JPH0777130B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH0777130B2 JPH0777130B2 JP59070876A JP7087684A JPH0777130B2 JP H0777130 B2 JPH0777130 B2 JP H0777130B2 JP 59070876 A JP59070876 A JP 59070876A JP 7087684 A JP7087684 A JP 7087684A JP H0777130 B2 JPH0777130 B2 JP H0777130B2
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- cathode
- electrode
- anode
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
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- 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
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液体電解質を挾んで対向配置された一対のガ
ス拡散性電極にガス状の燃料及び酸化剤を供給する構造
の燃料電池に係り、特にリン酸を電解質として用いるも
のに好適な燃料電池に関する。
ス拡散性電極にガス状の燃料及び酸化剤を供給する構造
の燃料電池に係り、特にリン酸を電解質として用いるも
のに好適な燃料電池に関する。
液体電解質を挾んで対向する電極のアノード側からガス
状の燃料を供給し、カソード側からガス状の酸化剤を供
給する構造の燃料電池としては、たとえばリン酸を電解
質とする電池及び溶融炭酸塩を電解質とする電池があ
る。
状の燃料を供給し、カソード側からガス状の酸化剤を供
給する構造の燃料電池としては、たとえばリン酸を電解
質とする電池及び溶融炭酸塩を電解質とする電池があ
る。
これらの燃料電池は、運転時間の経過に伴つて性能が低
下することが知られている。電池性能が低下するのを抑
制するために、電極或は電解質保持マトリツクスについ
て種々の検討，改良が施されている。
下することが知られている。電池性能が低下するのを抑
制するために、電極或は電解質保持マトリツクスについ
て種々の検討，改良が施されている。
たとえば特公昭58-156号公報には、リン酸を電解質とす
るいわゆるリン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクス
を炭化けい素と結着剤とによつて構成することが記載さ
れている。炭化けい素の粒子の大きさは、25μｍ以下、
好ましくは10μｍ以下であることが記載されている。
るいわゆるリン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクス
を炭化けい素と結着剤とによつて構成することが記載さ
れている。炭化けい素の粒子の大きさは、25μｍ以下、
好ましくは10μｍ以下であることが記載されている。
特公昭47-10135号公報及び特開昭51-86734号公報には、
リン酸型燃料電池の電極の製造方法について記載されて
いる。これらの公報に記載の発明においては、カソード
とアノードの区別はされていない。
リン酸型燃料電池の電極の製造方法について記載されて
いる。これらの公報に記載の発明においては、カソード
とアノードの区別はされていない。
一方米特許第4017663号明細書においては、撥水性結着
剤であるポリテトラフルオロエチレンの量をアノードと
カソードとで変化させている。この明細書においては、
電極の焼成温度及び電極のリン酸飽和吸収量について全
く記載されていない。
剤であるポリテトラフルオロエチレンの量をアノードと
カソードとで変化させている。この明細書においては、
電極の焼成温度及び電極のリン酸飽和吸収量について全
く記載されていない。
本発明の目的は、運転時間の経過に伴う電池電圧の低下
が少ない新規な構造の燃料電池を提供するにある。
が少ない新規な構造の燃料電池を提供するにある。
本発明は、対向する一対のガス拡散性電極と前記両電極
に接触してその間に位置する多孔性の電解質保持マトリ
ツクスと前記一対の電極のアノードへ燃料ガスを供給す
るための燃料室とカソードへ酸化剤を供給するための酸
化剤室とを有する燃料電池において、前記カソードの電
解質飽和吸収量を１〜6mg/cm2とし、前記アノードの電
解質飽和吸収量をカソードのそれよりも多く構成したも
のである。
に接触してその間に位置する多孔性の電解質保持マトリ
ツクスと前記一対の電極のアノードへ燃料ガスを供給す
るための燃料室とカソードへ酸化剤を供給するための酸
化剤室とを有する燃料電池において、前記カソードの電
解質飽和吸収量を１〜6mg/cm2とし、前記アノードの電
解質飽和吸収量をカソードのそれよりも多く構成したも
のである。
本発明は、リン酸或は溶融塩を電解質とする燃料電池の
電池電圧が運転時間の経過に伴つて低下する主要な原因
が、電解質がアノード側からカソード側に移動するとい
う事実の究明に基づいている。
電池電圧が運転時間の経過に伴つて低下する主要な原因
が、電解質がアノード側からカソード側に移動するとい
う事実の究明に基づいている。
第１図は、一例としてリン酸型燃料電池の一部断面斜視
図を示している。
図を示している。
燃料電池10は、一対の対向配置されたガス拡散性電極す
なわちカソード12及びアノード13と、それらの電極の間
に挾まれた電解質保持マトリツクス11を有する。電解質
保持マトリツクス11は炭化けい素粒子の如き電子絶縁性
粒子或は繊維と結着剤よりなる多孔質構造を有し、空隙
部にリン酸が保持される。
なわちカソード12及びアノード13と、それらの電極の間
に挾まれた電解質保持マトリツクス11を有する。電解質
保持マトリツクス11は炭化けい素粒子の如き電子絶縁性
粒子或は繊維と結着剤よりなる多孔質構造を有し、空隙
部にリン酸が保持される。
カソード12は、導電性多孔質基材14と該基材の少なくと
も電解質側表面に形成された触媒担持導電性多孔質粒子
層15とよりなる。アノード13は、導電性多孔質基材16と
該基材の少なくとも電解質側表面に形成された触媒担持
導電性多孔質粒子層17とよりなる。
も電解質側表面に形成された触媒担持導電性多孔質粒子
層15とよりなる。アノード13は、導電性多孔質基材16と
該基材の少なくとも電解質側表面に形成された触媒担持
導電性多孔質粒子層17とよりなる。
カソード12の電解質側に対して反対側にはガス分離板18
を有し、このガス分離板18のカソードに接する面には酸
素を含むガスを供給するための複数個の溝を有する。こ
れらの溝と各溝の開口部を覆うカソードとによつて酸化
剤室19と称する空間が形成される。
を有し、このガス分離板18のカソードに接する面には酸
素を含むガスを供給するための複数個の溝を有する。こ
れらの溝と各溝の開口部を覆うカソードとによつて酸化
剤室19と称する空間が形成される。
同様にアノード13の電解質側に対して反対側にはガス分
離板20を有し、ガス分離板20のアノード側には水素を含
むガスを供給するための複数個の溝を有する。これらの
溝と各溝の開口部を覆うアノードとによつて燃料室21と
称する空間が形成される。
離板20を有し、ガス分離板20のアノード側には水素を含
むガスを供給するための複数個の溝を有する。これらの
溝と各溝の開口部を覆うアノードとによつて燃料室21と
称する空間が形成される。
なお、以上或は以下の説明において、酸素を含むガスに
は酸素のみも含み、水素を含むガスには水素のみも含む
ものとする。
は酸素のみも含み、水素を含むガスには水素のみも含む
ものとする。
第１図はリン酸型燃料電池のきわめて一般的な構造を示
しているが、このような構造のリン酸型燃料電池は、運
転時間の経過に伴つて電池電圧がたとえば第２図の曲線
Ｉ及び曲線IIのように変化する。
しているが、このような構造のリン酸型燃料電池は、運
転時間の経過に伴つて電池電圧がたとえば第２図の曲線
Ｉ及び曲線IIのように変化する。
曲線Ｉは曲線IIよりも触媒担持量の多いガス拡散性電極
を用いている。いずれの場合もカソード及びアノードは
全く同一の構成を有する。なお、電極の構成及び実験条
件の詳細については、後述する実験例１で説明する。
を用いている。いずれの場合もカソード及びアノードは
全く同一の構成を有する。なお、電極の構成及び実験条
件の詳細については、後述する実験例１で説明する。
曲線Ｉは、運転開始から700時間を経過する前後におい
て電池電圧が急激低下する。曲線IIは、運転開始から30
0時間を経過する前後において急激に電池電圧が低下す
る。
て電池電圧が急激低下する。曲線IIは、運転開始から30
0時間を経過する前後において急激に電池電圧が低下す
る。
曲線Ｉにおいて運転開始後700時間近傍で電池電圧が低
下する原因及び曲線IIにおいて運転開始後300時間近傍
で電池電圧が低下する原因は、マトリツクス中のリン酸
がアノード側からカソード側へ移動することに基づくこ
とを究明した。リン酸がアノード側からカソード側へ移
動し、カソードにリン酸が多量に浸み込む結果、リン酸
保持マトリツクス中のリン酸量が不足し電気抵抗が大き
くなる。カソードがリン酸に濡れすぎ、一方アノードが
リン酸に濡れにくくなり、固相である触媒粒子と液相で
あるリン酸と気相である燃料又は酸化剤との三相界面の
場が少なくなつて電気化学的反応が進行しにくくなる。
更にカソードの細孔をリン酸が埋めてしまうので酸化剤
がカソードを通過しにくくなる。
下する原因及び曲線IIにおいて運転開始後300時間近傍
で電池電圧が低下する原因は、マトリツクス中のリン酸
がアノード側からカソード側へ移動することに基づくこ
とを究明した。リン酸がアノード側からカソード側へ移
動し、カソードにリン酸が多量に浸み込む結果、リン酸
保持マトリツクス中のリン酸量が不足し電気抵抗が大き
くなる。カソードがリン酸に濡れすぎ、一方アノードが
リン酸に濡れにくくなり、固相である触媒粒子と液相で
あるリン酸と気相である燃料又は酸化剤との三相界面の
場が少なくなつて電気化学的反応が進行しにくくなる。
更にカソードの細孔をリン酸が埋めてしまうので酸化剤
がカソードを通過しにくくなる。
これらにより電池電圧が低下する。
電解質保持マトリツクス中のリン酸のカソード側からア
ノード側への移動は運転の開始直後から徐々に始まつて
いるが、その影響が明確に現れるのが、曲線Ｉでは運転
開始から700時間前後、曲線IIでは300時間前後である。
ノード側への移動は運転の開始直後から徐々に始まつて
いるが、その影響が明確に現れるのが、曲線Ｉでは運転
開始から700時間前後、曲線IIでは300時間前後である。
以上のことから、電池電圧が運転時間の経過に伴つて低
下しないようにするには、マトリツクス中のリン酸がア
ノード側からカソード側へ移動するのを阻止する必要が
ある。このための手段として、アノードとカソードのリ
ン酸飽和吸収量に差を設け、カソードのリン酸飽和吸収
量をアノードのリン酸飽和吸収量よりも少なくして、リ
ン酸をカソードに浸入しにくくすることが有効であるこ
とを見出した。
下しないようにするには、マトリツクス中のリン酸がア
ノード側からカソード側へ移動するのを阻止する必要が
ある。このための手段として、アノードとカソードのリ
ン酸飽和吸収量に差を設け、カソードのリン酸飽和吸収
量をアノードのリン酸飽和吸収量よりも少なくして、リ
ン酸をカソードに浸入しにくくすることが有効であるこ
とを見出した。
マトリツクス中の電解質がアノード側からカソード側へ
移動するのは、溶融炭酸塩を電解質とするいわゆる溶融
炭酸塩型燃料電池においても同じである。従つて、この
ような考えは溶融炭酸塩型燃料電池にも適用できる。
移動するのは、溶融炭酸塩を電解質とするいわゆる溶融
炭酸塩型燃料電池においても同じである。従つて、この
ような考えは溶融炭酸塩型燃料電池にも適用できる。
アノードの電解質飽和吸収量は、カソードの電解質飽和
吸収量の3.0倍ないし20.0倍の範囲にすることが望まし
い。3.0倍未満と以上とでは、電池性能に大きな違いが
ある。
吸収量の3.0倍ないし20.0倍の範囲にすることが望まし
い。3.0倍未満と以上とでは、電池性能に大きな違いが
ある。
リン酸型燃料電池においては、カソードのリン酸飽和吸
収量を１〜6mg/cm2にするのが望ましく、特に３〜6mg/c
m2にすることが望ましい。
収量を１〜6mg/cm2にするのが望ましく、特に３〜6mg/c
m2にすることが望ましい。
アノードのリン酸飽和吸収量は20mg/cm2以下にするのが
望ましい。
望ましい。
リン酸型燃料電池におけるアノードとカソードのリン酸
飽和吸収量の最も好ましい関係は、カソードのリン酸飽
和吸収量を３〜6mg/cm2とし、アノードのリン酸飽和吸
収量を20mg/cm2以下としカソードの6.7倍以下にするこ
とである。
飽和吸収量の最も好ましい関係は、カソードのリン酸飽
和吸収量を３〜6mg/cm2とし、アノードのリン酸飽和吸
収量を20mg/cm2以下としカソードの6.7倍以下にするこ
とである。
ガス拡散性電極を燃料電池に組み込んで運転を開始する
と、液状電解質がガス拡散性電極中に浸み込んでいく
が、ある程度浸み込むとその後は殆ど浸み込まなくな
り、遂には全く浸み込まなくなる。この状態における電
解質吸収量のことを電解質飽和吸収量と呼ぶ。
と、液状電解質がガス拡散性電極中に浸み込んでいく
が、ある程度浸み込むとその後は殆ど浸み込まなくな
り、遂には全く浸み込まなくなる。この状態における電
解質吸収量のことを電解質飽和吸収量と呼ぶ。
本発明においては、リン酸飽和吸収量を次のようにして
求めた。すなわちカーボンクロス上に電極を触媒担持導
電性多孔質粒子層を下側にし導電性多孔質基材を上側に
して置き、その上に更にガス分離板を置く。ガス分離板
に数十g/cm2の荷重をかけて下方に押し圧する。このよ
うな状態を窒素ガス雰囲気中においてカーボンクロスを
205℃に加熱してリン酸中に浸漬する。リン酸はカーボ
ンクロスを通して電極中へ浸み込む。電極へのリン酸吸
収量と浸漬時間との関係は、第３図に示す通りであり、
浸漬後100hを経過するともはやリン酸は電極中に浸み込
まない。
求めた。すなわちカーボンクロス上に電極を触媒担持導
電性多孔質粒子層を下側にし導電性多孔質基材を上側に
して置き、その上に更にガス分離板を置く。ガス分離板
に数十g/cm2の荷重をかけて下方に押し圧する。このよ
うな状態を窒素ガス雰囲気中においてカーボンクロスを
205℃に加熱してリン酸中に浸漬する。リン酸はカーボ
ンクロスを通して電極中へ浸み込む。電極へのリン酸吸
収量と浸漬時間との関係は、第３図に示す通りであり、
浸漬後100hを経過するともはやリン酸は電極中に浸み込
まない。
従つて、リン酸中浸漬時間が100hをこえたときの電極中
のリン酸吸収量をもつてリン酸飽和吸収量と定義した。
なお第３図は、アセチレンブラツクよりなるカーボン粒
子に白金を担持したものをポリテトラフルオロエチレン
の結着剤を用いてカーボンペーパに塗布し焼成した電極
についての特性である。ポリテトラフルオロエチレン量
は白丸が60重量％、黒丸が45重量％、他の１つが60重量
％である。焼成温度は、白丸が320℃他はいずれも340℃
である。
のリン酸吸収量をもつてリン酸飽和吸収量と定義した。
なお第３図は、アセチレンブラツクよりなるカーボン粒
子に白金を担持したものをポリテトラフルオロエチレン
の結着剤を用いてカーボンペーパに塗布し焼成した電極
についての特性である。ポリテトラフルオロエチレン量
は白丸が60重量％、黒丸が45重量％、他の１つが60重量
％である。焼成温度は、白丸が320℃他はいずれも340℃
である。
リン酸型燃料電池におけるガス拡散性電極のリン酸飽和
吸収量は電極の焼成温度或いは電極中に混入させる撥水
性成分の量によつて変わることがわかつた。従つて、こ
れらの条件を適当に調整することによつて所定のリン酸
飽和吸収量を設定することが可能である。アノードの撥
水性結着剤量は40〜55重量％特に45〜55重量％が望まし
い。
吸収量は電極の焼成温度或いは電極中に混入させる撥水
性成分の量によつて変わることがわかつた。従つて、こ
れらの条件を適当に調整することによつて所定のリン酸
飽和吸収量を設定することが可能である。アノードの撥
水性結着剤量は40〜55重量％特に45〜55重量％が望まし
い。
空気及び水素極に電解質であるリン酸が浸み込んだと
き、それぞれの単極性能がどのように変化するかについ
て測定した。測定において、空気及び水素極は、アセチ
レンブラツクに白金を担持した電極触媒とポリテトラフ
ルオロエチレン（PTFE）の混練物をカーボンペーパーへ
塗布し、空気中300〜370℃の範囲で焼成した。PTFEの添
加量は、電極触媒とPTFEの総量に対し、30〜60重量％の
範囲で変化させた。白金量は、0.5mg/cm2である。
き、それぞれの単極性能がどのように変化するかについ
て測定した。測定において、空気及び水素極は、アセチ
レンブラツクに白金を担持した電極触媒とポリテトラフ
ルオロエチレン（PTFE）の混練物をカーボンペーパーへ
塗布し、空気中300〜370℃の範囲で焼成した。PTFEの添
加量は、電極触媒とPTFEの総量に対し、30〜60重量％の
範囲で変化させた。白金量は、0.5mg/cm2である。
それぞれの電極について上述のごとく、100h後のリン酸
飽和吸収量を求めた後、空気及び水素単極測定装置にセ
ツトし、電流−電位特性を測定した。この曲線から220m
A/cm2の電流密度における空気及び水素極電位をプロツ
トして第10図に示した。
飽和吸収量を求めた後、空気及び水素単極測定装置にセ
ツトし、電流−電位特性を測定した。この曲線から220m
A/cm2の電流密度における空気及び水素極電位をプロツ
トして第10図に示した。
第10図において曲線Ｘは電極中のリン酸飽和吸収量、XI
は電流密度220mg/cm2における水素極電位、XIIは同じく
空気極電位の値を示している。
は電流密度220mg/cm2における水素極電位、XIIは同じく
空気極電位の値を示している。
図にみられるごとく水素極電位XIについては、リン酸飽
和吸収量が1mg/cm2〜20mg/cm2の範囲において分極は非
常に小さい。
和吸収量が1mg/cm2〜20mg/cm2の範囲において分極は非
常に小さい。
一方空気極電位XIIについては、リン酸飽和吸収量が、
３〜6mg/cm2の範囲において極大値があり、この値前後
において、電位は低くなる。
３〜6mg/cm2の範囲において極大値があり、この値前後
において、電位は低くなる。
カソード及びアノードにおいて、触媒担持導電性多孔質
粒子は、一般に導電性多孔質粒子表面に含浸法或いは沈
着法などによつて触媒成分を担持させることによつて調
整される。触媒を担持した導電性多孔質粒子は結着剤と
混合され、カーボンペーパの如き導電性多孔質基材表面
に塗布法等によつて固着され、その後焼成される。
粒子は、一般に導電性多孔質粒子表面に含浸法或いは沈
着法などによつて触媒成分を担持させることによつて調
整される。触媒を担持した導電性多孔質粒子は結着剤と
混合され、カーボンペーパの如き導電性多孔質基材表面
に塗布法等によつて固着され、その後焼成される。
結着剤には、一般に撥水性を有するものが使用される。
この結着剤は、たとえばポリテトラフルオロエチレンで
ある。
この結着剤は、たとえばポリテトラフルオロエチレンで
ある。
電極の撥水性を更に高めたい場合には、結着性を有しな
い撥水性粒子を添加することでできる。この撥水性粒子
はたとえばフツ化黒鉛である。
い撥水性粒子を添加することでできる。この撥水性粒子
はたとえばフツ化黒鉛である。
撥水性結着剤或いは撥水性非結着性材料の種類或いは量
を変えることによつてカソード或いはアノードのリン酸
飽和吸収量を調整することができる。
を変えることによつてカソード或いはアノードのリン酸
飽和吸収量を調整することができる。
触媒担持導電性多孔質粒子において、導電性多孔質粒子
はアセチレンブラツク，フアーネスブラツク，黒鉛粒子
などのカーボン粒子からなることが望ましい。触媒成分
は、白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウム，イリジ
ウムなどのように周期律表第VIII族の貴金属粒子から選
ばれることが望ましい。特に白金が望ましい。
はアセチレンブラツク，フアーネスブラツク，黒鉛粒子
などのカーボン粒子からなることが望ましい。触媒成分
は、白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウム，イリジ
ウムなどのように周期律表第VIII族の貴金属粒子から選
ばれることが望ましい。特に白金が望ましい。
アノード及びカソードのリン酸飽和吸収量は、焼成温度
によつても変化する。焼成温度を高くすることによつて
リン酸飽和吸収量を減少させることができる。
によつても変化する。焼成温度を高くすることによつて
リン酸飽和吸収量を減少させることができる。
撥水性結着剤或は撥水性非結着性材料の種類或は量によ
らずに焼成温度によつてリン酸飽和吸収量を調整する場
合、カソードの焼成温度は340℃以上特に望ましくは結
着剤の半融温度以上で且つ結着剤の熱分解温度以下とす
ることが望ましく、アノードの焼成温度は300〜340℃の
範囲とすることが望ましい。
らずに焼成温度によつてリン酸飽和吸収量を調整する場
合、カソードの焼成温度は340℃以上特に望ましくは結
着剤の半融温度以上で且つ結着剤の熱分解温度以下とす
ることが望ましく、アノードの焼成温度は300〜340℃の
範囲とすることが望ましい。
なおポリテトラフルオロエチレンの熱分解は約400℃以
上の温度でおこる。
上の温度でおこる。
本発明は、電解質保持マトリツクス，酸化剤室，燃料室
或はガス分離板の構成についてまで規定するものではな
く、これらについては種々の変更が可能である。
或はガス分離板の構成についてまで規定するものではな
く、これらについては種々の変更が可能である。
しかしながら、リン酸型燃料電池におけるリン酸保持マ
トリツクスの構成については、特に炭化けい素と金属リ
ン酸塩とによつて構成することを提案する。炭化けい素
をポリテトラフルオロエチレンの如きフルオロカーボン
ポリマによつて固着してリン酸保持マトリツクスを構成
する場合、炭化けい素の粒径を超微粒にすることによつ
てリン酸をアノード側からカソード側へ移動しにくくす
ることが可能である。
トリツクスの構成については、特に炭化けい素と金属リ
ン酸塩とによつて構成することを提案する。炭化けい素
をポリテトラフルオロエチレンの如きフルオロカーボン
ポリマによつて固着してリン酸保持マトリツクスを構成
する場合、炭化けい素の粒径を超微粒にすることによつ
てリン酸をアノード側からカソード側へ移動しにくくす
ることが可能である。
しかし、そのためには炭化けい素粒子の粒径を0.5〜３
μｍという超微粒にする必要があり、このような超微粒
は極めて低い歩留りでしか得られない。従つて、実用的
でない。
μｍという超微粒にする必要があり、このような超微粒
は極めて低い歩留りでしか得られない。従つて、実用的
でない。
リン酸保持マトリツクスを炭化けい素と金属リン酸塩と
から構成すれば、炭化けい素の粒径を極端に小さくしな
くても具体的には0.5〜100μｍの範囲内で選ぶことによ
つてリン酸の移動を著しく抑制することができる。従つ
て、アノード或はカソードの電解質飽和吸収量の調整と
相俟つて、運転時間の経過に伴う電池電圧の低下をより
一層少なくすることができる。
から構成すれば、炭化けい素の粒径を極端に小さくしな
くても具体的には0.5〜100μｍの範囲内で選ぶことによ
つてリン酸の移動を著しく抑制することができる。従つ
て、アノード或はカソードの電解質飽和吸収量の調整と
相俟つて、運転時間の経過に伴う電池電圧の低下をより
一層少なくすることができる。
前述の金属リン酸塩は、結着剤及びリン酸保持材として
働く。金属リン酸塩としては各種のリン酸塩例えばジル
コニウム，チタン，錫，アルミニウムなどから選ばれた
りリン酸塩を用いることができる。これらの中ではリン
酸ジルコニウムが最も望ましい。
働く。金属リン酸塩としては各種のリン酸塩例えばジル
コニウム，チタン，錫，アルミニウムなどから選ばれた
りリン酸塩を用いることができる。これらの中ではリン
酸ジルコニウムが最も望ましい。
炭化けい素と金属リン酸の量の割合は、重量比で炭化け
い素20〜80％対金属リン酸塩80〜20％とすることが望ま
しい。
い素20〜80％対金属リン酸塩80〜20％とすることが望ま
しい。
以下、本発明の実施例及び実験例について説明する。但
し、本発明はこれらの実施例及び実験例に限定されるも
のではない。
し、本発明はこれらの実施例及び実験例に限定されるも
のではない。
実験例１ アノード及びカソードを同一の構成としたリン酸型燃料
電池について、電池電圧と運転時間との関係を求めた。
電池について、電池電圧と運転時間との関係を求めた。
この例は、先の第２図に示した実験例に関するものであ
る。
る。
曲線Ｉ及びIIに該当する電極すなわちカソード及びアノ
ードはいずれも、白金を担持したアセチレンブラツクに
ポリテトラフルオロエチレンよりなる結着剤を50重量％
添加し、これをカーボンペーパよりなる導電性多孔質基
材表面に刷毛によつて塗布したのち焼成することによつ
て調製した。焼成は、すべて空気中で320℃の温度に0.5
時間保持することによつて行つた。白金担持量は、曲線
Ｉが0.5mg/cm2、曲線IIが0.25mg/cm2である。
ードはいずれも、白金を担持したアセチレンブラツクに
ポリテトラフルオロエチレンよりなる結着剤を50重量％
添加し、これをカーボンペーパよりなる導電性多孔質基
材表面に刷毛によつて塗布したのち焼成することによつ
て調製した。焼成は、すべて空気中で320℃の温度に0.5
時間保持することによつて行つた。白金担持量は、曲線
Ｉが0.5mg/cm2、曲線IIが0.25mg/cm2である。
これらの電極を用い、炭化けい素粒子とポリテトラフル
オロエチレンよりなるリン酸保持マトリツクスにリン酸
を50重量％保持したものと組み合せて単電池を構成し
た。アノード及びカソードの有効面積すなわち電解質と
の接触面積は100cm2である。
オロエチレンよりなるリン酸保持マトリツクスにリン酸
を50重量％保持したものと組み合せて単電池を構成し
た。アノード及びカソードの有効面積すなわち電解質と
の接触面積は100cm2である。
以上の構成の２種類の単電池を夫々205℃の恒温槽に設
置し、燃料として100％水素、酸化剤として空気を供給
して、電流密度220mA/cm2で連続運転を行つた。電池電
圧と運転時間との関係は第２図に示すとおりであり、曲
線Ｉは700時間近傍で電池電圧が急激に低下し、曲線II
は300時間近傍で電池電圧が急激に低下する傾向がみら
れた。
置し、燃料として100％水素、酸化剤として空気を供給
して、電流密度220mA/cm2で連続運転を行つた。電池電
圧と運転時間との関係は第２図に示すとおりであり、曲
線Ｉは700時間近傍で電池電圧が急激に低下し、曲線II
は300時間近傍で電池電圧が急激に低下する傾向がみら
れた。
そこで曲線Ｉについて更に詳細な検討を行つた。
曲線Ｉの場合、運転終了後におけるアノード及びカソー
ド中のリン酸量は、それぞれアノードが3mg/cm2、カソ
ードが7mg/cm2であつた。マトリツクス中のリン酸量は
初期の50重量％から約30重量％に減少していた。アノー
ドとカソードを分離する際、マトリツクス中のアノード
側において電解質が異常に少ないことが確認された。白
金粒子のシンタリングすなわち凝集に関しては、解体し
たアノード及びカソードについてＸ線回折を行つたとこ
ろ初期、60Åであつた白金粒子が700時間連続試験後100
Å程度になつていた。
ド中のリン酸量は、それぞれアノードが3mg/cm2、カソ
ードが7mg/cm2であつた。マトリツクス中のリン酸量は
初期の50重量％から約30重量％に減少していた。アノー
ドとカソードを分離する際、マトリツクス中のアノード
側において電解質が異常に少ないことが確認された。白
金粒子のシンタリングすなわち凝集に関しては、解体し
たアノード及びカソードについてＸ線回折を行つたとこ
ろ初期、60Åであつた白金粒子が700時間連続試験後100
Å程度になつていた。
また700時間連続試験後のアノード及びカソードを水洗
・乾燥・焼成して単極電位を測定した電位差は、初期の
電位差に比べて約20mV低い値にとどまつていた。
・乾燥・焼成して単極電位を測定した電位差は、初期の
電位差に比べて約20mV低い値にとどまつていた。
以上のことから、長時間運転後電池性能が急激に低下す
るのは、マトリツクス中のリン酸がアノード側からカソ
ード側へ移動しアノードとマトリツクスの接触抵抗が増
大するため或いはカソードが電解質により濡れ過ぎるた
めと考えられる。
るのは、マトリツクス中のリン酸がアノード側からカソ
ード側へ移動しアノードとマトリツクスの接触抵抗が増
大するため或いはカソードが電解質により濡れ過ぎるた
めと考えられる。
そこで、この事実を裏付ける実験として、マトリツクス
内のリン酸量を変化させたときの抵抗変化について測定
した。その結果を第４図に示す。第４図の曲線IIIは、
所定量のリン酸（H3PO4）を保持したマトリツクスを白
金黒を電着した白金板間に挾んで白金板の両側から6kg/
cm2の荷重で締付け、205℃に昇温した後の端子間の抵抗
値である。リン酸は白金板に浸み込まないので、曲線II
Iはリン酸量が30重量％においても電気抵抗が0.32Ω・c
m2であり、リン酸量が50〜60重量％と多いマトリツクス
に比べて200mA/cm2の電流密度における電圧降下は40mV
程度に過ぎない。第４図の曲線IVは、同様の測定法にお
いて白金黒付白金板の代りに曲線Ｉにおけるものと同じ
アノード及びカソードを用いて測定した値である。電極
の内部抵抗はポリテトラフルオロエチレン量が多くなる
と増大する。曲線IIIとIVで値が違うのは下記の理由に
よる。すなわち曲線IVの場合には、6kg/cm2の圧力で締
付けを行うことによりマトリツクス中のリン酸がアノー
ド及びカソードへ機械的に浸透する。この結果、マトリ
ツクス中のリン酸量は初期の値と異なり測定時のリン酸
量が少なくなる。これに対して曲線IIIでは、リン酸量
の変動がない。マトリツクス中のリン酸量が減少する様
な条件においては電池の抵抗が異常に大きくなり、電池
性能が低下する。
内のリン酸量を変化させたときの抵抗変化について測定
した。その結果を第４図に示す。第４図の曲線IIIは、
所定量のリン酸（H3PO4）を保持したマトリツクスを白
金黒を電着した白金板間に挾んで白金板の両側から6kg/
cm2の荷重で締付け、205℃に昇温した後の端子間の抵抗
値である。リン酸は白金板に浸み込まないので、曲線II
Iはリン酸量が30重量％においても電気抵抗が0.32Ω・c
m2であり、リン酸量が50〜60重量％と多いマトリツクス
に比べて200mA/cm2の電流密度における電圧降下は40mV
程度に過ぎない。第４図の曲線IVは、同様の測定法にお
いて白金黒付白金板の代りに曲線Ｉにおけるものと同じ
アノード及びカソードを用いて測定した値である。電極
の内部抵抗はポリテトラフルオロエチレン量が多くなる
と増大する。曲線IIIとIVで値が違うのは下記の理由に
よる。すなわち曲線IVの場合には、6kg/cm2の圧力で締
付けを行うことによりマトリツクス中のリン酸がアノー
ド及びカソードへ機械的に浸透する。この結果、マトリ
ツクス中のリン酸量は初期の値と異なり測定時のリン酸
量が少なくなる。これに対して曲線IIIでは、リン酸量
の変動がない。マトリツクス中のリン酸量が減少する様
な条件においては電池の抵抗が異常に大きくなり、電池
性能が低下する。
実験例２ 電極に電位を印加したときに電位の値によつて電極のリ
ン酸吸収量がどのように変わるかについて検討した。
ン酸吸収量がどのように変わるかについて検討した。
この実験においては、曲線Ｉにおけるものと同じカソー
ドを用い、これを190℃の単極測定装置に設置して所定
の電位を印加した。ここでの電位は可逆水素電極（RH
E）に対する値である。この状態で２時間放置し、取り
出した電極についてリン酸吸収量を測定した。その結果
を第５図に示す。第５図の曲線Ｖは所定の電位で電流を
流さない場合、曲線VIは電流を流した場合の結果であ
る。曲線VIIは、前述と同じカソードであるが、電極の
焼成温度を370℃と高くしたものについて、電流を流さ
ないときのリン酸吸収量を示した。
ドを用い、これを190℃の単極測定装置に設置して所定
の電位を印加した。ここでの電位は可逆水素電極（RH
E）に対する値である。この状態で２時間放置し、取り
出した電極についてリン酸吸収量を測定した。その結果
を第５図に示す。第５図の曲線Ｖは所定の電位で電流を
流さない場合、曲線VIは電流を流した場合の結果であ
る。曲線VIIは、前述と同じカソードであるが、電極の
焼成温度を370℃と高くしたものについて、電流を流さ
ないときのリン酸吸収量を示した。
第５図の曲線Ｖにみられるごとく、電流を流さない場合
には、0.7V付近から電極のリン酸吸収量は急激に増大す
る。電流を流した場合には、0.3V付近からリン酸吸収量
が急激に増大する。しかしながら、電極の焼成温度を高
くして撥水性を強化した電極については、電極へのリン
酸移動量は少なく、0.8Vにおいても急激な増加はみられ
ない。
には、0.7V付近から電極のリン酸吸収量は急激に増大す
る。電流を流した場合には、0.3V付近からリン酸吸収量
が急激に増大する。しかしながら、電極の焼成温度を高
くして撥水性を強化した電極については、電極へのリン
酸移動量は少なく、0.8Vにおいても急激な増加はみられ
ない。
この実験事実をもとに、実際の電池内でのマトリツクス
中のリン酸の移動過程を考えてみる。
中のリン酸の移動過程を考えてみる。
単電池を構成するためにあたつては、アノード及びカソ
ード間に電解質保持マトリツクスを配置し、電池枠で締
付けを行う。その際アノード及びカソードには機械的浸
透によりマトリツクス中のリン酸が移動する。この状態
で単電池を電池運転温度である205℃に昇温し、燃料及
び空気を送入して発電を行う。このとき電池内での電位
勾配は、カソードで高くアノードでは低くなる。従つて
機械的に浸透したアノード中のリン酸及びマトリツクス
中のリン酸はカソード側へ移動する。
ード間に電解質保持マトリツクスを配置し、電池枠で締
付けを行う。その際アノード及びカソードには機械的浸
透によりマトリツクス中のリン酸が移動する。この状態
で単電池を電池運転温度である205℃に昇温し、燃料及
び空気を送入して発電を行う。このとき電池内での電位
勾配は、カソードで高くアノードでは低くなる。従つて
機械的に浸透したアノード中のリン酸及びマトリツクス
中のリン酸はカソード側へ移動する。
マトリツクス中のリン酸は、この様な移動過程を経るこ
とから前述した長時間運転後の電池において、カソード
側でリン酸による電極の濡れ過ぎとアノード側で電解質
不足が生じ、アノードとマトリツクスの接触抵抗の増大
等により電池性能が低下したと予想できる。以上のこと
からカソードは電気化学的濡れ及び機械的浸透によつて
リン酸を吸収しにくい構成とし、逆にアノードは機械的
浸透量の多い構成とすることにより電池の長寿命化を図
ることが可能となる。
とから前述した長時間運転後の電池において、カソード
側でリン酸による電極の濡れ過ぎとアノード側で電解質
不足が生じ、アノードとマトリツクスの接触抵抗の増大
等により電池性能が低下したと予想できる。以上のこと
からカソードは電気化学的濡れ及び機械的浸透によつて
リン酸を吸収しにくい構成とし、逆にアノードは機械的
浸透量の多い構成とすることにより電池の長寿命化を図
ることが可能となる。
実施例１ 本実施例では、電極中のポリテトラフルオロエチレンの
添加量，電極焼成温度及び焼成時間を変化させて電極の
撥水性を制御した。
添加量，電極焼成温度及び焼成時間を変化させて電極の
撥水性を制御した。
第６図には、触媒担持導電性多孔質粒子層に添加するポ
リテトラフルオロエチレン量を変化させたときの電極の
リン酸飽和吸収量を測定して示した。電極の調製は下記
の手順に従つた。すなわち、アセチレンブラツクに白金
を担持した粒子に対しポリテトラフルオロエチレンを40
〜60重量％添加して混練したものをカーボンペーパへ塗
布し、風乾した後空気中において325℃で30分間加熱す
ることによつて焼成した。これらの電極について、既に
述べたリン酸飽和吸収量の測定法にしたがつてリン酸を
浸み込ませ、100時間放置後の電極中へのリン酸浸み込
み量を測定した結果が第６図に示した値である。第６図
から明らかなように触媒層中のポリテトラフルオロエチ
レン量が多くなるにつれてリン酸飽和吸収量は少なくな
る。
リテトラフルオロエチレン量を変化させたときの電極の
リン酸飽和吸収量を測定して示した。電極の調製は下記
の手順に従つた。すなわち、アセチレンブラツクに白金
を担持した粒子に対しポリテトラフルオロエチレンを40
〜60重量％添加して混練したものをカーボンペーパへ塗
布し、風乾した後空気中において325℃で30分間加熱す
ることによつて焼成した。これらの電極について、既に
述べたリン酸飽和吸収量の測定法にしたがつてリン酸を
浸み込ませ、100時間放置後の電極中へのリン酸浸み込
み量を測定した結果が第６図に示した値である。第６図
から明らかなように触媒層中のポリテトラフルオロエチ
レン量が多くなるにつれてリン酸飽和吸収量は少なくな
る。
次に触媒層のポリテトラフルオロエチレン量を40重量％
とした電極について焼成温度を320℃〜420℃の範囲内で
変化させて前述と同様、リン酸の吸収試験を行つた。な
お電極の焼成時間は、いずれも30分であり、370℃まで
は空気中、400℃及び420℃は窒素中で行つた。
とした電極について焼成温度を320℃〜420℃の範囲内で
変化させて前述と同様、リン酸の吸収試験を行つた。な
お電極の焼成時間は、いずれも30分であり、370℃まで
は空気中、400℃及び420℃は窒素中で行つた。
これらの電極の100時間試験後におけるリン酸飽和吸収
量は、第７図に示す通りであり、焼成温度が高くなるに
つれて少なくなる傾向にある。特にポリテトラフルオロ
エチレンの半融温度である345℃付近以上になるとリン
酸吸収量は極端に少なくなり、電極の撥水性が著しく強
化される。
量は、第７図に示す通りであり、焼成温度が高くなるに
つれて少なくなる傾向にある。特にポリテトラフルオロ
エチレンの半融温度である345℃付近以上になるとリン
酸吸収量は極端に少なくなり、電極の撥水性が著しく強
化される。
次に電極の焼成時間について記述する。その結果を第８
図に示す。第８図で用いた電極は、アセチレンブラツク
に白金を担持した粒子に対してポリテトラフルオロエチ
レンを50重量％添加し、焼成温度を350℃と一定にして
焼成時間を変化させたものである。白金量は、0.5mg/cm
2である。第８図の結果は、それぞれの電極を190℃の単
極測定装置にセツトし、電流密度220mA/cm2における空
気極電位を測定した後、電極に浸透したリン酸吸収量を
測定したものである。曲線VIIIは空気極電位を示し、曲
線IXはリン酸量を示している。第８図から明らかなよう
に、焼成時間が短いほど初期の空気極電位は高くリン酸
吸収量も多い。一方焼成時間が長い場合には、初期の電
位は極端に低く、リン酸吸収量も少ない。焼成時間が長
い電極については、電解質に十分なじむ条件を選定して
やれば0.7VUSRHEに近い値が期待できる。
図に示す。第８図で用いた電極は、アセチレンブラツク
に白金を担持した粒子に対してポリテトラフルオロエチ
レンを50重量％添加し、焼成温度を350℃と一定にして
焼成時間を変化させたものである。白金量は、0.5mg/cm
2である。第８図の結果は、それぞれの電極を190℃の単
極測定装置にセツトし、電流密度220mA/cm2における空
気極電位を測定した後、電極に浸透したリン酸吸収量を
測定したものである。曲線VIIIは空気極電位を示し、曲
線IXはリン酸量を示している。第８図から明らかなよう
に、焼成時間が短いほど初期の空気極電位は高くリン酸
吸収量も多い。一方焼成時間が長い場合には、初期の電
位は極端に低く、リン酸吸収量も少ない。焼成時間が長
い電極については、電解質に十分なじむ条件を選定して
やれば0.7VUSRHEに近い値が期待できる。
以上の結果より、電極の撥水性は触媒担持導電性多孔質
粒子に添加するポリテトラフルオロエチレンの量、焼成
温度或いは焼成時間を変化させることにより制御でき
る。そこでアノードとカソードのリン酸飽和吸収量を変
えて電池の性能試験を行つた。
粒子に添加するポリテトラフルオロエチレンの量、焼成
温度或いは焼成時間を変化させることにより制御でき
る。そこでアノードとカソードのリン酸飽和吸収量を変
えて電池の性能試験を行つた。
本実施例で用いたアノードは、アセチレンブラツクへ白
金を担持しポリテトラフルオロエチレンを40重量％添加
してカーボンペーパ表面に塗布し空気中320℃で30分間
加熱することによつて焼成した。白金量は、0.25mg/cm2
である。
金を担持しポリテトラフルオロエチレンを40重量％添加
してカーボンペーパ表面に塗布し空気中320℃で30分間
加熱することによつて焼成した。白金量は、0.25mg/cm2
である。
カソードは、アセチレンブラツクへ白金を担持しポリテ
トラフルオロエチレンを50重量％添加してカーボンペー
パに塗布し空気中370℃で30分間焼成した。白金量は、
0.5mg/cm2である。
トラフルオロエチレンを50重量％添加してカーボンペー
パに塗布し空気中370℃で30分間焼成した。白金量は、
0.5mg/cm2である。
このようにして調製した電極を用い、リン酸量が50重量
％のリン酸保持マトリツクスと組合せて単電池を構成し
た。リン酸保持マトリツクスは炭化ケイ素と結着剤とよ
りなる。電極の有効面積は100cm2である。この単電池を
205℃の恒温槽へ設置し、燃料として100％水素ガス、酸
化剤として空気を供給し、電流密度220mA/cm2で連続運
転を行つた。その結果を第９図に示した。
％のリン酸保持マトリツクスと組合せて単電池を構成し
た。リン酸保持マトリツクスは炭化ケイ素と結着剤とよ
りなる。電極の有効面積は100cm2である。この単電池を
205℃の恒温槽へ設置し、燃料として100％水素ガス、酸
化剤として空気を供給し、電流密度220mA/cm2で連続運
転を行つた。その結果を第９図に示した。
第９図から明らかなように、アノード及びカソードを最
適化した電極においては、1000時間の運転後においても
電池電圧の低下は約10mVであり、性能を大幅に改善する
ことができた。
適化した電極においては、1000時間の運転後においても
電池電圧の低下は約10mVであり、性能を大幅に改善する
ことができた。
実施例２ 本実施例では、触媒を担持する導電性多孔質粒子の種類
を変えたものについて寿命試験を行つた。
を変えたものについて寿命試験を行つた。
本実施例で用いたアノードは、フアーネスブラツク（米
国，キヤボツト社）へ白金を担持し、ポリテトラフルオ
ロエチレンを50重量％添加してカーボンペーパに塗布
し、空気中370℃で30分間焼成した。白金量は0.25mg/cm
2である。カソードには実施例１と同じものを用いた。
国，キヤボツト社）へ白金を担持し、ポリテトラフルオ
ロエチレンを50重量％添加してカーボンペーパに塗布
し、空気中370℃で30分間焼成した。白金量は0.25mg/cm
2である。カソードには実施例１と同じものを用いた。
前述の電極を用いて、リン酸を50重量％保持したマトリ
ツクスと組合せて単電池を構成した。電極の有効面積は
100cm2である。この単電池を205℃の恒温槽に設置し
て、アノードに100％水素ガスを供給し、カソードへ空
気を供給して電流密度220mA/cm2で連続運転を行つた。
その結果、1000時間の連続運転における電池電圧の低下
は、約15mVであつた。
ツクスと組合せて単電池を構成した。電極の有効面積は
100cm2である。この単電池を205℃の恒温槽に設置し
て、アノードに100％水素ガスを供給し、カソードへ空
気を供給して電流密度220mA/cm2で連続運転を行つた。
その結果、1000時間の連続運転における電池電圧の低下
は、約15mVであつた。
実施例３ 本実施例では、アノードとして金属塩を含浸し、その後
電極上へ金属を析出させてリン酸に濡れ易くしたものを
用いた。
電極上へ金属を析出させてリン酸に濡れ易くしたものを
用いた。
カソードは実施例１で用いたものと同じである。アノー
ドは、実施例１で用いたカソードへ塩化イリジウム酸の
エタノール溶液を1mgIr/cm2になるように含浸し、風乾
した後水素ガス還元を行つたものである。前述の電極を
用いて、リン酸量が50重量％のマトリツクスと組合せて
単電池を構成した。電極の有効面積は、100cm2である。
この単電池を205℃の恒温槽へ設置して、100％水素より
なる燃料ガス及び空気よりなる酸化剤を供給し、電流密
度220mA/cm2で連続運転を行つた。その結果、1000時間
の運転時間における電池電圧の低下は、約10mVであつ
た。
ドは、実施例１で用いたカソードへ塩化イリジウム酸の
エタノール溶液を1mgIr/cm2になるように含浸し、風乾
した後水素ガス還元を行つたものである。前述の電極を
用いて、リン酸量が50重量％のマトリツクスと組合せて
単電池を構成した。電極の有効面積は、100cm2である。
この単電池を205℃の恒温槽へ設置して、100％水素より
なる燃料ガス及び空気よりなる酸化剤を供給し、電流密
度220mA/cm2で連続運転を行つた。その結果、1000時間
の運転時間における電池電圧の低下は、約10mVであつ
た。
実施例４ 電解質保持マトリツクスを炭化ケイ素粒子とリン酸ジル
コニウムとにより構成し、他は実施例１と同じ構成にし
て寿命試験を行つた。炭化ケイ素は、粒径100μｍ以下
のものを適当に混ぜて用いた。リン酸ジルコニウムの量
は、50重量％とした。
コニウムとにより構成し、他は実施例１と同じ構成にし
て寿命試験を行つた。炭化ケイ素は、粒径100μｍ以下
のものを適当に混ぜて用いた。リン酸ジルコニウムの量
は、50重量％とした。
運転開始後400時間経過後の電池電圧は、電流密度220mA
/cm2において0.63Vであり、電池性能の低下はみられな
かつた。
/cm2において0.63Vであり、電池性能の低下はみられな
かつた。
以上説明したように、アノードとカソードの電解質飽和
吸収量を変え、カソードの電解質飽和吸収量を少なくす
ることにより、電解質保持マトリツクス中の電解質の移
動を阻止し、電池性能が低下するのを著しく抑制するこ
とができる。
吸収量を変え、カソードの電解質飽和吸収量を少なくす
ることにより、電解質保持マトリツクス中の電解質の移
動を阻止し、電池性能が低下するのを著しく抑制するこ
とができる。
第１図はリン酸型燃料電池の構成を示す一部断面斜視
図、第２図は電池電圧と運転時間との関係を示す特性
図、第３図はリン酸吸収試験における電極のリン酸吸収
量と浸漬時間との関係を示す特性図、第４図はマトリツ
クス中のリン酸量と電池の内部抵抗との関係を示す特性
図、第５図はカソードのリン酸吸収量と電極電位の関係
を示す特性図、第６図は触媒担持導電性多孔質粒子中の
ポリテトラフルオロエチレン量と電極のリン酸飽和吸収
量との関係を示す特性図、第７図は電極の焼成時間とリ
ン酸飽和吸収量との関係を示す特性図、第８図は空気極
電位及び電極のリン酸吸収量と焼成時間との関係を示す
特性図、及び第９図は本発明の実施例に係る電池につい
て電池電圧と運転時間との関係を示した特性図である。
第10図は、電極中のリン酸飽和吸収量と空気極及び水素
極の関係を示す特性図である。 10……燃料電池、11……電解質保持マトリツクス、12…
…カソード、13……アノード、14,16……導電性多孔質
基材、15,17……触媒担持導電性多孔質粒子層、18,20…
…ガス分離板、19……酸化剤室、21……燃料室。
図、第２図は電池電圧と運転時間との関係を示す特性
図、第３図はリン酸吸収試験における電極のリン酸吸収
量と浸漬時間との関係を示す特性図、第４図はマトリツ
クス中のリン酸量と電池の内部抵抗との関係を示す特性
図、第５図はカソードのリン酸吸収量と電極電位の関係
を示す特性図、第６図は触媒担持導電性多孔質粒子中の
ポリテトラフルオロエチレン量と電極のリン酸飽和吸収
量との関係を示す特性図、第７図は電極の焼成時間とリ
ン酸飽和吸収量との関係を示す特性図、第８図は空気極
電位及び電極のリン酸吸収量と焼成時間との関係を示す
特性図、及び第９図は本発明の実施例に係る電池につい
て電池電圧と運転時間との関係を示した特性図である。
第10図は、電極中のリン酸飽和吸収量と空気極及び水素
極の関係を示す特性図である。 10……燃料電池、11……電解質保持マトリツクス、12…
…カソード、13……アノード、14,16……導電性多孔質
基材、15,17……触媒担持導電性多孔質粒子層、18,20…
…ガス分離板、19……酸化剤室、21……燃料室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀場 達雄 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北見 訓子 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 森 利克 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 加原 俊樹 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 今橋 甚一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 本地 章夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 竹内 将人 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田村 弘毅 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−145069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−150271（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−163173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166654（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】対向する一対のガス拡散電極と、前記両電
極に接触してその間に位置する多孔性のリン酸電解質保
持マトリックスと、前記一対の電極のアノードへ燃料ガ
スを供給するための燃料室とカソードへ酸化剤を供給す
るための酸化剤とを有する燃料電池において、前記カソ
ードの電極単位面積当りの電解質飽和吸収量の値が１〜
6mg/cm2であり、前記アノードのリン酸電解質飽和吸収
量が20mg/cm2以下であり、かつ、前記カソードの電解質
飽和吸収量の値の３〜20倍であることを特徴とする燃料
電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59070876A JPH0777130B2 (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | 燃料電池 |
| US06/722,157 US4643957A (en) | 1984-04-11 | 1985-04-11 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59070876A JPH0777130B2 (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216457A JPS60216457A (ja) | 1985-10-29 |
| JPH0777130B2 true JPH0777130B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=13444187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59070876A Expired - Lifetime JPH0777130B2 (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | 燃料電池 |
Country Status (2)
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| US (1) | US4643957A (ja) |
| JP (1) | JPH0777130B2 (ja) |
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-
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-
1985
- 1985-04-11 US US06/722,157 patent/US4643957A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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