JP2602839B2 - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
燃料電池の製造方法Info
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- JP2602839B2 JP2602839B2 JP62195195A JP19519587A JP2602839B2 JP 2602839 B2 JP2602839 B2 JP 2602839B2 JP 62195195 A JP62195195 A JP 62195195A JP 19519587 A JP19519587 A JP 19519587A JP 2602839 B2 JP2602839 B2 JP 2602839B2
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- JP
- Japan
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- phosphoric acid
- electrode
- fuel cell
- concentration
- electrolyte
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池の製造方法に関する。
（従来の技術） 従来、燃料の有している化学エネルギーを直接電気エ
ネルギーに変換する装置として燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質を保持するマトリック
ス層を挟んで、片面に触媒層がそれぞれ形成された燃料
極及び酸化剤極から成る一対の多孔電極を対抗配置する
と共に、燃料極の背面に水素等の燃料ガスを接触させ、
また酸化剤極の背面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、
このとき起こる電気化学反応を利用して上記電極間から
電気エネルギーを取り出すようにしたものであり、上記
燃料ガスと、酸化剤ガスが供給されている限り高い変換
効率で電気エネルギーを取り出すことが出来るものであ
る。
ネルギーに変換する装置として燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質を保持するマトリック
ス層を挟んで、片面に触媒層がそれぞれ形成された燃料
極及び酸化剤極から成る一対の多孔電極を対抗配置する
と共に、燃料極の背面に水素等の燃料ガスを接触させ、
また酸化剤極の背面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、
このとき起こる電気化学反応を利用して上記電極間から
電気エネルギーを取り出すようにしたものであり、上記
燃料ガスと、酸化剤ガスが供給されている限り高い変換
効率で電気エネルギーを取り出すことが出来るものであ
る。
第３図は、上記の原理に基づく特にリン酸を電解質と
したリブ付き型燃料電池の基本的構成例を縦断面斜視図
にて示したものである。図において電解質としてリン酸
を保持するマトリックス層１を挟んで、互いに直行する
方向に溝が規則的に複数本平行に設けられ、かつ片面に
触媒層がそれぞれ形成された炭素材からなる燃料極２及
び３酸化剤極３の一対のリブ付き電極を対抗配置して、
燃料電池の単セルを構成している。ここで、これらの溝
は燃料ガス及び酸化剤ガスの流通路をそれぞれ形成して
いる。また、上記単セルを複数個、電子導電性かつガス
不透過性のセパレータ４を各単セル間に挟んで積層して
燃料電池を構成するようにしている。また、電池運転中
はマトリックス層１中のりん酸が電池外へ搬出され電池
特性が低下するため、あらかじめリブ付き電極にりん酸
をリザーブしておき、マトリックス層１に適時補給する
ようにしている。
したリブ付き型燃料電池の基本的構成例を縦断面斜視図
にて示したものである。図において電解質としてリン酸
を保持するマトリックス層１を挟んで、互いに直行する
方向に溝が規則的に複数本平行に設けられ、かつ片面に
触媒層がそれぞれ形成された炭素材からなる燃料極２及
び３酸化剤極３の一対のリブ付き電極を対抗配置して、
燃料電池の単セルを構成している。ここで、これらの溝
は燃料ガス及び酸化剤ガスの流通路をそれぞれ形成して
いる。また、上記単セルを複数個、電子導電性かつガス
不透過性のセパレータ４を各単セル間に挟んで積層して
燃料電池を構成するようにしている。また、電池運転中
はマトリックス層１中のりん酸が電池外へ搬出され電池
特性が低下するため、あらかじめリブ付き電極にりん酸
をリザーブしておき、マトリックス層１に適時補給する
ようにしている。
このような従来の燃料電池において起動前電極にりん
酸をリザーブする場合、電極にりん酸をハケで塗布する
方法や、圧搾空気による吹き付ける方法等が用いられて
いる。
酸をリザーブする場合、電極にりん酸をハケで塗布する
方法や、圧搾空気による吹き付ける方法等が用いられて
いる。
（発明が解決しようとする問題点） この場合、起動前電極に電解液を均一にリザーブする
ことができず、又りん酸リザーブ量が極端に多い場所で
は反応ガスが十分に拡散してゆかず電池反応が阻害され
（ブロッキング現象）また逆に、りん酸リザーブ量が極
端に少ない場所では電池反応が集中して起こるが、マト
リックス層へのりん酸補給が十分行われていないためマ
トリックス層中のりん酸が渇き易くなり、電池の内部抵
抗が上昇して最終的には反応ガスがマトリックス層を通
り抜けて直接反応（クロスオーバ）をおこすため電池電
圧が低下する不具合があった。また連続運転を行うと、
局部的なクロスオーバによりセル電圧の低下は著しかっ
た。
ことができず、又りん酸リザーブ量が極端に多い場所で
は反応ガスが十分に拡散してゆかず電池反応が阻害され
（ブロッキング現象）また逆に、りん酸リザーブ量が極
端に少ない場所では電池反応が集中して起こるが、マト
リックス層へのりん酸補給が十分行われていないためマ
トリックス層中のりん酸が渇き易くなり、電池の内部抵
抗が上昇して最終的には反応ガスがマトリックス層を通
り抜けて直接反応（クロスオーバ）をおこすため電池電
圧が低下する不具合があった。また連続運転を行うと、
局部的なクロスオーバによりセル電圧の低下は著しかっ
た。
そこで本発明の目的は電極の全面に電解液を起動前均
一にリザーブし、電池性能を向上させた燃料電池の製造
方法を提供することにある。
一にリザーブし、電池性能を向上させた燃料電池の製造
方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は電解液を含浸した
マトリックス層と、このマトリックス層を挟持するとと
もに、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通を可能にした多
孔質性の一対の電極を備えた燃料電池の製造方法におい
て、電極を電池運転時の濃度以下の電解液中浸漬し、電
極の気孔部に電解液をリザーブするようにしたことを特
徴とするものである。
マトリックス層と、このマトリックス層を挟持するとと
もに、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通を可能にした多
孔質性の一対の電極を備えた燃料電池の製造方法におい
て、電極を電池運転時の濃度以下の電解液中浸漬し、電
極の気孔部に電解液をリザーブするようにしたことを特
徴とするものである。
（作 用） 上述のように構成した燃料電池の製造方法によれば、
電極全体に渡り均一に起動前電解液をリザーブすること
ができるので電極の気孔を介して反応ガスの拡散および
マトリックス層への電解液補給が容易となり、長期に渡
り高い電池特性を維持することが可能となる。
電極全体に渡り均一に起動前電解液をリザーブすること
ができるので電極の気孔を介して反応ガスの拡散および
マトリックス層への電解液補給が容易となり、長期に渡
り高い電池特性を維持することが可能となる。
（実施例） 以下本発明の一実施例について、第１図乃至第３図を
参照して説明する。
参照して説明する。
一般に燐酸の濃度は、雰囲気の湿度、温度により決ま
り、それらの条件が変わることにより、容易に変化する
ことが知られている。すなはち、湿度が高いほど、温度
が低い（但し凍結温度以上）ほど燐酸は大気中の水蒸気
を吸収しその濃度は低下する。逆に、湿度が低いほど、
温度が高いほど燐酸中の水分は蒸発して、その濃度は大
きくなる。これらの濃度変化にともない燐酸の体積も大
きく変化する燐酸の濃度変化に伴う体積変化の一例を第
２図に示す。第２図において縦軸は100％燐酸の体積を
１とした場合の各濃度での燐酸体積の比で示している。
例えば100％燐酸を加湿して30％燐酸として場合体積は
５倍程度になる。また逆に、30％燐酸を昇温して100％
燐酸に濃縮することにより、体積は0.2倍程度となる。
り、それらの条件が変わることにより、容易に変化する
ことが知られている。すなはち、湿度が高いほど、温度
が低い（但し凍結温度以上）ほど燐酸は大気中の水蒸気
を吸収しその濃度は低下する。逆に、湿度が低いほど、
温度が高いほど燐酸中の水分は蒸発して、その濃度は大
きくなる。これらの濃度変化にともない燐酸の体積も大
きく変化する燐酸の濃度変化に伴う体積変化の一例を第
２図に示す。第２図において縦軸は100％燐酸の体積を
１とした場合の各濃度での燐酸体積の比で示している。
例えば100％燐酸を加湿して30％燐酸として場合体積は
５倍程度になる。また逆に、30％燐酸を昇温して100％
燐酸に濃縮することにより、体積は0.2倍程度となる。
そこでこの実施例は上記燐酸の性質を利用し、酸化剤
極および燃料極のリブ付電極2,3を運転時の燐酸濃度以
下に調整した燐酸浴中に浸し、リブ浸電極2,3の気孔部
に燐酸を保持するようにしたものである。
極および燃料極のリブ付電極2,3を運転時の燐酸濃度以
下に調整した燐酸浴中に浸し、リブ浸電極2,3の気孔部
に燐酸を保持するようにしたものである。
次に具体的な燐酸リザーブ方法について説明する。触
媒層を一端に形成したリブ浸電極（燃料極）２を65％濃
度のりん酸浴中に10分間浸し、リブ付電極２の気孔にり
ん酸を保持させる。次にこのリブ付電極をあらかじめり
ん酸を含浸させたマトリックス層１および酸化剤極側と
なるリブ付電極３とを第３図に示すように一体化して燃
料電池を形成する。この燃料電池は起動前に一定温度、
湿度（たとえば205℃、５％）でコンディショニングし
た後毎分１℃の速度で昇温するとともに、150℃にて反
応ガスを供給して発電し、205℃で連続運転を行った。
媒層を一端に形成したリブ浸電極（燃料極）２を65％濃
度のりん酸浴中に10分間浸し、リブ付電極２の気孔にり
ん酸を保持させる。次にこのリブ付電極をあらかじめり
ん酸を含浸させたマトリックス層１および酸化剤極側と
なるリブ付電極３とを第３図に示すように一体化して燃
料電池を形成する。この燃料電池は起動前に一定温度、
湿度（たとえば205℃、５％）でコンディショニングし
た後毎分１℃の速度で昇温するとともに、150℃にて反
応ガスを供給して発電し、205℃で連続運転を行った。
この実施例によれば、昇温によりリブ付電極２に含浸
したりん酸は濃縮され、第２図よりその体積は約1/2と
なる。したがって、起動前電極の気孔全てを満たしてい
たりん酸は気孔の一部を満すのみとなり、反応ガスの拡
散はこの気孔を介して拡散することができ、ブロッキン
グ現象を防止することが可能となった。また、りん酸濃
度を変えることにより運転時に反応ガスの拡散通路とな
る電極の気孔をりん酸が満す場合を最適なものに容易に
調節することができる。第１図は燃料電池の寿命特性を
示した線図であり、起動前均一にりん酸をリザーブでき
るので従来と比較して電池特性を長期に渡り安定した状
態に維持することができた。
したりん酸は濃縮され、第２図よりその体積は約1/2と
なる。したがって、起動前電極の気孔全てを満たしてい
たりん酸は気孔の一部を満すのみとなり、反応ガスの拡
散はこの気孔を介して拡散することができ、ブロッキン
グ現象を防止することが可能となった。また、りん酸濃
度を変えることにより運転時に反応ガスの拡散通路とな
る電極の気孔をりん酸が満す場合を最適なものに容易に
調節することができる。第１図は燃料電池の寿命特性を
示した線図であり、起動前均一にりん酸をリザーブでき
るので従来と比較して電池特性を長期に渡り安定した状
態に維持することができた。
次に他の実施例について説明する。この実施例はマト
リックス層を形成した燃料極側のリブ付電極と、マトリ
ックス層を形成した酸化剤極側のリブ付電極とをあらか
じめ一体化して単セルとなし、この単セルを50％りん酸
浴中に１時間浸してりん酸を電極の気孔にリザーブする
ようにしたものである。この燃料電池を前記実施例と同
様の手順で発電運転をした結果、電圧は前記実施例と比
較して２％程度低下したが前記実施例と同様に長期間に
渡り安定した電圧特性が得られた。
リックス層を形成した燃料極側のリブ付電極と、マトリ
ックス層を形成した酸化剤極側のリブ付電極とをあらか
じめ一体化して単セルとなし、この単セルを50％りん酸
浴中に１時間浸してりん酸を電極の気孔にリザーブする
ようにしたものである。この燃料電池を前記実施例と同
様の手順で発電運転をした結果、電圧は前記実施例と比
較して２％程度低下したが前記実施例と同様に長期間に
渡り安定した電圧特性が得られた。
以上説明したように本発明によれば起動前電極の気孔
に電解液を均一にリザーブすることができ、長期間に渡
って安定した電池特性を得ることが可能となった。
に電解液を均一にリザーブすることができ、長期間に渡
って安定した電池特性を得ることが可能となった。
第１図は燃料電池単セルの寿命特性を従来と比較した線
図、第２図はりん酸の濃度と体積との関係を示した線
図、第３図は燃料電池の一般的な構成を示す縦断面斜視
図である。 １……マトリックス層、 ２……燃料極側リブ付電極、 ３……酸化剤極側リブ付電極。
図、第２図はりん酸の濃度と体積との関係を示した線
図、第３図は燃料電池の一般的な構成を示す縦断面斜視
図である。 １……マトリックス層、 ２……燃料極側リブ付電極、 ３……酸化剤極側リブ付電極。
Claims (1)
- 【請求項１】電解液を含浸したマトリックス層と、この
マトリックス層を挟持するとともに、燃料ガスおよび酸
化剤ガスの流通を可能にした多孔質性の一対の電極を備
えた燃料電池の製造方法において、前記電極を電池運転
時の濃度以下の電解液中に所定時間浸漬して前記電極の
気孔部に電解液をリザーブさせることを特徴とした燃料
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62195195A JP2602839B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62195195A JP2602839B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6441173A JPS6441173A (en) | 1989-02-13 |
| JP2602839B2 true JP2602839B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=16337032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62195195A Expired - Lifetime JP2602839B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2602839B2 (ja) |
-
1987
- 1987-08-06 JP JP62195195A patent/JP2602839B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6441173A (en) | 1989-02-13 |
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