JPH08148172A - Phosphoric acid fuel cell - Google Patents

Phosphoric acid fuel cell

Info

Publication number
JPH08148172A
JPH08148172A JP6283759A JP28375994A JPH08148172A JP H08148172 A JPH08148172 A JP H08148172A JP 6283759 A JP6283759 A JP 6283759A JP 28375994 A JP28375994 A JP 28375994A JP H08148172 A JPH08148172 A JP H08148172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cathode electrode
phosphoric acid
cathode
reducing liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6283759A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kashiro
貴志 鍛代
Tsutomu Aoki
努 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6283759A priority Critical patent/JPH08148172A/en
Publication of JPH08148172A publication Critical patent/JPH08148172A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PURPOSE: To reduce a drop in power generation characteristic due to the excessive wetting of a cathode electrode solvent layer by providing a reducing liquid feed means for feeding and keeping a reducing liquid to and with a cathode. CONSTITUTION: When a cell output drop is observed, due to the excessive wetting of a cathode solvent layer during the operation of a phosphoric acid fuel cell, the operation is temporarily stopped at an elevated temperature. In this case, the circulation of nitrogen gases to a cathode 3b is started to purge residual oxygen therefrom. After a sufficient amount of nitrogen gases is supplied to the cathode 3b, formalin mists generated with a mist generator 23 are fed thereto, using the nitrogen gases as carrier gases, thereby reducing the cathode 3b. Also, after reducing the cathode 3b, the operation of the fuel cell is resumed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は多孔質電極基体にリン酸
を保持させたリン酸型燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell in which phosphoric acid is held on a porous electrode substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料の有している化学エネルギ
ーを直接電気エネルギーに変換する装置として燃料電池
が知られている。この燃料電池は通常、電解質層を挟ん
で一対の多孔質電極を配置するとともに、一方の電極の
背面に水素などの燃料ガスを接触させ、また他方の電極
の背面に酸素などの酸化剤ガスを接触させ、このときに
発生する電気化学的反応を利用して、上記電極間から電
気エネルギーを取り出すようにしたものである。このよ
うに構成された燃料電池においては、上記燃料ガスと酸
化剤ガスが供給されている限り、高い変換効率で電気エ
ネルギーを取り出すことができる。
2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell is known as an apparatus for directly converting chemical energy of fuel into electric energy. In this fuel cell, usually, a pair of porous electrodes are arranged with an electrolyte layer sandwiched between them, a fuel gas such as hydrogen is brought into contact with the back surface of one electrode, and an oxidant gas such as oxygen is contacted with the back surface of the other electrode. The electrodes are brought into contact with each other, and the electrochemical reaction generated at this time is used to extract electric energy from between the electrodes. In the fuel cell configured as described above, as long as the fuel gas and the oxidant gas are supplied, electric energy can be extracted with high conversion efficiency.

【0003】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。図8は上記原理
に基づいて特にリン酸を電解質としたリブ付電極型の燃
料電池における単位セルの構成例を示す。図7におい
て、電解質層1は電解質としてのリン酸をマトリックス
に含浸したものであり、この電解質層1を挟んで多孔質
炭素材からなるアノード電極3aおよびカソード電極3
bがそれぞれ配置されている。このアノード電極3aお
よびカソード電極3bの電解質層1と接する側には触媒
層2aおよび2bがそれぞれ塗布されている。また、各
電極3a,3bの背面側にはリブ4aおよび4bがそれ
ぞれ複数形成され、これらリブ4a間および4b間には
それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを流通させる流通溝
5aおよび5bが形成されている。
A fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte will be described below as a typical fuel cell. FIG. 8 shows a structural example of a unit cell in a ribbed electrode type fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte based on the above principle. In FIG. 7, an electrolyte layer 1 is obtained by impregnating a matrix with phosphoric acid as an electrolyte, and an anode electrode 3a and a cathode electrode 3 made of a porous carbon material sandwiching the electrolyte layer 1 therebetween.
b are arranged respectively. Catalyst layers 2a and 2b are coated on the sides of the anode electrode 3a and the cathode electrode 3b which are in contact with the electrolyte layer 1, respectively. A plurality of ribs 4a and 4b are formed on the back side of each of the electrodes 3a and 3b, and flow grooves 5a and 5b for flowing the fuel gas and the oxidant gas are formed between the ribs 4a and 4b, respectively. There is.

【0004】ここで、燃料ガスを流通させる流通溝5a
と酸化剤ガスを流通させる流通溝5bとは、互いに直交
する方向に配置され、それらの流通溝5a,5bは互い
に複数本形成されている。このようにして構成された単
位セルを緻密な炭素質で造られたセパレータ6により挟
んで単位セル積層体を構成している。
Here, the flow groove 5a for flowing the fuel gas
And the flow grooves 5b for circulating the oxidant gas are arranged in directions orthogonal to each other, and a plurality of these flow grooves 5a, 5b are formed. The unit cell thus constructed is sandwiched between the separators 6 made of dense carbonaceous material to form a unit cell stack.

【0005】また、上記単位セル積層体は、図9に示す
ように,その上下端部に集電板7、絶縁板8、締付板9
および端子10をそれぞれ取り付け、適当な締付圧で上
下方向から締付けた状態で組み立てられている。そし
て、上述した単位セル積層体の側面側にはガスケット1
1を介して燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ管1
6,16を通して供給・排出するための一対の燃料ガス
供給マニホールド12および燃料ガス排出マニホールド
13、一対の酸化剤ガス供給マニホールド14および酸
化剤ガス排出マニホールド15を各々対向して配置し、
適当な圧力で締付け固定することにより、燃料電池を構
成している。
Further, as shown in FIG. 9, the unit cell laminated body has a collector plate 7, an insulating plate 8 and a tightening plate 9 at the upper and lower ends thereof.
The terminals 10 and 10 are attached to each other, and the terminals 10 are assembled by being tightened from above and below with an appropriate tightening pressure. And, the gasket 1 is provided on the side surface side of the unit cell laminate described above.
Fuel gas and oxidant gas through pipes 1 respectively
A pair of fuel gas supply manifold 12 and a fuel gas discharge manifold 13, a pair of oxidant gas supply manifold 14 and an oxidant gas discharge manifold 15 for supplying / discharging through 6 and 16, respectively,
A fuel cell is constructed by tightening and fixing with an appropriate pressure.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の燃料電池には、以下に述べるような解決すべき
課題が残されていた。すなわち、燃料電池の発電は原料
ガスの電気化学的反応に基づくものであることから、良
好な発電特性を得るには、原料ガス,電解質,触媒の三
つの要素が効率良く電気化学的反応を起こすように機能
する場を触媒層内に形成させる必要がある。
However, the above-mentioned conventional fuel cell has the following problems to be solved. That is, since the power generation of the fuel cell is based on the electrochemical reaction of the raw material gas, three elements of the raw material gas, the electrolyte, and the catalyst efficiently cause the electrochemical reaction to obtain good power generation characteristics. It is necessary to form a field that functions like this in the catalyst layer.

【0007】リン酸型燃料電池の場合、原料ガス,電解
質,触媒の三つの要素により触媒層において進行する過
程は、原料ガスが電解質であるリン酸中に溶解した後、
触媒である白金粒子へと拡散していき、この白金粒子表
面で電気化学的反応を起こすというものであるため、上
記触媒層は電解質であるリン酸にある程度濡れている必
要がある。
In the case of a phosphoric acid fuel cell, the process of advancing in the catalyst layer by the three elements of the raw material gas, the electrolyte and the catalyst is as follows after the raw material gas is dissolved in phosphoric acid which is the electrolyte.
Since it diffuses into the platinum particles that are the catalyst and causes an electrochemical reaction on the surface of the platinum particles, the catalyst layer needs to be wet to some extent with phosphoric acid that is the electrolyte.

【0008】その反面、リン酸による触媒層の濡れが過
剰になると、リン酸が原料ガスの白金粒子表面への拡散
を阻害する要因となる(実質上、原料ガスがリン酸中を
拡散していく経路が長くなる)ため、白金粒子表面への
原料ガス供給速度が白金粒子表面での電気化学的反応の
速度に比べ大幅に遅くなる、いわゆる拡散律速の状態と
なる。このような状態は燃料電池の発電反応全体の速度
を遅くさせ、発電特性の低下をもたらす。すなわち、実
際の燃料電池運転時における特性低下要因の一つである
拡散分極分の増加という形態で現れる。よって、リン酸
による触媒層の濡れは適性なレベルに保持しなければな
らない。
On the other hand, when the catalyst layer is excessively wetted by phosphoric acid, phosphoric acid becomes a factor that hinders the diffusion of the raw material gas to the surface of the platinum particles (substantially, the raw material gas diffuses in the phosphoric acid. Therefore, the source gas supply rate to the platinum particle surface is significantly slower than the electrochemical reaction rate on the platinum particle surface, which is a so-called diffusion-controlled state. Such a state slows down the entire power generation reaction of the fuel cell, resulting in deterioration of power generation characteristics. That is, it appears in the form of an increase in the amount of diffusion polarization, which is one of the factors that deteriorate the characteristics during actual fuel cell operation. Therefore, wetting of the catalyst layer by phosphoric acid must be maintained at an appropriate level.

【0009】ところが、燃料電池は運転することにより
電位が発生するため、触媒層の濡れは運転に伴い進行し
ていく。そのため、仮に運転初期において触媒層の濡れ
が適正なレベルにあったとしても、運転に伴って濡れ過
剰の状態へと推移してしまう。この傾向は低電位状態で
あるアノード電極触媒層よりも、高電位状態となるカソ
ード電極触媒層の方が顕著である。
However, since the electric potential is generated when the fuel cell is operated, the wetting of the catalyst layer progresses with the operation. Therefore, even if the wetting of the catalyst layer is at an appropriate level in the initial stage of operation, the state of overwetting will be accompanied by the operation. This tendency is more remarkable in the cathode electrode catalyst layer in the high potential state than in the anode electrode catalyst layer in the low potential state.

【0010】そこで、従来の燃料電池にあっては、この
ような課題を解決するための手段として、カソード電極
触媒層の撥水性を向上させることで、カソード電極触媒
層の濡れが過剰になるのを防止しようとしてきた。しか
し、カソード電極触媒層の撥水性を高くすると、燃料電
池の初期出力電圧は下降する傾向にあるため、燃料電池
プラントとして運転初期において達成すべき出力効率の
面から、撥水性の向上を図る防止策にも限界があった。
Therefore, in the conventional fuel cell, as a means for solving such a problem, by improving the water repellency of the cathode electrode catalyst layer, the cathode electrode catalyst layer becomes excessively wet. Have been trying to prevent. However, if the water repellency of the cathode electrode catalyst layer is increased, the initial output voltage of the fuel cell tends to decrease, so from the aspect of output efficiency that should be achieved in the initial operation of the fuel cell plant, improvement of water repellency is prevented. There were limits to the measures.

【0011】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、運転時にカソード電極触媒層の濡れ過剰による
電池出力低下が発生した場合、それを回避可能なリン酸
型燃料電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a phosphoric acid fuel cell capable of avoiding a decrease in cell output due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer during operation. With the goal.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ためには、リン酸型燃料電池における電極触媒層濡れ進
行メカニズムを把握することが不可欠である。そのため
本発明者らは本発明を提供する手段として、以下のよう
に電極触媒層濡れ進行メカニズム探索のための試験を行
い、その結果から一定の知見を得た。
In order to achieve the above-mentioned object, it is indispensable to understand the progress mechanism of wetting of the electrode catalyst layer in the phosphoric acid fuel cell. Therefore, as a means for providing the present invention, the present inventors conducted a test for searching a mechanism for progressing wetting of the electrode catalyst layer as follows, and obtained certain findings from the results.

【0013】(1)電気化学的測定による電極触媒層濡
れ進行メカニズムの考察 高温207℃・濃厚(105%)リン酸中での定電位
(750mV)電解により調製した濡れ度合のそれぞれ
異なるカソード電極触媒層サンプルについて、常温・希
薄(1M)硫酸中での二重層領域におけるサイクリック
ボルタモグラム測定を実施した。これらのサイクリック
ボルタモグラムには、図1に示すように表面官能基の生
成に由来する一対の酸化還元ピークが見られ、そのピー
ク電位からキノン/ハイドロキノン系の表面官能基が生
成していることが解る。この酸化還元ピーク電気量とカ
ソード電極触媒層濡れ度合との間には、図2に示すよう
に相関性が見られ、カソード電極触媒層濡れ度合の大き
いものは、酸化還元ピーク電気量の値が大きい。
(1) Consideration on Mechanism of Wetting Progression of Electrode Catalyst Layer by Electrochemical Measurement Cathode Electrocatalyst Prepared by Constant Potential (750 mV) Electrolysis in High Temperature 207 ° C., Concentrated (105%) Phosphoric Acid at Different Wetting Degrees For the layer samples, cyclic voltammogram measurements were performed in the double layer region in dilute (1M) sulfuric acid at room temperature. In these cyclic voltammograms, as shown in FIG. 1, a pair of redox peaks derived from the formation of the surface functional group was observed, and it was found that the quinone / hydroquinone surface functional group was generated from the peak potentials. I understand. As shown in FIG. 2, there is a correlation between the redox peak electricity and the degree of wetting of the cathode electrode catalyst layer. large.

【0014】このことは、カソード電極触媒層濡れ度合
の大きいものは、キノン/ハイドロキノン系の表面官能
基の生成量が多いということを示している。一方、キノ
ン/ハイドロキノン系の表面官能基を有する部位の表面
構造は、化学式1に示すようにカーボンの基本骨格に親
水性官能基であるカルボニル基あるいは水酸基が付随し
ている構造であり、カソード電極触媒層中においてそれ
らが生成可能な部位は、触媒である白金粒子を担持して
いる担持体カーボン上のみである。
This indicates that a cathode electrode catalyst layer having a high degree of wetting has a large amount of quinone / hydroquinone surface functional groups produced. On the other hand, the surface structure of a site having a quinone / hydroquinone-based surface functional group is a structure in which a basic skeleton of carbon is accompanied by a carbonyl group or a hydroxyl group, which is a hydrophilic functional group, as shown in chemical formula 1. The site where they can be formed in the catalyst layer is only on the carrier carbon carrying the platinum particles which are the catalyst.

【0015】[0015]

【化1】 Embedded image

【0016】これらのことにより、濡れ度合の大きいカ
ソード電極触媒層では、担持体カーボン表面に親水性官
能基の生成量が多いことが解る。換言すれば、担持体カ
ーボン表面に親水性官能基が生成することにより、カソ
ード電極触媒層の親水性が増加し、その結果、カソード
電極触媒層の濡れは進行する。よって、カソード電極触
媒層中の担持体カーボン表面に生成した親水性官能基を
除去することで、カソード電極触媒層の濡れ度合を減少
させることができる。
From the above, it can be seen that in the cathode electrode catalyst layer having a high degree of wetting, a large amount of hydrophilic functional groups is produced on the surface of the carrier carbon. In other words, the hydrophilicity of the cathode electrode catalyst layer increases due to the formation of hydrophilic functional groups on the surface of the carrier carbon, and as a result, the wetting of the cathode electrode catalyst layer proceeds. Therefore, the wettability of the cathode electrode catalyst layer can be reduced by removing the hydrophilic functional group generated on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer.

【0017】(2)電極触媒層濡れ度合を減少させるた
めの方策 前述したように、カソード電極触媒層中の担持体カーボ
ン表面に生成した親水性官能基を除去することで、カソ
ード電極触媒層の濡れ度合を減少させることができる。
そこで、担持体カーボン表面の親水性官能基、すなわ
ち、カルボニル基あるいは水酸基を除去するための方策
として、還元性の物質による処理が考えられる。図5は
還元性の物質であるホルムアルデヒドの水溶液、すなわ
ちホルマリン中でカソード電極触媒層を浸漬処理した場
合の、処理時間と親水性官能基の残存率との関係を示し
たものである。図3から判るように、ホルマリン処理に
より親水性官能基の残存率は減少する。その際の化学反
応式は化学式2に示すものと考えられる。
(2) Measures for reducing the wettability of the electrode catalyst layer As described above, by removing the hydrophilic functional group generated on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer, the cathode electrode catalyst layer The degree of wetting can be reduced.
Therefore, as a measure for removing the hydrophilic functional group on the surface of the carrier carbon, that is, the carbonyl group or the hydroxyl group, treatment with a reducing substance can be considered. FIG. 5 shows the relationship between the treatment time and the residual rate of the hydrophilic functional groups when the cathode electrode catalyst layer is immersed in an aqueous solution of formaldehyde, which is a reducing substance, that is, formalin. As can be seen from FIG. 3, the residual rate of hydrophilic functional groups is reduced by the formalin treatment. The chemical reaction formula in that case is considered to be shown in Chemical formula 2.

【0018】[0018]

【化2】 Embedded image

【0019】以上のことから、カソード電極触媒層をホ
ルマリン処理することで、担持体カーボン表面に生成し
た親水性官能基を除去することができる。すなわち、カ
ソード電極触媒層の濡れ度合を減少させることができ
る。また、還元性の物質として、ホルムアルデヒド以外
のアルデヒドを使用した場合においても、同様の効果が
得られると考えられる。
From the above, by treating the cathode electrode catalyst layer with formalin, the hydrophilic functional groups formed on the surface of the carrier carbon can be removed. That is, the degree of wetting of the cathode electrode catalyst layer can be reduced. Further, it is considered that the same effect can be obtained when an aldehyde other than formaldehyde is used as the reducing substance.

【0020】本発明は、上記のような知見に基づいて完
成されたものである。すなわち、本発明に係るリン酸型
燃料電池は、運転時にカソード電極触媒層の濡れ過剰に
よる電池出力特性低下が見られた時点で、昇温状態のま
ま、燃料電池の運転を一時停止し、カソード電極触媒層
中の担持体カーボン表面に生成した親水性官能基を除去
する還元性液体をカソード電極に供給接触させることを
特徴とする。
The present invention has been completed based on the above findings. That is, in the phosphoric acid fuel cell according to the present invention, when a decrease in cell output characteristic due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer is observed during operation, the fuel cell operation is temporarily stopped while the temperature is raised and It is characterized in that a reducing liquid for removing hydrophilic functional groups generated on the surface of the carrier carbon in the electrode catalyst layer is supplied and brought into contact with the cathode electrode.

【0021】[0021]

【作用】以上のような構成を有するリン酸型燃料電池の
請求項1においては、カソード電極に還元性液体を供給
接触させることで、カソード電極触媒層中の担持体カー
ボン表面に生成した親水性官能基が除去されるため、カ
ソード電極触媒層の濡れ度合が減少する。したがって、
カソード電極触媒層濡れ過剰による電池出力特性低下を
回避することができる。
According to the first aspect of the phosphoric acid fuel cell having the above-mentioned structure, the hydrophilic property generated on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer is obtained by supplying and contacting the reducing liquid with the cathode electrode. Since the functional group is removed, the wettability of the cathode electrode catalyst layer is reduced. Therefore,
It is possible to avoid deterioration of battery output characteristics due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer.

【0022】請求項2においては、還元性液体供給手段
が還元性液体のミストを発生させるミスト発生器である
ので、還元性液体のミストにてカソード電極触媒層中の
担持体カーボン表面に生成した親水性官能基が容易に還
元除去される。
In the second aspect of the present invention, the reducing liquid supply means is a mist generator for generating a mist of the reducing liquid. Therefore, the reducing liquid mist is generated on the carbon surface of the carrier in the cathode electrode catalyst layer. Hydrophilic functional groups are easily reduced and removed.

【0023】請求項3においては、還元性液体供給手段
は、還元性液体の入ったエジェクターと、このエジェク
ターに取り付けられ前記還元性液体のミストを噴射する
細管とから構成されていることにより、還元性液体をカ
ソード電極に確実に供給可能となり、信頼性を高めるこ
とができる。
In the third aspect, the reducing liquid supply means comprises the ejector containing the reducing liquid and the thin tube attached to the ejector for ejecting the mist of the reducing liquid. Liquid can be surely supplied to the cathode electrode, and reliability can be improved.

【0024】請求項4においては、還元性液体がアルデ
ヒド溶液であるので、取扱いが容易である。
In the fourth aspect, since the reducing liquid is an aldehyde solution, it is easy to handle.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図4は本発明に係るリン酸型燃料電池の第
1実施例における電極を示す概略図である。なお、従来
の構成と同一の部分には図8と同一の符号を付して説明
する。また、リン酸型燃料電池の全体的な構成は、図8
の説明と同様に、マトリックスに電解質であるリン酸を
含浸した電解質層を挟んでアノード電極およびカソード
電極を配置して単位セルを構成し、この単位セルを複数
個積層した単位セル積層体に燃料ガスおよび酸化剤ガス
を供給・排出させるマニホールドが取り付けられてい
る。
FIG. 4 is a schematic view showing an electrode in the first embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention. The same parts as those of the conventional configuration will be described with the same reference numerals as those in FIG. The overall structure of the phosphoric acid fuel cell is shown in FIG.
In the same manner as described in 1., a unit cell is formed by arranging an anode electrode and a cathode electrode with an electrolyte layer impregnated with phosphoric acid as an electrolyte in a matrix, and a unit cell stack body in which a plurality of unit cells are stacked is used as a fuel. A manifold for supplying and discharging gas and oxidant gas is attached.

【0027】図4に示すように、アノード電極3aには
水素などの燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン21
が接続される一方、カソード電極3bには酸素などの酸
化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ライン22が接続さ
れている。この酸化剤ガス供給ライン22には、圧電素
子によりホルマリンのミストを発生させる還元性液体供
給手段としてのミスト発生器23からミストを供給する
ためのミスト供給ライン24が接続されている。
As shown in FIG. 4, a fuel gas supply line 21 for supplying a fuel gas such as hydrogen to the anode electrode 3a.
On the other hand, an oxidant gas supply line 22 for supplying an oxidant gas such as oxygen is connected to the cathode electrode 3b. The oxidant gas supply line 22 is connected to a mist supply line 24 for supplying mist from a mist generator 23 as a reducing liquid supply means for generating mist of formalin by a piezoelectric element.

【0028】そして、ミスト発生器23からホルマリン
のミストをカソード電極3bに供給接触させるには、酸
化剤ガス供給ライン22に窒素ガスを流通させてカソー
ド電極3bの酸素分をパージした後、ミスト発生器23
からホルマリンのミストを発生させ、そのミストを酸化
剤ガス供給ライン22に送り込むことにより行う。
In order to supply and contact the mist of formalin from the mist generator 23 to the cathode electrode 3b, nitrogen gas is passed through the oxidant gas supply line 22 to purge the oxygen content of the cathode electrode 3b, and then the mist is generated. Bowl 23
To generate a mist of formalin and send the mist to the oxidant gas supply line 22.

【0029】次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0030】まず、リン酸型燃料電池運転時に、カソー
ド電極触媒層の濡れ過剰による電池出力特性低下が見ら
れた時点で、昇温のまま、燃料電池の運転を一時停止す
る。その際、カソード電極3bへの窒素ガスの流通を開
始し、カソード電極3bに残存した酸素分をパージす
る。カソード電極3bへの窒素ガスの流通を十分に行っ
た後、ミスト発生器23で発生させたホルマリンのミス
トを窒素ガスをキャリアガスとしてカソード電極3bに
供給し、カソード電極3bを還元処理する。還元処理終
了後、燃料電池の運転を再開する。
First, when the phosphoric acid type fuel cell is operated, when the deterioration of the cell output characteristic due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer is observed, the operation of the fuel cell is temporarily stopped while the temperature rises. At that time, the flow of nitrogen gas to the cathode electrode 3b is started, and the oxygen content remaining in the cathode electrode 3b is purged. After the nitrogen gas is sufficiently circulated to the cathode electrode 3b, the mist of formalin generated by the mist generator 23 is supplied to the cathode electrode 3b by using nitrogen gas as a carrier gas to reduce the cathode electrode 3b. After the reduction process is completed, the operation of the fuel cell is restarted.

【0031】このように本実施例によれば、カソード電
極3bにホルマリンのミストを供給接触させることで、
カソード電極触媒層中の担持体カーボン表面に生成した
親水性官能基を還元除去できるので、カソード電極触媒
層の親水性は減少し、その結果、カソード電極触媒層の
濡れ度合が減少し、カソード電極触媒層濡れ過剰による
発電特性の低下を回避できる。
As described above, according to this embodiment, by supplying and contacting the cathode electrode 3b with the mist of formalin,
Since the hydrophilic functional groups generated on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer can be reduced and removed, the hydrophilicity of the cathode electrode catalyst layer is reduced, and as a result, the wettability of the cathode electrode catalyst layer is reduced and the cathode electrode It is possible to avoid deterioration of power generation characteristics due to excessive wetting of the catalyst layer.

【0032】また、ミスト発生器23からホルマリンの
ミストをカソード電極3bに供給接触させるため、カソ
ード電極触媒層中の担持体カーボン表面に生成した親水
性官能基が容易に還元除去される。
Further, since the formalin mist is supplied to and brought into contact with the cathode electrode 3b from the mist generator 23, the hydrophilic functional groups generated on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer are easily reduced and removed.

【0033】図5は本発明の第1実施例による燃料電池
と、従来の燃料電池との出力特性を比較したグラフ図で
ある。図5から明らかなように、本実施例を採用した燃
料電池は、カソード電極の還元処理後、拡散分極減少分
に相当する出力特性の向上が見られ、還元処理を行わな
い従来の燃料電池と比べ、より良好なセル電圧出力特性
を示している。
FIG. 5 is a graph diagram comparing the output characteristics of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention and the conventional fuel cell. As is clear from FIG. 5, the fuel cell adopting the present embodiment shows an improvement in the output characteristics corresponding to the reduction amount of the diffusion polarization after the reduction treatment of the cathode electrode, and is different from the conventional fuel cell in which the reduction treatment is not performed. In comparison, the cell output characteristics are better.

【0034】図6は本発明に係るリン酸型燃料電池の第
2実施例における電極を示す概略図である。なお、前記
第1実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明す
る。この実施例では、カソード電極3bには、ホルマリ
ンのミスト発生させるミスト発生器23からのミスト供
給ライン24が直接接続されている。
FIG. 6 is a schematic view showing an electrode in the second embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention. The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In this embodiment, the cathode electrode 3b is directly connected to the mist supply line 24 from the mist generator 23 for generating the mist of formalin.

【0035】したがって、本実施例では前記第1実施例
と同様の操作において、単独に設けたミスト供給ライン
24により、窒素ガスをキャリアガスとして、ミスト発
生器23で発生させたホルマリンのミストをカソード電
極3bに供給し、カソード電極3bを還元処理する。
Therefore, in this embodiment, in the same operation as in the first embodiment, the mist supply line 24, which is independently provided, uses the nitrogen gas as the carrier gas to generate the formalin mist generated by the mist generator 23 as the cathode. It is supplied to the electrode 3b, and the cathode electrode 3b is reduced.

【0036】このような操作により、カソード電極触媒
層中の担持体カーボン表面に生成した親水性官能基は還
元除去され、カソード電極触媒層の親水性は減少し、そ
の結果、カソード電極触媒層の濡れ度合が減少し、カソ
ード電極触媒層濡れ過剰による発電特性の低下を低減で
きる。その他の構成および作用は前記第1実施例と同様
であるのでその説明を省略する。
By such an operation, the hydrophilic functional groups formed on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer are reduced and removed, and the hydrophilicity of the cathode electrode catalyst layer is reduced. The degree of wetting is reduced, and the deterioration of power generation characteristics due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer can be reduced. The other structure and operation are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0037】図7(A),(B)は本発明に係るリン酸
型燃料電池の第3実施例における電極を示す概略平面
図,概略断面図である。なお、従来例および前記第1実
施例と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
7 (A) and 7 (B) are a schematic plan view and a schematic sectional view showing an electrode in the third embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention. The same parts as those in the conventional example and the first embodiment will be described with the same reference numerals.

【0038】この実施例では、カソード電極3bの近傍
にホルマリン溶液26を収容したエジェクター25を複
数並設し、これらのエジェクター25にはそれぞれフッ
素樹脂製の細管27が取り付けられており、これらの細
管27がカソード電極3bのガス流通溝5bに差し込む
ように延びている。
In this embodiment, a plurality of ejectors 25 containing formalin solution 26 are arranged in the vicinity of the cathode electrode 3b, and each of these ejectors 25 has a thin pipe 27 made of a fluororesin attached thereto. 27 extends so as to be inserted into the gas flow groove 5b of the cathode electrode 3b.

【0039】したがって、本実施例では、前記第1実施
例と同様の操作において、圧電素子により発生させたホ
ルマリンのミストをカソード電極に供給する代わりに、
ホルマリン溶液26を収容したエジェクター25に取り
付けられたフッ素樹脂製の細管27をカソード電極3b
のガス流通溝5bに差し込む。このフッ素樹脂製の細管
27を通してエジェクター25のホルマリンを噴射して
カソード電極3bに注入する。
Therefore, in this embodiment, in the same operation as in the first embodiment, instead of supplying the formalin mist generated by the piezoelectric element to the cathode electrode,
The thin tube 27 made of fluororesin attached to the ejector 25 containing the formalin solution 26 is attached to the cathode electrode 3b.
It is inserted in the gas circulation groove 5b. The formalin of the ejector 25 is jetted through the thin tube 27 made of fluororesin and injected into the cathode electrode 3b.

【0040】このような操作により、カソード電極触媒
層中の担持体カーボン表面に生成した親水性官能基は還
元除去され、カソード電極触媒層の親水性は減少する。
その結果、カソード電極触媒層の濡れ度合が減少し、カ
ソード電極触媒層濡れ過剰による発電特性の低下を低減
できる。
By such an operation, the hydrophilic functional groups formed on the surface of the carrier carbon in the cathode electrode catalyst layer are reduced and removed, and the hydrophilicity of the cathode electrode catalyst layer is reduced.
As a result, the degree of wetting of the cathode electrode catalyst layer is reduced, and the deterioration of power generation characteristics due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer can be reduced.

【0041】また、フッ素樹脂製の細管27をカソード
電極3bのガス流通溝5bに差し込むようにしたので、
ホルマリンをカソード電極3bに確実に供給可能とな
り、信頼性を高めることができる。その他の構成および
作用は前記第1実施例と同様であるのでその説明を省略
する。
Further, since the thin tube 27 made of fluororesin is inserted into the gas flow groove 5b of the cathode electrode 3b,
Formalin can be reliably supplied to the cathode electrode 3b, and the reliability can be improved. The other structure and operation are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0042】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことなく種々の変更が可能である。例えば、上記各実施
例では還元性液体としてホルマリンを用いたが、これ以
外にアセトアルデヒドの水溶液を使用してもよく、要す
るにアルデヒド溶液を用いればよい。したがって、還元
性液体としてアルデヒド溶液を用いることにより、取扱
いが容易である効果を奏する。
The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made. For example, although formalin was used as the reducing liquid in each of the above-described examples, an aqueous solution of acetaldehyde may be used instead of this, and in short, an aldehyde solution may be used. Therefore, by using the aldehyde solution as the reducing liquid, there is an effect that the handling is easy.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリン
酸型燃料電池の請求項1によれば、カソード電極に還元
性液体を供給接触させる還元性液体供給手段を備えたこ
とにより、カソード電極触媒層の濡れ度合が減少し、カ
ソード電極触媒層濡れ過剰による発電特性の低下を回避
することができる。
As described above, according to the first aspect of the phosphoric acid fuel cell of the present invention, the cathode is provided with the reducing liquid supply means for supplying and contacting the reducing liquid. The degree of wetting of the electrode catalyst layer is reduced, and deterioration of power generation characteristics due to excessive wetting of the cathode electrode catalyst layer can be avoided.

【0044】請求項2によれば、還元性液体供給手段が
還元性液体のミストを発生させるミスト発生器であるの
で、還元性液体のミストにてカソード電極触媒層中の担
持体カーボン表面に生成した親水性官能基が容易に還元
除去される。
According to the second aspect, since the reducing liquid supply means is a mist generator for generating mist of the reducing liquid, the reducing liquid mist is generated on the carbon surface of the carrier in the cathode electrode catalyst layer. The hydrophilic functional group is easily reduced and removed.

【0045】請求項3によれば、還元性液体供給手段
は、還元性液体の入ったエジェクターと、このエジェク
ターに取り付けられ前記還元性液体のミストを噴射する
細管とから構成されていることにより、還元性液体をカ
ソード電極に確実に供給可能となり、信頼性を高めるこ
とができる。
According to the third aspect, the reducing liquid supply means comprises the ejector containing the reducing liquid and the thin tube attached to the ejector for ejecting the mist of the reducing liquid. The reducing liquid can be reliably supplied to the cathode electrode, and the reliability can be improved.

【0046】請求項4によれば、還元性液体がアルデヒ
ド溶液であるので、取扱いが容易である。
According to the fourth aspect, since the reducing liquid is an aldehyde solution, it is easy to handle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】カソード電極触媒層の二重層領域におけるサイ
クリックボルタモグラム測定を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a cyclic voltammogram measurement in a double layer region of a cathode electrode catalyst layer.

【図2】酸化還元ピーク電気量とカソード電極触媒層濡
れ度合との関係を示すグラフ図。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the redox peak electricity quantity and the degree of wetting of the cathode electrode catalyst layer.

【図3】ホルマリン処理時間と親水性官能基残存率との
関係を示すグラフ図。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the formalin treatment time and the residual rate of hydrophilic functional groups.

【図4】本発明に係るリン酸型燃料電池の第1実施例に
おける電極を示す概略図。
FIG. 4 is a schematic view showing an electrode in the first embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention.

【図5】第1実施例の燃料電池と従来の燃料電池との出
力特性を比較して示すグラフ図。
FIG. 5 is a graph showing the output characteristics of the fuel cell of the first embodiment and the conventional fuel cell in comparison.

【図6】本発明に係るリン酸型燃料電池の第2実施例に
おける電極を示す概略図。
FIG. 6 is a schematic view showing an electrode in a second embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention.

【図7】(A),(B)は本発明に係るリン酸型燃料電
池の第3実施例における電極を示す概略平面図,概略断
面図。
7 (A) and 7 (B) are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing an electrode in a third embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention.

【図8】従来の燃料電池の単位セルの断面構造を示す斜
視図。
FIG. 8 is a perspective view showing a cross-sectional structure of a unit cell of a conventional fuel cell.

【図9】従来の燃料電池を示す分解斜視図。FIG. 9 is an exploded perspective view showing a conventional fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3a アノード電極 3b カソード電極 21 燃料ガス供給ライン 22 酸化剤ガス供給ライン 23 ミスト発生器(還元性液体供給手段) 24 ミスト供給ライン 25 エジェクター 26 ホルマリン溶液(還元性液体) 27 フッ素樹脂製の細管 3a Anode electrode 3b Cathode electrode 21 Fuel gas supply line 22 Oxidant gas supply line 23 Mist generator (reducing liquid supply means) 24 Mist supply line 25 Ejector 26 Formalin solution (reducing liquid) 27 Fluororesin thin tube

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックスに電解質であるリン酸を含
浸した電解質層を挟んでアノード電極およびカソード電
極を配置して単位セルを構成し、この単位セルを複数個
積層した単位セル積層体に燃料ガスおよび酸化剤ガスを
供給・排出させるリン酸型燃料電池において、前記カソ
ード電極に還元性液体を供給接触させる還元性液体供給
手段を備えたことを特徴とするリン酸型燃料電池。
1. A unit cell is formed by arranging an anode electrode and a cathode electrode with an electrolyte layer impregnated with phosphoric acid serving as an electrolyte sandwiched in a matrix to form a unit cell stack. A phosphoric acid fuel cell for supplying and discharging an oxidant gas, comprising a reducing liquid supply means for supplying and contacting a reducing liquid to the cathode electrode.
【請求項2】 還元性液体供給手段は、還元性液体のミ
ストを発生させるミスト発生器であることを特徴とする
請求項1記載のリン酸型燃料電池。
2. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the reducing liquid supply means is a mist generator that generates a mist of the reducing liquid.
【請求項3】 還元性液体供給手段は、還元性液体の入
ったエジェクターと、このエジェクターに取り付けられ
前記還元性液体のミストを噴射する細管とから構成され
ていることを特徴とする請求項1記載のリン酸型燃料電
池。
3. The reducing liquid supply means comprises an ejector containing a reducing liquid and a thin tube attached to the ejector for ejecting the mist of the reducing liquid. The phosphoric acid fuel cell described.
【請求項4】 還元性液体は、アルデヒド溶液であるこ
とを特徴とする請求項1,2または3記載のリン酸型燃
料電池。
4. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the reducing liquid is an aldehyde solution.
JP6283759A 1994-11-17 1994-11-17 Phosphoric acid fuel cell Pending JPH08148172A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6283759A JPH08148172A (en) 1994-11-17 1994-11-17 Phosphoric acid fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6283759A JPH08148172A (en) 1994-11-17 1994-11-17 Phosphoric acid fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08148172A true JPH08148172A (en) 1996-06-07

Family

ID=17669754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6283759A Pending JPH08148172A (en) 1994-11-17 1994-11-17 Phosphoric acid fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08148172A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004114444A1 (en) * 2003-06-24 2006-08-03 旭硝子株式会社 Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004114444A1 (en) * 2003-06-24 2006-08-03 旭硝子株式会社 Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same
JP4781818B2 (en) * 2003-06-24 2011-09-28 旭硝子株式会社 Method for producing membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6187464B1 (en) Method for activating fuel cell
US7566511B2 (en) Solid polymer cell assembly
US20100068599A1 (en) Fuel cell stack
JP2019503047A (en) Humidifier with integrated water separator for fuel cell system, fuel cell system with the same and vehicle
KR20180058571A (en) Component for fuel cell including graphene foam and functioning as flow field and gas diffusion layer
JP2002270196A (en) High molecular electrolyte type fuel cell and operating method thereof
JP3141619B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell power generator
JPH11135132A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
US20020172844A1 (en) Fuel cell
US8785078B2 (en) Fuel cell
JPH06196182A (en) Diaphragm humidifying structure for solid high polymer electrolyte electrochemical cell and manufacture thereof
JP5073446B2 (en) Aging apparatus and operation method for polymer electrolyte fuel cell
US7432002B2 (en) Method for regeneration of performance in a fuel cell
JPH08148172A (en) Phosphoric acid fuel cell
JPH10208757A (en) Fuel cell generating set
US20090011312A1 (en) Fuel cell and system
JP5167058B2 (en) Aging method for polymer electrolyte fuel cell
CN101714643B (en) Material design to enable high mid-temperature performance of a fuel cell with ultrathin electrodes
JP2005353561A (en) Fuel cell
US20060154119A1 (en) Method for regeneration of performance in a fuel cell
JP4788130B2 (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell manufacturing method
JP2000233905A (en) Device for reducing carbon monoxide concentration in gaseous hydrogen-containing carbon monoxide and fuel cell power generation system using the same
JP3685136B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2008146859A (en) Membrane-electrode assembly and fuel cell having it
JP5073448B2 (en) Operation method of polymer electrolyte fuel cell