、ポリスチレン、ポリ
アリレ−ト、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリ
オレフィン系、ポリ弗化ビニリデン、エチレンテトラフ
ルオロエチレン、共重合体などハロゲン化ポリオレフィ
ン系、ポリテトラフルオロエチレン、さらに、ポリピロ
−ル、ポリチオ−ル、ポリフェニレン、ポリアセチレ
ン、ポリアニリンなどの導電性ポリマ−などの高分子化
合物を挙げることができる。また、これらの高分子化合
物は単独で使用されることもあるが複合体や共重合体と
して使用することも出来る。
【００１３】中空糸の機械的強度や反応種に対する安定
性を考慮すると、ポリオレフィン系、ポリビニル系、ポ
リ弗化ビニリデン、エチレンテトラフルオロエチレン共
重合体などハロゲン化ポリオレフィン系、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどおよび／またはこれら高分子化合物
からなる複合体や共重合体等が好ましい。
性を考慮すると、ポリオレフィン系、ポリビニル系、ポ
リ弗化ビニリデン、エチレンテトラフルオロエチレン共
重合体などハロゲン化ポリオレフィン系、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどおよび／またはこれら高分子化合物
からなる複合体や共重合体等が好ましい。
【００１４】また使用する反応種に対する透過性を考慮
して反応種ごとに使用する高分子化合物を選択すること
が望ましい。
して反応種ごとに使用する高分子化合物を選択すること
が望ましい。
【００１５】本発明において用いられる電気化学的酸化
・還元触媒としては、金属類、金属酸化物類、金属ホウ
化物類、金属炭化物類、有機金属錯体類などが使用され
る。
・還元触媒としては、金属類、金属酸化物類、金属ホウ
化物類、金属炭化物類、有機金属錯体類などが使用され
る。
【００１６】金属類としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａ
ｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｌなどが
挙げられる。これらの金属は、単独で使用する場合もあ
るが、２種類以上の金属から成る合金として使用する場
合もある。
ｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｌなどが
挙げられる。これらの金属は、単独で使用する場合もあ
るが、２種類以上の金属から成る合金として使用する場
合もある。
【００１７】金属酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｏな
どの遷移金属のペロブルカイト型酸化物、ＮｉＣｏ2 Ｏ
4 などのスピネル型酸化物、酸化鉄、酸化タングステ
ン、酸化マンガンなどが挙げられる。
どの遷移金属のペロブルカイト型酸化物、ＮｉＣｏ2 Ｏ
4 などのスピネル型酸化物、酸化鉄、酸化タングステ
ン、酸化マンガンなどが挙げられる。
【００１８】また、ホウ化ニッケル、ホウ化コバルトな
どの金属ホウ化物や、炭化タングステンなどの金属炭化
物なども挙げられる。
どの金属ホウ化物や、炭化タングステンなどの金属炭化
物なども挙げられる。
【００１９】有機金属錯体としては、フタロシアニン、
ナフタロシアニン、ポルフィリン、フェナトポルフィリ
ン、ビシクロペンタジフェニル、カルボニル、ヒドリ
ド、カルベン、カルビン、アセチルアセトン錯塩、サリ
チルアミンキレ−ト、サリチルアルデヒド錯塩、エチレ
ンジアミン四酢酸塩、グルシンキレ−ト、フェロセンな
ど、あるいはこれらに、ハロゲン原子、ニトロ基、スル
ホン基、スルホン酸塩基、アルキル基、アリル基、水酸
基、カルボキシル基などの原子または置換基が導入され
た誘導体の白金、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジ
ウム、モリブデンなどの金属錯体である。
ナフタロシアニン、ポルフィリン、フェナトポルフィリ
ン、ビシクロペンタジフェニル、カルボニル、ヒドリ
ド、カルベン、カルビン、アセチルアセトン錯塩、サリ
チルアミンキレ−ト、サリチルアルデヒド錯塩、エチレ
ンジアミン四酢酸塩、グルシンキレ−ト、フェロセンな
ど、あるいはこれらに、ハロゲン原子、ニトロ基、スル
ホン基、スルホン酸塩基、アルキル基、アリル基、水酸
基、カルボキシル基などの原子または置換基が導入され
た誘導体の白金、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジ
ウム、モリブデンなどの金属錯体である。
【００２０】上記触媒は、超微粒子状または微粒子状に
成形した粉体または／および、カ−ボンブラック等の担
体に担持させた状態で高分子化合物溶液または融液中に
分散するか、高分子化合物溶液または融液中に溶解する
などして高分子化合物中に均一分散させることができる
が、該高分子化合物を合成する際同時に触媒と高分子化
合物とを複合することもできる。尚、使用される触媒
は、反応種の種類や反応の種類によって異なる。
成形した粉体または／および、カ−ボンブラック等の担
体に担持させた状態で高分子化合物溶液または融液中に
分散するか、高分子化合物溶液または融液中に溶解する
などして高分子化合物中に均一分散させることができる
が、該高分子化合物を合成する際同時に触媒と高分子化
合物とを複合することもできる。尚、使用される触媒
は、反応種の種類や反応の種類によって異なる。
【００２１】これら電気化学的酸化還元触媒の混合量
は、高分子化合物１００重量部に対して５部から３００
部が好ましく、さらに好ましくは、２０部から１５０部
混合するとよい。これ以上多量に混合しても反応には有
効に利用されず無駄になるばかりではなく、電極の機械
的強度が低下したり、電解液漏洩の原因にもなる。
は、高分子化合物１００重量部に対して５部から３００
部が好ましく、さらに好ましくは、２０部から１５０部
混合するとよい。これ以上多量に混合しても反応には有
効に利用されず無駄になるばかりではなく、電極の機械
的強度が低下したり、電解液漏洩の原因にもなる。
【００２２】また、必要に応じて導電性付与材を混和
し、電極の導電性を向上させることができる。斯る導電
性付与材として使用される導電性付与部材としては、ア
セチレンブラック、サ−マルブラック、ファ−ネスブラ
ック、ケッチンブラック、などのカ−ボンブラック、グ
ラファイト粉末、フィブリル状（繊維状）グラファイト
などの各種炭素材等が挙げられる。
し、電極の導電性を向上させることができる。斯る導電
性付与材として使用される導電性付与部材としては、ア
セチレンブラック、サ−マルブラック、ファ−ネスブラ
ック、ケッチンブラック、などのカ−ボンブラック、グ
ラファイト粉末、フィブリル状（繊維状）グラファイト
などの各種炭素材等が挙げられる。
【００２３】上記導電性付与部材は、必要に応じて高分
子化合物溶液または融液中に分散するか、高分子化合物
溶液または融液中に溶解するなどして高分子化合物中に
均一分散させることができるが、高分子化合物を合成す
る際、同時に電解重合法などにより導電性付与部材と高
分子化合物とを複合することもできる。
子化合物溶液または融液中に分散するか、高分子化合物
溶液または融液中に溶解するなどして高分子化合物中に
均一分散させることができるが、高分子化合物を合成す
る際、同時に電解重合法などにより導電性付与部材と高
分子化合物とを複合することもできる。
【００２４】これら導電性付与部材の混合量は、高分子
化合物１００重量部に対して３００部以下が好ましく、
さらに好ましくは、１５０部以下の混合がよい。これ以
上多量に混合すると、電極の機械的強度が低下したり、
電解液漏洩の原因にもなる。
化合物１００重量部に対して３００部以下が好ましく、
さらに好ましくは、１５０部以下の混合がよい。これ以
上多量に混合すると、電極の機械的強度が低下したり、
電解液漏洩の原因にもなる。
【００２５】上記の組成物からなる中空糸の製造方法
は、各高分子化合物に応じて開発されている公知の方法
に従い、製造工程で触媒および／または必要に応じて導
電性付与部材を混和する。
は、各高分子化合物に応じて開発されている公知の方法
に従い、製造工程で触媒および／または必要に応じて導
電性付与部材を混和する。
【００２６】上記のようにして得られた中空糸状電極は
導電性の固定端で束ねられ、中空糸状電極構造体とな
る。固定端は高分子化合物と導電性付与部材からなる。
固定端として使用される高分子化合物としては前記のも
のに従うが、中空糸状電極の組成物と同一にする必要は
ない。また固定端に使用される導電性付与部材も電極組
成物として記載したもので良い。
導電性の固定端で束ねられ、中空糸状電極構造体とな
る。固定端は高分子化合物と導電性付与部材からなる。
固定端として使用される高分子化合物としては前記のも
のに従うが、中空糸状電極の組成物と同一にする必要は
ない。また固定端に使用される導電性付与部材も電極組
成物として記載したもので良い。
【００２７】電解質については反応種や生成物の種類に
応じて公知の電解質水溶液またはイオン交換樹脂からな
る高分子固体電解質などを用いる。電解質は、該中空糸
状電極の内部、外部どちらに存在せしめてもよい。電解
質が液状の場合、電極表面での反応性の向上を考慮する
と電解質は循環および／または撹半したほうが好まし
い。
応じて公知の電解質水溶液またはイオン交換樹脂からな
る高分子固体電解質などを用いる。電解質は、該中空糸
状電極の内部、外部どちらに存在せしめてもよい。電解
質が液状の場合、電極表面での反応性の向上を考慮する
と電解質は循環および／または撹半したほうが好まし
い。
【００２８】次に本発明を図面をもって具体的に説明す
る。図１は、一端を封じた任意の長さを持つ複数の中空
糸状電極を導電性の固定端３で束ねた、反応種拡散電極
構造体である。図２は、複数の中空糸状電極の両端を１
つの導電性固定端で束ねた構造の反応種拡散電極構造体
の図であり、この場合中空糸の両端は開放されている。
図３は、複数の中空糸状電極１の両端を導電性の固定端
で束ねた反応種拡散電極構造体の図である。２は電子の
集電線である。
る。図１は、一端を封じた任意の長さを持つ複数の中空
糸状電極を導電性の固定端３で束ねた、反応種拡散電極
構造体である。図２は、複数の中空糸状電極の両端を１
つの導電性固定端で束ねた構造の反応種拡散電極構造体
の図であり、この場合中空糸の両端は開放されている。
図３は、複数の中空糸状電極１の両端を導電性の固定端
で束ねた反応種拡散電極構造体の図である。２は電子の
集電線である。
【００２９】いずれの場合も反応種および電解質中のイ
オンなどは、中空糸状電極のそれぞれの外壁から電極マ
トリクス内部に溶解・拡散して電極マトリクス内部に存
在する反応場に供給され、反応生成物は反応場から拡散
して電極マトリクス外部に放出される。
オンなどは、中空糸状電極のそれぞれの外壁から電極マ
トリクス内部に溶解・拡散して電極マトリクス内部に存
在する反応場に供給され、反応生成物は反応場から拡散
して電極マトリクス外部に放出される。
【００３０】電解液や反応種を中空糸状電極中で循環す
る場合には図３の構造が望ましい。この場合中空糸状電
極の両端とも開放されていることが望ましい。
る場合には図３の構造が望ましい。この場合中空糸状電
極の両端とも開放されていることが望ましい。
【００３１】
【実施例１】図４に示したような酸素／水素燃料電池を
製造した。２種類の触媒をそれぞれポリ４メチル１ペン
テン中に分散させ、内径３ｍｍ、壁厚３０μｍの中空糸
状電極をそれそれ４０本ずつ、各１０ｃｍを導電性の固
定端で電極両端が開放されるように束ね、図３に示した
ような中空糸状電極構造体を触媒を用いて２体製造し
た。即ち、酸素還元触媒としてコバルトフタロシアニン
担持カ−ボンブラック、水素酸化触媒として白金担持カ
−ボンブラックを用いた。これを．図２に示したような
モジュ−ル中に組み込んだ。電解液槽には、１Ｍ ＫＯ
Ｈ水溶液４を入れ、ポンプ１０で循環させた。モジュ−
ル全体は絶縁性であり、各反応種槽は導電性中空糸状電
極固定端により密閉される仕組みになっている。導電性
中空糸状電極固定端３−２と３−３の間はわずかに隙間
があり両極が短絡しないようになっている。尚この隙間
には電解液が満たされている。反応種である酸素ガス、
水素ガスをそれぞれの導入口５，６から導入したとこ
ろ、２５゜Ｃで１．５ｗの出力が１０００時間以上得ら
れた。
製造した。２種類の触媒をそれぞれポリ４メチル１ペン
テン中に分散させ、内径３ｍｍ、壁厚３０μｍの中空糸
状電極をそれそれ４０本ずつ、各１０ｃｍを導電性の固
定端で電極両端が開放されるように束ね、図３に示した
ような中空糸状電極構造体を触媒を用いて２体製造し
た。即ち、酸素還元触媒としてコバルトフタロシアニン
担持カ−ボンブラック、水素酸化触媒として白金担持カ
−ボンブラックを用いた。これを．図２に示したような
モジュ−ル中に組み込んだ。電解液槽には、１Ｍ ＫＯ
Ｈ水溶液４を入れ、ポンプ１０で循環させた。モジュ−
ル全体は絶縁性であり、各反応種槽は導電性中空糸状電
極固定端により密閉される仕組みになっている。導電性
中空糸状電極固定端３−２と３−３の間はわずかに隙間
があり両極が短絡しないようになっている。尚この隙間
には電解液が満たされている。反応種である酸素ガス、
水素ガスをそれぞれの導入口５，６から導入したとこ
ろ、２５゜Ｃで１．５ｗの出力が１０００時間以上得ら
れた。
【００３２】
【発明の効果】本発明の電極は、微粒子状触媒が分散さ
れた高分子化合物の薄膜で構成される中空糸状である。
このため、反応種であるガスおよびイオンが中空糸の中
空糸構造の壁面より拡散されて内部に達し、そこで触媒
と接触することにより電極反応が起こるものである。こ
のため、電極自体を多孔性とする必要がないので電解液
のモレや電極破壊という問題点がなく、機械的強度も確
保できるので電極の小型化、軽量化にも寄与するもので
ある。
れた高分子化合物の薄膜で構成される中空糸状である。
このため、反応種であるガスおよびイオンが中空糸の中
空糸構造の壁面より拡散されて内部に達し、そこで触媒
と接触することにより電極反応が起こるものである。こ
のため、電極自体を多孔性とする必要がないので電解液
のモレや電極破壊という問題点がなく、機械的強度も確
保できるので電極の小型化、軽量化にも寄与するもので
ある。
【図１】 中空糸状電極の一端が閉じている反応種拡散
電極構造体の見取図
電極構造体の見取図
【図２】 中空糸状電極の両端が一緒に束ねられている
反応種拡散電極構造体の見取図
反応種拡散電極構造体の見取図
【図３】 中空糸中を循環できる構造にした反応種拡散
電極構造体の見取図
電極構造体の見取図
【図４】 反応種拡散電極を２つ組み合わせ、中空糸中
及び両極間に電解液を循環させた水素／酸素燃料電池用
モジュールの平面図
及び両極間に電解液を循環させた水素／酸素燃料電池用
モジュールの平面図
１． 中空糸状電極 ２． 集電線 ３． 導電性中空糸状電極束固定端 ４． 電解液（１Ｍ ＫＯＨ水溶液） ５． 反応種Ａ（酸素ガス）導入口 ６． 反応種Ａ排出口 ７． 反応種Ｂ（水素ガス）導入口 ８． 反応種Ｂ、電解生成物（水蒸気）排出口 ９． 負荷 １０． ポンプ １１． 電解液導入バルブ １２． 電解液排出バルブ
Claims (3)
- 【請求項１】 ガス状および／または液状の反応性化学
種を電気化学的に酸化および／または還元させる微粒子
状触媒を高分子化合物中に均一分散させた組成物を中空
糸状に成形してなることを特徴とする反応種拡散電極構
造体。 - 【請求項２】 高分子化合物１００重量部に対して上記
微粒子状触媒を５ないし３００重量部配合する請求項１
記載の反応種拡散電極構造体。 - 【請求項３】 中空糸の外径が０．０２〜１０ｍｍで壁
厚が外径の１／２〜１／２００である請求項１又は２記
載の反応種拡散電極構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3177167A JP2549475B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 反応種拡散電極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3177167A JP2549475B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 反応種拡散電極構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053035A JPH053035A (ja) | 1993-01-08 |
| JP2549475B2 true JP2549475B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=16026362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3177167A Expired - Lifetime JP2549475B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 反応種拡散電極構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2549475B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3772704B2 (ja) | 2001-07-27 | 2006-05-10 | 富士通株式会社 | データソート方法、データソート装置およびデータソートプログラム |
| JP2006512746A (ja) * | 2002-12-23 | 2006-04-13 | マイクロセル コーポレーション | 微小繊維状燃料電池の基板に支持された製造方法 |
| US7229712B2 (en) | 2003-03-07 | 2007-06-12 | Microcell Corporation | Fuel cell structures and assemblies |
| JP5100038B2 (ja) * | 2006-06-09 | 2012-12-19 | Ｎｏｋ株式会社 | 燃料電池モジュール |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03166392A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-18 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ガス拡散電極 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP3177167A patent/JP2549475B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053035A (ja) | 1993-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dessie et al. | Recent developments in manganese oxide based nanomaterials with oxygen reduction reaction functionalities for energy conversion and storage applications: A review | |
| Wu et al. | Ultrafine Pt nanoparticles and amorphous nickel supported on 3D mesoporous carbon derived from Cu-metal–organic framework for efficient methanol oxidation and nitrophenol reduction | |
| Zhiani et al. | Methanol electro-oxidation on Pt/C modified by polyaniline nanofibers for DMFC applications | |
| Li et al. | Electrosynthesis of hydrogen peroxide via two-electron oxygen reduction reaction: A critical review focus on hydrophilicity/hydrophobicity of carbonaceous electrode | |
| Chen et al. | Insight into the rapid degradation behavior of nonprecious metal fe–n–c electrocatalyst-based proton exchange membrane fuel cells | |
| Wu et al. | Three-dimensional networks of S-doped Fe/N/C with hierarchical porosity for efficient oxygen reduction in polymer electrolyte membrane fuel cells | |
| CN106328960A (zh) | Zif‑67模板法制备钴铂核壳颗粒/多孔碳复合材料以及在燃料电池阴极中的催化应用 | |
| Hosseini et al. | UV-cleaning properties of Pt nanoparticle-decorated titania nanotubes in the electro-oxidation of methanol: An anti-poisoning and refreshable electrode | |
| WO2012049616A1 (en) | A direct liquid fuel cell having ammonia borane, hydrazine, derivatives thereof or/and mixtures thereof as fuel | |
| CN105810957B (zh) | 一种铂/氢氧化镍‑氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备及应用 | |
| US20110123877A1 (en) | Catalyst for oxygen reduction electrode and oxygen reduction electrode | |
| Zeng et al. | UiO-66-NO2 as an oxygen “pump” for enhancing oxygen reduction reaction performance | |
| Zhang et al. | Boosting the performance of iron-phthalocyanine as cathode electrocatalyst for alkaline polymer fuel cells through edge-closed conjugation | |
| CN109019559A (zh) | 一种元素掺杂三维多孔碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN100584451C (zh) | 燃料电池氧电极催化剂 | |
| CN101380594A (zh) | 质子交换膜燃料电池催化剂的氮化钛载体或氮化钛和炭载体混合载体 | |
| EP2133946A1 (en) | Fuel cell | |
| JP2008181883A (ja) | 燃料電池電極、燃料電池及びそれらの製造方法 | |
| Zaman et al. | Comparative study of Mn-ZIF-67 derived carbon (Mn-Co/C) and its rGO-based composites for the methanol oxidation | |
| Ourari et al. | Elaboration of new electrodes with carbon paste containing polystyrene functionalized by pentadentate nickel (II)-Schiff base complex–Application to the electrooxidation reaction of methanol and its aliphatic analogs. | |
| JP2549475B2 (ja) | 反応種拡散電極構造体 | |
| Hamada et al. | Alkaline fuel cells: status and prospects | |
| Di Noto et al. | Hierarchical metal–[carbon nitride shell/carbon core] electrocatalysts: A promising new general approach to tackle the ORR bottleneck in low-temperature fuel cells | |
| Vemuri et al. | Oxygen Reduction Reaction with Manganese Oxide Nanospheres in Microbial Fuel Cells | |
| Yavari et al. | Performance evaluation of anodic nano‐catalyst for direct methanol alkaline fuel cell |