JPH031448A

JPH031448A - 化学電池

Info

Publication number: JPH031448A
Application number: JP1136467A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Suzuki; 鈴木　信和
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1991-01-08

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は化学電池に係り、特に燃料電池などにおける電
解液／液状反応生成物の移動通路となるウィックを改良
した化学電池に関する。

（従来の技術）近年、高能率のエネルギー変換装置として、燃料電池が
注目を集めている。燃料電池は、一般に、電極反応に寄
与するイオン種を含む電解質層を、電極反応で変質しな
いで電子の授受が行え、かつ反応物質が移行できる正負
２種類の電極によって挟持することによって素電池を形
成し、この素電池の複数を集電板を介して積層すること
によって構成される。上記集電板は、素電池間を電気的
に接続すると共に、各電極への反応ガスの通路形成部と
なる。

このような燃料電池における反応系のフローは、イオン
種が酸性かアルカリ性かで異なり、たとえば酸性の場合
には、以下に示すフローによって反応が進み、（＋）極
側で生成物（水）が生ずる。

（以下余白）７負荷、ｅ− Ｏｘ　→　　　　←　　　　←Ｒｅ（例ニー０２　＋２１１４＋２ｅ−−）１２０）ｔ　　
　　　ｌ、（例：）１２＋２Ｈ＋２ｅ−）ところで、上
記したような燃料電池において、連続的に発電を行うた
めには、起電物質を連続的に供給すると共に、反応生成
物を遅滞なく系外に排出することが重要である。そこで
、反応生成物を速やかに系外に排出するために、上記正
極側の集電板のガス流路となる溝内に、水をクリープさ
せるウィック（ｗｌｃｋ）群が設けられている。

従来、このウィックは酸性型ではガラス繊維マット、ア
ルカリ性型では精製したアスベスト繊維マット（ダイヤ
フラム）などが用いられてきた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、特にアルカリ性型の燃料電池にウィック
として用いられるアスベスト繊維は、耐アルカリ性が不
十分なため、長時間の運転を行うと以下に示すような問
題が発生していた。

■　アスベスト繊維が劣化してボロボロになり、反応生
成物の系外への排出能力の低下をきたし、発電時に電池
本体（反応系）が生成水によりフラッディングを起こし
、電池性能が急激に低下してしまう。

■　アスベスト繊維の劣化により、アスベスト中から不
純物イオンが溶出して電極触媒を被毒し、電池性能を低
下させてしまう。

また、非発電時においては、通常、ウィックを通して電
解質層への水の供給がなされるが、ウィックが劣化して
水の供給が妨げられると、電解質層のドライアップが進
行して電池性能が低下するという問題もあった。

このように、ウィックの劣化によって発電時および非発
電時共に、電池性能の低下を招いてしまうため、反応生
成物の移動を良好に行うことが可能であると共に、劣化
の少ないウィックを備えた燃料電池の開発が強く望まれ
ている。

また、上記したような問題は燃料電池に限らず、たとえ
ば液状の反応生成物の移動が生ずるような一次電池や二
次電池においても、同様に発生している。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、アルカリ型電池においても、長時間運転によって
も劣化せず、反応生成物の系外への排出能力を安定して
維持することが可能なウィックを備えた化学電池を提供
することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明は、電解質層を一対の電極で挟持し、こ
れら電極の少なくともいずれかに近接して電解液および
／または液状反応生成物の移動通路となるウィックを設
けた化学電池において、前記ウィックが、表面に微細孔
を有する耐食層が形成された粒子の多−孔質層によって
構成されていることを特徴としている。

（作　用）本発明の化学電池においては、電解液や液状反応生成物
の移動通路となるウィックを、表面に微細孔を有する耐
食層が形成された粒子の多孔質層によって構成している
ため、上記耐食層内に形成された微細孔によって、電解
液や液状反応生成物が容易に捕獲され、捕獲された液状
物質は粒子間隙によって容品に移動し、たとえば液状反
応生成物は安定して系外に排出される。また、ウィック
構成粒子表面の耐食層によって、ウィックの耐酸化性や
耐アルカリ性が維持されるため、ウィックの劣化による
排出能力の低下や不純物イオンの溶出による電極触媒の
被毒などを防止できる。

（実施例）以下、本発明を燃料電池に適用した実施例について図面
を参照にして説明する。

第１図は、本発明の一実施例の燃料電池の要部を示す断
面図である。同図中、１は電解質膜であり、この電解質
膜１の両側には（−）側触媒電極２と（十）側触媒電極
３とが一体的に形成されている。（−）側触媒電極２の
他方の面には、多孔質カーボン支持体４を介して、燃料
ガスたとえば水素ガスの通路となる溝５ａが形成された
導電性物質たとえばカーボンからなる集電板５が配置さ
れている。また、（＋）側触媒電極３の他方の面には、
多孔質導電性撥水層６を介して、酸化剤ガスたとえば酸
素ガスの通路となる溝７ａが形成された導電性物質たと
えばカーボンからなる集電板７が配置されている。

このように、（＋）側触媒電極３に酸化剤ガスを供給す
る場合、反応生成物たとえば水は、（＋）電極側に生じ
るため、電解液や液状反応生成物の移動通路となるウィ
ック８は、（＋）電極側の集電板７に設けられた溝７ａ
内に形成されて（Ｘる。

このウィック８は、第２図に示すように、表面に微細孔
を有する耐食層が形成された粒子９の多孔質層１０によ
って構成されている。このライ・ツク構成粒子９として
は、たとえば第３図に示すように、有機樹脂粒子１１の
表面に無機微粒子１２を被覆したものが例示され、粉体
の表面改質技法、たとえば高速気流中衝撃法などを用い
ることにより無機微粒子１２の有機樹脂粒子１１に対す
る固定化を行って作製される。

このウィック構成粒子９の母体粒子となる有機樹脂粒子
１１としては、耐薬品性を有する直径０．１〜５００μ
厘程度の有機樹脂粒子であればその材質は問わず、たと
えばナイロン１２やスチレン系樹脂の粒子などを用いる
ことができる。また、表面層を形成する無機微粒子１２
としては、耐アルカリ性および耐酸性を有する直径０．
０１〜５０μｍ程度の無機微粒子であればその材質は問
わず、たとえばチタン酸カリウムの微細繊維やジルコニ
ア粉末などを用いることが可能である。

このようなウィック構成粒子９によってウィック８とな
る多孔質層１０は、たとえばライ・ツク構成粒子９をバ
インダとなる無機接着剤を用いて厚さ　０．５〜ｌａｇ
程度のシート状にすることにより作製される。

そして、電解質層１、（＋）側および（−）側触媒電極
２．３、および集電板５．７などによって、燃料電池の
電池ユニット１３が構成されている。なお、図中１４は
上記燃料電池のユニ・ソト１３を直列に積層してスタッ
クを構成する場合の電池の作動温度を制御するための冷
却水通路である。

次に、上記構成の燃料電池の特性評価について説明する
。

まずウィック構成粒子９を、平均粒径５〜６μｍのナイ
ロン１２の粒子の表面にチタン酸カリウムの微細繊維を
高速気流中衝撃法で被覆することによって作製し、この
ウィック構成粒子９を無機接着剤によって多孔質な層状
に成形し、（＋）電極側の集電板７の溝７ａ内に配置し
て上記構成の燃料電池を作製し、特性評価に供した。

また、本発明との比較のために、ウィック８として、精
製したアスベスト繊維のマットを用いた以外は上記実施
例と同一構成の燃料電池を組み立て、同様に特性評価に
供した。

特性評価は、同一条件（反応ガスなど）で発電試験を行
い、経過時間に対する出力の維持率（発電当初の出力を
１００％とする。）を測定することによって行った。そ
の結果を第４図に示す。

第４図から明らかなように、この実施例の燃料電池は、
ウィック８が長時間運転での安定性に格段に優れるため
、長時間運転においてもその出力が維持されているのに
対し、比較例の燃料電池は時間の経過と共に、徐々に出
力の低下を来たした。

これは、ウィック８としてアスベスト繊維のマットを用
いたため、運転時間の経過と共にウィック８が劣化し、
これによって生じるフラッディングや電極触媒の被毒に
よるものと推定される。

このように、この実施例の燃料電池においては、耐アル
カリ性および耐酸性に優れた無機微粒子でその表面を被
覆した有機樹脂粒子の多孔質層によってウィックを構成
しているため、ウィックが電池作動中に劣化することが
ない。したがって、ウィックは長時間運転での安定性が
格段に優れ、ひいてはこれを用いた燃料電池の長寿命化
が図れる。

なお、上記実施例では、化学電池として燃料電池をとり
詳述したが、本発明の適用はこれに限定されるものでは
なく、アルカリ性または酸性水溶液を用い、電池反応に
伴って液状の反応物や生成物の移動が生ずるような一次
電池・二次電池においても、充分に効果を発揮するもの
である。特に、電解液量が制限されたスターブト型二次
電池（Ｎｌ−Ｃｄ電池、Ｎ１−Ｈｚ　？ｉＳ池）で有用
である。

［発明の効果］以上説明したように本発明の化学電池によれば、電池運
転中にウィックの劣化がほとんどなく、安定性が格段に
優れているため、長時間にわたって液状反応生成物の排
出を安定して行うことができ、また電解液の移動を妨げ
ることもない。したがって、長期間安定した出力が得ら
れる長寿命な電池を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の燃料電池の要部を示す断
面図、第２図は第１図の燃料電池のウィックを拡大して
示す断面図、第３図は本発明の一実施例に使用したウィ
ック構成粒子を説明するための図、第４図は本発明の実
施例および比較例の燃料電池における運転時間と出力維
持率の関係を示す特性図である。１・・・・・・電解質膜、２・・・・・・（−）銅触媒
電極、３・・・・・・（＋）銅触媒電極、４・・・・・
・多孔質カーボン支持体、５．７・・・・・・・・・集
電板、６・・・・・・多孔質導電性撥水層、８・・・・
・・ウィック、９・・・・・・ウィック構成粒子、１０
・・・・・・多孔質層、１１・・・・・・有機樹脂粒子
、１２・・・・・・無機微粒子。出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電解質層を一対の電極で挟持し、これら電極の少
なくともいずれかに近接して電解液および／または液状
反応生成物の移動通路となるウイックを設けた化学電池
において、前記ウイックが、表面に微細孔を有する耐食
層が形成された粒子の多孔質層によって構成されている
ことを特徴とする化学電池。
（２）前記ウイックを構成する粒子は、表面に無機微粒
子を被覆した有機樹脂粒子からなることを特徴とする請
求項１記載の化学電池。
（３）前記電池は、固体高分子またはアルカリ水溶液を
電解質とする燃料電池であることを特徴とする請求項１
または２記載の化学電池。