JP3053184B2 - 電池特性の解析方法 - Google Patents
電池特性の解析方法Info
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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、電池の電極特性の解析方法に関するもの
である。
である。
従来電池の電極性能を評価する手法及びの解析方法
は、電池を構成する正，負の各々の電極をとり出し、別
個にその機能を評価する方法か、もしくは、実際の電池
特性を評価する方法であつた。以下リン酸型燃料電池に
用いられている例に基づき従来技術を説明する。リン酸
型燃料電池はよく知られている通り白金を担持したカ−
ボンとPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）からなる触
媒層と、その触媒層をその上に保持したカ−ボン基材か
ら電極が構成される。そしてその２枚の電極（一方がカ
ソ−ド、他方がアノ−ド）の間に、リン酸電解質を保持
したSiCからなるマトリクス層が介在する。カソ−ドの
背面に空気のように酸素を含むガス、アノ−ドの背面に
改質ガスのように水素を含むガスを流すことによつて発
電する。すなわち、アノ−ドでは水素ガスがカ−ボン基
材、触媒層中を拡散し白金触媒上で解離し、一連の反応
を経て水素イオンになり、リン酸電解質中の水素イオン
濃度と平衡状態下に成る。その際放出される電子は電極
から外部回路を経てカソ−ドに至る。一方カソ−ドで
は、カ−ボン基材、触媒層中を拡散してきた酸素ガスが
白金触媒上で解離し、アノ−ドから供給される電子と、
リン酸電解質中の水素イオンから水が生成される。これ
らの一連の反応によつて発電されるわけである。
は、電池を構成する正，負の各々の電極をとり出し、別
個にその機能を評価する方法か、もしくは、実際の電池
特性を評価する方法であつた。以下リン酸型燃料電池に
用いられている例に基づき従来技術を説明する。リン酸
型燃料電池はよく知られている通り白金を担持したカ−
ボンとPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）からなる触
媒層と、その触媒層をその上に保持したカ−ボン基材か
ら電極が構成される。そしてその２枚の電極（一方がカ
ソ−ド、他方がアノ−ド）の間に、リン酸電解質を保持
したSiCからなるマトリクス層が介在する。カソ−ドの
背面に空気のように酸素を含むガス、アノ−ドの背面に
改質ガスのように水素を含むガスを流すことによつて発
電する。すなわち、アノ−ドでは水素ガスがカ−ボン基
材、触媒層中を拡散し白金触媒上で解離し、一連の反応
を経て水素イオンになり、リン酸電解質中の水素イオン
濃度と平衡状態下に成る。その際放出される電子は電極
から外部回路を経てカソ−ドに至る。一方カソ−ドで
は、カ−ボン基材、触媒層中を拡散してきた酸素ガスが
白金触媒上で解離し、アノ−ドから供給される電子と、
リン酸電解質中の水素イオンから水が生成される。これ
らの一連の反応によつて発電されるわけである。
第５図はこのようにリン酸型燃料電池の電流密度に対
する端子電圧の変化の一例を示す特性図である。
する端子電圧の変化の一例を示す特性図である。
一般に、このような電池の特性を向上させるために
は、各々の電極すなわち、カソ−ド、アノ−ドの特性を
向上させる必要がある。そこで、従来は各々の電極につ
いてのハ−フセルによるテストが行われてきた。（例え
ばH.R.KunzらJ.Electro chem.Soc.,第122巻,1279頁（19
75年））このハ−フセルにより、カソ−ド、アノ−ドの
独特の特性評価を実施することができる。例えば第６図
に示す電流密度に対するカソ−ド電位の変化を示す特性
図により電極性能を評価していた。
は、各々の電極すなわち、カソ−ド、アノ−ドの特性を
向上させる必要がある。そこで、従来は各々の電極につ
いてのハ−フセルによるテストが行われてきた。（例え
ばH.R.KunzらJ.Electro chem.Soc.,第122巻,1279頁（19
75年））このハ−フセルにより、カソ−ド、アノ−ドの
独特の特性評価を実施することができる。例えば第６図
に示す電流密度に対するカソ−ド電位の変化を示す特性
図により電極性能を評価していた。
従来の解析方法においては、例えば第５図に示す特性
図からリン酸型燃料電池の特性の良否を判断する。しか
しながら、この場合、いずれの電極がその電池特性の良
否に影響を与えているのか分からないという問題があつ
た。
図からリン酸型燃料電池の特性の良否を判断する。しか
しながら、この場合、いずれの電極がその電池特性の良
否に影響を与えているのか分からないという問題があつ
た。
また、ハ−フセルにより電池特性を解析する方法にお
いては、実際の電池とハ−フセルとの条件の差により、
ハ−フセルで得られた電池特性の情報を実際の電池に適
用しても、期待される電池特性が得られないという問題
点があつた。因みに、ハ−フセルでは試験電極に対して
大過剰の電解質が存在するのに対し、実際の電池ではマ
トリツクス中の空孔に充填された限られた量の電解質が
存在するのみである。
いては、実際の電池とハ−フセルとの条件の差により、
ハ−フセルで得られた電池特性の情報を実際の電池に適
用しても、期待される電池特性が得られないという問題
点があつた。因みに、ハ−フセルでは試験電極に対して
大過剰の電解質が存在するのに対し、実際の電池ではマ
トリツクス中の空孔に充填された限られた量の電解質が
存在するのみである。
この発明は上記のような問題点を解消すためになされ
たもので、アノ−ド及びカソ−ドの何れの電極に問題が
あるかを容易に判断でき、しかも実際の電池における特
性とよく対応した情報を得ることができる新規な電池特
性の解析方法を得ることを目的としている。
たもので、アノ−ド及びカソ−ドの何れの電極に問題が
あるかを容易に判断でき、しかも実際の電池における特
性とよく対応した情報を得ることができる新規な電池特
性の解析方法を得ることを目的としている。
この発明に係る電池特定の解析方法は、カソード（正
極）、アノード（負極）両極に対し基準となる参照電極
を設け、この参照電極を基準にして得られたカソードの
電位およびアノードの電位を測定し、この測定したカソ
ードの電位とアノードの電位との関係をプロットして相
関直線を求め、その相関直線により電池特性を解析する
ものである。
極）、アノード（負極）両極に対し基準となる参照電極
を設け、この参照電極を基準にして得られたカソードの
電位およびアノードの電位を測定し、この測定したカソ
ードの電位とアノードの電位との関係をプロットして相
関直線を求め、その相関直線により電池特性を解析する
ものである。
この発明における解析方法は、カソ−ド分極、アノ−
ド分極間の関係を基準に対するずれとして知ることによ
り、いずれの電極に電池特性悪化の原因があるかを知る
こができる。またその定量的検討から、悪化の程度も評
価することができる。
ド分極間の関係を基準に対するずれとして知ることによ
り、いずれの電極に電池特性悪化の原因があるかを知る
こができる。またその定量的検討から、悪化の程度も評
価することができる。
〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。第
１図は、この発明の実施に用いる参照電極の一例を示す
斜視図、第２図は上記参照電極を適用するリン酸型燃料
電池（単電池）の斜視図であり、（１）はPTFEからなる
チユ−ブ、（1a）はチユ−ブ（１）の先端部に設けられ
た細孔、（２）はチユ−ブ（１）の先端部及び細孔（1
a）内に充填されたペ−ストであり、このペ−スト
（２）はSiCとH3PO4からなつている。（３）はこのペ−
スト（２）中に設けられた表面に白金黒を有する白金
箔、（４）は一端部がこの白金箔（３）に電気的に接続
され、他端部がチユ−ブ（１）の外部に導出された白金
線からなるリ−ド線、（５）はチユ−ブ（１）内に乾燥
したH3ガスを導入するためのガス導入管、（６）はガス
導出管、（10）は上記（１）〜（６）によつて構成され
た参照電極である。（７）はリン酸型燃料電池、（71）
は第１図に示す参照電極を設けるたの挿入孔、（72a）
（72b）はセパレ−タ、（73）はカソ−ド、（74）はマ
トリツクスを含むアノ−ド、（75a）（75b）はガスをシ
−ルするためのパツキングである。尚、マトリツクス・
アノ−ド（74）は、マトリツクスとアノ−ドを区別して
描いていないが、カソ−ド（73）とアノ−ドの間にマト
リツクスを挾持するように配設されていることは云うま
でもない。
１図は、この発明の実施に用いる参照電極の一例を示す
斜視図、第２図は上記参照電極を適用するリン酸型燃料
電池（単電池）の斜視図であり、（１）はPTFEからなる
チユ−ブ、（1a）はチユ−ブ（１）の先端部に設けられ
た細孔、（２）はチユ−ブ（１）の先端部及び細孔（1
a）内に充填されたペ−ストであり、このペ−スト
（２）はSiCとH3PO4からなつている。（３）はこのペ−
スト（２）中に設けられた表面に白金黒を有する白金
箔、（４）は一端部がこの白金箔（３）に電気的に接続
され、他端部がチユ−ブ（１）の外部に導出された白金
線からなるリ−ド線、（５）はチユ−ブ（１）内に乾燥
したH3ガスを導入するためのガス導入管、（６）はガス
導出管、（10）は上記（１）〜（６）によつて構成され
た参照電極である。（７）はリン酸型燃料電池、（71）
は第１図に示す参照電極を設けるたの挿入孔、（72a）
（72b）はセパレ−タ、（73）はカソ−ド、（74）はマ
トリツクスを含むアノ−ド、（75a）（75b）はガスをシ
−ルするためのパツキングである。尚、マトリツクス・
アノ−ド（74）は、マトリツクスとアノ−ドを区別して
描いていないが、カソ−ド（73）とアノ−ドの間にマト
リツクスを挾持するように配設されていることは云うま
でもない。
また、上記リン酸型燃料電池（７）の各構成材料など
は従来のものと同様である。
は従来のものと同様である。
第１図のように構成された参照電極を第２図に示す燃
料電池（７）の挿入孔（71）から挿入し、先端部をマト
リツクス・アノ−ド（74）に当接させ、図示を省略して
いる燃料ガス供給手段及び酸化材ガス供給手段により、
アノ−ド（74）及びカソ−ド（73）の背面にそれぞれ改
質ガス及び空気を供給し、動作温度に昇温すると燃料電
池（７）は発電を始める。一方、ガス導入管（５）より
乾燥水素ガスを供給し、参照電極のリ−ド線（４）とカ
ソ−ド（73）の電位差（VC-R）、および上記リ−ド線
（４）とアノ−ド（74）の電位差（VA-R）を燃料電池
（７）の負荷に流す電流密度を変えてそれぞれ測定する
ことにより、第３図に示す特性図が得られる。尚、第３
図中、直線Ｃがカソ−ド側について得られた特性を示す
もので目盛を左側に、曲線Ａがアノ−ド側について得ら
れた特性を示すもので目盛を右側にそれぞれ示す。
料電池（７）の挿入孔（71）から挿入し、先端部をマト
リツクス・アノ−ド（74）に当接させ、図示を省略して
いる燃料ガス供給手段及び酸化材ガス供給手段により、
アノ−ド（74）及びカソ−ド（73）の背面にそれぞれ改
質ガス及び空気を供給し、動作温度に昇温すると燃料電
池（７）は発電を始める。一方、ガス導入管（５）より
乾燥水素ガスを供給し、参照電極のリ−ド線（４）とカ
ソ−ド（73）の電位差（VC-R）、および上記リ−ド線
（４）とアノ−ド（74）の電位差（VA-R）を燃料電池
（７）の負荷に流す電流密度を変えてそれぞれ測定する
ことにより、第３図に示す特性図が得られる。尚、第３
図中、直線Ｃがカソ−ド側について得られた特性を示す
もので目盛を左側に、曲線Ａがアノ−ド側について得ら
れた特性を示すもので目盛を右側にそれぞれ示す。
なお、同様な結果は、燃料ガス、酸化剤ガスの流量，
濃度などを変えることによつて得られる。
濃度などを変えることによつて得られる。
第４図は、酸化剤ガス流量（例えば空気流量）を変え
た場合のカソ−ド分極とアノ−ド分極の変化を図示した
ものである。カソ−ド分極とアノ−ド分極の間には直線
関係が成立する。燃料ガス流量が一定の場合には第４図
の直線の傾きは一定になることがわかつた。それゆえ、
同条件下にて第４図の直線の傾きにより小さな傾きにな
つた電池では燃料極での水素の供給に問題があり、又第
４図の直線の下側に逸脱する場合には、空気極に何らか
の問題があるということがわかる。
た場合のカソ−ド分極とアノ−ド分極の変化を図示した
ものである。カソ−ド分極とアノ−ド分極の間には直線
関係が成立する。燃料ガス流量が一定の場合には第４図
の直線の傾きは一定になることがわかつた。それゆえ、
同条件下にて第４図の直線の傾きにより小さな傾きにな
つた電池では燃料極での水素の供給に問題があり、又第
４図の直線の下側に逸脱する場合には、空気極に何らか
の問題があるということがわかる。
また、直線正がくずれる点は、その流量にてガス拡散
性、流速等の理由により、ガス分圧による分極が増大し
ていることを示すと考えられる。すなわち、直線より下
側に逸脱した場合は、カソ−ド側にて、直線より上側に
逸脱した場合は、アノ−ド側にて不具合が生じていると
みなすことができる。なお、通常はカソ−ド側の悪化を
示す事例が多い。
性、流速等の理由により、ガス分圧による分極が増大し
ていることを示すと考えられる。すなわち、直線より下
側に逸脱した場合は、カソ−ド側にて、直線より上側に
逸脱した場合は、アノ−ド側にて不具合が生じていると
みなすことができる。なお、通常はカソ−ド側の悪化を
示す事例が多い。
なお、上記の他、定量的に解析することにより、電池
の悪化の程度を知ることもできる。
の悪化の程度を知ることもできる。
上記実施例におる参照電極（10）、及びこの参照電極
（10）の設置方法、位置等は例にすぎず、これらに限定
されるものではないことはいうまでもない。また、単位
電池のみならず、単位電池を直列または並列に接続した
電池であつても差し支えない。
（10）の設置方法、位置等は例にすぎず、これらに限定
されるものではないことはいうまでもない。また、単位
電池のみならず、単位電池を直列または並列に接続した
電池であつても差し支えない。
なお上記実施例ではリン酸型燃料電池について説明し
たが、溶融炭酸塩型燃料電池、アルカリ型燃料電池など
のその他の燃料電池一般にも適用することができる。
たが、溶融炭酸塩型燃料電池、アルカリ型燃料電池など
のその他の燃料電池一般にも適用することができる。
以上のように、この発明によれば、カソード（正
極）、アノード（負極）両極に対し基準となる参照電極
を設け、この参照電極を基準にして得られたカソードの
電位およびアノードの電位を測定し、この測定したカソ
ードの電位とアノードの電位との関係をプロットして相
関直線を求め、その相関直線により電池特性を解析する
ようにしたので、実際の電池における特性によく対応し
た情報を得ることができるとともに、不具合が生じた場
合、カソード側とアノード側とのどちらがより劣化して
いるかといった電池特性の状態を判断することができ、
さらにはそれは精度よく定量的に解析することができる
という効果がある。
極）、アノード（負極）両極に対し基準となる参照電極
を設け、この参照電極を基準にして得られたカソードの
電位およびアノードの電位を測定し、この測定したカソ
ードの電位とアノードの電位との関係をプロットして相
関直線を求め、その相関直線により電池特性を解析する
ようにしたので、実際の電池における特性によく対応し
た情報を得ることができるとともに、不具合が生じた場
合、カソード側とアノード側とのどちらがより劣化して
いるかといった電池特性の状態を判断することができ、
さらにはそれは精度よく定量的に解析することができる
という効果がある。
第１図はこの発明の電池特性の解析方法の一実施例に用
いる参照電極を示す一部破断斜視図、第２図は第１図に
示す参照電極を設置するのに用いるリン酸型燃料電池を
示す組立斜視図、第３図は本発明の一実施例中に使用し
た参照電極付リン酸型燃料電池の電流ー電圧特性の一例
を示す特性図、第４図は本発明の一実施例によるカソ−
ド分極とアノ−ド分極との相関を示す特性図、第５図は
リン酸型燃料電池の電流ー電圧特性の一例を示す特性
図、第６図は従来技術として公知のハ−フセルによつて
得られる電流ー電圧特性の一例を示す特性図である。 図において、（７）はリン酸型燃料電池、（10）は参照
電極、（73）はカソ−ド、（74）はマトリツクス，アノ
−ドである。
いる参照電極を示す一部破断斜視図、第２図は第１図に
示す参照電極を設置するのに用いるリン酸型燃料電池を
示す組立斜視図、第３図は本発明の一実施例中に使用し
た参照電極付リン酸型燃料電池の電流ー電圧特性の一例
を示す特性図、第４図は本発明の一実施例によるカソ−
ド分極とアノ−ド分極との相関を示す特性図、第５図は
リン酸型燃料電池の電流ー電圧特性の一例を示す特性
図、第６図は従来技術として公知のハ−フセルによつて
得られる電流ー電圧特性の一例を示す特性図である。 図において、（７）はリン酸型燃料電池、（10）は参照
電極、（73）はカソ−ド、（74）はマトリツクス，アノ
−ドである。
Claims (1)
- 【請求項１】カソード（正極）、アノード（負極）両極
に対し基準となる参照電極を設け、この参照電極を基準
にして得られたカソードの電位およびアノードの電位を
測定し、この測定したカソードの電位とアノードの電位
との関係をプロットして相関直線を求め、その相関直線
により電池特性を解析することを特徴とする電池特性の
解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199993A JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199993A JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251866A JPH0251866A (ja) | 1990-02-21 |
| JP3053184B2 true JP3053184B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=16417014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63199993A Expired - Fee Related JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3053184B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4362266B2 (ja) | 2002-05-10 | 2009-11-11 | 本田技研工業株式会社 | 燃料ガスの供給不足検出方法および燃料電池の制御方法 |
| JP4595305B2 (ja) | 2003-10-03 | 2010-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| US8072224B2 (en) | 2008-08-04 | 2011-12-06 | Toyoto Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Methods for predicting the future performance of fuel cell stacks and individual fuel cells |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831332B2 (ja) * | 1987-06-26 | 1996-03-27 | 株式会社日立製作所 | 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法 |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP63199993A patent/JP3053184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0251866A (ja) | 1990-02-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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