JP2686609B2 - 燃料電池 - Google Patents
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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
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
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- 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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- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の属する利用分野］
本発明は燃料電池であって、さらに詳しくは流動層型
電極を用いた水素−酸素燃料電池に関するものである。 ［従来の技術］ 近年、周知の如く燃料電池は高効率で、しかも公害の
少ない直接発電方式として着目されており、特に水素−
酸素燃料電池は入手容易な水素と酸素を使用するもので
あるため各種の提案がなされている。 従来一般に用いられている水素−酸素燃料電池では、
その電極は膜電極であって、その反応は固相（電極）、
液相（電解液）、気相（燃料）の三相が互いに接するこ
とが必要な所謂三相反応帯を形成している。 しかし、前記従来の膜電極は気−固−液体間の三相反
応に有効な接触面積をもつ膜電極の作製が繁雑であるば
かりか、その大きさも限定されるためスケールアップが
困難であり、またその操作も複雑である。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明は従来の燃料電池につき研究の結果、従来使用
されている膜電極を用いず流動層を用いて取扱いが簡単
であり、かつ簡単にスケールアップできる燃料電池を提
供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は水素−酸素燃料電池において、水素電極及び
酸素電池が、夫々中空円筒体に形成され、該２つの中空
円筒体内部に夫々電極端子としてニッケル鋼製の金網が
取付けられ、該２つの中空円筒体内部が多孔質層を介し
て互いに連通していると共に、底部に夫々ガス導入パイ
プが取付けられたものからなり、該中空円筒体内部に電
解液が収納され、更に、水素電極の電解液中に微粉砕さ
れた水素用触媒及び酸素電極の電解液中に微粉砕された
酸素用触媒が夫々添加されており、他方、中空円筒体底
部のガス導入パイプから、水素電極の電解液中に水素ガ
ス及び酸素電極の電解液中に酸素ガスが夫々導通されて
流動層電極を構成している燃料電池である。 ［作用］ 本発明は、ガス体の導通によって水素用触媒及び酸素
用触媒は夫々中空円筒体内部の電解液中で流動して夫々
流動層を形成して水素用流動層電極と酸素用流動層電極
を構成しており、水素用流動層電極（負極）では、水素
ガスが電解液中で流動層を形成している触媒に吸着され
て活性な水素原子となり、この水素原子が下記式（１） H2＋2OH-→2H2O＋2e- （１） のように電解液のOH-と反応して水を生成し、その際２
個の電子を電極へ供給する。 他方、酸素用流動層電極（正極）では、触媒の存在下
で前記電極へ供給された２個の電子を受け取り、外部か
ら供給された酸素分子が下記式（２） 1/2O2＋H2O＋e-→2OH- （２） のように電解液中の水と反応して水酸イオンを生成す
る。 本発明で使用する水素用触媒は、白金又は白金黒等の
白金系、Ni又はラネーニッケル等のニッケル系、Pd金属
等の触媒の外、希土類金属−Ni系又はCa−Ni系若しくは
Ca−Ni−Mn−Al系合金等の100〜400メッシュ下に微粉砕
されたものが用いられる。また、酸素用触媒としては、
Agを含浸させた活性炭、ベロブスカイト系酸化物の300
メッシュ下に微粉砕されたものが用いられる。 前記水素用流動層電極の電解液と酸素用流動層電極の
電解液とは、多孔質層を介して互いに連通しており、水
素用触媒と酸素用触媒は、２つの中空円筒体間の多孔質
層がフィルターとなって互いに他の中空円筒体内に移行
するのを阻止されており、また、前記水素用流動層電極
及び酸素用流動層電極の電解液中に導通される水素ガス
及び酸素ガスも、前記多孔質層によって互いに他方の中
空円筒体内に移行することを阻止されている。 而して本発明は触媒が中空円筒体内で流動層を形成し
ているため電解液、ガス体及び触媒の三相が、従来使用
されている膜電極の働きとは異なり三次元的に有効に働
き、大巾にスケールアップが可能である。また、本発明
で使用する電極は、従来膜電極の作製が繁雑であるのに
比較して、触媒をたんに微粉砕して中空円筒体に添加
し、これに夫々水素ガス及び酸素ガスを導通すればよ
く、取扱いが簡単である。更に、本発明の流動層電極は
従来の膜電極と同様に直列としてまた並列として任意に
使用することができる。 ［実施例］ 第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明の他の実
施例を示したものであるが、次に図示例に基づいて本発
明を具体的に説明する。第１図において、水素用流動層
電極（以下水素電極と略す）２及び酸素用流動層電極
（以下酸素電極と略す）３が夫々恒温槽１内部に挿入さ
れている。水素電極２及び酸素電極３は構造全く同一で
あって、夫々アクリル樹脂製の中空円筒体（以下中空円
筒と略す）４の底部にガス導入パイプ５が取付けられ、
該ガス導入パイプ５はＵ字状に折曲げられて他端が恒温
槽１上部に突きでている。前記中空円筒４は夫々互いに
対向する電極側の側壁に取付けられている側管６で連結
しており、該側管６のほぼ中央部に、多孔質層としてグ
ラスフィルター７が充填されている。 また、各中空円筒４の下にはグラスフィルター７が敷
設されて底面とされ、前記２本の中空円筒４内に電解液
８として、60℃の6N−KOH水溶液が収納されていると共
に、底面の上に、電極端子として筒状に形成されたニッ
ケル鋼製の金網９が取付けられ、該金網９から上部に導
線が立上がっている。また、中空円筒４の電解液８に
は、水素電極２では、水素用触媒として、CaNi5からな
る粒径400メッシュ下の合金５〜50gが添加されており、
酸素電極３では、Agを含浸した活性炭からなる粒径300
メッシュ下の酸素用触媒１〜10gが添加されている。 ガス導入パイプ５から水素電極２では水素ガス、酸素
電極３では酸素ガスを夫々導入する。ガスの導入によっ
て微粉砕された水素用触媒及び酸素用触媒が中空円筒体
４内の電解液８中で夫々流動層を形成し、前記式
（１）、（２）に示した反応によって水素電極２及び酸
素電極３の各金網９から立上がっている導線間に電圧を
生ずる。 中空円筒４、４の側管６に充填されているグラスフィ
ルター７は、水素電極２及び酸素電極３の電解液中に添
加されている水素用触媒と酸素用触媒が互いに他の電極
側へ流通するのを阻止しており、また、前記電極２、３
に導通する水素ガス、酸素ガスも夫々の中空円筒４内を
浮上し、互いに他の中空円筒へ移行せず、中空円筒４内
の電解液のみが側管６を介して互いに流通できる。 第２図は本発明の他の実施例であるが（第２図中、第
１図と同一符号は同一部材である）、内管10と外管11と
が同芯円状に組付けられており、該内管10の周壁と底面
12とが多孔質体で形成されていると共に、底面12の下側
にガス導入パイプ14が取付けられている。また、内管10
の周壁の内面に、電極端子として環状のニッケル鋼製の
金網15が取付けられている。 また、外管11の底面16は多孔質体で形成されており、
該底面16の下側で、かつ外管11の環状にそって４ケのガ
ス導入パイプ17（第２図では２ケを示す）が取付けられ
ていると共に、前記内管10の周壁の外面に、外管11の電
極端子として環状のニッケル鋼製の金網18が取付けられ
ており、内管10及び外管11内に電解液19が収納され、該
電解液19は内管10の周壁を介して外管11の電解液と連通
している。 茲に、内管10を水素電極、外管11を酸素電極とし、夫
々導入されるガスに対応した触媒の微粉末が添加されて
いる。もっとも、何れを水素電極又は酸素電極とするか
は適宜選択できる。第２図に示す装置は２つの電極が同
芯円状に形成されているためコンパクトであってスケー
ルアップが一層容易である。 第３図は、第２図に示す装置を用いた場合の発電特
性、即ち電流1.029Aで発電したときの電圧を示したもの
で、約５時間安定した発電が達成できた。また、本発明
の装置によって最大5Aの出力を得ることができた。尚、
この場合、装置の内管10は内径4cm、外径5cmのアクリル
樹脂製の多孔質体からなり、これを水素電極とし、外管
11は内径10cmのアクリル樹脂製で、これを酸素電極とし
たものである。 また、水素用触媒としてラネーニッケル100g、酸素用
触媒としてAg含浸活性炭50g、水素ガス流量1000ml/分、
酸素ガス流量2000ml/分、電解液は6N−KOH2.51、操作温
度60℃で発電を行った。尚、水素用触媒としてラネーニ
ッケルに代えてCaNi5を使用した場合もほぼ同一の結果
である。 更に、前記実施例では電解液としてアルカリ電解液を
使用したアルカリ型電池であるが、アルカリ電解液の代
りに3N−H3PO4、5N−H3PO4等を使用し、燃料として炭化
水素ガスを使用して酸型電池とすることができる。従っ
て、本発明の如く流動層電極を使用する燃料電池では、
酸又はアルカリの電解液を用いることによって、適宜酸
型又はアルカリ型電池を選択して使用することができる
という利点がある。 ［発明の効果］ 以上の如く本発明は、水素−酸素燃料電池において各
極に流動層電極を用いることにより、従来の膜電極に比
較して簡単に作製できると共に、触媒が電解液中で流動
層を形成するため電解液、ガス体及び触媒の三相が三次
元的に働くため大巾にスケールアップが図られる外、酸
型又はアルカリ型燃料電池の何れにも適用できる。
電極を用いた水素−酸素燃料電池に関するものである。 ［従来の技術］ 近年、周知の如く燃料電池は高効率で、しかも公害の
少ない直接発電方式として着目されており、特に水素−
酸素燃料電池は入手容易な水素と酸素を使用するもので
あるため各種の提案がなされている。 従来一般に用いられている水素−酸素燃料電池では、
その電極は膜電極であって、その反応は固相（電極）、
液相（電解液）、気相（燃料）の三相が互いに接するこ
とが必要な所謂三相反応帯を形成している。 しかし、前記従来の膜電極は気−固−液体間の三相反
応に有効な接触面積をもつ膜電極の作製が繁雑であるば
かりか、その大きさも限定されるためスケールアップが
困難であり、またその操作も複雑である。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明は従来の燃料電池につき研究の結果、従来使用
されている膜電極を用いず流動層を用いて取扱いが簡単
であり、かつ簡単にスケールアップできる燃料電池を提
供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は水素−酸素燃料電池において、水素電極及び
酸素電池が、夫々中空円筒体に形成され、該２つの中空
円筒体内部に夫々電極端子としてニッケル鋼製の金網が
取付けられ、該２つの中空円筒体内部が多孔質層を介し
て互いに連通していると共に、底部に夫々ガス導入パイ
プが取付けられたものからなり、該中空円筒体内部に電
解液が収納され、更に、水素電極の電解液中に微粉砕さ
れた水素用触媒及び酸素電極の電解液中に微粉砕された
酸素用触媒が夫々添加されており、他方、中空円筒体底
部のガス導入パイプから、水素電極の電解液中に水素ガ
ス及び酸素電極の電解液中に酸素ガスが夫々導通されて
流動層電極を構成している燃料電池である。 ［作用］ 本発明は、ガス体の導通によって水素用触媒及び酸素
用触媒は夫々中空円筒体内部の電解液中で流動して夫々
流動層を形成して水素用流動層電極と酸素用流動層電極
を構成しており、水素用流動層電極（負極）では、水素
ガスが電解液中で流動層を形成している触媒に吸着され
て活性な水素原子となり、この水素原子が下記式（１） H2＋2OH-→2H2O＋2e- （１） のように電解液のOH-と反応して水を生成し、その際２
個の電子を電極へ供給する。 他方、酸素用流動層電極（正極）では、触媒の存在下
で前記電極へ供給された２個の電子を受け取り、外部か
ら供給された酸素分子が下記式（２） 1/2O2＋H2O＋e-→2OH- （２） のように電解液中の水と反応して水酸イオンを生成す
る。 本発明で使用する水素用触媒は、白金又は白金黒等の
白金系、Ni又はラネーニッケル等のニッケル系、Pd金属
等の触媒の外、希土類金属−Ni系又はCa−Ni系若しくは
Ca−Ni−Mn−Al系合金等の100〜400メッシュ下に微粉砕
されたものが用いられる。また、酸素用触媒としては、
Agを含浸させた活性炭、ベロブスカイト系酸化物の300
メッシュ下に微粉砕されたものが用いられる。 前記水素用流動層電極の電解液と酸素用流動層電極の
電解液とは、多孔質層を介して互いに連通しており、水
素用触媒と酸素用触媒は、２つの中空円筒体間の多孔質
層がフィルターとなって互いに他の中空円筒体内に移行
するのを阻止されており、また、前記水素用流動層電極
及び酸素用流動層電極の電解液中に導通される水素ガス
及び酸素ガスも、前記多孔質層によって互いに他方の中
空円筒体内に移行することを阻止されている。 而して本発明は触媒が中空円筒体内で流動層を形成し
ているため電解液、ガス体及び触媒の三相が、従来使用
されている膜電極の働きとは異なり三次元的に有効に働
き、大巾にスケールアップが可能である。また、本発明
で使用する電極は、従来膜電極の作製が繁雑であるのに
比較して、触媒をたんに微粉砕して中空円筒体に添加
し、これに夫々水素ガス及び酸素ガスを導通すればよ
く、取扱いが簡単である。更に、本発明の流動層電極は
従来の膜電極と同様に直列としてまた並列として任意に
使用することができる。 ［実施例］ 第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明の他の実
施例を示したものであるが、次に図示例に基づいて本発
明を具体的に説明する。第１図において、水素用流動層
電極（以下水素電極と略す）２及び酸素用流動層電極
（以下酸素電極と略す）３が夫々恒温槽１内部に挿入さ
れている。水素電極２及び酸素電極３は構造全く同一で
あって、夫々アクリル樹脂製の中空円筒体（以下中空円
筒と略す）４の底部にガス導入パイプ５が取付けられ、
該ガス導入パイプ５はＵ字状に折曲げられて他端が恒温
槽１上部に突きでている。前記中空円筒４は夫々互いに
対向する電極側の側壁に取付けられている側管６で連結
しており、該側管６のほぼ中央部に、多孔質層としてグ
ラスフィルター７が充填されている。 また、各中空円筒４の下にはグラスフィルター７が敷
設されて底面とされ、前記２本の中空円筒４内に電解液
８として、60℃の6N−KOH水溶液が収納されていると共
に、底面の上に、電極端子として筒状に形成されたニッ
ケル鋼製の金網９が取付けられ、該金網９から上部に導
線が立上がっている。また、中空円筒４の電解液８に
は、水素電極２では、水素用触媒として、CaNi5からな
る粒径400メッシュ下の合金５〜50gが添加されており、
酸素電極３では、Agを含浸した活性炭からなる粒径300
メッシュ下の酸素用触媒１〜10gが添加されている。 ガス導入パイプ５から水素電極２では水素ガス、酸素
電極３では酸素ガスを夫々導入する。ガスの導入によっ
て微粉砕された水素用触媒及び酸素用触媒が中空円筒体
４内の電解液８中で夫々流動層を形成し、前記式
（１）、（２）に示した反応によって水素電極２及び酸
素電極３の各金網９から立上がっている導線間に電圧を
生ずる。 中空円筒４、４の側管６に充填されているグラスフィ
ルター７は、水素電極２及び酸素電極３の電解液中に添
加されている水素用触媒と酸素用触媒が互いに他の電極
側へ流通するのを阻止しており、また、前記電極２、３
に導通する水素ガス、酸素ガスも夫々の中空円筒４内を
浮上し、互いに他の中空円筒へ移行せず、中空円筒４内
の電解液のみが側管６を介して互いに流通できる。 第２図は本発明の他の実施例であるが（第２図中、第
１図と同一符号は同一部材である）、内管10と外管11と
が同芯円状に組付けられており、該内管10の周壁と底面
12とが多孔質体で形成されていると共に、底面12の下側
にガス導入パイプ14が取付けられている。また、内管10
の周壁の内面に、電極端子として環状のニッケル鋼製の
金網15が取付けられている。 また、外管11の底面16は多孔質体で形成されており、
該底面16の下側で、かつ外管11の環状にそって４ケのガ
ス導入パイプ17（第２図では２ケを示す）が取付けられ
ていると共に、前記内管10の周壁の外面に、外管11の電
極端子として環状のニッケル鋼製の金網18が取付けられ
ており、内管10及び外管11内に電解液19が収納され、該
電解液19は内管10の周壁を介して外管11の電解液と連通
している。 茲に、内管10を水素電極、外管11を酸素電極とし、夫
々導入されるガスに対応した触媒の微粉末が添加されて
いる。もっとも、何れを水素電極又は酸素電極とするか
は適宜選択できる。第２図に示す装置は２つの電極が同
芯円状に形成されているためコンパクトであってスケー
ルアップが一層容易である。 第３図は、第２図に示す装置を用いた場合の発電特
性、即ち電流1.029Aで発電したときの電圧を示したもの
で、約５時間安定した発電が達成できた。また、本発明
の装置によって最大5Aの出力を得ることができた。尚、
この場合、装置の内管10は内径4cm、外径5cmのアクリル
樹脂製の多孔質体からなり、これを水素電極とし、外管
11は内径10cmのアクリル樹脂製で、これを酸素電極とし
たものである。 また、水素用触媒としてラネーニッケル100g、酸素用
触媒としてAg含浸活性炭50g、水素ガス流量1000ml/分、
酸素ガス流量2000ml/分、電解液は6N−KOH2.51、操作温
度60℃で発電を行った。尚、水素用触媒としてラネーニ
ッケルに代えてCaNi5を使用した場合もほぼ同一の結果
である。 更に、前記実施例では電解液としてアルカリ電解液を
使用したアルカリ型電池であるが、アルカリ電解液の代
りに3N−H3PO4、5N−H3PO4等を使用し、燃料として炭化
水素ガスを使用して酸型電池とすることができる。従っ
て、本発明の如く流動層電極を使用する燃料電池では、
酸又はアルカリの電解液を用いることによって、適宜酸
型又はアルカリ型電池を選択して使用することができる
という利点がある。 ［発明の効果］ 以上の如く本発明は、水素−酸素燃料電池において各
極に流動層電極を用いることにより、従来の膜電極に比
較して簡単に作製できると共に、触媒が電解液中で流動
層を形成するため電解液、ガス体及び触媒の三相が三次
元的に働くため大巾にスケールアップが図られる外、酸
型又はアルカリ型燃料電池の何れにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明の
他の実施例の説明図、第３図は発電特性の一例のグラフ
である。 1:恒温槽、2:水素電極、3:酸素電極、4:中空円筒、5,1
4,17:ガス導入パイプ、6:側管、7:グラスフィルター、
8,19:電解槽、9,15,18:金網、10:内管、11:外管。
他の実施例の説明図、第３図は発電特性の一例のグラフ
である。 1:恒温槽、2:水素電極、3:酸素電極、4:中空円筒、5,1
4,17:ガス導入パイプ、6:側管、7:グラスフィルター、
8,19:電解槽、9,15,18:金網、10:内管、11:外管。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．水素−酸素燃料電池において、水素電極及び酸素電
極が、夫々中空円筒体に形成され、該２つの中空円筒体
内部に夫々電極端子としてニッケル鋼製の金網が取付け
られ、該２つの中空円筒体内部が多孔質層を介して互い
に連通していると共に、底部に夫々ガス導入パイプが取
付けられたものからなり、該中空円筒体内部に電解液が
収納され、更に、水素電極の電解液中に微粉砕された水
素用触媒及び酸素電極の電解液中に微粉砕された酸素用
触媒が夫々添加されており、他方、中空円筒体底部のガ
ス導入パイプから、水素電極の電解液中に水素ガス及び
酸素電極の電解液中に酸素ガスが夫々導通されて流動層
電極を構成していることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187235A JP2686609B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187235A JP2686609B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6431352A JPS6431352A (en) | 1989-02-01 |
| JP2686609B2 true JP2686609B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16202421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62187235A Expired - Lifetime JP2686609B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2686609B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100417595B1 (ko) | 1999-03-29 | 2004-02-05 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 전지, 및 그 전지를 구조의 일부로서 가지는 기기 또는장치, 및 지역 분산형 발전 방법, 및 그 발전 장치 |
| JP5071933B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2012-11-14 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 燃料電池 |
| US20090159454A1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Divided electrochemical cell and low cost high purity hydride gas production process |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5027045A (ja) * | 1973-07-11 | 1975-03-20 | ||
| JPS5044433A (ja) * | 1973-08-22 | 1975-04-21 |
-
1987
- 1987-07-27 JP JP62187235A patent/JP2686609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6431352A (en) | 1989-02-01 |
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