JPH07169471A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH07169471A JPH07169471A JP5317174A JP31717493A JPH07169471A JP H07169471 A JPH07169471 A JP H07169471A JP 5317174 A JP5317174 A JP 5317174A JP 31717493 A JP31717493 A JP 31717493A JP H07169471 A JPH07169471 A JP H07169471A
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- cathode
- anode
- ratio
- electrode
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、燃料電池の両電極への活性
成分の付与率を最適化し電池特性を向上させることであ
る。 【構成】 本発明の燃料電池は、単位電池内の電極触媒
層中の活性成分の塗着量を一定とした時、カソ―ド，ア
ノ―ドへの活性成分の分配比を電極面内における両極の
ガス濃度比により調節した電極を用いたことを特徴とす
る。
成分の付与率を最適化し電池特性を向上させることであ
る。 【構成】 本発明の燃料電池は、単位電池内の電極触媒
層中の活性成分の塗着量を一定とした時、カソ―ド，ア
ノ―ドへの活性成分の分配比を電極面内における両極の
ガス濃度比により調節した電極を用いたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用多孔質ガス拡
散電極に関するものであり、触媒層における活性成分の
濃度を電極面内及び対向する電極間において調節し、活
性成分の利用率を高めるようにした燃料電池に関する。
散電極に関するものであり、触媒層における活性成分の
濃度を電極面内及び対向する電極間において調節し、活
性成分の利用率を高めるようにした燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】濃厚りん酸を電解質とする燃料電池はカ
―ボンを主成分とする導電性の多孔質基体の片面にガス
流路の溝を設け、その反対面にカ―ボン担持の白金或い
はその白金触媒をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）等の結着剤と混練したものを塗着後焼成してなる一
対のガス拡散電極間に電解質保持マトリックス層を介在
させて単位電池が構成されている。
―ボンを主成分とする導電性の多孔質基体の片面にガス
流路の溝を設け、その反対面にカ―ボン担持の白金或い
はその白金触媒をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）等の結着剤と混練したものを塗着後焼成してなる一
対のガス拡散電極間に電解質保持マトリックス層を介在
させて単位電池が構成されている。
【０００３】電極、触媒層内の活性成分の濃度は両極に
おける反応の可逆性を考慮して、通常はカソ―ド側がア
ノ―ド側の約２倍の塗布密度で塗着されている。これは
前記の如くカソ―ド反応である白金或いはその合金上で
の酸素還元反応の速度がアノ―ド反応である水素酸化反
応の速度よりも大巾に遅いため〔反応速度定数の指標で
ある交換電流密度（通常ｉ0 と略記）がカソ―ド反応の
方が約６桁程小さい。〕この反応を促進させてやる必要
があるためである。
おける反応の可逆性を考慮して、通常はカソ―ド側がア
ノ―ド側の約２倍の塗布密度で塗着されている。これは
前記の如くカソ―ド反応である白金或いはその合金上で
の酸素還元反応の速度がアノ―ド反応である水素酸化反
応の速度よりも大巾に遅いため〔反応速度定数の指標で
ある交換電流密度（通常ｉ0 と略記）がカソ―ド反応の
方が約６桁程小さい。〕この反応を促進させてやる必要
があるためである。
【０００４】さらに、カソ―ド，アノ―ドのそれぞれ大
型電極の面内においては、供給ガスの下流側の領域にお
いて、反応ガスの濃度が低下してくる（上流側より、反
応しながら流通してくるため）ため、面内における電極
触媒の活性成分濃度が均一に塗着されている場合、下流
領域の分極が大きくなるという現象が生じる。
型電極の面内においては、供給ガスの下流側の領域にお
いて、反応ガスの濃度が低下してくる（上流側より、反
応しながら流通してくるため）ため、面内における電極
触媒の活性成分濃度が均一に塗着されている場合、下流
領域の分極が大きくなるという現象が生じる。
【０００５】これを考慮して一つの電極面内においては
反応ガスの下流側の領域における触媒活性成分の濃度を
入口側より漸増させていくことにより、ガス出口側領域
における分極の増大を押え電池性能を向上させるという
方策がとられていた。
反応ガスの下流側の領域における触媒活性成分の濃度を
入口側より漸増させていくことにより、ガス出口側領域
における分極の増大を押え電池性能を向上させるという
方策がとられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように触媒層中
の活性成分の利用率を高めるための方策として カソ―ド側への活性成分の付与率を高くする。 同一電極面内においては流通反応ガスの下流側の領
域における活性成分の濃度を上流側に比べて高くする。 の２つの原理に基づいて前述のように活性成分の塗着密
度が調節されていた。
の活性成分の利用率を高めるための方策として カソ―ド側への活性成分の付与率を高くする。 同一電極面内においては流通反応ガスの下流側の領
域における活性成分の濃度を上流側に比べて高くする。 の２つの原理に基づいて前述のように活性成分の塗着密
度が調節されていた。
【０００７】しかし、この塗着量の配分は多くの実験デ
―タによる経験的にもので決められており、理論的かつ
定量的に決められたものではなかったため反応ガスの流
通経路が変わった場合等にはそれぞれの個々の場合に対
応して多くの実験デ―タを集積し、最適なＰｔの塗着方
法を決めねばならなかった。
―タによる経験的にもので決められており、理論的かつ
定量的に決められたものではなかったため反応ガスの流
通経路が変わった場合等にはそれぞれの個々の場合に対
応して多くの実験デ―タを集積し、最適なＰｔの塗着方
法を決めねばならなかった。
【０００８】また一般に単位電池内の使用活性触媒量が
一定とした場合で上記のように反応ガスの濃度が異なる
場所におけるそれぞれの極への活性成分の分配比率をど
のようにとったら、その利用率が最大となり、電池特性
が向上するかという点に関しては充分な考慮がなされて
いなかった。
一定とした場合で上記のように反応ガスの濃度が異なる
場所におけるそれぞれの極への活性成分の分配比率をど
のようにとったら、その利用率が最大となり、電池特性
が向上するかという点に関しては充分な考慮がなされて
いなかった。
【０００９】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、単位電池に付与する活性成分の量を一定とし
た場合でそれぞれの部位における反応ガスの濃度が変わ
った場合、両極への活性成分の付与率を最適化すること
によりその利用率を最大とし、最高の電池特性が得られ
るようにすることを目的としたものである。
たもので、単位電池に付与する活性成分の量を一定とし
た場合でそれぞれの部位における反応ガスの濃度が変わ
った場合、両極への活性成分の付与率を最適化すること
によりその利用率を最大とし、最高の電池特性が得られ
るようにすることを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、片
面にガス流路の溝を有し反対面に触媒層を塗着した導電
性の多孔質基体から成る一対のガス拡散電極間に電解質
保持マトリックス層を介在させて単位電池を構成する酸
・水素燃料電池において、単位電池内の電極触媒層中の
活性成分の塗着量を一定とした時、カソ―ド，アノ―ド
への活性成分の分配比を電極面内における両極のガス濃
度比により調節した電極を用いたことを特徴とする。
面にガス流路の溝を有し反対面に触媒層を塗着した導電
性の多孔質基体から成る一対のガス拡散電極間に電解質
保持マトリックス層を介在させて単位電池を構成する酸
・水素燃料電池において、単位電池内の電極触媒層中の
活性成分の塗着量を一定とした時、カソ―ド，アノ―ド
への活性成分の分配比を電極面内における両極のガス濃
度比により調節した電極を用いたことを特徴とする。
【００１１】また、供給ガス入口部の濃度を基準とした
時のガス濃度がカソ―ド側がアノ―ド側よりも高い領域
においてはカソ―ド側への活性成分の分配率を高くし、
逆に低い領域においてはアノ―ド側への活性成分の分配
率を高くした電極を用いている。
時のガス濃度がカソ―ド側がアノ―ド側よりも高い領域
においてはカソ―ド側への活性成分の分配率を高くし、
逆に低い領域においてはアノ―ド側への活性成分の分配
率を高くした電極を用いている。
【００１２】そして、カソ―ド側がアノ―ド側よりもガ
ス濃度の高い領域におけるカソ―ドへの白金分配率を、
0.58 ＜ＣPt＜ 0.85 、低い領域におけるアノ―ドへの
白金分配率を、 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 、とした電極を用
いている。
ス濃度の高い領域におけるカソ―ドへの白金分配率を、
0.58 ＜ＣPt＜ 0.85 、低い領域におけるアノ―ドへの
白金分配率を、 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 、とした電極を用
いている。
【００１３】
【作用】以上のような両極へのＰｔ付与率を調節した電
極を用いることにより触媒層内のＰｔが有効に活用さ
れ、電池内におけるその使用量を一定とした時最高の電
池特性が得られるようになった。
極を用いることにより触媒層内のＰｔが有効に活用さ
れ、電池内におけるその使用量を一定とした時最高の電
池特性が得られるようになった。
【００１４】
【実施例】本発明はカソ―ド反応，アノ―ド反応それぞ
れの単極のＩ−Ｖ特性の理論式を用い、各種の流通ガス
条件下において定負荷をとった場合のそれぞれの電圧損
を計算し、さらにそれらを合成して電池となった場合の
特性を計算することにより実現できたものである。
れの単極のＩ−Ｖ特性の理論式を用い、各種の流通ガス
条件下において定負荷をとった場合のそれぞれの電圧損
を計算し、さらにそれらを合成して電池となった場合の
特性を計算することにより実現できたものである。
【００１５】電極に付与される貴金属触媒の量は電池コ
ストに寄与する一つの大きな因子であるので、解析はカ
ソ―ド，アノ―ドへの貴金属触媒の付与量を一定とした
場合について行ない、両極におけるガス利用率が変わっ
た場合、カソ―ド，アノ―ドへの貴金属の付与をどのよ
うに分配すれば最高の電池特性が得られるかを求めた。
以下にその電圧損計算の概略を説明する。
ストに寄与する一つの大きな因子であるので、解析はカ
ソ―ド，アノ―ドへの貴金属触媒の付与量を一定とした
場合について行ない、両極におけるガス利用率が変わっ
た場合、カソ―ド，アノ―ドへの貴金属の付与をどのよ
うに分配すれば最高の電池特性が得られるかを求めた。
以下にその電圧損計算の概略を説明する。
【００１６】触媒層の微細構造パラメ―タを含めたカソ
―ド反応のＩ−Ｖ特性式はCutlip［M.B.CUTLIP，Electr
ochimica Acta 20 767（1975）］にすれば次式のように
書ける。
―ド反応のＩ−Ｖ特性式はCutlip［M.B.CUTLIP，Electr
ochimica Acta 20 767（1975）］にすれば次式のように
書ける。
【００１７】
【数１】Ｉ＝ε・ＩAct …（１） ここにεはカソ―ド反応の有効係数、ＩAct はカソ―ド
反応の活性化分極電流であり、ε・ＩAct はそれぞれ次
式のように書ける。
反応の活性化分極電流であり、ε・ＩAct はそれぞれ次
式のように書ける。
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】 有効係数εは電極触媒層表面上におけるカソ―ド反応の
速度に対する触媒層内平均の反応速度の比として定義さ
れる。
速度に対する触媒層内平均の反応速度の比として定義さ
れる。
【００２０】εに含まれるパラメ―タとしては、 εc ；触媒層内の内部有効係数 Ｋ ；反応速度定数 Ｂ ；＝ａＤiE／δ 凝集体表面の液膜を通しての拡散 Ｈ1 ；ヘンリ―定数 Ｄ1T；撥水性細孔内のガス拡散定数 Ｚa ；電極の厚さ さらにＩAct に含まれるパラメ―タとしては、 Ｙ10；電極ガス層における反応性のモル分率 Ｗ ；触媒付与量 Ｓg ；触媒表面積 ｊo ；交換電流密度 τ ；Total 勾配 従って、一定の電極構造においてはεは不変であり、触
媒付与量Ｗ，反応ガス濃度Ｙ10が変わった時ＩAct の大
きさが変わることにより電極電流が変化する。一方、ア
ノ―ドの水素酸化反応の電流は次式のように書ける［W.
Vogel et al,Electrochimica Acta 20 79 (1975)］。
媒付与量Ｗ，反応ガス濃度Ｙ10が変わった時ＩAct の大
きさが変わることにより電極電流が変化する。一方、ア
ノ―ドの水素酸化反応の電流は次式のように書ける［W.
Vogel et al,Electrochimica Acta 20 79 (1975)］。
【００２１】
【数４】
【００２２】
【数５】 でありそれぞれのパラメ―タは Ａi ；ラフネスファクタ― Ｄ ；触媒層内のＨ2 の拡散定数 ＣH2 0 ；ガス側触媒面における水素濃度 Ｌ ；触媒層の厚さ γ ；単位体積当りの活性表面積 ｉ0 ；変換電流密度 θ0 ；平衡電位におけるＨ2 の被覆率 である。
【００２３】この場合、触媒付与量，反応ガスの濃度が
変わるとγ，ＣH2 0 が変わり電極電流が変化する。図１
は上記（１）〜（５）式を用い反応ガス濃度の低い領域
（ガス利用率が高い領域）における両極の分極を貴金属
触媒の付与量の関数として調べたものである。
変わるとγ，ＣH2 0 が変わり電極電流が変化する。図１
は上記（１）〜（５）式を用い反応ガス濃度の低い領域
（ガス利用率が高い領域）における両極の分極を貴金属
触媒の付与量の関数として調べたものである。
【００２４】この場合、カソ―ド，アノ―ドへのtotal
の白金付与量は１mg／cm2 とした。１はカソ―ド電位特
性曲線、２はアノ―ド電位特性曲線である。カソ―ド電
位は白金付与量が増すにつれ上昇する。一方、アノ―ド
の分極はカソ―ドの白金付与量が増すにつれ（アノ―ド
の白金付与量が減少するにつれ）増大していく。
の白金付与量は１mg／cm2 とした。１はカソ―ド電位特
性曲線、２はアノ―ド電位特性曲線である。カソ―ド電
位は白金付与量が増すにつれ上昇する。一方、アノ―ド
の分極はカソ―ドの白金付与量が増すにつれ（アノ―ド
の白金付与量が減少するにつれ）増大していく。
【００２５】図２は反応ガス濃度の高い領域（ガス利用
率が低い領域）における同様の関係を示したものであ
る。カソ―ドの電位，アノ―ドの分極は、図１と同様の
傾向を示すが、その変化の様子はかなり異なっている。
率が低い領域）における同様の関係を示したものであ
る。カソ―ドの電位，アノ―ドの分極は、図１と同様の
傾向を示すが、その変化の様子はかなり異なっている。
【００２６】図３，図４は図１，図２の関係を電池電圧
として表わしたものである。図３から明らかなように反
応ガスの利用率が高い場合（供給ガス出口側）、電池電
圧max はＣPt＝ 0.5，ＡPt＝ 0.5mg／cm2 の時に達せら
れる。又、max の値から１％電圧が下がったところの白
金付与率の領域は 0.33 ＜ＣPt＜ 0.55 ， 0.45 ＜ＡPt
＜ 0.67 となっている。
として表わしたものである。図３から明らかなように反
応ガスの利用率が高い場合（供給ガス出口側）、電池電
圧max はＣPt＝ 0.5，ＡPt＝ 0.5mg／cm2 の時に達せら
れる。又、max の値から１％電圧が下がったところの白
金付与率の領域は 0.33 ＜ＣPt＜ 0.55 ， 0.45 ＜ＡPt
＜ 0.67 となっている。
【００２７】一方、図４のように反応ガスの利用率が低
い場合（供給ガス入口側）、電池電圧max はＣPt＝ 0.
8，ＡPt＝ 0.2mg／cm2 の時に達せられる。又、max の
値から１％電圧が下がったところの白金付与率は、 0.5
8 ＜ＣPt＜ 0.85 ， 0.15 ＜ＡPt＜ 0.42 となってい
る。
い場合（供給ガス入口側）、電池電圧max はＣPt＝ 0.
8，ＡPt＝ 0.2mg／cm2 の時に達せられる。又、max の
値から１％電圧が下がったところの白金付与率は、 0.5
8 ＜ＣPt＜ 0.85 ， 0.15 ＜ＡPt＜ 0.42 となってい
る。
【００２８】上記の結果から反応ガスの利用率が高い領
域（供給ガス出口側）においては、アノ―ド側への触媒
付与率を高く、又、反応ガスの利用率が低い領域（供給
ガス入口側）においてはカソ―ド側への触媒付与率を高
くすることが望ましいことが定量的に明らかとなった。
域（供給ガス出口側）においては、アノ―ド側への触媒
付与率を高く、又、反応ガスの利用率が低い領域（供給
ガス入口側）においてはカソ―ド側への触媒付与率を高
くすることが望ましいことが定量的に明らかとなった。
【００２９】この解析結果に基づき、単位電池内の触媒
層中の活性成分の濃度を一定とした時、供給ガスの利用
率が低い領域では酸素極側の活性成分の濃度（ 0.58 ＜
ＣPt＜ 0.85 ）を高くし、供給ガスの利用率が高い領域
では逆に水素極側の活性成分の濃度比（ 0.45 ＜ＡPt＜
0.67 ）を高くした電池構成とした。
層中の活性成分の濃度を一定とした時、供給ガスの利用
率が低い領域では酸素極側の活性成分の濃度（ 0.58 ＜
ＣPt＜ 0.85 ）を高くし、供給ガスの利用率が高い領域
では逆に水素極側の活性成分の濃度比（ 0.45 ＜ＡPt＜
0.67 ）を高くした電池構成とした。
【００３０】この解析はガス利用率の高い領域のガス組
成として、 アノ―ド側：14％Ｈ2 ，83％ＣＯ2 ，３％ＣＯ カソ―ド側：10％Ｏ2 ，90％Ｎ2 ガス利用率の低い領域のガス組成として、 アノ―ド側：74％Ｈ2 ，25％ＣＯ2 ，１％ＣＯ カソ―ド側：空気 の場合について行なったものであり、ガス組成が変われ
ば最高の電池特性を得るための両極へのＰｔの分配比率
は当然変わるので、それぞれの条件におけるＣ／Ａへの
Ｐｔの分配比率の領域は変わってくる。
成として、 アノ―ド側：14％Ｈ2 ，83％ＣＯ2 ，３％ＣＯ カソ―ド側：10％Ｏ2 ，90％Ｎ2 ガス利用率の低い領域のガス組成として、 アノ―ド側：74％Ｈ2 ，25％ＣＯ2 ，１％ＣＯ カソ―ド側：空気 の場合について行なったものであり、ガス組成が変われ
ば最高の電池特性を得るための両極へのＰｔの分配比率
は当然変わるので、それぞれの条件におけるＣ／Ａへの
Ｐｔの分配比率の領域は変わってくる。
【００３１】現条件でのＰｔの分配比率の設定 ガス利用率の高い領域： 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 ガス利用率の低い領域： 0.58 ＜ＣPt＜ 0.85 は与えられたガス組成における最高の電池電圧から１％
電圧が下がった領域のＣ／Ａの分配比を与える領域を記
したものであるが、範囲をこれよりゆるめるとmax の電
池電圧より５ｍＶ以上低下してしまうので、両極へのＰ
ｔ付与の分配率を調節する意味がなくなってしまう。
電圧が下がった領域のＣ／Ａの分配比を与える領域を記
したものであるが、範囲をこれよりゆるめるとmax の電
池電圧より５ｍＶ以上低下してしまうので、両極へのＰ
ｔ付与の分配率を調節する意味がなくなってしまう。
【００３２】又、想定したガス組成はそれぞれの場合に
おける極限のガス組成を反映していると考えられるの
で、上記の範囲にＰｔ付与率を設定すると充分高い特性
が得られる。
おける極限のガス組成を反映していると考えられるの
で、上記の範囲にＰｔ付与率を設定すると充分高い特性
が得られる。
【００３３】大型電池の電極においては、これらのガス
組成が入口側から出口側へと順次変化しながら流通して
いくと考えられる。実際の大型電池におけるガスフロ―
の代表例（アノ―ド，カソ―ド共にリタ―ンフロ―方
式）を図５に示した。この場合におけるそれぞれの極の
ガス濃度を入口10として示したものが図６である（例え
ばアノ―ド入口はＡ−10，カソ―ド入口はＣ−10と示し
てあり、双方共一区画進むごとに濃度が一単位減少する
と仮定してある。）。また各領域の名称として図７のよ
うな番号付けを行なった。
組成が入口側から出口側へと順次変化しながら流通して
いくと考えられる。実際の大型電池におけるガスフロ―
の代表例（アノ―ド，カソ―ド共にリタ―ンフロ―方
式）を図５に示した。この場合におけるそれぞれの極の
ガス濃度を入口10として示したものが図６である（例え
ばアノ―ド入口はＡ−10，カソ―ド入口はＣ−10と示し
てあり、双方共一区画進むごとに濃度が一単位減少する
と仮定してある。）。また各領域の名称として図７のよ
うな番号付けを行なった。
【００３４】先の解析結果を、このガスフロ―方式の電
池に適用するため領域，におけるカソ―ドへの白金
付与率を、 0.58 ＜Pt＜ 0.85 、領域，におけるア
ノ―ドへの白金付与率を、 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 、とし
た電池を組み立てることにより、従来通りの電極面内の
白金量を均一とした電池よりも良好な特性を示すことが
できた。
池に適用するため領域，におけるカソ―ドへの白金
付与率を、 0.58 ＜Pt＜ 0.85 、領域，におけるア
ノ―ドへの白金付与率を、 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 、とし
た電池を組み立てることにより、従来通りの電極面内の
白金量を均一とした電池よりも良好な特性を示すことが
できた。
【００３５】これは領域，においてはカソ―ド側の
ガス濃度が高く、先のシミュレ―ションにおけるガス利
用率が低い場合の条件に近く領域，においてはガス
利用率が高い場合の条件に近くなっているためと考えら
れる。
ガス濃度が高く、先のシミュレ―ションにおけるガス利
用率が低い場合の条件に近く領域，においてはガス
利用率が高い場合の条件に近くなっているためと考えら
れる。
【００３６】カソ―ド用リブ付電極裏面に触媒（10wt％
Ｐｔ含有，カ―ボン担持白金触媒）、水，テフロンを混
練した合剤をスプレ―式噴射ガンにて塗着し、空乾後不
活性ガス雰囲気炉の中 370℃で20分間焼成して電極とし
た。
Ｐｔ含有，カ―ボン担持白金触媒）、水，テフロンを混
練した合剤をスプレ―式噴射ガンにて塗着し、空乾後不
活性ガス雰囲気炉の中 370℃で20分間焼成して電極とし
た。
【００３７】領域→（図７参照）への触媒塗着量
は、ＣPt＝ 0.85 × 0.75 mg／cm2 がＣPt＝ 0.58 ×
0.75 mg／cm2 （電池内のtotal 白金量＝ 0.75 mg／cm2
）と連続的に変化するように噴射時間を変えて塗着し
た。
は、ＣPt＝ 0.85 × 0.75 mg／cm2 がＣPt＝ 0.58 ×
0.75 mg／cm2 （電池内のtotal 白金量＝ 0.75 mg／cm2
）と連続的に変化するように噴射時間を変えて塗着し
た。
【００３８】領域→では、ＣPt＝ 0.85 × 0.75 mg
／cm2 からＣPt＝ 0.15 × 0.75 mg／cm2 とＰｔ塗着密
度が連続的に変化するように塗着した。これに対応し
て、アノ―ド用リブは電極に（カソ―ド＋アノ―ド）の
白金量が0.75 mg／cm2 となるように各領域に触媒を塗
着した。この場合、触媒としては５wt％Ｐｔ含有のカ―
ボン担持白金触媒を用いた。
／cm2 からＣPt＝ 0.15 × 0.75 mg／cm2 とＰｔ塗着密
度が連続的に変化するように塗着した。これに対応し
て、アノ―ド用リブは電極に（カソ―ド＋アノ―ド）の
白金量が0.75 mg／cm2 となるように各領域に触媒を塗
着した。この場合、触媒としては５wt％Ｐｔ含有のカ―
ボン担持白金触媒を用いた。
【００３９】両極を用いて単位電池を組み立て、従来仕
様の電池（カソ―ドの触媒塗着密度0.5mgＰｔ／cm2 ，
アノ―ドの触媒塗着密度 0.25 mgＰｔ／cm2 で面内一
様）とその分極特性を比較した。
様の電池（カソ―ドの触媒塗着密度0.5mgＰｔ／cm2 ，
アノ―ドの触媒塗着密度 0.25 mgＰｔ／cm2 で面内一
様）とその分極特性を比較した。
【００４０】図８は、常圧におけるそれらの電池特性の
比較を行なったもので、寸法により電極面内におけるＣ
／ＡへのＰｔの付与率を調節して作製した電池は電池to
talとしてのＰｔの付与量は同じであるにもかかわらず
明らかに良好な分極特性を示した。また塗着量を変えた
ことによる触媒の厚さの変化に伴う分極の増大はみられ
なかった。
比較を行なったもので、寸法により電極面内におけるＣ
／ＡへのＰｔの付与率を調節して作製した電池は電池to
talとしてのＰｔの付与量は同じであるにもかかわらず
明らかに良好な分極特性を示した。また塗着量を変えた
ことによる触媒の厚さの変化に伴う分極の増大はみられ
なかった。
【００４１】カソ―ド触媒として従来仕様の10wt％Ｐｔ
含有のカ―ボン担持白金（或いは合金）触媒を用いる変
わりに、15wt％Ｐｔ含有或いは20wt％Ｐｔ含有のものを
用い、電極面内におけるＰｔの濃度勾配及びＣ／Ａへの
Ｐｔの分配比率を調節した電極を使用し、かつ電池内の
白金量は従来仕様の電池と同一にして作製した電池も、
先の実施例と同様、良好な特性を示すことができた。こ
の場合、白金担持量が増えた分だけ触媒層を薄くするこ
とが可能となり実施例−１よりもわずかではあるが良好
なＩ−Ｖ特性を得た。
含有のカ―ボン担持白金（或いは合金）触媒を用いる変
わりに、15wt％Ｐｔ含有或いは20wt％Ｐｔ含有のものを
用い、電極面内におけるＰｔの濃度勾配及びＣ／Ａへの
Ｐｔの分配比率を調節した電極を使用し、かつ電池内の
白金量は従来仕様の電池と同一にして作製した電池も、
先の実施例と同様、良好な特性を示すことができた。こ
の場合、白金担持量が増えた分だけ触媒層を薄くするこ
とが可能となり実施例−１よりもわずかではあるが良好
なＩ−Ｖ特性を得た。
【００４２】
【発明の効果】本発明により、従来仕様の電池と同一の
白金量を使った電池でも電極面内におけるＰｔの濃度勾
配及び両極へのＰｔの付与比率を調節することにより、
従来型の電池よりも高い特性を示すことができるように
なった。
白金量を使った電池でも電極面内におけるＰｔの濃度勾
配及び両極へのＰｔの付与比率を調節することにより、
従来型の電池よりも高い特性を示すことができるように
なった。
【００４３】これはガス拡散電極上での電極反応の基本
式を用い、種々の流通ガス条件下における分極特性を定
量的に評価することが可能となったためである。即ち従
来、単に電池への供給ガスの出口側におけるガス濃度が
低減することによる濃度分極の増大を抑制するため、こ
の領域の活性成分濃度を入口から出口に向けて漸次高く
なるように経験的に定めていた。
式を用い、種々の流通ガス条件下における分極特性を定
量的に評価することが可能となったためである。即ち従
来、単に電池への供給ガスの出口側におけるガス濃度が
低減することによる濃度分極の増大を抑制するため、こ
の領域の活性成分濃度を入口から出口に向けて漸次高く
なるように経験的に定めていた。
【００４４】しかし電極モデル式を使った解析により、
反応ガスの入口出口における活性成分の付与量をどのよ
うに決めたらよいのか、また電池内に付与する活性成分
（Ｐｔ）量が一定の時両極への分配比率をどのようにと
ったら分極のできるだけ小さな電池ができるかというこ
とが解明されたことによるものである。
反応ガスの入口出口における活性成分の付与量をどのよ
うに決めたらよいのか、また電池内に付与する活性成分
（Ｐｔ）量が一定の時両極への分配比率をどのようにと
ったら分極のできるだけ小さな電池ができるかというこ
とが解明されたことによるものである。
【００４５】本発明は、りん酸型燃料電池のみに限定さ
れるものではなく活性成分を塗着した多孔質ガス拡散電
極を用いる、アルカリ型，ＰＥＭ型燃料電池等にも広く
適用可能である。
れるものではなく活性成分を塗着した多孔質ガス拡散電
極を用いる、アルカリ型，ＰＥＭ型燃料電池等にも広く
適用可能である。
【図１】本発明で検証した反応ガスの利用率が高い場合
の単極電位とＰｔ付与量との特性図
の単極電位とＰｔ付与量との特性図
【図２】本発明で検証した反応ガスの利用率が低い場合
の単極電位とＰｔ付与量との特性図
の単極電位とＰｔ付与量との特性図
【図３】本発明で検証した反応ガスの利用率が高い場合
の電池電位とＰｔ付与量との特性図
の電池電位とＰｔ付与量との特性図
【図４】本発明で検証した反応ガスの利用率が低い場合
の電池電位とＰｔ付与量との特性図
の電池電位とＰｔ付与量との特性図
【図５】本発明における電極面内のガスフロ―の説明図
【図６】本発明における電極面内の反応ガス濃度分布の
説明図
説明図
【図７】本発明における電極面内の区分の説明図
【図８】本発明における分極特性図
１…カソ―ド電位特性曲線 ２…アノ―ド電位特性曲線
Claims (3)
- 【請求項１】 片面にガス流路の溝を有し反対面に触媒
層を塗着した導電性の多孔質基体から成る一対のガス拡
散電極間に電解質保持マトリックス層を介在させて単位
電池を構成する酸・水素燃料電池において、単位電池内
の電極触媒層中の活性成分の塗着量を一定とした時、カ
ソ―ド，アノ―ドへの活性成分の分配比を電極面内にお
ける両極のガス濃度比により調節した電極を用いたこと
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 供給ガス入口部の濃度を基準とした時の
ガス濃度がカソ―ド側がアノ―ド側よりも高い領域にお
いてはカソ―ド側への活性成分の分配率を高くし、逆に
低い領域においてはアノ―ド側への活性成分の分配率を
高くした電極を用いたことを特徴とする請求項１に記載
の燃料電池。 - 【請求項３】 カソ―ド側がアノ―ド側よりもガス濃度
の高い領域におけるカソ―ドへの白金分配率を 0.58 ＜
ＣPt＜ 0.85 、低い領域におけるアノ―ドへの白金分配
率を 0.45 ＜ＡPt＜ 0.67 とした電極を用いたことを特
徴とする請求項２に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5317174A JPH07169471A (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5317174A JPH07169471A (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169471A true JPH07169471A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18085283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5317174A Pending JPH07169471A (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169471A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073723A1 (fr) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible d'electrolyte polymere |
| WO2007061069A1 (ja) | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 膜触媒層接合体、膜電極接合体、燃料電池および燃料電池スタック |
| US7291417B2 (en) | 2003-01-16 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compositional and structural gradients for fuel cell electrode materials |
| JP2011058917A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Yazaki Corp | 電気化学式ｃｏセンサ |
| CN112673501A (zh) * | 2018-09-12 | 2021-04-16 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP5317174A patent/JPH07169471A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073723A1 (fr) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible d'electrolyte polymere |
| US6916575B2 (en) | 2001-03-08 | 2005-07-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte type fuel cell |
| US7291417B2 (en) | 2003-01-16 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compositional and structural gradients for fuel cell electrode materials |
| WO2007061069A1 (ja) | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 膜触媒層接合体、膜電極接合体、燃料電池および燃料電池スタック |
| US8129073B2 (en) | 2005-11-25 | 2012-03-06 | Panasonic Corporation | Catalyst-coated membrane, membrane-electrode assembly, fuel cell and fuel cell stack |
| JP2011058917A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Yazaki Corp | 電気化学式ｃｏセンサ |
| CN112673501A (zh) * | 2018-09-12 | 2021-04-16 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN112673501B (zh) * | 2018-09-12 | 2024-03-05 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
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