JP2616061B2 - リン酸型燃料電池 - Google Patents
リン酸型燃料電池Info
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- JP2616061B2 JP2616061B2 JP1294209A JP29420989A JP2616061B2 JP 2616061 B2 JP2616061 B2 JP 2616061B2 JP 1294209 A JP1294209 A JP 1294209A JP 29420989 A JP29420989 A JP 29420989A JP 2616061 B2 JP2616061 B2 JP 2616061B2
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はリン酸型燃料電池の電極に係り、特に電極
に用いられるカーボン触媒担体に関する。
に用いられるカーボン触媒担体に関する。
燃料電池の電極構造が第２図に示される。電極は多孔
質で電気伝導性に優れるカーボン材からなる電極基板４
の上に白金などの貴金属１を担持させた触媒担体２と、
はっ水材としてのフッ素樹脂３を均一に混合した電極触
媒層５を積層して形成され、さらに電極には電気絶縁性
に優れるシリコンカーバイド（図示せず）と結合材とし
てのフッ素樹脂（図示せず）を混合したマトリックス層
８が積層される。マトリックス層８は電解液であるリン
酸が含浸されており、電極触媒層５には、マトリックス
層８から電解液が、電極基板４より反応ガスが供給され
る。マトリックス層８には図示しないが他の電極がマト
リックス層８を中心として対称に配置され、各電極がア
ノードまたはカソードとなる。電極触媒層５の内部では
触媒（固体）と電解液（液体）と反応ガス（気体）の３
相界面が形成され電気化学的反応がおこって系外に電気
エネルギを取り出すことができる。
質で電気伝導性に優れるカーボン材からなる電極基板４
の上に白金などの貴金属１を担持させた触媒担体２と、
はっ水材としてのフッ素樹脂３を均一に混合した電極触
媒層５を積層して形成され、さらに電極には電気絶縁性
に優れるシリコンカーバイド（図示せず）と結合材とし
てのフッ素樹脂（図示せず）を混合したマトリックス層
８が積層される。マトリックス層８は電解液であるリン
酸が含浸されており、電極触媒層５には、マトリックス
層８から電解液が、電極基板４より反応ガスが供給され
る。マトリックス層８には図示しないが他の電極がマト
リックス層８を中心として対称に配置され、各電極がア
ノードまたはカソードとなる。電極触媒層５の内部では
触媒（固体）と電解液（液体）と反応ガス（気体）の３
相界面が形成され電気化学的反応がおこって系外に電気
エネルギを取り出すことができる。
このようなリン酸型燃料電池においては、アノードの
電極触媒層には通常、触媒層の空隙の80％程度がリン酸
で充たされ、カソードの電極触媒層は40〜50％がリン酸
で充たされる。このとき燃料電池は最大の出力電圧を示
す。
電極触媒層には通常、触媒層の空隙の80％程度がリン酸
で充たされ、カソードの電極触媒層は40〜50％がリン酸
で充たされる。このとき燃料電池は最大の出力電圧を示
す。
しかしながらこのような従来の燃料電池においては、
所定温度，所定電流密度で運転を続けると、時間の経過
とともに電池電圧が下がる現象が認められる。その原因
の１つとして電解質であるリン酸が徐々にカソードに移
行し、カソード電極触媒層のリン酸含有率が増大してい
くことがわかった。これはリン酸含有率の増大によっ
て、カソード中の酸素ガスの拡散が阻害されるためであ
ると考えられる。リン酸の移行を防止するため、カソー
ドにおいて、はっ水材であるフッ素樹脂を増加すると出
力が低下してしまう。
所定温度，所定電流密度で運転を続けると、時間の経過
とともに電池電圧が下がる現象が認められる。その原因
の１つとして電解質であるリン酸が徐々にカソードに移
行し、カソード電極触媒層のリン酸含有率が増大してい
くことがわかった。これはリン酸含有率の増大によっ
て、カソード中の酸素ガスの拡散が阻害されるためであ
ると考えられる。リン酸の移行を防止するため、カソー
ドにおいて、はっ水材であるフッ素樹脂を増加すると出
力が低下してしまう。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はアノ
ードのリン酸に対する親和性をカソードより大きくし
て、電池運転中にリン酸の移動がおこらず、出力電圧の
安定性に優れるリン酸型燃料電池を提供することにあ
る。
ードのリン酸に対する親和性をカソードより大きくし
て、電池運転中にリン酸の移動がおこらず、出力電圧の
安定性に優れるリン酸型燃料電池を提供することにあ
る。
上述の目的はこの発明によれば、アノードおよびカソ
ードの両電極とマトリックス層８とを有し、 電極６は電極基板４に支持された電極触媒層５であ
り、ここに電極基板は電極触媒層に反応ガスを供給し、
電極触媒層は貴金属の担持されたカーボン触媒担体２と
フッ素樹脂３からなるとともに、 前記カーボン触媒担体はアノードの触媒担体の比表面
積がカソードの触媒担体の比表面積より大きいものであ
り、 マトリックス層８はアノードおよびカソードの両電極
触媒層に挟持されるとともに電解液を両電極触媒層に供
給することにより達成される。
ードの両電極とマトリックス層８とを有し、 電極６は電極基板４に支持された電極触媒層５であ
り、ここに電極基板は電極触媒層に反応ガスを供給し、
電極触媒層は貴金属の担持されたカーボン触媒担体２と
フッ素樹脂３からなるとともに、 前記カーボン触媒担体はアノードの触媒担体の比表面
積がカソードの触媒担体の比表面積より大きいものであ
り、 マトリックス層８はアノードおよびカソードの両電極
触媒層に挟持されるとともに電解液を両電極触媒層に供
給することにより達成される。
カーボン触媒担体の比表面積が大きいとリン酸のぬれ
性が大きくなる。
性が大きくなる。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
比表面積が180m2/gのアセチレンブラック900gに10重
量％の硝酸水溶液40を添加し、これを撹拌しながら約
55℃まで昇温し、約2h撹拌を続けた。次にこれを濾過し
ケーキのpHが７になるまで充分に水洗した。このケーキ
を超音波を用いて40の水に充分分散させた。その後金
属として100gの白金を含有する塩化白金酸の水溶液10
を添加して白金塩とアセチレンブラックが充分に接触す
るように約30min.撹拌を続けた。さらにこのあと超音波
を30分印加する。このあとに0.1M炭酸ナトリウム水溶液
19.5を加え、さらに30min.撹拌を続けた。以上の工程
が終わってから、系の温度を約2hかけて55℃に上昇させ
た。昇温後30重量％の過酸化水素水1.07を加え5min.
撹拌した。次に0.1Mギ酸水溶液20.5を約5hかけて撹拌
しながら添加する。この際塩化白金酸がギ酸により還元
されて白金の超微粒子がアセチレンブラックの表面に析
出する。反応が完了してからケーキをろ別し、塩素イオ
ンが検出されなくなるまで充分に洗浄した。得られたケ
ーキを粉砕し温度50℃において真空乾燥し白金がアセチ
レンブラックの上に担持された触媒７を得た。この触媒
に対して100重量％のフッ素樹脂３を混合し、電極基板
４上に塗布し焼付けて電極６を得た。これをアノードと
する。比表面積90m2/gのアセチレンブラックを用い、同
様にしてカソードが得られる。得られたアノードとカソ
ードを用いてマトリックス層８を挟持して単セルを構成
し、単セルを図示しないセパレータと交互に積層して燃
料電池スタックを得た。温度190℃，電流密度300mA/c
m2,動作ガス圧力1kg/cm2で電池を運転し、単セル電圧の
経時変化を調べた。結果が第１図に示される。第１図は
この発明の実施例に係る単セル電圧の経時変化を従来の
電池の電圧変化と対比して示す線図である。第１図にお
いて曲線11はこの発明の実施例に係る単セル電圧の経時
変化を表し、曲線12は従来の電池の電圧変化を示す。曲
線11の１時間あたりの電圧変化率は曲線12の電圧変化率
の約1/4となっていることがわかる。
量％の硝酸水溶液40を添加し、これを撹拌しながら約
55℃まで昇温し、約2h撹拌を続けた。次にこれを濾過し
ケーキのpHが７になるまで充分に水洗した。このケーキ
を超音波を用いて40の水に充分分散させた。その後金
属として100gの白金を含有する塩化白金酸の水溶液10
を添加して白金塩とアセチレンブラックが充分に接触す
るように約30min.撹拌を続けた。さらにこのあと超音波
を30分印加する。このあとに0.1M炭酸ナトリウム水溶液
19.5を加え、さらに30min.撹拌を続けた。以上の工程
が終わってから、系の温度を約2hかけて55℃に上昇させ
た。昇温後30重量％の過酸化水素水1.07を加え5min.
撹拌した。次に0.1Mギ酸水溶液20.5を約5hかけて撹拌
しながら添加する。この際塩化白金酸がギ酸により還元
されて白金の超微粒子がアセチレンブラックの表面に析
出する。反応が完了してからケーキをろ別し、塩素イオ
ンが検出されなくなるまで充分に洗浄した。得られたケ
ーキを粉砕し温度50℃において真空乾燥し白金がアセチ
レンブラックの上に担持された触媒７を得た。この触媒
に対して100重量％のフッ素樹脂３を混合し、電極基板
４上に塗布し焼付けて電極６を得た。これをアノードと
する。比表面積90m2/gのアセチレンブラックを用い、同
様にしてカソードが得られる。得られたアノードとカソ
ードを用いてマトリックス層８を挟持して単セルを構成
し、単セルを図示しないセパレータと交互に積層して燃
料電池スタックを得た。温度190℃，電流密度300mA/c
m2,動作ガス圧力1kg/cm2で電池を運転し、単セル電圧の
経時変化を調べた。結果が第１図に示される。第１図は
この発明の実施例に係る単セル電圧の経時変化を従来の
電池の電圧変化と対比して示す線図である。第１図にお
いて曲線11はこの発明の実施例に係る単セル電圧の経時
変化を表し、曲線12は従来の電池の電圧変化を示す。曲
線11の１時間あたりの電圧変化率は曲線12の電圧変化率
の約1/4となっていることがわかる。
比表面積300m2/gのアセチレンブラックを用い、触媒
重量に対し120％のフッ素樹脂を用いてアノードを製作
し、比表面積180m2/gのアセチレンブラックを用い、触
媒重量の150％のフッ素樹脂を用いてカソードを製作し
た場合も第１図の曲線11と同様な特性が得られる。また
比表面積180m2/gのアセチレンブラックを用い、触媒重
量に対し100％のフッ素樹脂を用いてアノードとし、比
表面積90m2/gのアセチレンブラックに、10重量％の白金
と鉄の合金を担持し、触媒重量の100％のフッ素樹脂を
用いてカソードを製作した場合も第１図の曲線11と同様
な特性が得られる。
重量に対し120％のフッ素樹脂を用いてアノードを製作
し、比表面積180m2/gのアセチレンブラックを用い、触
媒重量の150％のフッ素樹脂を用いてカソードを製作し
た場合も第１図の曲線11と同様な特性が得られる。また
比表面積180m2/gのアセチレンブラックを用い、触媒重
量に対し100％のフッ素樹脂を用いてアノードとし、比
表面積90m2/gのアセチレンブラックに、10重量％の白金
と鉄の合金を担持し、触媒重量の100％のフッ素樹脂を
用いてカソードを製作した場合も第１図の曲線11と同様
な特性が得られる。
この発明によればアノードおよびカソードの両電極と
マトリックス層とを有し、 電極は電極基板に支持された電極触媒層であり、ここ
に電極基板は電極触媒層に反応ガスを供給し、電極触媒
層は貴金属の担持されたカーボン触媒担体とフッ素樹脂
からなるとともに、 前記カーボン触媒担体はアノードの触媒担体の比表面
積がカソードの触媒担体の比表面積より大きいものであ
り、 マトリックス層はアノードおよびカソードの両電極触
媒層に挟持されるとともに電解液を両電極触媒層に供給
するものであるのでアノードのカーボン触媒担体のリン
酸に対する親和性がカソードのカーボン触媒担体の示す
親和性より大きくなり、そのために電池運転時における
リン酸電解質のカソードへの移行がなくなり、寿命特性
に優れるリン酸型燃料電池が得られる。
マトリックス層とを有し、 電極は電極基板に支持された電極触媒層であり、ここ
に電極基板は電極触媒層に反応ガスを供給し、電極触媒
層は貴金属の担持されたカーボン触媒担体とフッ素樹脂
からなるとともに、 前記カーボン触媒担体はアノードの触媒担体の比表面
積がカソードの触媒担体の比表面積より大きいものであ
り、 マトリックス層はアノードおよびカソードの両電極触
媒層に挟持されるとともに電解液を両電極触媒層に供給
するものであるのでアノードのカーボン触媒担体のリン
酸に対する親和性がカソードのカーボン触媒担体の示す
親和性より大きくなり、そのために電池運転時における
リン酸電解質のカソードへの移行がなくなり、寿命特性
に優れるリン酸型燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例に係る電池と従来の電池につ
き、出力電圧の経時変化を対比して示す線図、第２図は
リン酸型燃料電池を示す模式断面図である。 1:貴金属、2:触媒担体、3:フッ素樹脂、4:電極基板、5:
電極触媒層、6:電極、7:触媒、8:マトリックス層。
き、出力電圧の経時変化を対比して示す線図、第２図は
リン酸型燃料電池を示す模式断面図である。 1:貴金属、2:触媒担体、3:フッ素樹脂、4:電極基板、5:
電極触媒層、6:電極、7:触媒、8:マトリックス層。
Claims (1)
- 【請求項１】アノードおよびカソードの両電極とマトリ
ックス層とを有し、 電極は電極基板に支持された電極触媒層であり、ここに
電極基板は電極触媒層に反応ガスを供給し、電極触媒層
は貴金属の担持されたカーボン触媒担体とフッ素樹脂か
らなるとともに、 前記カーボン触媒担体はアノードの触媒担体の比表面積
がカソードの触媒担体の比表面積より大きいものであ
り、 マトリックス層はアノードおよびカソードの両電極触媒
層に挟持されるとともに電解液を両電極触媒層に供給す
るものであることを特徴とするリン酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1294209A JP2616061B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | リン酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1294209A JP2616061B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | リン酸型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155053A JPH03155053A (ja) | 1991-07-03 |
| JP2616061B2 true JP2616061B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17804740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1294209A Expired - Fee Related JP2616061B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | リン酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616061B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4815823B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2011-11-16 | 三菱化学株式会社 | 燃料電池用触媒及びその製造方法、並びにそれを用いた燃料電池用電極及び燃料電池 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58150271A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-06 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS5940472A (ja) * | 1982-08-31 | 1984-03-06 | Toshiba Corp | 電気化学発電素子 |
| US4596751A (en) * | 1984-12-10 | 1986-06-24 | United Technologies Corporation | Molten carbonate fuel cell with improved electrolyte storage |
| JPS63289772A (ja) * | 1987-05-20 | 1988-11-28 | Toppan Printing Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質タイルの製法 |
| JPH01211866A (ja) * | 1988-02-19 | 1989-08-25 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP1294209A patent/JP2616061B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03155053A (ja) | 1991-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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