JPH02170362A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH02170362A JPH02170362A JP63325166A JP32516688A JPH02170362A JP H02170362 A JPH02170362 A JP H02170362A JP 63325166 A JP63325166 A JP 63325166A JP 32516688 A JP32516688 A JP 32516688A JP H02170362 A JPH02170362 A JP H02170362A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0293—Matrices for immobilising electrolyte solutions
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は燃料電池のマトリックス層に係り、特にマト
リックス層を形成する炭化ケイ素粉末の構成に関する。
リックス層を形成する炭化ケイ素粉末の構成に関する。
この種の燃料電池、とくに電解質としてリン酸を用い、
燃料ガスとしては水素または天然ガスを改質して得られ
る改質ガスを用い、酸化剤ガスとして空気または酸素を
用いるマトリツクス型燃料電池は、近い将来商業化が有
望な大容量燃料電池として注目されている０周知のよう
に、この種の燃料電池では電解質を保持するマトリック
ス層は多孔質でかつ電気絶縁性の薄いシートであって、
その多孔度や孔径に種々の工夫がなされ、電解液はこの
マトリックス層内の空孔部を完全に満たすようにして保
持されている。このマトリックス層に接して配設される
燃料ガス電極層と酸化剤ガス電極層とはいずれもガス透
過性ないしはガス拡散性であって、従って電池の運転状
態ではマトリックス層内に保持される電解液はこれらの
電極層のマトリックス層に接する部分にも浸出しており
、この浸出電解液と電極層内を透過ないしは拡散して来
る反応ガスとしての燃料ガスまたは酸化剤ガスとが電気
化学的に反応して発電作用を営む。
燃料ガスとしては水素または天然ガスを改質して得られ
る改質ガスを用い、酸化剤ガスとして空気または酸素を
用いるマトリツクス型燃料電池は、近い将来商業化が有
望な大容量燃料電池として注目されている０周知のよう
に、この種の燃料電池では電解質を保持するマトリック
ス層は多孔質でかつ電気絶縁性の薄いシートであって、
その多孔度や孔径に種々の工夫がなされ、電解液はこの
マトリックス層内の空孔部を完全に満たすようにして保
持されている。このマトリックス層に接して配設される
燃料ガス電極層と酸化剤ガス電極層とはいずれもガス透
過性ないしはガス拡散性であって、従って電池の運転状
態ではマトリックス層内に保持される電解液はこれらの
電極層のマトリックス層に接する部分にも浸出しており
、この浸出電解液と電極層内を透過ないしは拡散して来
る反応ガスとしての燃料ガスまたは酸化剤ガスとが電気
化学的に反応して発電作用を営む。
マトリックス層はこのような電気化学反応に必要な電解
液を保持して電極層に供給する役目を果たすばか、燃料
ガスと酸化剤ガスとが混触しないように両反応ガスを互
いに分離する役目も兼ねている。すなわち、反応ガスが
万一ガス透過性の電極層を突き抜けてしまっても、マト
リックス層内に満たされている電解質によりさらに反対
側にまで透過ないしは拡散することが防止される。電極
層外で燃料ガスと酸化剤ガスとが混触すると、発電作用
に寄与しない余分な燃焼反応が生じ、あるいは燭鳴気が
形成されて最悪の場合は爆発を生じることにもなりかね
ないので、このマトリックス層の両反応ガスの分離機能
は、電池の安全運転を保証する上でも重要である。
液を保持して電極層に供給する役目を果たすばか、燃料
ガスと酸化剤ガスとが混触しないように両反応ガスを互
いに分離する役目も兼ねている。すなわち、反応ガスが
万一ガス透過性の電極層を突き抜けてしまっても、マト
リックス層内に満たされている電解質によりさらに反対
側にまで透過ないしは拡散することが防止される。電極
層外で燃料ガスと酸化剤ガスとが混触すると、発電作用
に寄与しない余分な燃焼反応が生じ、あるいは燭鳴気が
形成されて最悪の場合は爆発を生じることにもなりかね
ないので、このマトリックス層の両反応ガスの分離機能
は、電池の安全運転を保証する上でも重要である。
このようにしてマトリックス層に使用される材料として
は耐熱性、耐腐蝕性、電気絶縁性の大きいことが要求さ
れ、またマトリックス層は膜として電解液保持性の大き
いこと、内部抵抗が低いこと１機械的強度が大きいこと
等が必要とされる。
は耐熱性、耐腐蝕性、電気絶縁性の大きいことが要求さ
れ、またマトリックス層は膜として電解液保持性の大き
いこと、内部抵抗が低いこと１機械的強度が大きいこと
等が必要とされる。
従来リン酸型燃料電池においては、マトリックス層とし
て上記要求仕様を満足させるため、第３図に示すように
粒子径０．２〜１μｍの炭化ケイ素（以下ＳｉＣという
）粉末を用い、膜厚が１００ｔｎａ以下の薄膜を試作す
る試みがなされてきたが、乾燥時にひび割れが発生する
などの問題があり、従来技術レベルでは２〜５μ粒子径
のＳｉＣ粉末を用い、ブレード法、塗布法等の一般によ
く知られた薄膜作製法にて２００〜３００ ｎのマトリ
ックス層を作製していた。
て上記要求仕様を満足させるため、第３図に示すように
粒子径０．２〜１μｍの炭化ケイ素（以下ＳｉＣという
）粉末を用い、膜厚が１００ｔｎａ以下の薄膜を試作す
る試みがなされてきたが、乾燥時にひび割れが発生する
などの問題があり、従来技術レベルでは２〜５μ粒子径
のＳｉＣ粉末を用い、ブレード法、塗布法等の一般によ
く知られた薄膜作製法にて２００〜３００ ｎのマトリ
ックス層を作製していた。
ところが、従来技術で試作したマトリックス層では、電
極触媒層に比較し電解液保持性が低く、長時間の運転に
おいて電解液がマトリックス層より電極触媒層へ移動し
、マトリックス層内の電解液減少による反応ガスの分離
機能の低下を起こすため、電池の特性低下や寿命低下を
もたらすとともに、マトリックス層の厚さが起因してセ
ルの内部抵抗が大きくなるという問題点があった。その
ため本発明者は、細かい粒径のＳｉＣ粉末と粗い粒径の
ＳｉＣ粉末を混合して、粗い粒径のＳｉＣ粉末によりマ
トリックスのひび割れを防止し、細かい粒径のＳｉＣ粉
末により膜質のち密化による電解液保持性の向上と薄膜
化を同時に解決した。細かい粒径のＳｉＣ粉末と粗い粒
径のＳｉＣ粉末の混合比については、それぞれ全体の１
／３〜２／３程度の混合比としたマトリックス層を用い
ていた。
極触媒層に比較し電解液保持性が低く、長時間の運転に
おいて電解液がマトリックス層より電極触媒層へ移動し
、マトリックス層内の電解液減少による反応ガスの分離
機能の低下を起こすため、電池の特性低下や寿命低下を
もたらすとともに、マトリックス層の厚さが起因してセ
ルの内部抵抗が大きくなるという問題点があった。その
ため本発明者は、細かい粒径のＳｉＣ粉末と粗い粒径の
ＳｉＣ粉末を混合して、粗い粒径のＳｉＣ粉末によりマ
トリックスのひび割れを防止し、細かい粒径のＳｉＣ粉
末により膜質のち密化による電解液保持性の向上と薄膜
化を同時に解決した。細かい粒径のＳｉＣ粉末と粗い粒
径のＳｉＣ粉末の混合比については、それぞれ全体の１
／３〜２／３程度の混合比としたマトリックス層を用い
ていた。
しかしながらこのような従来のマトリックス層では、２
００ｖＡ／ｃｄ程度の電流密度領域では充分良好な電池
性能が得られるが電流密度が３００ｍＡ／ａＪになると
マトリックス層の内部抵抗に基づく分極が大きくなり、
燃料電池の電流電圧特性が悪化するという問題があった
。
００ｖＡ／ｃｄ程度の電流密度領域では充分良好な電池
性能が得られるが電流密度が３００ｍＡ／ａＪになると
マトリックス層の内部抵抗に基づく分極が大きくなり、
燃料電池の電流電圧特性が悪化するという問題があった
。
この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は細かいＳ
ｉＣ粉末と粗いＳｉＣ粉末の混合比に改良を加えて、電
解液の保持性能と耐割れ性に優れるうえに電気抵抗の小
さいマトリックス層を調製し、電流電圧特性および信鎖
性に優れる燃料電池を提供することにある。
ｉＣ粉末と粗いＳｉＣ粉末の混合比に改良を加えて、電
解液の保持性能と耐割れ性に優れるうえに電気抵抗の小
さいマトリックス層を調製し、電流電圧特性および信鎖
性に優れる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
結着された炭化ケイ素粒子間に電解液を保持したマトリ
ックス層に電極層を配してなる燃料電池において、平均
粒径が０．６μ以下の細かい炭化ケイ素１と平均粒径が
３〜１０μｍの粗い炭化ケイ素２とから形成されるとと
もに前記細かい炭化ケイ素が全炭化ケイ素のうちに占め
る割合を８％とするときにＳが次式 ％式％ を満足する範囲にあるマトリックス層４を備えることに
より達成される。
ックス層に電極層を配してなる燃料電池において、平均
粒径が０．６μ以下の細かい炭化ケイ素１と平均粒径が
３〜１０μｍの粗い炭化ケイ素２とから形成されるとと
もに前記細かい炭化ケイ素が全炭化ケイ素のうちに占め
る割合を８％とするときにＳが次式 ％式％ を満足する範囲にあるマトリックス層４を備えることに
より達成される。
粗い炭化ケイ素はマトリックス層にクラックが入るのを
防止する。細かい炭化ケイ素は電解液の保持性能を高め
る。弐（１１の条件を満足するときはマトリックス層の
電気抵抗が小さくなる。
防止する。細かい炭化ケイ素は電解液の保持性能を高め
る。弐（１１の条件を満足するときはマトリックス層の
電気抵抗が小さくなる。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、イソプロピル
アルコール１００−に対し平均粒径が０．６−以下のＳ
ＩＣ粒子を２ｇと平均粒径が３〜１０Ｉ！ｍのＳａＣ粒
子を１８ｇ混合し、超音波分散器にてＳｉＣ粉末をイソ
プロピルアルコールに分散させ、この分散液を攬はんし
ながら結着剤として５〜２０％のＰＴＦＥディスバージ
四ンを添加し数分間攪はん後、この分散液を遠心分離に
より固形分と液分に分離し、この固形分を混練と圧延ロ
ールにより薄膜とし、１００℃以上で乾燥させて厚さ１
００μのマトリックス層を形成することができる。１は
平均粒径が０．６ ｎ以下のＳｉＣ、２は平均粒径が３
〜１０μｍのｓｉｃを示す（結着剤のＰＴＦＥは図中よ
り除いて示している）。
アルコール１００−に対し平均粒径が０．６−以下のＳ
ＩＣ粒子を２ｇと平均粒径が３〜１０Ｉ！ｍのＳａＣ粒
子を１８ｇ混合し、超音波分散器にてＳｉＣ粉末をイソ
プロピルアルコールに分散させ、この分散液を攬はんし
ながら結着剤として５〜２０％のＰＴＦＥディスバージ
四ンを添加し数分間攪はん後、この分散液を遠心分離に
より固形分と液分に分離し、この固形分を混練と圧延ロ
ールにより薄膜とし、１００℃以上で乾燥させて厚さ１
００μのマトリックス層を形成することができる。１は
平均粒径が０．６ ｎ以下のＳｉＣ、２は平均粒径が３
〜１０μｍのｓｉｃを示す（結着剤のＰＴＦＥは図中よ
り除いて示している）。
第２図にマトリックス層における細かい炭化ケイ素の割
合Ｓと開路電圧または５００■Ａ／μｍの電流密度にお
ける抵抗分極との関係が示される。細かい炭化ケイ素の
割合Ｓが３〜３３％の範囲にあるときは５００＠Ａ ／
μｍの電流密度における抵抗分極が小さいことがわかる
。これは細かい炭化ケイ素の割合が上記範囲にあるとき
は電解液の量が増えてマトリックス層の抵抗が減少する
ことによる。
合Ｓと開路電圧または５００■Ａ／μｍの電流密度にお
ける抵抗分極との関係が示される。細かい炭化ケイ素の
割合Ｓが３〜３３％の範囲にあるときは５００＠Ａ ／
μｍの電流密度における抵抗分極が小さいことがわかる
。これは細かい炭化ケイ素の割合が上記範囲にあるとき
は電解液の量が増えてマトリックス層の抵抗が減少する
ことによる。
また開路電圧はＳが３％以上で約１ｖの値を示す、これ
はマトリックス層の電解液保持力が大きく、ガスの混触
がおこらないことを示す、リン酸型燃料電池を１９０℃
の温度で運転するときは３００■Ａ／ｃｊの電流密度で
８〜１０ｍＶ、 ５００−＾／ｄの電流密度で１４〜２
０−ｖの電圧ロスを軽減できる。このようにして０．６
ｎ以下の細かい炭化ケイ素の割合を３〜３３％の範囲に
し、残部を３〜１０μｍの粒度範囲の粗い炭化ケイ素に
したマトリックス層を用いると、燃料電池の電流電圧特
性が良好となる。またマトリックス層は耐割れ性が向上
する。
はマトリックス層の電解液保持力が大きく、ガスの混触
がおこらないことを示す、リン酸型燃料電池を１９０℃
の温度で運転するときは３００■Ａ／ｃｊの電流密度で
８〜１０ｍＶ、 ５００−＾／ｄの電流密度で１４〜２
０−ｖの電圧ロスを軽減できる。このようにして０．６
ｎ以下の細かい炭化ケイ素の割合を３〜３３％の範囲に
し、残部を３〜１０μｍの粒度範囲の粗い炭化ケイ素に
したマトリックス層を用いると、燃料電池の電流電圧特
性が良好となる。またマトリックス層は耐割れ性が向上
する。
この発明によれば
結着された炭化ケイ素粒子間に電解液を保持したマトリ
ックス層に電極層を配してなる燃料電池において、平均
粒径が０．６ ｎ以下の細かい炭化ケイ素と平均粒径が
３〜Ｌｏｗの粗い炭化ケイ素とから形成されるとともに
前記細かい炭化ケイ素が全炭化ケイ素のうちに占める割
合を３％とするときにＳが次式 ％式％（１） を満足する範囲にあるマトリックス層を備えるので細か
い炭化ケイ素と粗い炭化ケイ素の協同作用によって電気
抵抗が低くて電解液保持能力が太きいうえ耐割れ性の良
好なマトリックス層が得られ、その結果電気特性と信鯨
性に優れる燃料電池が得られる。
ックス層に電極層を配してなる燃料電池において、平均
粒径が０．６ ｎ以下の細かい炭化ケイ素と平均粒径が
３〜Ｌｏｗの粗い炭化ケイ素とから形成されるとともに
前記細かい炭化ケイ素が全炭化ケイ素のうちに占める割
合を３％とするときにＳが次式 ％式％（１） を満足する範囲にあるマトリックス層を備えるので細か
い炭化ケイ素と粗い炭化ケイ素の協同作用によって電気
抵抗が低くて電解液保持能力が太きいうえ耐割れ性の良
好なマトリックス層が得られ、その結果電気特性と信鯨
性に優れる燃料電池が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係るマトリックス層を示す
模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係るマトリッ
クス層を有する燃料電池の細かい炭化ケイ素の割合Ｓと
開路電圧または抵抗分極との関係を示す線図、第３図は
従来のマトリックス層を示す模式断面図である。 ｌ：細かい炭化ケイ素、２：粗い炭化ケイ素、４：マト
リックス層。 ｚ５勧Ｉ 第１図 第２図 第３図
模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係るマトリッ
クス層を有する燃料電池の細かい炭化ケイ素の割合Ｓと
開路電圧または抵抗分極との関係を示す線図、第３図は
従来のマトリックス層を示す模式断面図である。 ｌ：細かい炭化ケイ素、２：粗い炭化ケイ素、４：マト
リックス層。 ｚ５勧Ｉ 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）結着された炭化ケイ素粒子間に電解液を保持したマ
トリックス層に電極層を配してなる燃料電池において、
平均粒径が０．６μｍ以下の細かい炭化ケイ素と平均粒
径が３〜１０μｍの粗い炭化ケイ素とから形成されると
ともに前記細かい炭化ケイ素が全炭化ケイ素のうちに占
める割合をＳ％とするときにＳが次式 ３≦Ｓ≦３３・・・（１） を満足する範囲にあるマトリックス層を備えることを特
徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325166A JPH02170362A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325166A JPH02170362A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02170362A true JPH02170362A (ja) | 1990-07-02 |
Family
ID=18173752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63325166A Pending JPH02170362A (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02170362A (ja) |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP63325166A patent/JPH02170362A/ja active Pending
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