JP3360485B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池や固
体高分子型燃料電池などの低温型燃料電池でのＣＯ被毒
対策やメタノール被毒対策に関する。
体高分子型燃料電池などの低温型燃料電池でのＣＯ被毒
対策やメタノール被毒対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の通り、燃料電池は対向して配置さ
れた燃料極と酸化剤極の間に電解質マトリックスを介在
させ、燃料極および酸化剤極にそれぞれ燃料および酸化
剤を供給して運転される一種の発電装置である。
れた燃料極と酸化剤極の間に電解質マトリックスを介在
させ、燃料極および酸化剤極にそれぞれ燃料および酸化
剤を供給して運転される一種の発電装置である。
【０００３】燃料電池は、カルノーサイクルの制約を受
けず高い発電効率が期待できる、排熱が利用できる、騒
音が少なく排気ガスがクリーンであるなどの利点があ
り、大形や小型の発電装置として開発されている。
けず高い発電効率が期待できる、排熱が利用できる、騒
音が少なく排気ガスがクリーンであるなどの利点があ
り、大形や小型の発電装置として開発されている。
【０００４】燃料電池は用いられる電解質の種類によっ
て、アルカリ型、リン酸型、固体高分子型、硫酸型、溶
融炭酸塩型、固体電解質型などに分類されており、この
うち溶融炭酸塩型は６５０℃前後、固体電解質型は１０
００℃前後と高温で運転されるので、これらは高温型燃
料電池と呼ばれている。一方、リン酸型は２００℃前
後、アルカリ型、固体高分子型と硫酸型は１００℃前後
と比較的低温で運転されるので低温型燃料電池に分類さ
れている。
て、アルカリ型、リン酸型、固体高分子型、硫酸型、溶
融炭酸塩型、固体電解質型などに分類されており、この
うち溶融炭酸塩型は６５０℃前後、固体電解質型は１０
００℃前後と高温で運転されるので、これらは高温型燃
料電池と呼ばれている。一方、リン酸型は２００℃前
後、アルカリ型、固体高分子型と硫酸型は１００℃前後
と比較的低温で運転されるので低温型燃料電池に分類さ
れている。
【０００５】まず、リン酸型燃料電池について従来技術
を説明する。従来のリン酸型燃料電池のセル構造につい
ては、例えば本願発明と同一出願人によって出願された
特開昭６３−２３７３５９号公報の従来例および実施例
に詳細に記述されている。
を説明する。従来のリン酸型燃料電池のセル構造につい
ては、例えば本願発明と同一出願人によって出願された
特開昭６３−２３７３５９号公報の従来例および実施例
に詳細に記述されている。
【０００６】図１０は、代表的なリン酸型燃料電池のセ
ル構造の断面図であり、図において１は燃料極、２は酸
化剤極、３は電解質マトリックス、１１は燃料極触媒
層、１２は燃料極電極基材、２１は酸化剤極触媒層、２
２は酸化剤極電極基材である。
ル構造の断面図であり、図において１は燃料極、２は酸
化剤極、３は電解質マトリックス、１１は燃料極触媒
層、１２は燃料極電極基材、２１は酸化剤極触媒層、２
２は酸化剤極電極基材である。
【０００７】次に、固体高分子型燃料電池について従来
技術を説明する。従来の固体高分子型燃料電池のセル構
造については、例えば本願発明と同一出願人によって出
願された特開平５−３２５９８３号公報の従来例および
実施例に詳細に記述されている。基本的には図１０と同
様の構成であるが、特開平５−３２５９８３号公報の実
施例では、燃料極触媒層１１および酸化剤極触媒層２１
が、燃料極電極基材１２や酸化剤極電極基材２２と共に
電解質マトリックス３に３次元的に埋め込まれている。
なお、固体高分子型燃料電池においては、電解質マトリ
ックス３は固体高分子膜と呼ばれている薄いフィルムで
構成されている。
技術を説明する。従来の固体高分子型燃料電池のセル構
造については、例えば本願発明と同一出願人によって出
願された特開平５−３２５９８３号公報の従来例および
実施例に詳細に記述されている。基本的には図１０と同
様の構成であるが、特開平５−３２５９８３号公報の実
施例では、燃料極触媒層１１および酸化剤極触媒層２１
が、燃料極電極基材１２や酸化剤極電極基材２２と共に
電解質マトリックス３に３次元的に埋め込まれている。
なお、固体高分子型燃料電池においては、電解質マトリ
ックス３は固体高分子膜と呼ばれている薄いフィルムで
構成されている。
【０００８】その他の、アルカリ型燃料電池や直接型メ
タノール燃料電池などの低温型燃料電池のセル構造につ
いては、例えば、刊行物（「電池便覧」丸善、電池便覧
編集委員会編、第１版平成２年８月２０日発行）に詳細
に記載されているが、基本的にはやはり図１０と同じ構
成である。
タノール燃料電池などの低温型燃料電池のセル構造につ
いては、例えば、刊行物（「電池便覧」丸善、電池便覧
編集委員会編、第１版平成２年８月２０日発行）に詳細
に記載されているが、基本的にはやはり図１０と同じ構
成である。
【０００９】次にリン酸型燃料電池の動作について図１
１を用いて説明する。図１１において、５、６は触媒、
４は外部回路である。なお、燃料極１の外側には燃料ガ
ス流路、酸化剤極２の外側には酸化剤ガス流路が配置さ
れるが、図を簡単にするために省略した。反応ガス流路
やセパレータまで含めた詳細な図については、特開昭６
３−２３７３５９号公報に記載されている。燃料ガス中
の水素は燃料ガス流路から燃料極電極基材１２を拡散し
て燃料極触媒層１１に供給され、燃料極１中の白金触媒
５の働きで式（１）の反応によってプロトンと電子に分
れる。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- （１） このとき発生するプロトン（Ｈ+）は電解質マトリック
ス３を通り、電子（ｅ-）は外部回路４を通って酸化剤
極触媒層２１に達し、酸化剤ガス流路から酸化剤電極基
材２２を拡散して、酸化剤極２中の白金触媒６の働きで
酸化剤極触媒層２１に供給される酸化剤ガス中の酸素を
消費して式（２）の反応により水を発生する。 Ｏ2 ＋ ４Ｈ+ ＋ ４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ （２） なお、アルカリ型燃料電池以外の低温型燃料電池動作は
上記リン酸型燃料電池の動作と同様である。また、アル
カリ型燃料電池についてはＨ+の代わりにＯＨ-がイオン
伝導体になる点を除いて上記リン酸型燃料電池の動作と
同様である。
１を用いて説明する。図１１において、５、６は触媒、
４は外部回路である。なお、燃料極１の外側には燃料ガ
ス流路、酸化剤極２の外側には酸化剤ガス流路が配置さ
れるが、図を簡単にするために省略した。反応ガス流路
やセパレータまで含めた詳細な図については、特開昭６
３−２３７３５９号公報に記載されている。燃料ガス中
の水素は燃料ガス流路から燃料極電極基材１２を拡散し
て燃料極触媒層１１に供給され、燃料極１中の白金触媒
５の働きで式（１）の反応によってプロトンと電子に分
れる。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- （１） このとき発生するプロトン（Ｈ+）は電解質マトリック
ス３を通り、電子（ｅ-）は外部回路４を通って酸化剤
極触媒層２１に達し、酸化剤ガス流路から酸化剤電極基
材２２を拡散して、酸化剤極２中の白金触媒６の働きで
酸化剤極触媒層２１に供給される酸化剤ガス中の酸素を
消費して式（２）の反応により水を発生する。 Ｏ2 ＋ ４Ｈ+ ＋ ４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ （２） なお、アルカリ型燃料電池以外の低温型燃料電池動作は
上記リン酸型燃料電池の動作と同様である。また、アル
カリ型燃料電池についてはＨ+の代わりにＯＨ-がイオン
伝導体になる点を除いて上記リン酸型燃料電池の動作と
同様である。
【００１０】低温型燃料電池では、このように白金触媒
が燃料極１や酸化剤極２の触媒５、６として用いられる
ことが多い。また、燃料電池では、メタンやメタノール
を水素を主とした成分に改質した改質ガスを燃料として
運転される場合が一般的であるが、改質ガスには一酸化
炭素が含まれており、低温では、この一酸化炭素が白金
触媒に吸着するので、燃料電池の性能を低下させる。こ
の現象は「ＣＯ被毒」として広く知られている。
が燃料極１や酸化剤極２の触媒５、６として用いられる
ことが多い。また、燃料電池では、メタンやメタノール
を水素を主とした成分に改質した改質ガスを燃料として
運転される場合が一般的であるが、改質ガスには一酸化
炭素が含まれており、低温では、この一酸化炭素が白金
触媒に吸着するので、燃料電池の性能を低下させる。こ
の現象は「ＣＯ被毒」として広く知られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の低温型燃料電池
は以上のように構成されているので、一酸化炭素の濃度
を下げたり一酸化炭素を除去する必要があった。低温ほ
ど『ＣＯ被毒』の影響が大きいが、動作温度が２００℃
前後と最も高いリン酸型燃料電池でも、メタンやメタノ
ールを水蒸気改質した改質ガスそのままでは、ＣＯ濃度
が数％と高すぎるので、さらにＣＯ転化器を備えてＣＯ
濃度を下げる必要があった。また、リン酸型燃料電池で
は数セルごとに水冷式の冷却器が挿入されているが、冷
却器近傍のセルは温度が低くなるので、ＣＯ被毒による
セル電圧低下が大きいという問題点があった。また、動
作温度が１００℃以下である固体高分子型燃料電池に至
っては、ＣＯ濃度を数十ｐｐｍあるいは数ｐｐｍレベル
にまで下げる必要があり、このため、米国特許５２１７
５９６号（１９９３年）に記載されているように、燃料
ガスを加圧してＰｄ薄膜などを用いて水素だけを取り出
したり、米国特許４９１００９９号（１９９０年）に記
載されているように、爆発の危険性を冒して燃料ガス中
に数％の空気を混入させたりするなどの方法が用いられ
ていたが、補機動力を必要とし効率が著しく低下する、
装置が複雑になる、安全性に問題が有るなどの問題点が
あった。
は以上のように構成されているので、一酸化炭素の濃度
を下げたり一酸化炭素を除去する必要があった。低温ほ
ど『ＣＯ被毒』の影響が大きいが、動作温度が２００℃
前後と最も高いリン酸型燃料電池でも、メタンやメタノ
ールを水蒸気改質した改質ガスそのままでは、ＣＯ濃度
が数％と高すぎるので、さらにＣＯ転化器を備えてＣＯ
濃度を下げる必要があった。また、リン酸型燃料電池で
は数セルごとに水冷式の冷却器が挿入されているが、冷
却器近傍のセルは温度が低くなるので、ＣＯ被毒による
セル電圧低下が大きいという問題点があった。また、動
作温度が１００℃以下である固体高分子型燃料電池に至
っては、ＣＯ濃度を数十ｐｐｍあるいは数ｐｐｍレベル
にまで下げる必要があり、このため、米国特許５２１７
５９６号（１９９３年）に記載されているように、燃料
ガスを加圧してＰｄ薄膜などを用いて水素だけを取り出
したり、米国特許４９１００９９号（１９９０年）に記
載されているように、爆発の危険性を冒して燃料ガス中
に数％の空気を混入させたりするなどの方法が用いられ
ていたが、補機動力を必要とし効率が著しく低下する、
装置が複雑になる、安全性に問題が有るなどの問題点が
あった。
【００１２】一方、メタノールを燃料として用いた場合
に、メタノールの一部が燃料極触媒層１１に達し、ＣＯ
被毒の場合と同様に電極の性能を低下させるメタノール
被毒という現象があり、特性低下の原因となっていた。
に、メタノールの一部が燃料極触媒層１１に達し、ＣＯ
被毒の場合と同様に電極の性能を低下させるメタノール
被毒という現象があり、特性低下の原因となっていた。
【００１３】リン酸型燃料電池のメタノール被毒につい
ては、本願発明者の一人である光田らにより文献（「電
気化学および工業物理化学」第６２巻、ｐ７７５〜ｐ７
８３、１９９４年）に詳細に記載されており、メタノー
ルが電解質マトリックス３を透過して酸化剤極触媒層２
１に達し酸化されて分極すること、および電解質マトリ
ックス３の中に沸点の高いトリメチルフォスフェートが
蓄積してイオン伝導性が阻害され抵抗が増加すること
が、特性低下の大きな原因とされている。
ては、本願発明者の一人である光田らにより文献（「電
気化学および工業物理化学」第６２巻、ｐ７７５〜ｐ７
８３、１９９４年）に詳細に記載されており、メタノー
ルが電解質マトリックス３を透過して酸化剤極触媒層２
１に達し酸化されて分極すること、および電解質マトリ
ックス３の中に沸点の高いトリメチルフォスフェートが
蓄積してイオン伝導性が阻害され抵抗が増加すること
が、特性低下の大きな原因とされている。
【００１４】固体高分子型燃料電池のメタノール被毒に
ついては、斎藤らにより文献（「電気化学および工業物
理化学」第５９巻、ｐ７０、１９９１年）に詳細に記載
されており、メタノールが電解質マトリックス３を透過
して酸化剤極触媒層２１に達し酸化されて分極するの
が、特性低下の大きな原因とされている。
ついては、斎藤らにより文献（「電気化学および工業物
理化学」第５９巻、ｐ７０、１９９１年）に詳細に記載
されており、メタノールが電解質マトリックス３を透過
して酸化剤極触媒層２１に達し酸化されて分極するの
が、特性低下の大きな原因とされている。
【００１５】さらに、直接型メタノール燃料電池でも同
様にメタノールが電解質マトリックス３を透過して酸化
剤極触媒層２１に達し酸化されて分極するのが、特性低
下の大きな原因となっており、このため電解質マトリッ
クス３近傍にメタノールを透過しにくい膜を置いたり、
メタノールをできるだけガス状にして、電解質マトリッ
クス３を透過しにくくするために動作温度を上げるなど
の手段が用いられているが、いずれの方法も効果が不十
分で、充分な特性を得ることはできず実用化には至って
いない。
様にメタノールが電解質マトリックス３を透過して酸化
剤極触媒層２１に達し酸化されて分極するのが、特性低
下の大きな原因となっており、このため電解質マトリッ
クス３近傍にメタノールを透過しにくい膜を置いたり、
メタノールをできるだけガス状にして、電解質マトリッ
クス３を透過しにくくするために動作温度を上げるなど
の手段が用いられているが、いずれの方法も効果が不十
分で、充分な特性を得ることはできず実用化には至って
いない。
【００１６】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ＣＯ被毒やメタノール被毒の影
響の小さな低温型燃料電池を提供することを目的とす
る。
ためになされたもので、ＣＯ被毒やメタノール被毒の影
響の小さな低温型燃料電池を提供することを目的とす
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る燃料電池は、燃料極が、電解質マトリックスと直接接
する燃料極触媒内層と上記電解質マトリックスとは直接
接しない燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基材を
介在させて対向配置されており、且つ、上記燃料極触媒
内層に比べて上記燃料極触媒外層の撥水性を低くしたも
のである。燃料極の触媒層を、電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層と、電解質マトリックスとは直
接接しない燃料極触媒外層とに分けて、燃料極触媒内層
と燃料極触媒外層の間に電子伝導性の多孔質基材を配置
し燃料の反応ガス供給手段と隔離された気体空間を形成
していることを特徴とし、さらに、燃料極触媒内層に比
べて燃料極触媒外層の撥水性を低くしたことを特徴とす
る。
る燃料電池は、燃料極が、電解質マトリックスと直接接
する燃料極触媒内層と上記電解質マトリックスとは直接
接しない燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基材を
介在させて対向配置されており、且つ、上記燃料極触媒
内層に比べて上記燃料極触媒外層の撥水性を低くしたも
のである。燃料極の触媒層を、電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層と、電解質マトリックスとは直
接接しない燃料極触媒外層とに分けて、燃料極触媒内層
と燃料極触媒外層の間に電子伝導性の多孔質基材を配置
し燃料の反応ガス供給手段と隔離された気体空間を形成
していることを特徴とし、さらに、燃料極触媒内層に比
べて燃料極触媒外層の撥水性を低くしたことを特徴とす
る。
【００１８】請求項２記載の発明に係る燃料電池は、電
解質マトリックスを介在させて対向配置された燃料およ
び酸化剤極、並びに上記燃料および酸化剤極にそれぞれ
燃料および酸化剤を供給する供給手段を備えた燃料電池
において、上記燃料極は、上記電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層と上記電解質マトリックスとは
直接接しない燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基
材を介在させて対向配置されており、且つ、上記燃料極
触媒内層には白金触媒を主とする触媒を用い、上記燃料
極触媒外層には上記白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を
用いたものである。
解質マトリックスを介在させて対向配置された燃料およ
び酸化剤極、並びに上記燃料および酸化剤極にそれぞれ
燃料および酸化剤を供給する供給手段を備えた燃料電池
において、上記燃料極は、上記電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層と上記電解質マトリックスとは
直接接しない燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基
材を介在させて対向配置されており、且つ、上記燃料極
触媒内層には白金触媒を主とする触媒を用い、上記燃料
極触媒外層には上記白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を
用いたものである。
【００１９】請求項３記載の発明に係る燃料電池は、上
記請求項１または２記載の発明に係る燃料電池におい
て、燃料極触媒内層と燃料極触媒外層との間に、それぞ
れ電子伝導性の多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒
内層および燃料極触媒外層と対向配置された燃料極触媒
中間層を有するものである。
記請求項１または２記載の発明に係る燃料電池におい
て、燃料極触媒内層と燃料極触媒外層との間に、それぞ
れ電子伝導性の多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒
内層および燃料極触媒外層と対向配置された燃料極触媒
中間層を有するものである。
【００２０】請求項４記載の発明に係る燃料電池は、電
解質マトリックスを介在させて対向配置された燃料およ
び酸化剤極、並びに上記燃料および酸化剤極にそれぞれ
燃料および酸化剤を供給する供給手段を備えた燃料電池
において、上記燃料極は、上記電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層、上記電解質マトリックスとは
直接接しない燃料極触媒外層、および上記燃料極触媒内
層と上記燃料極触媒外層との間に配置された燃料極触媒
中間層が、それぞれ電子伝導性の多孔質基材を介在させ
て対向配置されており、且つ、上記燃料極触媒内層と上
記燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝導性の多孔
質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と上記燃料極触
媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材の撥水
性に比べて低くしたものである。
解質マトリックスを介在させて対向配置された燃料およ
び酸化剤極、並びに上記燃料および酸化剤極にそれぞれ
燃料および酸化剤を供給する供給手段を備えた燃料電池
において、上記燃料極は、上記電解質マトリックスと直
接接する燃料極触媒内層、上記電解質マトリックスとは
直接接しない燃料極触媒外層、および上記燃料極触媒内
層と上記燃料極触媒外層との間に配置された燃料極触媒
中間層が、それぞれ電子伝導性の多孔質基材を介在させ
て対向配置されており、且つ、上記燃料極触媒内層と上
記燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝導性の多孔
質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と上記燃料極触
媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材の撥水
性に比べて低くしたものである。
【００２１】
【００２２】請求項５記載の発明に係る燃料電池は、上
記請求項１ないし４の何れかに記載の発明に係る燃料電
池において、電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層を加湿する手段を有するものであ
る。
記請求項１ないし４の何れかに記載の発明に係る燃料電
池において、電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層を加湿する手段を有するものであ
る。
【００２３】請求項６記載の発明に係る燃料電池は、上
記請求項１ないし５の何れかに記載の発明に係る燃料電
池において、電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層に接する電子伝導性の多孔質基材に
保水剤を担持したものである。
記請求項１ないし５の何れかに記載の発明に係る燃料電
池において、電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層に接する電子伝導性の多孔質基材に
保水剤を担持したものである。
【００２４】
【００２５】
【作用】請求項１記載の発明によれば、燃料極は、電解
質マトリックスと直接接する燃料極触媒内層と上記電解
質マトリックスとは直接接しない燃料極触媒外層とが電
子伝導性の多孔質基材を介在させて対向配置されている
ので、燃料極触媒外層で水素発生が起こり燃料の供給手
段と隔離された多孔質基材の気体空間では純水素で満た
されるので、一酸化炭素やメタノールは、燃料極触媒内
層へ達しにくくなり、ＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減
される。さらに、燃料極触媒内層に比べて燃料極触媒外
層の撥水性を低くしたので、一酸化炭素やメタノール蒸
気が、燃料極触媒外層によって燃料の供給手段と隔離さ
れた多孔質基材へ進入しにくくなる。その結果、一酸化
炭素やメタノール蒸気は燃料極触媒内層へより達しにく
くなり、ＣＯ被毒やメタノール被毒がより軽減される。
質マトリックスと直接接する燃料極触媒内層と上記電解
質マトリックスとは直接接しない燃料極触媒外層とが電
子伝導性の多孔質基材を介在させて対向配置されている
ので、燃料極触媒外層で水素発生が起こり燃料の供給手
段と隔離された多孔質基材の気体空間では純水素で満た
されるので、一酸化炭素やメタノールは、燃料極触媒内
層へ達しにくくなり、ＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減
される。さらに、燃料極触媒内層に比べて燃料極触媒外
層の撥水性を低くしたので、一酸化炭素やメタノール蒸
気が、燃料極触媒外層によって燃料の供給手段と隔離さ
れた多孔質基材へ進入しにくくなる。その結果、一酸化
炭素やメタノール蒸気は燃料極触媒内層へより達しにく
くなり、ＣＯ被毒やメタノール被毒がより軽減される。
【００２６】また、請求項２記載の発明のように、燃料
極触媒内層に白金触媒を主とする触媒を用い、燃料極触
媒外層に白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を用いれば、
燃料極触媒外層ではＣＯ被毒の影響をあまり受けずに水
素発生が起こり、燃料極触媒内層では水素還元が効率良
く起こる。
極触媒内層に白金触媒を主とする触媒を用い、燃料極触
媒外層に白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を用いれば、
燃料極触媒外層ではＣＯ被毒の影響をあまり受けずに水
素発生が起こり、燃料極触媒内層では水素還元が効率良
く起こる。
【００２７】また、請求項３記載の発明のように、燃料
極触媒内層と燃料極触媒外層との間に、それぞれ電子伝
導性の多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒内層およ
び燃料極触媒外層と対向配置された燃料極触媒中間層を
有すると、燃料極触媒外層および燃料極触媒中間層で水
素発生が起こり、燃料の供給手段と隔離された多孔質基
材の気体空間では純水素で満たされるので、一酸化炭素
やメタノールは、燃料極触媒内層へより達しにくくな
り、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減される。
極触媒内層と燃料極触媒外層との間に、それぞれ電子伝
導性の多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒内層およ
び燃料極触媒外層と対向配置された燃料極触媒中間層を
有すると、燃料極触媒外層および燃料極触媒中間層で水
素発生が起こり、燃料の供給手段と隔離された多孔質基
材の気体空間では純水素で満たされるので、一酸化炭素
やメタノールは、燃料極触媒内層へより達しにくくな
り、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減される。
【００２８】また、請求項４記載の発明のように、燃料
極触媒内層と燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝
導性の多孔質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と燃
料極触媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材
の撥水性に比べて低くすれば、燃料極触媒内層に近い気
体空間の水素ガスの拡散性が改善され、水素発生が加速
されるので、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減さ
れる。
極触媒内層と燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝
導性の多孔質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と燃
料極触媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材
の撥水性に比べて低くすれば、燃料極触媒内層に近い気
体空間の水素ガスの拡散性が改善され、水素発生が加速
されるので、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減さ
れる。
【００２９】
【００３０】また、請求項５記載の発明のように、電解
質として固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電
池において、燃料極触媒内層を加湿する手段を設けれ
ば、内部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノ
ール被毒を軽減できる。
質として固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電
池において、燃料極触媒内層を加湿する手段を設けれ
ば、内部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノ
ール被毒を軽減できる。
【００３１】また、請求項６記載の発明のように、電解
質として固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電
池において、燃料極触媒内層接する電子伝導性の多孔質
基材に保水剤を担持しても、内部抵抗の増大をきたすこ
となくＣＯ被毒やメタノール被毒を軽減できる。
質として固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電
池において、燃料極触媒内層接する電子伝導性の多孔質
基材に保水剤を担持しても、内部抵抗の増大をきたすこ
となくＣＯ被毒やメタノール被毒を軽減できる。
【００３２】
【００３３】
【実施例】以下、図１〜図９に示す実施例に基づいて従
来と同一または相当部分には同一符号を付してこの発明
の燃料電池のセル構成を説明する。
来と同一または相当部分には同一符号を付してこの発明
の燃料電池のセル構成を説明する。
【００３４】実施例１．図１は、本発明の実施例１によ
る燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１３は燃料極触媒内層、１４は電子伝導性の多孔質
基材、１５は燃料極触媒外層である。多孔質基材１４は
従来の電極基材１２を用いることができ、燃料極触媒内
層１３は従来の燃料極触媒層１１と同じであってもよ
い。従来のセル構成と大きく異なるのは、多孔質基材１
４の外側に燃料極触媒外層１５が形成されていることで
あり、燃料極触媒外層１５は従来の燃料極触媒層１１と
同じであってもよく、燃料極触媒内層１３と同様にして
多孔質基材１４の外側に形成することができる。
る燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１３は燃料極触媒内層、１４は電子伝導性の多孔質
基材、１５は燃料極触媒外層である。多孔質基材１４は
従来の電極基材１２を用いることができ、燃料極触媒内
層１３は従来の燃料極触媒層１１と同じであってもよ
い。従来のセル構成と大きく異なるのは、多孔質基材１
４の外側に燃料極触媒外層１５が形成されていることで
あり、燃料極触媒外層１５は従来の燃料極触媒層１１と
同じであってもよく、燃料極触媒内層１３と同様にして
多孔質基材１４の外側に形成することができる。
【００３５】次に、本発明のセル構成の作用について図
２を用いて説明する。水素やＣＯ、ＣＯ2などの燃料ガ
スは燃料ガス流路から燃料極触媒外層１５に達し、燃料
極触媒外層１５の触媒７の働きで式（１）の反応によっ
てプロトンと電子に分れる。また、ＣＯは、他の触媒粒
子８に吸着して保持される。このとき発生するプロトン
（Ｈ+）は燃料極触媒外層１５内の電解質を通って他の
触媒粒子９に達し、式（３）の反応によって再び水素ガ
スに変換される。 ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2 （３） このとき電子（ｅ-）は燃料極触媒外層１５を通って触
媒粒子９に運ばれる。
２を用いて説明する。水素やＣＯ、ＣＯ2などの燃料ガ
スは燃料ガス流路から燃料極触媒外層１５に達し、燃料
極触媒外層１５の触媒７の働きで式（１）の反応によっ
てプロトンと電子に分れる。また、ＣＯは、他の触媒粒
子８に吸着して保持される。このとき発生するプロトン
（Ｈ+）は燃料極触媒外層１５内の電解質を通って他の
触媒粒子９に達し、式（３）の反応によって再び水素ガ
スに変換される。 ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2 （３） このとき電子（ｅ-）は燃料極触媒外層１５を通って触
媒粒子９に運ばれる。
【００３６】触媒粒子９で生じた水素ガスは拡散して燃
料極触媒内層１３の白金触媒１０に達し、再び式（１）
の反応によってプロトンと電子に分れる。このとき発生
するプロトン（Ｈ+）は電解質マトリックス３を通り、
電子（ｅ-）は外部回路４を通って酸化剤極触媒層２１
に達し、酸化剤ガス流路から酸化剤電極基材２２を拡散
して、酸化剤極２中の白金触媒６の働きで酸化剤極触媒
層２１に供給される酸化剤ガス中の酸素を消費して式
（２）の反応により水を発生する。
料極触媒内層１３の白金触媒１０に達し、再び式（１）
の反応によってプロトンと電子に分れる。このとき発生
するプロトン（Ｈ+）は電解質マトリックス３を通り、
電子（ｅ-）は外部回路４を通って酸化剤極触媒層２１
に達し、酸化剤ガス流路から酸化剤電極基材２２を拡散
して、酸化剤極２中の白金触媒６の働きで酸化剤極触媒
層２１に供給される酸化剤ガス中の酸素を消費して式
（２）の反応により水を発生する。
【００３７】触媒粒子７でプロトンと電子になり、触媒
粒子９で再び結合して水素ガスに戻るのは式（１）およ
び式（３）の反応の交換電流密度が極めて大きく、水素
からプロトンへ、プロトンから水素へほとんど活性化エ
ネルギーを必要とせずに変換されるためである。なお、
外部回路４は、図２では燃料極触媒内層１３に接続され
ているが、燃料極触媒内層１３と燃料極触媒外層１５は
電子伝導性の多孔質基材１４で接続されているので、外
部回路４は燃料極触媒外層１５に接続されていてよい。
また、図１の単電池構成で従来と同様に複数層積層され
てよい。
粒子９で再び結合して水素ガスに戻るのは式（１）およ
び式（３）の反応の交換電流密度が極めて大きく、水素
からプロトンへ、プロトンから水素へほとんど活性化エ
ネルギーを必要とせずに変換されるためである。なお、
外部回路４は、図２では燃料極触媒内層１３に接続され
ているが、燃料極触媒内層１３と燃料極触媒外層１５は
電子伝導性の多孔質基材１４で接続されているので、外
部回路４は燃料極触媒外層１５に接続されていてよい。
また、図１の単電池構成で従来と同様に複数層積層され
てよい。
【００３８】以上のように、実施例１によれば、多孔質
基材１４のガス空間は発生した水素で満たされ、一方、
ＣＯやＣＯ2は、燃料極触媒外層１５にブロックされ
て、容易には多孔質基材１４のガス空間に進入できない
ので、多孔質基材１４のガス空間には純水素が満たされ
る。従って、燃料極触媒内層１３では、ＣＯ被毒を受け
ることなく、分極して大きな電圧降下を起こさない。燃
料極触媒外層１５では当然ＣＯ被毒を受けているが、プ
ロトンと電子は、酸素によって消費されるのではなく、
再び水素ガスに戻るために、発生した水素ガスによっ
て、ＣＯ被毒を受けにくい純水素のガス空間が形成さ
れ、ＣＯ被毒の影響が軽減される。
基材１４のガス空間は発生した水素で満たされ、一方、
ＣＯやＣＯ2は、燃料極触媒外層１５にブロックされ
て、容易には多孔質基材１４のガス空間に進入できない
ので、多孔質基材１４のガス空間には純水素が満たされ
る。従って、燃料極触媒内層１３では、ＣＯ被毒を受け
ることなく、分極して大きな電圧降下を起こさない。燃
料極触媒外層１５では当然ＣＯ被毒を受けているが、プ
ロトンと電子は、酸素によって消費されるのではなく、
再び水素ガスに戻るために、発生した水素ガスによっ
て、ＣＯ被毒を受けにくい純水素のガス空間が形成さ
れ、ＣＯ被毒の影響が軽減される。
【００３９】実施例２．図３は本発明の実施例２による
燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１６は燃料極触媒中間層、１７は電子伝導性の多孔
質基材である。図１、図２の実施例に比べて燃料極触媒
層がさらに１層増えたセル構成になっている。すなわ
ち、燃料極触媒内層１３と燃料極触媒外層１５との間
に、それぞれ電子伝導性の多孔質基材１４、１７を介在
させて燃料極触媒内層１３および燃料極触媒外層１５と
対向配置された燃料極触媒中間層１６を有しており、従
来のセル構成とは大きく異なっている。なお、電子伝導
性の多孔質基材１７は従来の電極基材１２を用いること
ができる。また、燃料極触媒中間層１６は燃料極触媒内
層１３と同様にして多孔質基材１４または１７に形成す
ることができ、燃料極触媒外層１５は多孔質基材１７に
形成される。
燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１６は燃料極触媒中間層、１７は電子伝導性の多孔
質基材である。図１、図２の実施例に比べて燃料極触媒
層がさらに１層増えたセル構成になっている。すなわ
ち、燃料極触媒内層１３と燃料極触媒外層１５との間
に、それぞれ電子伝導性の多孔質基材１４、１７を介在
させて燃料極触媒内層１３および燃料極触媒外層１５と
対向配置された燃料極触媒中間層１６を有しており、従
来のセル構成とは大きく異なっている。なお、電子伝導
性の多孔質基材１７は従来の電極基材１２を用いること
ができる。また、燃料極触媒中間層１６は燃料極触媒内
層１３と同様にして多孔質基材１４または１７に形成す
ることができ、燃料極触媒外層１５は多孔質基材１７に
形成される。
【００４０】次に、この実施例のセル構成の作用につい
て図４を用いて説明する。水素やＣＯ、ＣＯ2などの燃
料ガスは燃料ガス流路から燃料極触媒外層１５に達し、
燃料極触媒外層１５の触媒７の働きで式（１）の反応に
よってプロトンと電子に分れる。このとき発生するプロ
トン（Ｈ+）は燃料極触媒外層１５内の電解質を通って
他の触媒粒子９に達し、式（３）の反応によって再び水
素ガスに変換される。このとき電子（ｅ-）は燃料極触
媒外層１５を通って触媒粒子９に運ばれる。
て図４を用いて説明する。水素やＣＯ、ＣＯ2などの燃
料ガスは燃料ガス流路から燃料極触媒外層１５に達し、
燃料極触媒外層１５の触媒７の働きで式（１）の反応に
よってプロトンと電子に分れる。このとき発生するプロ
トン（Ｈ+）は燃料極触媒外層１５内の電解質を通って
他の触媒粒子９に達し、式（３）の反応によって再び水
素ガスに変換される。このとき電子（ｅ-）は燃料極触
媒外層１５を通って触媒粒子９に運ばれる。
【００４１】触媒粒子９で生じた水素ガスは拡散して燃
料極触媒中間層１６の白金触媒２３に達し、再び式
（１）の反応によってプロトンと電子に分れる。このと
き発生するプロトン（Ｈ+）は燃料極触媒中間層１６内
の電解質を通って他の触媒粒子２４に達し、式（３）の
反応によって再び水素ガスに変換される。 このとき電
子（ｅ-）は燃料極触媒中間層１６を通って触媒粒子２
４に運ばれる。
料極触媒中間層１６の白金触媒２３に達し、再び式
（１）の反応によってプロトンと電子に分れる。このと
き発生するプロトン（Ｈ+）は燃料極触媒中間層１６内
の電解質を通って他の触媒粒子２４に達し、式（３）の
反応によって再び水素ガスに変換される。 このとき電
子（ｅ-）は燃料極触媒中間層１６を通って触媒粒子２
４に運ばれる。
【００４２】触媒粒子２４で生じた水素ガスは多孔質基
材１４の空間を通って燃料極触媒内層１３に達し、白金
触媒１０で、式（１）の反応によってプロトンと電子に
分れる。このとき発生するプロトン（Ｈ+）は電解質マ
トリックス３を通り、電子（ｅ-）は外部回路４を通っ
て酸化剤極触媒層２１に達し、酸化剤ガス流路から酸化
剤電極基材２２を拡散して、酸化剤極２中の白金触媒６
の働きで酸化剤極触媒層２１に供給される酸化剤ガス中
の酸素を消費して式（２）の反応により水を発生する。
材１４の空間を通って燃料極触媒内層１３に達し、白金
触媒１０で、式（１）の反応によってプロトンと電子に
分れる。このとき発生するプロトン（Ｈ+）は電解質マ
トリックス３を通り、電子（ｅ-）は外部回路４を通っ
て酸化剤極触媒層２１に達し、酸化剤ガス流路から酸化
剤電極基材２２を拡散して、酸化剤極２中の白金触媒６
の働きで酸化剤極触媒層２１に供給される酸化剤ガス中
の酸素を消費して式（２）の反応により水を発生する。
【００４３】この実施例の場合、燃料極触媒外層１５で
はＣＯ被毒を受けているが、プロトンと電子は、酸素に
よって消費されるのではなく、再び水素ガスに戻るため
に、発生した水素ガスによって、ＣＯ被毒を受けにくい
純水素のガス空間が形成され、ＣＯ被毒の影響が軽減さ
れるのは実施例１の場合と同様であるが、この実施例で
は、ＣＯ被毒を受けにくい純水素のガス空間が燃料極触
媒外層１５と中間層１６の２重に形成されているので、
ＣＯ被毒がより軽減される。
はＣＯ被毒を受けているが、プロトンと電子は、酸素に
よって消費されるのではなく、再び水素ガスに戻るため
に、発生した水素ガスによって、ＣＯ被毒を受けにくい
純水素のガス空間が形成され、ＣＯ被毒の影響が軽減さ
れるのは実施例１の場合と同様であるが、この実施例で
は、ＣＯ被毒を受けにくい純水素のガス空間が燃料極触
媒外層１５と中間層１６の２重に形成されているので、
ＣＯ被毒がより軽減される。
【００４４】実施例３．図５は、本発明の実施例３によ
る燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１８は燃料極触媒中間層、１９は電子伝導性の多孔
質基材であり、図３、図４の実施例２に比べてさらに燃
料極触媒層が１層増えている。すなわち、燃料極触媒内
層１３と燃料極触媒外層１５との間に、それぞれ電子伝
導性の多孔質基材１４、１７、１９を介在させて燃料極
触媒内層１３および燃料極触媒外層１５と対向配置され
た燃料極触媒中間層１６、１８を有している。なお、電
子伝導性の多孔質基材１９は従来の電極基材１２を用い
ることができる。また、燃料極触媒中間層１８は燃料極
触媒中間層１６と同様にして多孔質基材１７または１９
に形成することができ、燃料極触媒外層１５は多孔質基
材１９に形成される。
る燃料電池の要部の構成を示す断面図である。図におい
て、１８は燃料極触媒中間層、１９は電子伝導性の多孔
質基材であり、図３、図４の実施例２に比べてさらに燃
料極触媒層が１層増えている。すなわち、燃料極触媒内
層１３と燃料極触媒外層１５との間に、それぞれ電子伝
導性の多孔質基材１４、１７、１９を介在させて燃料極
触媒内層１３および燃料極触媒外層１５と対向配置され
た燃料極触媒中間層１６、１８を有している。なお、電
子伝導性の多孔質基材１９は従来の電極基材１２を用い
ることができる。また、燃料極触媒中間層１８は燃料極
触媒中間層１６と同様にして多孔質基材１７または１９
に形成することができ、燃料極触媒外層１５は多孔質基
材１９に形成される。
【００４５】この実施例では実施例１、２にに比べてさ
らに燃料極触媒層が１層増えているので、ＣＯ被毒の影
響をより一層受けにくくなっている。
らに燃料極触媒層が１層増えているので、ＣＯ被毒の影
響をより一層受けにくくなっている。
【００４６】［実験例１］リン酸型燃料電池を用いて、
従来のセル構成と本発明の一実施例によるセル構成につ
いて、ＣＯ被毒によるセル電圧低下の影響を、セル面積
１００ｃｍ2の単セルを用いて試験を行なった。この結
果を図６に示す。図において、横軸は電池のセル構成の
違いを示しており、Ａは従来のセル構成、Ｂは実施例１
のセル構成、Ｃは実施例２のセル構成、Ｄは実施例３の
セル構成である。縦軸は、１５０℃、３００ｍＡ／ｃｍ
2の負荷で燃料に水素８０％、ＣＯ2２０％の混合ガスを
用いた場合（水素利用率は８０％）と、水素８０％でＣ
Ｏがそれぞれ０．５％、１％、２％または３％で残りが
ＣＯ2の混合ガスを用いた場合（水素利用率は８０％）
とのセル電圧の差（ＣＯロス）を示したものである。な
お、酸化剤ガスとしては、空気（酸素利用率は６０％）
を用いた。３１はＣＯが０．５％の場合の結果、３２は
ＣＯが１％の場合の結果、３３はＣＯが２％の場合の結
果、３４はＣＯが３％の場合の結果であり、従来のセル
構成（Ａ）に比べて、実施例１〜３のセル構成（Ｂ、
Ｃ、Ｄ）の方が、同じＣＯ濃度の燃料ガスでのＣＯロス
が明らかに小さくなっているのが分る。また、燃料触媒
層の数が２層のＢよりも燃料触媒層の数が３層のＣの方
がＣＯロスが少なく、燃料触媒層の数が３層のＢよりも
燃料触媒層の数が４層のＤの方がＣＯロスが少なくって
おり、燃料触媒層の数が多くなるほどＣＯロス低減への
効果が大きいことが分る。なお、燃料触媒層の数の増加
に伴って、内部抵抗やＨ2ゲイン（純水素の場合と水素
８０％、ＣＯ2２０％の混合ガスを用いた場合とのセル
電圧の差）の増大などのセル電圧への悪影響も理論上心
配されたが、この実験例の結果では、内部抵抗やＨ2ゲ
インの増大はほとんど見られず、ＣＯを含む燃料ガスで
のセル電圧の絶対値でも、やはり従来のセル構成（Ａ）
に比べて、実施例１〜３のセル構成（Ｂ、Ｃ、Ｄ）の方
が高くなっていた。
従来のセル構成と本発明の一実施例によるセル構成につ
いて、ＣＯ被毒によるセル電圧低下の影響を、セル面積
１００ｃｍ2の単セルを用いて試験を行なった。この結
果を図６に示す。図において、横軸は電池のセル構成の
違いを示しており、Ａは従来のセル構成、Ｂは実施例１
のセル構成、Ｃは実施例２のセル構成、Ｄは実施例３の
セル構成である。縦軸は、１５０℃、３００ｍＡ／ｃｍ
2の負荷で燃料に水素８０％、ＣＯ2２０％の混合ガスを
用いた場合（水素利用率は８０％）と、水素８０％でＣ
Ｏがそれぞれ０．５％、１％、２％または３％で残りが
ＣＯ2の混合ガスを用いた場合（水素利用率は８０％）
とのセル電圧の差（ＣＯロス）を示したものである。な
お、酸化剤ガスとしては、空気（酸素利用率は６０％）
を用いた。３１はＣＯが０．５％の場合の結果、３２は
ＣＯが１％の場合の結果、３３はＣＯが２％の場合の結
果、３４はＣＯが３％の場合の結果であり、従来のセル
構成（Ａ）に比べて、実施例１〜３のセル構成（Ｂ、
Ｃ、Ｄ）の方が、同じＣＯ濃度の燃料ガスでのＣＯロス
が明らかに小さくなっているのが分る。また、燃料触媒
層の数が２層のＢよりも燃料触媒層の数が３層のＣの方
がＣＯロスが少なく、燃料触媒層の数が３層のＢよりも
燃料触媒層の数が４層のＤの方がＣＯロスが少なくって
おり、燃料触媒層の数が多くなるほどＣＯロス低減への
効果が大きいことが分る。なお、燃料触媒層の数の増加
に伴って、内部抵抗やＨ2ゲイン（純水素の場合と水素
８０％、ＣＯ2２０％の混合ガスを用いた場合とのセル
電圧の差）の増大などのセル電圧への悪影響も理論上心
配されたが、この実験例の結果では、内部抵抗やＨ2ゲ
インの増大はほとんど見られず、ＣＯを含む燃料ガスで
のセル電圧の絶対値でも、やはり従来のセル構成（Ａ）
に比べて、実施例１〜３のセル構成（Ｂ、Ｃ、Ｄ）の方
が高くなっていた。
【００４７】［実験例２］リン酸型燃料電池を用いて、
従来のセル構成と本発明のセル構成について、実験例１
と同様にして、こんどはメタノール被毒によるセル電圧
低下への影響を調べた。メタノールは、ガス洗浄ビンに
入れて、燃料ガス（水素８０％、ＣＯ2２０％の混合ガ
ス）をそのメタノールを入れたガス洗浄ビンに通すこと
によって、燃料ガスにメタノール蒸気を含ませた。その
結果、やはり従来のセル構成（Ａ）に比べて、実施例１
〜３のセル構成（Ｂ、Ｃ、Ｄ）の方がセル電圧が高くな
り、ＣＯ被毒だけではなく、メタノール被毒についても
実施例のセル構成が有効であることが分った。また、負
荷を取らない場合のセル電圧（開放電圧）についても、
従来のセル構成に比べて本発明のセル構成では高く、し
かも燃料触媒層の数が２層のＢよりも燃料触媒層の数が
３層のＣの方が開放電圧が高く、燃料触媒層の数が３層
のＢよりも燃料触媒層の数が４層のＤの方が開放電圧が
高くなっており、燃料触媒層の数が多くなるほど、開放
電圧が高くなることが分った。これは、燃料触媒層の数
が多くなるほど、メタノールが酸化剤極２に達しにくく
なり、酸化剤極２で酸化されるメタノールの量が大幅に
軽減されるためと推定される。
従来のセル構成と本発明のセル構成について、実験例１
と同様にして、こんどはメタノール被毒によるセル電圧
低下への影響を調べた。メタノールは、ガス洗浄ビンに
入れて、燃料ガス（水素８０％、ＣＯ2２０％の混合ガ
ス）をそのメタノールを入れたガス洗浄ビンに通すこと
によって、燃料ガスにメタノール蒸気を含ませた。その
結果、やはり従来のセル構成（Ａ）に比べて、実施例１
〜３のセル構成（Ｂ、Ｃ、Ｄ）の方がセル電圧が高くな
り、ＣＯ被毒だけではなく、メタノール被毒についても
実施例のセル構成が有効であることが分った。また、負
荷を取らない場合のセル電圧（開放電圧）についても、
従来のセル構成に比べて本発明のセル構成では高く、し
かも燃料触媒層の数が２層のＢよりも燃料触媒層の数が
３層のＣの方が開放電圧が高く、燃料触媒層の数が３層
のＢよりも燃料触媒層の数が４層のＤの方が開放電圧が
高くなっており、燃料触媒層の数が多くなるほど、開放
電圧が高くなることが分った。これは、燃料触媒層の数
が多くなるほど、メタノールが酸化剤極２に達しにくく
なり、酸化剤極２で酸化されるメタノールの量が大幅に
軽減されるためと推定される。
【００４８】［実験例３］燃料にメタノールを直接供給
するメタノール直接改質の硫酸型燃料電池において、従
来のセル構成と本発明の実施例１〜３のセル構成につい
て比較試験を行ない、開放電圧および負荷をとった場合
のセル電圧において、実験例２の場合と同様に本発明の
実施例１〜３のセル構成の方が電圧が高くなり、やはり
燃料触媒層の数が多くなるほど、電圧が高くなることが
分った。
するメタノール直接改質の硫酸型燃料電池において、従
来のセル構成と本発明の実施例１〜３のセル構成につい
て比較試験を行ない、開放電圧および負荷をとった場合
のセル電圧において、実験例２の場合と同様に本発明の
実施例１〜３のセル構成の方が電圧が高くなり、やはり
燃料触媒層の数が多くなるほど、電圧が高くなることが
分った。
【００４９】実施例４． 触媒層は例えばＰｔ等の貴金属触媒を担持した多孔質カ
ーボンと撥水性を有するフッ素系の樹脂、例えばポリテ
トラフルオロエチレンを混合して形成されている。そこ
で、実施例１のリン酸型燃料電池のセル構成で、燃料極
触媒内層１３に比べて燃料極触媒外層１５に含まれるポ
リテトラフルオロエチレン樹脂の重量％を低くして撥水
性を低くした構成のセルを作成して、ＣＯ被毒およびメ
タノール被毒の比較を行なったところ、燃料極触媒内層
１３と燃料極触媒外層１５のポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂の重量％を同じにした場合に比べて、ＣＯ被毒、
メタノール被毒のいずれも軽減されることが分った。こ
れは、燃料極触媒外層１５の撥水性が低下することによ
って、ＣＯやメタノール蒸気が、燃料極触媒外層１５に
よって燃料の供給手段と隔離された多孔質基材へ進入し
にくくなったためと推定される。
ーボンと撥水性を有するフッ素系の樹脂、例えばポリテ
トラフルオロエチレンを混合して形成されている。そこ
で、実施例１のリン酸型燃料電池のセル構成で、燃料極
触媒内層１３に比べて燃料極触媒外層１５に含まれるポ
リテトラフルオロエチレン樹脂の重量％を低くして撥水
性を低くした構成のセルを作成して、ＣＯ被毒およびメ
タノール被毒の比較を行なったところ、燃料極触媒内層
１３と燃料極触媒外層１５のポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂の重量％を同じにした場合に比べて、ＣＯ被毒、
メタノール被毒のいずれも軽減されることが分った。こ
れは、燃料極触媒外層１５の撥水性が低下することによ
って、ＣＯやメタノール蒸気が、燃料極触媒外層１５に
よって燃料の供給手段と隔離された多孔質基材へ進入し
にくくなったためと推定される。
【００５０】実施例５． 電子伝導性の多孔質基材の撥水性は例えばポリテトラフ
ルオロエチレンのディスパージョン、例えばテフロン３
０Ｊ（三井フロロケミカル社製；商品名）を通常水で４
〜１０倍に希釈して多孔質基材に塗布、乾燥させて得ら
れるが、実施例２のリン酸型燃料電池のセル構成で、上
記ディスパージョンの希釈率を２倍程度高く（すなわち
濃度を低く）することで燃料極触媒内層１３と燃料極触
媒中間層１６との間に位置する電子伝導性の多孔質基材
１４の撥水性を燃料極触媒中間層１６と燃料極触媒外層
１５との間に位置する電子伝導性の多孔質基材１７の撥
水性に比べて低くした構成のセルを作成して、ＣＯ被毒
およびメタノール被毒の比較を行なったところ、多孔質
基材１４、１７の撥水性を同じにした場合に比べて、Ｃ
Ｏ被毒、メタノール被毒のいずれも軽減されることが分
った。これは、燃料極触媒内層１３に近い空間のガス拡
散性が改善され、水素の発生が加速されるためと推定さ
れる。
ルオロエチレンのディスパージョン、例えばテフロン３
０Ｊ（三井フロロケミカル社製；商品名）を通常水で４
〜１０倍に希釈して多孔質基材に塗布、乾燥させて得ら
れるが、実施例２のリン酸型燃料電池のセル構成で、上
記ディスパージョンの希釈率を２倍程度高く（すなわち
濃度を低く）することで燃料極触媒内層１３と燃料極触
媒中間層１６との間に位置する電子伝導性の多孔質基材
１４の撥水性を燃料極触媒中間層１６と燃料極触媒外層
１５との間に位置する電子伝導性の多孔質基材１７の撥
水性に比べて低くした構成のセルを作成して、ＣＯ被毒
およびメタノール被毒の比較を行なったところ、多孔質
基材１４、１７の撥水性を同じにした場合に比べて、Ｃ
Ｏ被毒、メタノール被毒のいずれも軽減されることが分
った。これは、燃料極触媒内層１３に近い空間のガス拡
散性が改善され、水素の発生が加速されるためと推定さ
れる。
【００５１】［実験例４］実施例１のリン酸型燃料電池
のセル構成と同様であるが、電解質マトリックスに側鎖
にスルフォニル基を有するフッ素系樹脂例えばナフィオ
ン１１２（デュポン社製；商品名）を用いた固体高分子
型燃料電池のセル構成で、図１０で示した従来のセル構
成とのＣＯ被毒、メタノール被毒の影響の差異を８０℃
で調べた。その結果、固体高分子型燃料電池においても
やはり、リン酸型燃料電池と同様にＣＯ被毒やメタノー
ル被毒が軽減される効果があることが分った。これは、
固体高分子型燃料電池もリン酸や硫酸と同じ酸型の燃料
電池であり、水素からプロトン、プロトンから水素への
変換が容易に形成され、ＣＯやメタノールが容易に入る
ことのできない純水素で満たされた気体空間が形成され
るためと推定される。
のセル構成と同様であるが、電解質マトリックスに側鎖
にスルフォニル基を有するフッ素系樹脂例えばナフィオ
ン１１２（デュポン社製；商品名）を用いた固体高分子
型燃料電池のセル構成で、図１０で示した従来のセル構
成とのＣＯ被毒、メタノール被毒の影響の差異を８０℃
で調べた。その結果、固体高分子型燃料電池においても
やはり、リン酸型燃料電池と同様にＣＯ被毒やメタノー
ル被毒が軽減される効果があることが分った。これは、
固体高分子型燃料電池もリン酸や硫酸と同じ酸型の燃料
電池であり、水素からプロトン、プロトンから水素への
変換が容易に形成され、ＣＯやメタノールが容易に入る
ことのできない純水素で満たされた気体空間が形成され
るためと推定される。
【００５２】実施例６．上記実験例４と同様の固体高分
子型燃料電池のセル構成で、燃料極触媒内層１３には白
金触媒を用い、燃料極触媒外層１５には白金よりＣＯ被
毒に強いＰｔ−Ｒｕ系触媒（例えばＮ．Ｅ．ケムチャッ
ト社製）を用いた構成で、ＣＯ被毒（ＣＯを５０ｐｐｍ
含むガスを使用）、メタノール被毒（メタノールを入れ
たガス洗浄ビンによる燃料ガスのバブリング）の影響の
差異を調べた。その結果、燃料極触媒内層１３および燃
料極触媒外層１５の両方に白金触媒を用いた場合に比べ
て高いセル電圧が得られた。これは、燃料極触媒外層１
５において、ＣＯ被毒の影響が軽減されたためと推定さ
れる。なお、白金よりＣＯ被毒に強い触媒としては上記
Ｐｔ−Ｒｕ系触媒の他に、例えばＰｔ−Ｒｈ系触媒、Ｐ
ｔ−Ｎｉ系触媒、Ｐｔ−Ｐｄ系触媒等が挙げられる。
子型燃料電池のセル構成で、燃料極触媒内層１３には白
金触媒を用い、燃料極触媒外層１５には白金よりＣＯ被
毒に強いＰｔ−Ｒｕ系触媒（例えばＮ．Ｅ．ケムチャッ
ト社製）を用いた構成で、ＣＯ被毒（ＣＯを５０ｐｐｍ
含むガスを使用）、メタノール被毒（メタノールを入れ
たガス洗浄ビンによる燃料ガスのバブリング）の影響の
差異を調べた。その結果、燃料極触媒内層１３および燃
料極触媒外層１５の両方に白金触媒を用いた場合に比べ
て高いセル電圧が得られた。これは、燃料極触媒外層１
５において、ＣＯ被毒の影響が軽減されたためと推定さ
れる。なお、白金よりＣＯ被毒に強い触媒としては上記
Ｐｔ−Ｒｕ系触媒の他に、例えばＰｔ−Ｒｈ系触媒、Ｐ
ｔ−Ｎｉ系触媒、Ｐｔ−Ｐｄ系触媒等が挙げられる。
【００５３】実施例７．固体高分子型燃料電池について
も、実施例２および実施例３のセル構成で図１０で示し
た従来のセル構成とのＣＯ被毒、メタノール被毒の影響
の差異を調べた。その結果、確かに実施例の方がＣＯ被
毒やメタノール被毒は軽減されたが、内部抵抗の増大が
著しく、セル電圧は期待されるほど回復しなかった。発
明者らは、これは燃料極１側の加湿が不十分になること
が原因であると考え、燃料極触媒内層に近い位置で加湿
するセル構成を発明した。図７は実施例２においてその
燃料極側の加湿を改善したセル構成を示す断面図、図８
は図７を下方から見た平面図である。図において、５０
は燃料極１側の加湿部であり、この部分に直接水を供給
することによって、燃料極触媒内層１３を加湿すること
ができる。実際図７および図８に示したセル構成の固体
高分子型燃料電池単セルにおいて、内部抵抗の増大をき
たすことなくＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減されるこ
とを確認することができた。
も、実施例２および実施例３のセル構成で図１０で示し
た従来のセル構成とのＣＯ被毒、メタノール被毒の影響
の差異を調べた。その結果、確かに実施例の方がＣＯ被
毒やメタノール被毒は軽減されたが、内部抵抗の増大が
著しく、セル電圧は期待されるほど回復しなかった。発
明者らは、これは燃料極１側の加湿が不十分になること
が原因であると考え、燃料極触媒内層に近い位置で加湿
するセル構成を発明した。図７は実施例２においてその
燃料極側の加湿を改善したセル構成を示す断面図、図８
は図７を下方から見た平面図である。図において、５０
は燃料極１側の加湿部であり、この部分に直接水を供給
することによって、燃料極触媒内層１３を加湿すること
ができる。実際図７および図８に示したセル構成の固体
高分子型燃料電池単セルにおいて、内部抵抗の増大をき
たすことなくＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減されるこ
とを確認することができた。
【００５４】なお、水の補給方法として、燃料極１側の
加湿部５０に流路凹凸部を有するリブ付多孔質カーボン
基材を押しあて、このリブ付多孔質カーボン基材に水を
供給する手法を用いたが、チューブなどを用いて給水路
を設け燃料極１側の加湿部５０に水を供給してもよく、
同様の効果が得られる。なお、上記実施例では図３で示
した実施例２において燃料極側の加湿を改善した場合に
ついて示したが、図１や図５で示した実施例１や３にお
いても同様にして燃料極側の加湿を改善することがで
き、内部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノ
ール被毒を軽減できる。
加湿部５０に流路凹凸部を有するリブ付多孔質カーボン
基材を押しあて、このリブ付多孔質カーボン基材に水を
供給する手法を用いたが、チューブなどを用いて給水路
を設け燃料極１側の加湿部５０に水を供給してもよく、
同様の効果が得られる。なお、上記実施例では図３で示
した実施例２において燃料極側の加湿を改善した場合に
ついて示したが、図１や図５で示した実施例１や３にお
いても同様にして燃料極側の加湿を改善することがで
き、内部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノ
ール被毒を軽減できる。
【００５５】実施例８．実施例１と同じのセル構成の固
体高分子型燃料電池において、燃料極触媒内層１３に接
する多孔質基材１４に面方向および厚さ方向の全域にわ
たって保水性に優れた保水剤として例えばゼオライトを
担持したところ、内部抵抗が低く保たれ、ＣＯ被毒やメ
タノール被毒の軽減が確認された。また、保水剤として
ゼオライトの代わりにカルボキシメチルセルロースナト
リウム塩または酸化チタンの微粉末を添加したところ、
やはり内部抵抗が低く保たれ、ＣＯ被毒やメタノール被
毒の軽減が確認された。なお、保水剤の担持は例えば次
のようにして行われる。例えば水等の溶媒にゼオライト
やカルボキシメチルセルロースナトリウム塩や酸化チタ
ンの微粒子を分散させて多孔質基材に付着させ、１００
℃程度で乾燥させて水を蒸発させ、上記微粒子を多孔質
基材に保持する。
体高分子型燃料電池において、燃料極触媒内層１３に接
する多孔質基材１４に面方向および厚さ方向の全域にわ
たって保水性に優れた保水剤として例えばゼオライトを
担持したところ、内部抵抗が低く保たれ、ＣＯ被毒やメ
タノール被毒の軽減が確認された。また、保水剤として
ゼオライトの代わりにカルボキシメチルセルロースナト
リウム塩または酸化チタンの微粉末を添加したところ、
やはり内部抵抗が低く保たれ、ＣＯ被毒やメタノール被
毒の軽減が確認された。なお、保水剤の担持は例えば次
のようにして行われる。例えば水等の溶媒にゼオライト
やカルボキシメチルセルロースナトリウム塩や酸化チタ
ンの微粒子を分散させて多孔質基材に付着させ、１００
℃程度で乾燥させて水を蒸発させ、上記微粒子を多孔質
基材に保持する。
【００５６】参考例１． 図１０で示した従来と同じセル構成の固体高分子型燃料
電池において、燃料ガスを固体高分子型燃料電池に供給
する前の配管で図９の構成の装置を取り付け、紫外線を
照射している光触媒に触れた燃料を燃料極に供給して電
池反応させ、ＣＯ被毒やメタノール被毒の影響を調べ
た。
電池において、燃料ガスを固体高分子型燃料電池に供給
する前の配管で図９の構成の装置を取り付け、紫外線を
照射している光触媒に触れた燃料を燃料極に供給して電
池反応させ、ＣＯ被毒やメタノール被毒の影響を調べ
た。
【００５７】まず、装置の構成について説明する。図９
において、５１は石英管、５２は固体高分子膜、例えば
ナフィオン１１２（デュポン社製；商品名）、５３は光
触媒であり、例えばＰｔーＲｕ系触媒（Ｎ．Ｅ．ケムキ
ャット社製）をＴｉＯ2（酸化チタン）微粉末に添加し
てメノウ乳鉢でよく混ぜたものである。５４は紫外線照
射手段で３００ナノメーター付近の紫外線を発する市販
の紫外線ランプ、５５は燃料ガスの流れを示す矢印であ
る。なお、Ｐｔ−Ｒｕ系触媒を付着させた酸化チタン
は、液状の固体高分子膜、例えばナフィオン液（アルド
リッチ社製）を結着剤として固体高分子膜５２に刷毛で
塗布し、１５０℃で加熱処理した。
において、５１は石英管、５２は固体高分子膜、例えば
ナフィオン１１２（デュポン社製；商品名）、５３は光
触媒であり、例えばＰｔーＲｕ系触媒（Ｎ．Ｅ．ケムキ
ャット社製）をＴｉＯ2（酸化チタン）微粉末に添加し
てメノウ乳鉢でよく混ぜたものである。５４は紫外線照
射手段で３００ナノメーター付近の紫外線を発する市販
の紫外線ランプ、５５は燃料ガスの流れを示す矢印であ
る。なお、Ｐｔ−Ｒｕ系触媒を付着させた酸化チタン
は、液状の固体高分子膜、例えばナフィオン液（アルド
リッチ社製）を結着剤として固体高分子膜５２に刷毛で
塗布し、１５０℃で加熱処理した。
【００５８】実際にこの装置を用いて紫外線を照射して
いる光触媒５３に触れた燃料を燃料極に供給した場合と
燃料をそのまま燃料極に供給した場合とを比べると、紫
外線を照射した場合の方が、被毒の影響が著しく小さく
なることがわかった。また、この装置の出口側のガス組
成をガスクロマトグラフやガス検知管を用いて調べたと
ころ紫外線を照射した場合に、ＣＯあるいはメタノール
の濃度が著しく低下することが分った。
いる光触媒５３に触れた燃料を燃料極に供給した場合と
燃料をそのまま燃料極に供給した場合とを比べると、紫
外線を照射した場合の方が、被毒の影響が著しく小さく
なることがわかった。また、この装置の出口側のガス組
成をガスクロマトグラフやガス検知管を用いて調べたと
ころ紫外線を照射した場合に、ＣＯあるいはメタノール
の濃度が著しく低下することが分った。
【００５９】次に図９の装置の作用について説明する。
ＣＯやメタノールを含んだ燃料ガスは、石英ガラス管５
１に入った固体高分子膜５２に塗布したＰｔ−Ｒｕ系触
媒を付着させた酸化チタン５３に触れ、ＣＯやメタノー
ルが付着する。このとき紫外線ランプ５４をあてると、
紫外線によってＰｔ−Ｒｕ系触媒を付着させた酸化チタ
ン５３は光触媒として働き、ＣＯやメタノールが酸化さ
れてＣＯ2に置きかわったものと考えられる。したがっ
て、この参考例では、固体高分子型燃料電池を用いてそ
の効果を実証したが、リン酸型燃料電池など他の燃料電
池でも同様の効果が得られることは明らかである。
ＣＯやメタノールを含んだ燃料ガスは、石英ガラス管５
１に入った固体高分子膜５２に塗布したＰｔ−Ｒｕ系触
媒を付着させた酸化チタン５３に触れ、ＣＯやメタノー
ルが付着する。このとき紫外線ランプ５４をあてると、
紫外線によってＰｔ−Ｒｕ系触媒を付着させた酸化チタ
ン５３は光触媒として働き、ＣＯやメタノールが酸化さ
れてＣＯ2に置きかわったものと考えられる。したがっ
て、この参考例では、固体高分子型燃料電池を用いてそ
の効果を実証したが、リン酸型燃料電池など他の燃料電
池でも同様の効果が得られることは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、燃料極は、電解質マトリックスと直接接する燃料
極触媒内層と上記電解質マトリックスとは直接接しない
燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基材を介在させ
て対向配置されているものであるので、燃料極触媒外層
で水素発生が起こり燃料の供給手段と隔離された多孔質
基材の気体空間では純水素で満たされるので、一酸化炭
素やメタノールは、燃料極触媒内層へ達しにくくなり、
ＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減される。さらに、燃料
極触媒内層に比べて燃料極触媒外層の撥水性を低くした
ので、一酸化炭素やメタノール蒸気が、燃料極触媒外層
によって燃料の供給手段と隔離された多孔質基材へ進入
しにくくなる。その結果、一酸化炭素やメタノール蒸気
は燃料極触媒内層へより達しにくくなり、ＣＯ被毒やメ
タノール被毒がより軽減される。
れば、燃料極は、電解質マトリックスと直接接する燃料
極触媒内層と上記電解質マトリックスとは直接接しない
燃料極触媒外層とが電子伝導性の多孔質基材を介在させ
て対向配置されているものであるので、燃料極触媒外層
で水素発生が起こり燃料の供給手段と隔離された多孔質
基材の気体空間では純水素で満たされるので、一酸化炭
素やメタノールは、燃料極触媒内層へ達しにくくなり、
ＣＯ被毒やメタノール被毒が軽減される。さらに、燃料
極触媒内層に比べて燃料極触媒外層の撥水性を低くした
ので、一酸化炭素やメタノール蒸気が、燃料極触媒外層
によって燃料の供給手段と隔離された多孔質基材へ進入
しにくくなる。その結果、一酸化炭素やメタノール蒸気
は燃料極触媒内層へより達しにくくなり、ＣＯ被毒やメ
タノール被毒がより軽減される。
【００６１】請求項２記載の発明によれば、燃料極触媒
内層に、白金触媒を主とする触媒を用い、燃料極触媒外
層に白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を用いたので、燃
料極触媒外層ではＣＯ被毒の影響をあまり受けずに水素
発生が起こり、燃料極触媒内層では水素還元が効率良く
起こる。
内層に、白金触媒を主とする触媒を用い、燃料極触媒外
層に白金触媒よりＣＯ被毒に強い触媒を用いたので、燃
料極触媒外層ではＣＯ被毒の影響をあまり受けずに水素
発生が起こり、燃料極触媒内層では水素還元が効率良く
起こる。
【００６２】請求項３記載の発明によれば、燃料極触媒
内層と燃料極触媒外層との間に、それぞれ電子伝導性の
多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒内層および燃料
極触媒外層と対向配置された燃料極触媒中間層を有する
ので、燃料極触媒外層および燃料極触媒中間層の両方で
水素発生が起こり、燃料の供給手段と隔離された多孔質
基材の気体空間では純水素で満たされる結果、一酸化炭
素やメタノールは、燃料極触媒内層へより達しにくくな
り、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減される。
内層と燃料極触媒外層との間に、それぞれ電子伝導性の
多孔質基材を介在させて上記燃料極触媒内層および燃料
極触媒外層と対向配置された燃料極触媒中間層を有する
ので、燃料極触媒外層および燃料極触媒中間層の両方で
水素発生が起こり、燃料の供給手段と隔離された多孔質
基材の気体空間では純水素で満たされる結果、一酸化炭
素やメタノールは、燃料極触媒内層へより達しにくくな
り、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減される。
【００６３】請求項４記載の発明によれば、燃料極触媒
内層と燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝導性の
多孔質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と燃料極触
媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材の撥水
性に比べて低くしたので、燃料極触媒内層に近い気体空
間の水素ガスの拡散性が改善され、水素発生が加速され
る結果、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減され
る。
内層と燃料極触媒中間層との間に介在する電子伝導性の
多孔質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間層と燃料極触
媒外層との間に介在する電子伝導性の多孔質基材の撥水
性に比べて低くしたので、燃料極触媒内層に近い気体空
間の水素ガスの拡散性が改善され、水素発生が加速され
る結果、ＣＯ被毒やメタノール被毒がさらに軽減され
る。
【００６４】
【００６５】請求項５記載の発明によれば、電解質とし
て固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電池にお
いて、燃料極触媒内層を加湿する手段を設けたので、内
部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノール被
毒を軽減できる。
て固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電池にお
いて、燃料極触媒内層を加湿する手段を設けたので、内
部抵抗の増大をきたすことなくＣＯ被毒やメタノール被
毒を軽減できる。
【００６６】請求項６記載の発明によれば、電解質とし
て固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電池にお
いて、燃料極触媒内層接する電子伝導性の多孔質基材に
保水剤を担持したので、内部抵抗の増大をきたすことな
くＣＯ被毒やメタノール被毒を軽減できる。
て固体高分子が用いられる固体高分子型の燃料電池にお
いて、燃料極触媒内層接する電子伝導性の多孔質基材に
保水剤を担持したので、内部抵抗の増大をきたすことな
くＣＯ被毒やメタノール被毒を軽減できる。
【００６７】
【図１】 本発明の実施例１による燃料電池の要部の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図２】 図１に示した実施例１の動作を説明する説明
図である。
図である。
【図３】 本発明の実施例２による燃料電池の要部の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図４】 図３に示した実施例２の動作を説明する説明
図である。
図である。
【図５】 本発明の実施例３による燃料電池の要部の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施例１〜３による燃料電池と従来
の燃料電池のＣＯ被毒の様子を比較して示す特性図であ
る。
の燃料電池のＣＯ被毒の様子を比較して示す特性図であ
る。
【図７】 本発明の実施例７による燃料電池の要部の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図８】 図７を下方から見た平面図である。
【図９】 本発明の参考例１による燃料電池の要部の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図１０】 従来の燃料電池の要部の構成を示す断面図
である。
である。
【図１１】 従来の燃料電池の動作を説明する説明図で
ある。
ある。
１ 燃料極、 ２ 酸化剤極、 ３ 電解質マトリック
ス、 ４ 外部回路、１３ 燃料極触媒内層、 １４、
１７、１９ 多孔質基材、 １５ 燃料極触媒外層、
１６、１８ 燃料極触媒中間層、 ２１ 酸化剤極触媒
層、 ５０燃料極加湿部、 ５３ 光触媒、 ５４ 紫
外線ランプ。
ス、 ４ 外部回路、１３ 燃料極触媒内層、 １４、
１７、１９ 多孔質基材、 １５ 燃料極触媒外層、
１６、１８ 燃料極触媒中間層、 ２１ 酸化剤極触媒
層、 ５０燃料極加湿部、 ５３ 光触媒、 ５４ 紫
外線ランプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑江 英樹 神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号 三菱電機株式会社 神戸製作所内 (56)参考文献 特開 平５−41230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−184463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/10 H01M 4/86
Claims (6)
- 【請求項１】 電解質マトリックスを介在させて対向配
置された燃料および酸化剤極、並びに上記燃料および酸
化剤極にそれぞれ燃料および酸化剤を供給する供給手段
を備えた燃料電池において、上記燃料極は、上記電解質
マトリックスと直接接する燃料極触媒内層と上記電解質
マトリックスとは直接接しない燃料極触媒外層とが電子
伝導性の多孔質基材を介在させて対向配置されており、
且つ、上記燃料極触媒内層に比べて上記燃料極触媒外層
の撥水性を低くしたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 電解質マトリックスを介在させて対向配
置された燃料および酸化剤極、並びに上記燃料および酸
化剤極にそれぞれ燃料および酸化剤を供給する供給手段
を備えた燃料電池において、上記燃料極は、上記電解質
マトリックスと直接接する燃料極触媒内層と上記電解質
マトリックスとは直接接しない燃料極触媒外層とが電子
伝導性の多孔質基材を介在させて対向配置されており、
且つ、上記燃料極触媒内層には白金触媒を主とする触媒
を用い、上記燃料極触媒外層には上記白金触媒よりＣＯ
被毒に強い触媒を用いたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 燃料極触媒内層と燃料極触媒外層との間
に、それぞれ電子伝導性の多孔質基材を介在させて上記
燃料極触媒内層および燃料極触媒外層と対向配置された
燃料極触媒中間層を有することを特徴とする請求項１ま
たは２記載の燃料電池。 - 【請求項４】 電解質マトリックスを介在させて対向配
置された燃料および酸化剤極、並びに上記燃料および酸
化剤極にそれぞれ燃料および酸化剤を供給する供給手段
を備えた燃料電池において、上記燃料極は、上記電解質
マトリックスと直接接する燃料極触媒内層、上記電解質
マトリックスとは直接接しない燃料極触媒外層、および
上記燃料極触媒内層と上記燃料極触媒外層との間に配置
された燃料極触媒中間層が、それぞれ電子伝導性の多孔
質基材を介在させて対向配置されており、且つ、上記燃
料極触媒内層と上記燃料極触媒中間層との間に介在する
電子伝導性の多孔質基材の撥水性を上記燃料極触媒中間
層と上記燃料極触媒外層との間に介在する電子伝導性の
多孔質基材の撥水性に比べて低くしたことを特徴とする
燃料電池。 - 【請求項５】 電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層を加湿する手段を有することを特徴
とする請求項１ないし４の何れかに記載の燃料電池。 - 【請求項６】 電解質として固体高分子が用いられ、且
つ、燃料極触媒内層に接する電子伝導性の多孔質基材に
保水剤を担持したことを特徴とする請求項１ないし５の
何れかに記載の燃料電池。
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| JP12627095A JP3360485B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 燃料電池 |
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