JPH04363868A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH04363868A JPH04363868A JP3139260A JP13926091A JPH04363868A JP H04363868 A JPH04363868 A JP H04363868A JP 3139260 A JP3139260 A JP 3139260A JP 13926091 A JP13926091 A JP 13926091A JP H04363868 A JPH04363868 A JP H04363868A
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- Japan
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- porous electrode
- fuel cell
- catalyst layer
- hydrophilic carbon
- carbon particles
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- Pending
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- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
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Classifications
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質電極基体に電解
質を保持させた燃料電池に関するものである。
質を保持させた燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料の持つ化学エネルギーを、直
接電気エネルギーに変換するものとして、燃料電池が知
られている。この燃料電池は、通常、電解質を挟んで燃
料極及び酸化剤極の一対の多孔質電極を配置すると共に
、燃料極の背面に水素などの燃料ガスを接触させ、また
、酸化剤極の背面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、こ
の時に起こる電気化学的反応により発生する電気エネル
ギーを、上記一対の電極から取出すようにしたものであ
る。また、前記多孔質電極には、電解質と接する面に触
媒層が形成されている。
接電気エネルギーに変換するものとして、燃料電池が知
られている。この燃料電池は、通常、電解質を挟んで燃
料極及び酸化剤極の一対の多孔質電極を配置すると共に
、燃料極の背面に水素などの燃料ガスを接触させ、また
、酸化剤極の背面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、こ
の時に起こる電気化学的反応により発生する電気エネル
ギーを、上記一対の電極から取出すようにしたものであ
る。また、前記多孔質電極には、電解質と接する面に触
媒層が形成されている。
【０００３】なお、前記電解質としては、溶融炭酸塩、
アルカリ溶液、酸性溶液などが用いられるが、以下に、
代表的な燃料電池として、リン酸を電解質とする燃料電
池について説明する。
アルカリ溶液、酸性溶液などが用いられるが、以下に、
代表的な燃料電池として、リン酸を電解質とする燃料電
池について説明する。
【０００４】即ち、リン酸を電解質とする燃料電池にお
いては、燃料電池の運転条件の変化や電解質の蒸発等に
よる電解質の体積変化を補償するために、多孔質電極基
体にリン酸を保持させ、そのリン酸を電解質層へ供給す
ることができるように構成されている。
いては、燃料電池の運転条件の変化や電解質の蒸発等に
よる電解質の体積変化を補償するために、多孔質電極基
体にリン酸を保持させ、そのリン酸を電解質層へ供給す
ることができるように構成されている。
【０００５】この様に構成された燃料電池を長時間にわ
たって運転すると、前記燃料ガス及び酸化剤ガスによっ
て、多孔質電極基体に保持されたリン酸が外部に持ち出
され、多孔質電極基体内のリン酸量が減少していく。そ
の結果、多孔質電極基体に隣接する触媒層にも、電気化
学的反応を維持するのに必要な量のリン酸が存在しなく
なるため、燃料電池の出力低下を招いていた。
たって運転すると、前記燃料ガス及び酸化剤ガスによっ
て、多孔質電極基体に保持されたリン酸が外部に持ち出
され、多孔質電極基体内のリン酸量が減少していく。そ
の結果、多孔質電極基体に隣接する触媒層にも、電気化
学的反応を維持するのに必要な量のリン酸が存在しなく
なるため、燃料電池の出力低下を招いていた。
【０００６】この様な欠点を解決し、多孔質電極基体の
リン酸保持力を向上させるために、従来は、多孔質電極
基体に親水性カーボンを一様に含浸する方法が用いられ
ていた。この様な多孔質電極においては、多孔質電極基
体からのリン酸持出し量の低減が可能となるため、電解
質層への電解質の供給能力は保持され、高いセル電圧を
維持することができ、燃料電池の運転効率の向上が図れ
る。
リン酸保持力を向上させるために、従来は、多孔質電極
基体に親水性カーボンを一様に含浸する方法が用いられ
ていた。この様な多孔質電極においては、多孔質電極基
体からのリン酸持出し量の低減が可能となるため、電解
質層への電解質の供給能力は保持され、高いセル電圧を
維持することができ、燃料電池の運転効率の向上が図れ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来の燃料電池には、以下に述べる様な解決すべ
き課題があった。即ち、親水性カーボンを多孔質電極基
体に含浸することにより、多孔質電極基体からのリン酸
持出し量は減少するものの、親水性カーボンを多孔質電
極基体内に一様に含浸しているため、保持されるリン酸
も多孔質電極基体内に一様に存在し、触媒層に近い側に
も遠い側にも同量のリン酸が存在することとなっていた
。
た様な従来の燃料電池には、以下に述べる様な解決すべ
き課題があった。即ち、親水性カーボンを多孔質電極基
体に含浸することにより、多孔質電極基体からのリン酸
持出し量は減少するものの、親水性カーボンを多孔質電
極基体内に一様に含浸しているため、保持されるリン酸
も多孔質電極基体内に一様に存在し、触媒層に近い側に
も遠い側にも同量のリン酸が存在することとなっていた
。
【０００８】そのため、燃料電池を長時間にわたって運
転した場合には、リン酸の消費量の多い触媒層における
リン酸量は不足し、その結果、燃料電池の出力低下を招
いていた。この場合、多孔質電極基体内の触媒層に遠い
側に保持されたリン酸が、多孔質電極基体内を拡散する
ことによって触媒層側に供給されるだけでは、触媒層に
おけるリン酸の不足量を補うには不十分であった。
転した場合には、リン酸の消費量の多い触媒層における
リン酸量は不足し、その結果、燃料電池の出力低下を招
いていた。この場合、多孔質電極基体内の触媒層に遠い
側に保持されたリン酸が、多孔質電極基体内を拡散する
ことによって触媒層側に供給されるだけでは、触媒層に
おけるリン酸の不足量を補うには不十分であった。
【０００９】本発明は、上記の様な従来技術の問題点を
解決するために提案されたもので、その目的は、触媒層
における電解質不足を防止し、長期安定性に優れた燃料
電池を提供することにある。
解決するために提案されたもので、その目的は、触媒層
における電解質不足を防止し、長期安定性に優れた燃料
電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、電解質を含浸
させた電解質層を挟んで一対の多孔質電極を配置し、こ
の多孔質電極の前記電解質と接する面に触媒層を形成し
、多孔質電極基体に親水性カーボン粒子を担持させて成
る燃料電池において、前記親水性カーボン粒子を、多孔
質電極基体の触媒層に近い側に、触媒層に遠い側より高
濃度に担持させたことを特徴とするものである。
させた電解質層を挟んで一対の多孔質電極を配置し、こ
の多孔質電極の前記電解質と接する面に触媒層を形成し
、多孔質電極基体に親水性カーボン粒子を担持させて成
る燃料電池において、前記親水性カーボン粒子を、多孔
質電極基体の触媒層に近い側に、触媒層に遠い側より高
濃度に担持させたことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】上記の構成を有する本発明の燃料電池によれば
、多孔質電極基体内のリン酸は、親水性カーボン粒子の
担持量の多い触媒層側により多く存在するため、触媒層
に供給されやすくなり、長時間運転時の触媒層における
リン酸不足による燃料電池の出力低下を低減することが
できる。
、多孔質電極基体内のリン酸は、親水性カーボン粒子の
担持量の多い触媒層側により多く存在するため、触媒層
に供給されやすくなり、長時間運転時の触媒層における
リン酸不足による燃料電池の出力低下を低減することが
できる。
【００１２】また、触媒層におけるリン酸不足が低減さ
れるため、長期にわたって安定した運転が可能となる。
れるため、長期にわたって安定した運転が可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２に基
づいて具体的に説明する。
づいて具体的に説明する。
【００１４】本実施例の燃料電池においては、図１に示
した様に、多孔質電極基体の触媒層側に含浸する親水性
カーボン粒子担持量が、ガス流路側に含浸する親水性カ
ーボン粒子担持量より多くなるように構成されている。 図１に示した実施例においては、多孔質電極基体の触媒
層側に含浸する親水性カーボン粒子担持量を４ｍｇ／ｃ
ｍ３ 以上、ガス流路側に含浸する親水性カーボン粒子
担持量を４ｍｇ／ｃｍ３ 以下としている。
した様に、多孔質電極基体の触媒層側に含浸する親水性
カーボン粒子担持量が、ガス流路側に含浸する親水性カ
ーボン粒子担持量より多くなるように構成されている。 図１に示した実施例においては、多孔質電極基体の触媒
層側に含浸する親水性カーボン粒子担持量を４ｍｇ／ｃ
ｍ３ 以上、ガス流路側に含浸する親水性カーボン粒子
担持量を４ｍｇ／ｃｍ３ 以下としている。
【００１５】この様に構成された本実施例の燃料電池に
おいては、図１に示した様に、多孔質電極基体に含浸す
る親水性カーボン粒子を、触媒層に近い側をより高濃度
に、遠い側（ガス流路側）をより低濃度になるように担
持させることにより、多孔質電極基体内のリン酸は触媒
層側により多く存在することになる。その結果、多孔質
電極基体内に保持されるリン酸は触媒層に供給されやす
くなり、燃料電池を長時間運転した時の触媒層における
リン酸不足による燃料電池の出力低下を防止することが
できる。
おいては、図１に示した様に、多孔質電極基体に含浸す
る親水性カーボン粒子を、触媒層に近い側をより高濃度
に、遠い側（ガス流路側）をより低濃度になるように担
持させることにより、多孔質電極基体内のリン酸は触媒
層側により多く存在することになる。その結果、多孔質
電極基体内に保持されるリン酸は触媒層に供給されやす
くなり、燃料電池を長時間運転した時の触媒層における
リン酸不足による燃料電池の出力低下を防止することが
できる。
【００１６】また、図２は、従来の燃料電池及び本発明
による燃料電池の運転に伴うセル電圧の低下の度合を示
した図である。図から明らかな様に、運転初期のうちは
、従来の燃料電池の方が高いセル電圧を示しているが、
電圧低下の傾き、即ち、電圧低下速度は本発明によるも
のの方が小さいため、運転時間の増加に伴い、本発明に
よるものの方が高いセル電圧を示すようになる（運転時
間数百〜千時間付近）。さらに、本発明による燃料電池
は従来のものに比べ、高いセル電圧を長期にわたって維
持し、運転時間の長期化も実現できる。
による燃料電池の運転に伴うセル電圧の低下の度合を示
した図である。図から明らかな様に、運転初期のうちは
、従来の燃料電池の方が高いセル電圧を示しているが、
電圧低下の傾き、即ち、電圧低下速度は本発明によるも
のの方が小さいため、運転時間の増加に伴い、本発明に
よるものの方が高いセル電圧を示すようになる（運転時
間数百〜千時間付近）。さらに、本発明による燃料電池
は従来のものに比べ、高いセル電圧を長期にわたって維
持し、運転時間の長期化も実現できる。
【００１７】この様に、本実施例によれば、親水性カー
ボン粒子を、多孔質電極基体の触媒層に近い側に、触媒
層に遠い側より高濃度に担持させることにより、触媒層
における電解質不足を防止することができ、優れた長期
安定性を得ることができる。
ボン粒子を、多孔質電極基体の触媒層に近い側に、触媒
層に遠い側より高濃度に担持させることにより、触媒層
における電解質不足を防止することができ、優れた長期
安定性を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、親水
性カーボン粒子を多孔質電極基体の触媒層に近い側に、
触媒層に遠い側より高濃度に担持させることにより、長
時間運転時の触媒層におけるリン酸不足による燃料電池
の出力低下の少ない、長期安定性に優れた燃料電池を提
供することができる。
性カーボン粒子を多孔質電極基体の触媒層に近い側に、
触媒層に遠い側より高濃度に担持させることにより、長
時間運転時の触媒層におけるリン酸不足による燃料電池
の出力低下の少ない、長期安定性に優れた燃料電池を提
供することができる。
【図１】本発明の燃料電池に用いられる多孔質電極基体
における親水性カーボン粒子担持量の分布を示す図
における親水性カーボン粒子担持量の分布を示す図
【図
２】本発明の燃料電池と従来の燃料電池における運転に
伴うセル電圧の変化を示す図
２】本発明の燃料電池と従来の燃料電池における運転に
伴うセル電圧の変化を示す図
Claims (1)
- 【請求項１】 電解質を含浸させた電解質層を挟んで
一対の多孔質電極を配置し、この多孔質電極の前記電解
質と接する面に触媒層を形成し、多孔質電極基体に親水
性カーボン粒子を担持させて成る燃料電池において、前
記親水性カーボン粒子を、多孔質電極基体の触媒層に近
い側に、触媒層に遠い側より高濃度に担持させたことを
特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139260A JPH04363868A (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139260A JPH04363868A (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04363868A true JPH04363868A (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=15241148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3139260A Pending JPH04363868A (ja) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04363868A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07134993A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池 |
-
1991
- 1991-06-11 JP JP3139260A patent/JPH04363868A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07134993A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池 |
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