JPH07105957A - エネルギ変換装置および電極 - Google Patents
エネルギ変換装置および電極Info
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Abstract
給、ガスの供給または排除をスムーズに行ない、効率よ
く連続的にエネルギを変換する。 【構成】 親水性を有する親水性炭素繊維からなる縦糸
22と、撥水性を有する撥水性炭素繊維からなる横糸2
4とを織り込んで電極とする。この電極を燃料電池の電
極として用いると、陽極では、縦糸22が通常陽極で生
成する水を速やかに取り除き、横糸24が水を撥いて燃
料ガスを導く。一方、陰極では、縦糸22が通常陰極で
不足する水を補給し、横糸24が燃料ガスを導く。この
結果、陽極での水の滞留による反応の停止を防止し、陰
極での水が不足することによる効率の低下を防止するこ
とができると共に、反応に必要な燃料ガスを供給するこ
とができる。
Description
び電極に関し、詳しくは物質の化学エネルギと電気エネ
ルギを直接変換するエネルギ変換装置および電極に関す
る。
化学エネルギと電気エネルギとを変換する装置であり、
例えば、燃料としての水素と酸素とを反応させ、その化
学エネルギを電気エネルギに変換する燃料電池や、逆
に、電気エネルギを受けて水を電気分解して水素と酸素
とを発生する水素(酸素)発生装置などに代表される。
常、水を生成する反応か、この逆の水を分解する反応が
行なわれる。例えば、燃料電池の電極では、次式(1)
に示す水を生成する反応が一般的に行なわれ、水の電気
分解システムでは、次式(2)に示す水を分解する反応
が一般的に行なわれる。
電極へ反応物質を連続的に供給すると共に、電極付近か
ら生成物質を取り除く必要がある。例えば、固体高分子
型燃料電池の場合、陽極では、酸素を連続的に供給する
と共に生成物質である水を取り除く必要がある。生成物
質の水を取り除かないと、水が電極付近に滞留し、運転
効率を低下させ、場合によっては反応を停止させてしま
うからである。陰極では、水素ガスを連続的に供給する
と共に水素イオンを電解質膜中にスムーズに拡散させる
必要がある。この水素イオンは電解質膜中の水と結合し
て水和状態となって電解質膜中を移動するため、陰極付
近の水が不足しないように、陰極付近の電解質膜に外部
から水を補給する必要がある。陰極付近の水が不足する
と、電解質膜中への水素イオンの拡散が阻害され、電解
質膜中の水素イオンが不足し、陽極での反応が妨げられ
るからである。
水の供給を行なうと共に、燃料ガスを電極に供給して、
エネルギ変換を効率よく連続的に行なう装置としては、
電極に親水部からなる凸部および撥水部からなる凹部を
設け、この凹凸で生成水の排除または補給水の供給を行
なうと共に燃料ガスを電極に供給する装置(例えば特開
平4−12462)や、親水性の反応膜に複数の貫通部
を有する疎水性のガス拡散膜を接合して電極とし、貫通
部で生成水の排除または補給水の供給を行なうと共に疎
水性のガス拡散膜により燃料ガスを供給する装置(例え
ば特開平3−182052)が提案されている。
凹凸を設ける装置では、その効果を上げるためには凹凸
の間隔を細かくする必要があり、凹凸の間隔を細かくす
ると、電極の加工が困難になると共に製造コストも上が
るという問題があった。また、いくら間隔を細かくして
も、機械加工では、微視的にみれば生成水の排除や補給
水の供給,ガスの供給が不均一となる。生成水の排除や
補給水の供給またはガスの供給が十分でないところで
は、電極反応は妨げられ、全体として運転効率は低下す
る。
する装置では、複数の部材を精密加工し、それらを接合
して電極とし、さらに電解質とも接合しなければならな
い。これらの接合には、一般的に熱と圧力を同時に与え
て接合するホットプレス法が用いられるが、材料特性の
異なる複数の部材を接合するので、接合が極めて困難と
なるという問題があった。また、接合が可能でも、その
歩留りが低くなるという問題を生じる。
限られず、例えばリン酸型燃料電池等の他の燃料電池や
いわゆる水の電気分解装置等の種々のエネルギ変換装置
にも言えることである。さらに、上述の生成水の排除や
補給水の供給とガスの供給や排除を同時に効率よく行な
うことができないという問題は、エネルギ変換装置に用
いられる電極に限られるものではない。
題を解決し、効率よく連続的にエネルギを変換すること
を目的とし、本発明の電極は、親水性と撥水性とを同時
に満たすことを目的とし、次の構成を採った。
変換装置は、陽極と、陰極と、電解質とを備え、物質の
化学エネルギと電気エネルギとを直接変換するエネルギ
変換装置において、前記陽極または陰極のうち少なくと
も一方は、親水性を有する親水性炭素繊維と、撥水性を
有する撥水性炭素繊維とを混在させて形成してなること
を特徴とする。
と、陰極と、該両極間に配置する電解質とを備え、物質
の化学エネルギと電気エネルギとを直接変換するエネル
ギ変換装置において、前記陽極は、親水性を有する親水
性炭素繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊維とを該陽
極における電気化学反応に基づく第1の割合で混在させ
て形成し、前記陰極は、親水性を有する親水性炭素繊維
と、撥水性を有する撥水性炭素繊維とを該陰極における
電気化学反応に基づく第2の割合で混在させて形成して
なることを特徴とする。
素繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊維とから形成し
てなることを要旨とする。
素繊維と前記撥水性炭素繊維とを所定の割合で織り込ん
だカーボンクロスとして形成した構成とすることもでき
る。また、前記電極において、前記親水性炭素繊維と前
記撥水性炭素繊維とを所定の割合で混在させたカーボン
ペーパーまたはカーボンフェルトとして形成した構成と
することもできる。
ギ変換装置は、親水性炭素繊維が生成水の排除または補
給水の供給を行ない、撥水性炭素繊維が撥水してガスの
供給または排除を行なう。このため、電極で効率よく連
続的に電気化学反応を行なうことを可能とする。
性を有する親水性炭素繊維と、撥水性を有する撥水性炭
素繊維とを陽極における電気化学反応に基づく第1の割
合で混在させて陽極を形成したことにより、陽極での電
気化学反応をスムーズにする。また、親水性を有する親
水性炭素繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊維とを陰
極における電気化学反応に基づく第2の割合で混在させ
て陰極を形成したことにより陰極での電気化学反応をス
ムーズにする。
を示し、撥水性炭素繊維が撥水性を示す。この結果、親
水性炭素繊維が生成水の排除または補給水の供給を行な
い、撥水性炭素繊維がガスの供給または排除を行なう。
維と撥水性炭素繊維とを所定の割合で織り込んだカーボ
ンクロスとして形成した構成とすれば、親水性と撥水性
とを同時に示すカーボンクロスを得る。また、前記電極
において、親水性炭素繊維と撥水性炭素繊維とを所定の
割合で混在させたカーボンペーパーまたはカーボンフェ
ルトとして形成した構成とすれば、親水性と撥水性とを
同時に示すカーボンペーパーまたはカーボンフェルトを
得ると共に、電極を任意の形状に直接形成することを可
能とする。
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は、本発明の一実施例である固体高分子型
燃料電池のセル構造の模式図である。図示するように、
セルは、電解質10と、陽極20および陰極30と、陽
極側燃料および陰極側燃料の流路を形成するガス流路構
造体40および50と、各セルを仕切るセパレータ60
とにより構成されている。
り込んだカーボンクロスにより形成されており、触媒と
して白金または白金と他の金属からなる合金等がカーボ
ン粉に担持され、そのカーボン粉がカーボンクロスの隙
間に練り込まれているか、或いは塗布されている。さら
に詳しくみると、陽極20および陰極30は、図2に示
す構造となっている。図2は、陽極20または陰極30
の一部を拡大した拡大図である。図示するように、陽極
20および陰極30は、親水性を有する親水性炭素繊維
の束からなる縦糸22と、撥水性を有する撥水性炭素繊
維の束からなる横糸24とをほぼ均等に織り込んで形成
されている。したがって、混在する親水性炭素繊維と撥
水性炭素繊維との割合はほぼ均等となる。ここで、親水
性炭素繊維は、通常の炭素繊維である。通常の炭素繊維
は、何等加工を施さないときは親水性を呈する。
まず、通常の炭素繊維をポリテトラフルオロエチレンの
ディスパージョン(例えばダイキン工業製ポリフロンD
−1)に浸漬させる。次に、空気中、室温でしばらくお
いて乾燥させた後、空気中、100℃の温度で30分な
いし1時間乾燥させて、ディスパージョンの水分を完全
に揮発させる。続いて、窒素雰囲気中、250℃ないし
300℃で2時間ないし3時間加熱して、炭素繊維表面
にポリテトラフルオロエチレンを焼成して撥水性炭素繊
維を得る。こうして得た撥水性炭素繊維は、炭素繊維表
面に形成されたポリテトラフルオロエチレンにより撥水
性を呈する。
系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状態
で良好な電気電導性を示す。ガス流路構造体40および
50は、多孔質でガス透過性を有するポーラスカーボン
により形成されており、気孔率が40ないし80%のも
のである。また、ガス流路構造体40には、陽極燃料で
ある酸素含有ガスの流路であると共に陽極20で生成す
る水の集水路をなす流路42が形成されており、ガス流
路構造体50には、陰極燃料である水素含有ガスと水蒸
気との混合ガスの流路52が形成されている。セパレー
タ60は、カーボンを圧縮してガス不透過としたガス不
透過カーボンにより形成されており、電解質10,電極
20,30,ガス流路構造体40および50により構成
されるセルを積層する際の隔壁をなす。なお、本実施例
では、ガス流路構造体40,50およびセパレータ60
を別体として形成したが、ガス流路構造体40とセパレ
ータ60をガス不透過カーボンにより一体として形成す
る構成やガス流路構造体50とセパレータ60をガス不
透過カーボンにより一体として形成する構成、ガス流路
構造体40,50およびセパレータ60をガス不透過カ
ーボンにより一体として形成する構成も好適である。
は、陽極20および陰極30で上述した式(1)に示す
化学反応により水素と酸素とが反応し、その反応エネル
ギ(化学エネルギ)を直接電気エネルギに変換する。
媒(白金等)表面では、上式の反応により水が生成す
る。この水が陽極20付近に滞留すると、上述の反応は
妨げられる。親水性炭素繊維の縦糸22は、この水をガ
ス流路構造体40と陽極20とで形成する流路42に導
いて、触媒付近から取り除く。一方、撥水性炭素繊維の
横糸24は、繊維の周囲から水を撥いて、酸素含有ガス
をガス流路構造体40と陽極20との接触面または流路
42から触媒表面へ導く。したがって、陽極20では、
縦糸22により発生した電子を伝達すると共に生成する
水が取り除かれ、横糸24により電子が供給されると共
に酸素含有ガスが供給される。このことにより、陽極2
0の触媒表面で上述の反応が効率よく連続して行なわれ
る。
(H2)が水素イオン(H+)となる反応が行なわれる。
この水素イオンは、触媒表面から電解質10を通って陽
極20に移動する際に水和状態で移動するため、触媒表
面付近では水が不足する。陰極30の親水性炭素繊維か
らなる縦糸22は、この不足する水を、陰極30の流路
52側表面に付着した水を触媒表面付近に導くことによ
り補う。流路52を流れる気体中には水蒸気が多く含ま
れているため、陰極30の流路52側表面は、常に水が
付着した状態となっている。また、陰極30の撥水性炭
素繊維からなる横糸24は、ガス流路構造体50と陰極
30との接触面または流路52から水素ガスを触媒表面
へ導く。したがって、陰極30では、縦糸22が電子を
受け取ると共に不足する水を補い、横糸24が電子を受
け取ると共に水素ガスを供給する。この結果、陰極30
の触媒表面で上述の反応が効率よく連続して行なわれ
る。
陽極20および陰極30を親水性炭素繊維と撥水性炭素
繊維を用いて形成したので、陽極20では、生成する水
を滞留させることなく流路42へ取り除き、陰極30で
は、不足する水を十分に補うことができると同時に陽極
20および陰極30での燃料ガスの供給をスムーズに行
なうことができる。この結果、電極での電気化学的反応
を連続的に安定して行なうことができる。したがって、
運転効率を向上させることができ、安定した電力を得る
ことができる。
密度を大きくすることにより小型化することが可能であ
るが、負荷電流密度を急変させると、電解質10の含水
率が変動し、内部抵抗が変動し易くなる。本実施例で
は、負荷電流密度を大きくしても生成水の排除および不
足水の補給をスムーズに行なうので、電解質10の含水
率の変動を防止し、小型化することができる。したがっ
て、限られたスペースに設置する場合、例えば車両等に
搭載する場合等に有効である。
炭素繊維による糸とを織り込むことにより電極を形成す
るので、電極に機械的加工を施したものに比して容易に
製造することができ、低コストで製造することができ
る。
22と撥水性炭素繊維からなる横糸24とを均等に織り
込んで電極とすることにより親水性炭素繊維と撥水性炭
素繊維との割合をほぼ均等としたが、使用目的に合わせ
て種々の割合とすることができる。また、この割合は、
電池の種類や運転状態等により定めるのが望ましい。実
施例で説明した固体高分子型燃料電池の場合では、負荷
電流密度が小さい領域で運転すれば、単位時間当たりに
生成する水は少ないので、親水性炭素繊維の割合は小さ
くてもかまわないが、負荷電流密度が大きい領域で運転
すれば、単位時間当たりに生成する水は多くなるので、
効率よく運転するには、親水性炭素繊維の割合を多くす
るのが望ましい。また、負荷電流密度が時間と共に変化
する場合のように、運転状態が変動する場合には、どの
負荷電流密度による運転に着目するかを定め、親水性炭
素繊維の割合を定めるのが望ましい。なお、親水性炭素
繊維と撥水性炭素繊維との割合の変更は、縦糸22また
は横糸24の単位長さ当たりの糸の本数(織り密度)を
変えることにより行なうことができる。
2と撥水性炭素繊維による横糸24とを織り込んで電極
としたが、図3に拡大して示した電極のように、親水性
炭素繊維による縦糸22aと撥水性炭素繊維による縦糸
22bとを交互に配置した縦糸と、親水性炭素繊維によ
る横糸24aと撥水性炭素繊維による横糸24bとを交
互に配置した横糸とを、織り込んで電極とする構成も好
適である。この場合、縦糸,横糸の一方または双方にお
ける親水性炭素繊維による糸と撥水性炭素繊維による糸
との配置を周期的あるいはランダムにするなど如何なる
配置であってもかまわない。この電極での親水性炭素繊
維と撥水性炭素繊維との割合の変更は、縦糸または横糸
における親水性炭素繊維からなる糸22a,24aと撥
水性炭素繊維からなる糸22b,24bとの割合を変更
して配置することにより行なうことができる。
に、親水性炭素繊維と撥水性炭素繊維とをほぼ均等に混
在させた縦糸22cおよび横糸24cを織り込んで電極
とする構成も好適である。この場合の電極を織り込む糸
は、糸の断面を拡大した図5に示すように、親水性炭素
繊維23(ハッチのない断面の炭素繊維)と撥水性炭素
繊維25(ハッチのある断面の炭素繊維)とをほぼ均等
になるよう混在させて得る。なお、電極を織り込む糸
は、通常数百ないし数千本の炭素繊維の束からなるもの
である。この電極の親水性炭素繊維と撥水性炭素繊維と
の割合の変更は、混在する親水性炭素繊維23と撥水性
炭素繊維25との割合を変更することにより行なうこと
ができる。
性炭素繊維からなる糸26と撥水性炭素繊維からなる糸
27とを縒って縒り糸28とし、縒り糸28を縦糸およ
び横糸として織り込んで電極とする構成も好適である。
この場合、縒り糸28は、2本縒りの他、3本以上の糸
で縒ってなる構成も好適である。この電極の親水性炭素
繊維と撥水性炭素繊維との割合の変更は、親水性炭素繊
維からなる糸26の太さと撥水性炭素繊維からなる糸2
7の太さを変更することにより行なうことができる他、
縒る糸の本数を多くしてその割合を変えることによって
も行なうことができる。
2軸(縦軸と横軸)で織り込んだが、3軸以上で織り込
んだ構成も好適である。また、陽極20および陰極30
の親水性炭素繊維と撥水性炭素繊維との割合を平面的に
均等としたが、均等でない構成も差し支えない。
を同一の電極としたが、異なる電極による構成、例え
ば、陽極20または陰極30のいずれか一方のみが親水
性炭素繊維と撥水性炭素繊維とにより形成されており、
他方は、他の材質による構成や、陽極20の親水性炭素
繊維の撥水性炭素繊維に対する割合と陰極30のその割
合が異なる構成も好適である。運転条件によっては、陽
極20で発生する水が陰極30で不足する水より運転効
率に影響を与える場合もあり、この場合には、陽極20
における親水性炭素繊維の割合を陰極30におけるその
割合よりも大きくすることが望ましい。
子型燃料電池について説明する。第2実施例の固体高分
子型燃料電池のセル構造は、第1実施例の固体高分子型
燃料電池のセル構造のうち陽極20および陰極30の構
造を除いて同一である。第2実施例の陽極20aおよび
陰極30aは、図7に示したように、長さ1mmないし
10mmの親水性炭素繊維と、同じく長さ1mmないし
10mmの撥水性炭素繊維とをほぼ均等の割合で不規則
かつ任意方向に混在し、厚さαのカーボンペーパーまた
はカーボンフェルトとしたものである。この電極には、
触媒として白金または白金と他の金属からなる合金等が
カーボン粉に担持され、そのカーボン粉がカーボンクロ
スの隙間に練り込まれているか、或いは塗布されてい
る。なお、撥水性炭素繊維は、第1実施例と同様の処理
を施すことにより得ることができるので、その説明は省
略する。
子型燃料電池の陽極20aおよび陰極30aでも式
(1)で示した化学反応により水素と酸素とが反応し、
その反応エネルギ(化学エネルギ)を直接電気エネルギ
に変換する。
陽極20aの触媒(白金等)表面で生成した水を流路4
2に導いて触媒付近から取り除く。また、陽極20aの
撥水性炭素繊維は、繊維の周囲から水を撥じいて、酸素
含有ガスを触媒表面へ導く。一方、陰極30aの親水性
炭素繊維は、水素イオンが水和状態で移動することによ
る水の不足分を陰極30の流路52側表面から水を導い
て補う。また、陰極30aの撥水性炭素繊維は、水素ガ
スを触媒表面へ導く。これらの作用により、陽極20b
および陰極30bでの反応は、効率よく連続して行なわ
れる。
料電池では、陽極20aおよび陰極30aを親水性炭素
繊維と撥水性炭素繊維とにより形成されるカーボンペー
パーまたはカーボンフェルトとしたので、電極に機械加
工を施したものと比較して一層製造を容易とし、コスト
を低減することができる。特にカーボンペーパーまたは
カーボンフェルトを形成した後に切断して電極とする場
合、切断箇所がほつれないので、切断箇所に処理を施す
必要がなく、製造工程を簡易化することができる。ま
た、カーボンペーパーまたはカーボンフェルトは、自由
な形状に直接形成できるので、電極の形状に直接形成す
れば、二次加工の必要がない。
親水性炭素繊維と撥水性炭素繊維とにより形成したの
で、陽極20aで生成する水を滞留させることなく流路
42へ取り除き、陰極30aで不足する水を十分に補
い、かつ燃料ガスの供給をスムーズに行なうことができ
る。この結果、常に触媒表面付近を良好な状態とし、内
部抵抗を減少させ、運転効率を向上させて安定した電力
を得ることができる。また、第1実施例と同様に、負荷
電流密度を急変させても生成水の排除および不足水の補
給をスムーズに行なうので、電解質10の含水率が安定
し、負荷電流密を大きくして固体高分子型燃料電池を小
型化することができる。
炭素繊維との割合をほぼ均等としたが、この割合は、第
1実施例と同様に電池の種類や運転状態等により定めら
れるものであり、使用目的に合わせて種々の割合とする
ことができる。
子型燃料電池について説明する。第3実施例の固体高分
子型燃料電池のセル構造は、第2実施例の固体高分子型
燃料電池のセル構造のうち陽極20aおよび陰極30a
の構造を除いて同一である。第3実施例の陽極20bお
よび陰極30bは、長さα以下の親水性炭素繊維と、長
さ1mmないし10mmの撥水性炭素繊維とを1対10
ないし3対10の割合で、厚さαのカーボンペーパーま
たはカーボンフェルトとしたものである。この電極は、
触媒として白金または白金と他の金属からなる合金等が
カーボン粉に担持され、そのカーボン粉が炭素繊維の隙
間に練り込まれているか、或いは塗布されている。ここ
で、親水性炭素繊維の長さは、陽極20bおよび陰極3
0bの厚さαより短いので、親水性炭素繊維は、電極
中、任意の方向に存在する。したがって、電極の厚さ方
向にも存在することになる。なお、撥水性炭素繊維は、
第1実施例と同様の処理を施すことにより得ることがで
きる。
子型燃料電池の陽極20bおよび陰極30bでも式
(1)に示した化学反応式により水素と酸素とが反応
し、その反応エネルギ(化学エネルギ)を直接電気エネ
ルギに変換する。
陽極20bの触媒(白金等)表面で生成した水を流路4
2に導いて触媒付近から取り除く。特に陽極20bの厚
さ方向に位置する親水性炭素繊維は、水の排除能力が大
きい。また、陽極20bの撥水性炭素繊維は、繊維の周
囲から水を撥じいて、酸素含有ガスを触媒表面へ導く。
一方、陰極30bの親水性炭素繊維は、水素イオンが水
和状態で移動することによる水の不足分を陰極30bの
流路52側表面から水を導いて補う。特に陰極30bの
厚さ方向に位置する親水性炭素繊維は、水の補給能力が
大きい。また、陰極30bの撥水性炭素繊維は、水素ガ
スを触媒表面へ導く。これらの作用により、陽極20b
および陰極30bでの反応は、効率よく連続して行なわ
れる。
料電池では、陽極20bおよび陰極30bを形成する親
水性炭素繊維の長さを電極の厚さより短くし、厚さ方向
にも炭素繊維が存在するようにしたので、電極で生成す
る水の排除および不足する水の補給をよりスムーズに行
なうことができる。この結果、常に触媒表面付近を良好
な状態とし、電解質10の含水率が安定し、運転効率を
向上させて安定した電力を得ることができる。また、電
極の厚さよりも短い炭素繊維を混入させることにより、
カーボンの密度が大きくなることで、電極の強度が増す
と共に電気伝導性も向上する。
撥水性炭素繊維を用いて形成したので、燃料ガスの供給
をスムーズに行なうことができる。また、第1実施例と
同様に、負荷電流密度を急変させても生成水の排除およ
び不足水の補給をスムーズに行なうので、電解質10の
含水率が安定し、負荷電流密を大きくして固体高分子型
燃料電池を小型化することができる。さらに、カーボン
ペーパーまたはカーボンフェルトを切断して電極として
も、切断箇所がほつれないので、切断箇所に処理を施す
必要がなく、製造工程を簡易化することができる。
炭素繊維との割合を1対10ないし3対10としたが、
この割合は、電池の種類や運転状態等により定められる
ものであり、使用目的に合わせて種々の割合とすること
ができる。また、第3実施例では、親水性炭素繊維を任
意の方向として陽極20bおよび陰極30bを形成した
が、親水性炭素繊維の長手方向を電極の厚さ方向に揃え
る構成も好適である。この場合、生成する水の排除能力
および不足する水の補給能力がさらに向上し、高効率で
運転することができる。
子型燃料電池およびこの電池に用いられる電極について
説明したが、りん酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池等
の種々の電池およびこれらの電池に用いられる電極にも
実施し得る。また、燃料電池と同一の構成で、化学反応
が逆となる装置、例えば、実施例の固体高分子型燃料電
池と同一の構成で、化学反応が逆となるいわゆる水の電
気分解装置や水素発生装置等およびこれらの装置に用い
られる電極にも実施し得る。さらに、本発明の電極は、
エネルギ変換装置に用いられる他、エネルギ変換を目的
としない装置やエネルギ変換を行なわない装置等の電極
として用いることも可能である。
ルギ変換装置では、電極を、親水性を有する親水性炭素
繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊維とを混在させて
形成したので、電極付近の生成水の排除または補給水の
供給、電極へのガスの供給または排除をスムーズに行な
うことができる。この結果、連続して安定したエネルギ
変換をすることができる。
極および陰極における電気化学反応に基づいて親水性を
有する親水性炭素繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊
維との割合を定めて電極を形成したので、陽極および陰
極でスムーズに電気化学反応を行なうことができ、連続
して安定したエネルギ変換をすることができる。
性炭素繊維とを用いて電極を形成したので、電極は、同
時に親水性と撥水性を示すことができる。すなわち、親
水性炭素繊維により生成水の排除または補給水の供給を
容易にすることができ、撥水性炭素繊維によりガスの排
除または供給を容易にすることができる。また、成形後
に機械加工が必要ないので、製造が容易で、低コストと
することができる。さらに、親水性炭素繊維と撥水性炭
素繊維とを所定の割合で織り込んだカーボンクロスとし
て形成した構成とすれば、従来の製造工程と同様の行程
にて親水性と撥水性とを兼ね備えることができる。親水
性炭素繊維と撥水性炭素繊維とを所定の割合で混在させ
たカーボンペーパーまたはカーボンフェルトとして形成
した構成とすれば、親水性と撥水性とを兼ね備えること
ができると共に、自由な形状に直接形成することができ
る。
のセル構造の模式図である。
説明図である。
した拡大説明図である。
した拡大説明図である。
説明図である。
観を例示する説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 陽極と、陰極と、電解質とを備え、物質
の化学エネルギと電気エネルギとを直接変換するエネル
ギ変換装置において、 前記陽極または陰極のうち少なくとも一方は、親水性を
有する親水性炭素繊維と、撥水性を有する撥水性炭素繊
維とを混在させて形成してなることを特徴とするエネル
ギ変換装置。 - 【請求項2】 陽極と、陰極と、該両極間に配置する電
解質とを備え、物質の化学エネルギと電気エネルギとを
直接変換するエネルギ変換装置において、 前記陽極は、親水性を有する親水性炭素繊維と、撥水性
を有する撥水性炭素繊維とを該陽極における電気化学反
応に基づく第1の割合で混在させて形成し、 前記陰極は、親水性を有する親水性炭素繊維と、撥水性
を有する撥水性炭素繊維とを該陰極における電気化学反
応に基づく第2の割合で混在させて形成してなることを
特徴とするエネルギ変換装置。 - 【請求項3】 親水性を有する親水性炭素繊維と、 撥水性を有する撥水性炭素繊維とから形成してなる電
極。 - 【請求項4】 請求項3記載の電極であって、 前記親水性炭素繊維と前記撥水性炭素繊維とを所定の割
合で織り込んだカーボンクロスとして形成した電極。 - 【請求項5】 請求項3記載の電極であって、 前記親水性炭素繊維と前記撥水性炭素繊維とを所定の割
合で混在させたカーボンペーパーまたはカーボンフェル
トとして形成した電極。
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