JP5544576B2 - 燃料電池正極およびこれを用いた燃料電池 - Google Patents
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Description
OH−→ 1/4O2 + 1/2H2O + e− (1)
MH + 1/4O2 → M + 1/2H2O (2)
MH → M + H+ + e− (3)
M + 1/2H2 → MH (4)
MnO2+ H+ + e− → MnOOH (5)
MnOOH + O2 → MnO2 + H2O (6)
各貯蔵室の水素ガスおよび酸素ガスが消費され、充電状態が維持されるとともに、通常の水素−マンガン電池として作動して放電がなされる。
図12(b)は、0.2Cでの放電状態での酸素ガスによる充電の状況を示しており、放電中であっても、酸素ガスによる充電が可能であることを示している。
また、酸素ガスに接触している側は疎水性にしてあり正極が濡れずに酸素ガスと良好な接触を保つようにしてある。なおセパレータは、常に電解液を含んでいて、気体が通過しないようにしてあるので、水素ガス貯蔵室と酸素ガス貯蔵室とは独立して、水素ガスと酸素ガスとが交じり合うことなく独立に貯蔵できるようになっている。
電析装置の説明
<二酸化マンガンの製造方法>
Mn2++2H2O→MnO2+4H++2e− (7)
2H+ + 2e− → H2 (8)
Mn2++2H2O → MnO2+H2+2H+ (9)
<カーボンファイバーの製造>
<ファイバー状二酸化マンガン電極の製造>
<ファイバー状二酸化マンガン電極の試験結果>
上記で説明した方法により作製されたファイバー状二酸化マンガン電極の試験結果について、以下に説明する。
二酸化マンガンの析出が始まった0.65V(vs. Hg/Hg2SO4)以上の電位から電流が発生しているが、その検出された電流値はチタン板の方が少々高いことがわかる。今回試験で使用したチタン板の導電率は2.34×106 m−1Ω−1、面積は約1.8×10−3m2でカーボンファイバーの導電率は6.7×104m−1Ω−1、面積は約9.8×10−3m2である。導電率ではチタン板の方が2ケタ以上大きいが、直径がミクロンサイズであるカーボンファイバーは表面積が大きいため、チタン板を使用した場合と大きな差が出てないことがわかる。
電解析出時間の影響を調べるため、析出時間ごとの電極について表1に開回路電位(OCP)及び電荷移動抵抗をまとめた。この測定は作製したファイバー電極を多孔質金属板で圧着せずに電解液に浸したものである。1時間電析した電極の場合は、二酸化マンガンがカーボンファイバー表面をすべて覆うまでは至らず、表面に付着しているだけである(図7(a))。このため、電解液の中で付着してあった粒子は剥がれやすくなっている。よって開回路電位と電荷移動抵抗が他の電極と比べて劣っていると考えられる。2時間以上電析した電極の場合は析出された二酸化マンガンの厚みが増えるとともに開回路電位は下がり、電荷移動抵抗は大きくなることが分かる。導電率が比較的に小さい二酸化マンガン層が厚くなるにつれて、電子移動抵抗が増えて最終的に反応抵抗も増えたためであると考えられる。
<第一実施形態>
<第二実施形態>
上記のように構成した第2実施形態に係る電池C2によれば、上述した第1実施形態に係る電池C1によって得られる効果に加えて、以下の効果が得られる。
<第三実施形態>
<第四実施形態>
2 正極ケース
3 電解液
4 負極
5 セパレータ
6 正極
8 水素貯蔵室
9 酸素貯蔵室
10 外装体
11 負極端子
13 電解液
14 負極板
15 セパレータ
16 正極板
17 絶縁部材
18 水素貯蔵室
19 酸素貯蔵室
21 集電体
22 二酸化マンガン
23 導電助剤(グラファイト)
25 カーボンファイバー
26 電析二酸化マンガン
27 ニッケルメッキ層
30 正極製造装置
31 計算機
32 電気化学測定器
33 電解槽
34 カバー
35 電解液
36 アノード
37 カソード
38 参照電極
39 ヒーター
51 負極ケース
52 正極ケース
53 電解液
54 負極
55 セパレータ
56 正極
58 水素貯蔵室
59 酸素貯蔵室
65 段差
66 段差
67 絶縁部
Claims (14)
- カーボンファイバーにニッケル被覆し、次いで硫酸塩浴中で陰分極して二酸化マンガン層を形成し、次いで苛性アルカリ水溶液中で化成処理して得られる燃料電池正極。
- 前記カーボンファイバーは、1000〜24000本のカーボンファイバーの単繊維の束である、請求項1に記載の燃料電池正極。
- 前記カーボンファイバーが、2〜10本のカーボンファイバーの単繊維が撚られたものである、請求項1または2のいずれか一項に記載の燃料電池正極。
- 前記二酸化マンガンが、前記カーボンファイバーに、同心状に、2〜4μmの厚さで電解析出されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池正極。
- 前記ニッケル被覆の厚さが、0.2〜8μmである、請求項1に記載の燃料電池正極。
- 前記ニッケル被覆が、無電解ニッケルめっきと、その上に形成された電解ニッケルめっきとを有している、請求項1または5のいずれか一項に記載の燃料電池正極。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、前記負極と前記正極との間に介在してプロトンを通過させ水素ガスおよび酸素ガスを通過させないセパレータと、
アルカリ水溶液を含む電解液を有し、
前記電解液が電気分解することにより、前記負極で発生する水素ガスを直接かつ独立に貯蔵する水素貯蔵室と、
前記電解液が電気分解することにより、前記正極で発生する酸素ガスを直接かつ独立に貯蔵する酸素貯蔵室と、を備えている燃料電池。 - 前記負極で発生する水素ガスを直接かつ独立に貯蔵する水素貯蔵室と、前記正極で発生する酸素ガスを直接かつ独立に貯蔵する酸素貯蔵室と、
を収容する筒状の外装体を有する、請求項7に記載の燃料電池。 - 前記負極の前記セパレータに接する面に、親水性を有する材料が配置されており、前記負極の前記水素貯蔵室に接する面に、疎水性を有する材料が配置されている、
請求項8に記載の燃料電池。 - 前記正極の前記セパレータに接する面に、親水性を有する材料が配置されており、前記正極の前記酸素貯蔵室に接する面に、疎水性を有する材料が配置されている、
請求項8または9のいずれか一項に記載の燃料電池。 - 前記電解液が前記酸素貯蔵室に保持されている、請求項8〜10のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記外装体の内側に、径方向の空間を介して、筒状の正極と筒状の負極が前記セパレータを介して配置され、前記正極の前記セパレータの反対側の面に接して前記酸素貯蔵室が形成され、前記負極の前記セパレータの反対側の面に接して前記水素貯蔵室が形成されている、請求項8〜11のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記外装体の内側に、径方向の空間を介して配置された筒状の正極と、前記セパレータを介して前記正極の内側に配置された筒状の負極とを備え、前記酸素貯蔵室が前記径方向の空間に形成されており、前記水素貯蔵室が前記負極の内方に形成されている、請求項8〜12のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記正極が、四三酸化マンガン(Mn3O4)を含んでおり、
前記正極中における四三酸化マンガンの量が、重量比で5%以下である請求項8〜13のいずれか一項に記載の燃料電池。
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