JPH09143777A - 固体高分子電解素子 - Google Patents
固体高分子電解素子Info
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- JPH09143777A JPH09143777A JP7307834A JP30783495A JPH09143777A JP H09143777 A JPH09143777 A JP H09143777A JP 7307834 A JP7307834 A JP 7307834A JP 30783495 A JP30783495 A JP 30783495A JP H09143777 A JPH09143777 A JP H09143777A
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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
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Drying Of Gases (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有害な副反応生成物であるオゾンと水素が発
生しない固体高分子電解素子を得る。 【解決手段】 水を電解して酸素を発生する陽極１と、
水を発生して酸素を消費する陰極２と、この陽極１およ
び陰極２により挟持された固体高分子電解質膜３とから
なり、この陽極１および陰極２が多孔質構造体１２、２
２で構成され、陽極１の副反応生成物であるオゾンを第
１の多孔質構造体１２の一つの部分である第１の触媒１
２１で分解除去し、陰極２の副反応生成物である水素を
第２の多孔質構造体２２の一つの部分である第３の触媒
２２１で分解除去するようにした。
生しない固体高分子電解素子を得る。 【解決手段】 水を電解して酸素を発生する陽極１と、
水を発生して酸素を消費する陰極２と、この陽極１およ
び陰極２により挟持された固体高分子電解質膜３とから
なり、この陽極１および陰極２が多孔質構造体１２、２
２で構成され、陽極１の副反応生成物であるオゾンを第
１の多孔質構造体１２の一つの部分である第１の触媒１
２１で分解除去し、陰極２の副反応生成物である水素を
第２の多孔質構造体２２の一つの部分である第３の触媒
２２１で分解除去するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜を用いて湿度調整を行う固体高分子電解素子に関す
る。
質膜を用いて湿度調整を行う固体高分子電解素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２は特開平６−６３３４３号公報に記
載されている固体高分子電解質膜を用いた除湿素子の構
成図である。図２において、１は陽極、２は陰極、３は
この陽極１と陰極２に挟持され食い込んだ固体高分子電
解質膜である。５除湿空間、７は直流電源である。陽極
１は白金を有する触媒層１１とステンレス繊維の多孔質
な基材１２とからなり、陰極２は同じく白金を有する触
媒層２１とステンレス繊維の多孔質な基材２２とからな
る。触媒層１１および２１は薄膜で、３次元的に基材１
２および２２の中に分布しており、図２ではこの基材１
２および２２の中に３次元的に分布している触媒層１１
および２１を波線で表している。除湿素子の利用例とし
ては、例えば電気化学協会第５９回大会講演要旨集Ｐ３
６（山内他、講演番号３Ａ３１、平成４年３月１９日発
行）に半密閉式電子機器内の結露防止のための適用が記
載されている。
載されている固体高分子電解質膜を用いた除湿素子の構
成図である。図２において、１は陽極、２は陰極、３は
この陽極１と陰極２に挟持され食い込んだ固体高分子電
解質膜である。５除湿空間、７は直流電源である。陽極
１は白金を有する触媒層１１とステンレス繊維の多孔質
な基材１２とからなり、陰極２は同じく白金を有する触
媒層２１とステンレス繊維の多孔質な基材２２とからな
る。触媒層１１および２１は薄膜で、３次元的に基材１
２および２２の中に分布しており、図２ではこの基材１
２および２２の中に３次元的に分布している触媒層１１
および２１を波線で表している。除湿素子の利用例とし
ては、例えば電気化学協会第５９回大会講演要旨集Ｐ３
６（山内他、講演番号３Ａ３１、平成４年３月１９日発
行）に半密閉式電子機器内の結露防止のための適用が記
載されている。
【０００３】次に、上述した構成を備える固体高分子電
解質膜を用いた除湿素子の動作について説明する。陽極
１では、外部直流電源７の電力供給により、水が電気分
解されて電極反応として式（１）の反応が起こり、除湿
空間５の湿度を低下させる。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- （１） また、副反応として陽極１の電位の高い部位ではオゾン
発生反応が起こり、副反応生成物としてのオゾンが発生
するおそれがある。発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体
高分子電触質膜３を通り、また、電子（ｅ- ）は外部回
路を通って陰極２に達し、陰極２では電極反応として式
（２）の反応により酸素を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ （２） また、一部の水素イオン（Ｈ+ ）は、副反応として式
（３）の反応により、副反応生成物としての水素になる
おそれがある。 ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （３） さらに、上記水素イオン（Ｈ+ ）とともに平均３分子程
度の水が陽極１から陰極２へ移動する。したがって、陰
極２では式（２）の反応により生成する水とともに、さ
らに余分の水が陽極１から移動して除湿空間５の湿度を
低下させる。
解質膜を用いた除湿素子の動作について説明する。陽極
１では、外部直流電源７の電力供給により、水が電気分
解されて電極反応として式（１）の反応が起こり、除湿
空間５の湿度を低下させる。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- （１） また、副反応として陽極１の電位の高い部位ではオゾン
発生反応が起こり、副反応生成物としてのオゾンが発生
するおそれがある。発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体
高分子電触質膜３を通り、また、電子（ｅ- ）は外部回
路を通って陰極２に達し、陰極２では電極反応として式
（２）の反応により酸素を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ （２） また、一部の水素イオン（Ｈ+ ）は、副反応として式
（３）の反応により、副反応生成物としての水素になる
おそれがある。 ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （３） さらに、上記水素イオン（Ｈ+ ）とともに平均３分子程
度の水が陽極１から陰極２へ移動する。したがって、陰
極２では式（２）の反応により生成する水とともに、さ
らに余分の水が陽極１から移動して除湿空間５の湿度を
低下させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子電解
素子は、以上のように構成されているので、図２に示す
構成の場合は、陽極１での副反応生成物としてオゾンが
発生するおそれがあり、また、陰極２での副反応生成物
として水素が生成するおそれがある。高い酸化力を有す
るオゾンは金属を腐食し、濃度が高い場合には人体にも
有害であり、また、水素は密閉空間での濃度の増加によ
り爆発範囲に達する場合があるという問題点があった。
素子は、以上のように構成されているので、図２に示す
構成の場合は、陽極１での副反応生成物としてオゾンが
発生するおそれがあり、また、陰極２での副反応生成物
として水素が生成するおそれがある。高い酸化力を有す
るオゾンは金属を腐食し、濃度が高い場合には人体にも
有害であり、また、水素は密閉空間での濃度の増加によ
り爆発範囲に達する場合があるという問題点があった。
【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、オゾンも水素も発生しない固体
高分子電解素子を得ることを目的とする。
ためになされたもので、オゾンも水素も発生しない固体
高分子電解素子を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る固体高分
子電解素子は、一方の面を除湿空間に接し、他方の面を
固体高分子電解質膜に接し、水を電解して酸素を発生す
る陽極と、一方の面を加湿空間に接し、他方の面を固体
高分子電解質膜に接し、水を発生して酸素を消費する陰
極と、前記陽極および前記陰極により挟持された前記固
体高分子電解質膜とからなり、前記陽極および前記陰極
が多孔質構造体で構成されるとともに、それぞれに電極
反応を促進させる部分と副反応生成物の分解除去を促進
させる部分との二つ部分で構成されることを特徴とす
る。
子電解素子は、一方の面を除湿空間に接し、他方の面を
固体高分子電解質膜に接し、水を電解して酸素を発生す
る陽極と、一方の面を加湿空間に接し、他方の面を固体
高分子電解質膜に接し、水を発生して酸素を消費する陰
極と、前記陽極および前記陰極により挟持された前記固
体高分子電解質膜とからなり、前記陽極および前記陰極
が多孔質構造体で構成されるとともに、それぞれに電極
反応を促進させる部分と副反応生成物の分解除去を促進
させる部分との二つ部分で構成されることを特徴とす
る。
【０００７】また、陽極を構成する多孔質構造体の固体
高分子電解質膜と接する側の部分には、電極反応として
の水の分解を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散
され、前記多孔質構造体の除湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としてのオゾンの分解を促進させる触
媒が分散されていることを特徴とする。
高分子電解質膜と接する側の部分には、電極反応として
の水の分解を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散
され、前記多孔質構造体の除湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としてのオゾンの分解を促進させる触
媒が分散されていることを特徴とする。
【０００８】また、陰極を構成する多孔質構造体の固体
高分子電解質と接する側の部分には、電極反応としての
水の生成を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散さ
れ、前記多孔質構造体の加湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としての水素の分解を促進させる触媒
が分散されていることを特徴とする。
高分子電解質と接する側の部分には、電極反応としての
水の生成を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散さ
れ、前記多孔質構造体の加湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としての水素の分解を促進させる触媒
が分散されていることを特徴とする。
【０００９】また、多孔質構造体が耐食性の導電性皮膜
で覆われている金属で構成されていることを特徴とす
る。
で覆われている金属で構成されていることを特徴とす
る。
【００１０】また、多孔質構造体が電子導電性のセラミ
ックスで構成されていることを特徴とする。
ックスで構成されていることを特徴とする。
【００１１】また、多孔質構造体が電子導電性の有機物
で構成されていることを特徴とする。
で構成されていることを特徴とする。
【００１２】また、陰極の多孔質構造体が水素イオンと
電子の混合導電体で構成されていることを特徴とする。
電子の混合導電体で構成されていることを特徴とする。
【００１３】また、水素イオンと電子の混合導電体が金
属水素化物であることを特徴とする。
属水素化物であることを特徴とする。
【００１４】また、水素イオンと電子の混合導電体が金
属酸化物であることを特徴とする。
属酸化物であることを特徴とする。
【００１５】また、オゾンの分解を促進させる触媒がセ
ラミックスであることを特徴とする。
ラミックスであることを特徴とする。
【００１６】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る固
体高分子電解素子の構成例を示す断面図である。同図に
おいて、１は陽極、２は陰極、３は固体高分子電解質
膜、４はフレーム、５は除湿空間、６は加湿空間、７は
直流電源である。陽極１は１１の端子、１２の第１の多
孔質構造体、１２１の第１の触媒、１２２の第２の触
媒、１２３の固体高分子電解質層で構成される。陰極２
は２１の端子、２２の第２の多孔質構造体、２２１の第
３の触媒、２２２の第４の触媒、２２３の固体高分子電
解質層で構成される。
体高分子電解素子の構成例を示す断面図である。同図に
おいて、１は陽極、２は陰極、３は固体高分子電解質
膜、４はフレーム、５は除湿空間、６は加湿空間、７は
直流電源である。陽極１は１１の端子、１２の第１の多
孔質構造体、１２１の第１の触媒、１２２の第２の触
媒、１２３の固体高分子電解質層で構成される。陰極２
は２１の端子、２２の第２の多孔質構造体、２２１の第
３の触媒、２２２の第４の触媒、２２３の固体高分子電
解質層で構成される。
【００１７】第１の多孔質構造体１２および第２の多孔
質構造体２２は、発泡金属で構成されている。この発泡
金属は住友電気工業株式会社で製造された商品名セルメ
ットと呼ばれるものであり、材質がニッケルで品番♯
４、厚さ２ｍｍのものを１０ｃｍ角に切断して用いた。
第１の多孔質構造体１２は耐食性を改善するために白金
メッキが施されている。第１の触媒１２１は、第１の多
孔質構造体１２の一方の面に、オゾン分解触媒であるセ
ラミックス（商品名セカード、品川ファーネス社製）の
粉末をエポキシワニスに分散させ粘度を適度に調節した
ものを塗布し乾燥させたものである。第２の触媒１２２
および固体高分子電解質層１２３は、第１の多孔質構造
体１２の他方の面に水を分解する触媒である白金黒とナ
フィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液（５重量％、水アルコー
ル混合溶媒、アルドリッチ社製）とを混合し粘度を適度
に調節したものを塗布し乾燥させたものである。すなわ
ち、この白金黒触媒が第２の触媒１２２であり、ナフィ
オン樹脂（固体高分子電解質）が第１の多孔質構造体１
２に付着したものが固体高分子電解質層１２３である。
従って、第１の多孔質構造体１２の除湿空間５側には第
１の触媒１２１が存在し、固体高分子電解質膜３側には
第２の触媒１２２と固体高分子電解質層１２３が存在し
ている。
質構造体２２は、発泡金属で構成されている。この発泡
金属は住友電気工業株式会社で製造された商品名セルメ
ットと呼ばれるものであり、材質がニッケルで品番♯
４、厚さ２ｍｍのものを１０ｃｍ角に切断して用いた。
第１の多孔質構造体１２は耐食性を改善するために白金
メッキが施されている。第１の触媒１２１は、第１の多
孔質構造体１２の一方の面に、オゾン分解触媒であるセ
ラミックス（商品名セカード、品川ファーネス社製）の
粉末をエポキシワニスに分散させ粘度を適度に調節した
ものを塗布し乾燥させたものである。第２の触媒１２２
および固体高分子電解質層１２３は、第１の多孔質構造
体１２の他方の面に水を分解する触媒である白金黒とナ
フィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液（５重量％、水アルコー
ル混合溶媒、アルドリッチ社製）とを混合し粘度を適度
に調節したものを塗布し乾燥させたものである。すなわ
ち、この白金黒触媒が第２の触媒１２２であり、ナフィ
オン樹脂（固体高分子電解質）が第１の多孔質構造体１
２に付着したものが固体高分子電解質層１２３である。
従って、第１の多孔質構造体１２の除湿空間５側には第
１の触媒１２１が存在し、固体高分子電解質膜３側には
第２の触媒１２２と固体高分子電解質層１２３が存在し
ている。
【００１８】固体高分子電解質膜３としては、デュポン
社から市販されているナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１
１７（公称厚み１７０μｍ）を用いている。第３の触媒
２２１は第２の多孔質構造体２２の一方の面に水素を分
解する触媒である白金黒をエポキシワニスに分散させ粘
度を適度に調節したものを塗布し乾燥させたものであ
る。第４の触媒２２２および固体高分子電解質層２２３
は、第２の多孔質構造体２２の他方の面に水を生成する
触媒である白金黒とナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液
（５重量％、水アルコール混合溶媒、アルドリッチ社
製）とを混合し粘度を適度に調節したものを塗布し乾燥
させたものである。すなわち、この白金黒触媒（後者）
が第４の触媒２２２であり、ナフィオン樹脂（固体高分
子電解質）が第２の多孔質構造体２２に付着したものが
固体高分子電解質層２２３である。従って、第２の多孔
質構造体２２の加湿空間６側には第３の触媒２２１が存
在し、固体高分子電解質膜３側には第４の触媒２２２と
固体高分子電解質層２２３が存在している。
社から市販されているナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１
１７（公称厚み１７０μｍ）を用いている。第３の触媒
２２１は第２の多孔質構造体２２の一方の面に水素を分
解する触媒である白金黒をエポキシワニスに分散させ粘
度を適度に調節したものを塗布し乾燥させたものであ
る。第４の触媒２２２および固体高分子電解質層２２３
は、第２の多孔質構造体２２の他方の面に水を生成する
触媒である白金黒とナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液
（５重量％、水アルコール混合溶媒、アルドリッチ社
製）とを混合し粘度を適度に調節したものを塗布し乾燥
させたものである。すなわち、この白金黒触媒（後者）
が第４の触媒２２２であり、ナフィオン樹脂（固体高分
子電解質）が第２の多孔質構造体２２に付着したものが
固体高分子電解質層２２３である。従って、第２の多孔
質構造体２２の加湿空間６側には第３の触媒２２１が存
在し、固体高分子電解質膜３側には第４の触媒２２２と
固体高分子電解質層２２３が存在している。
【００１９】次に、固体高分子電解素子の組み立て方法
を述べる。上記のようにして作成した第１の多孔質構造
体１２と固体高分子電解質膜３と第２の多孔質構造体２
２とを、上記の向きに重ね合わせ、１９０℃、５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 でホットプレスする。第１の多孔質構造体１
２と第２の多孔質構造体２２は、固体高分子電解質膜３
にそれぞれ５０μｍずつの深さに食い込んでいることが
確かめられ、従って一体物となる。つぎに、この一体物
に端子１１、２１を配して射出成型機に装填し、ガラス
入りのポリエチレンテレフタレート樹脂を射出し、フレ
ーム４を成型し、固体高分子電解素子を完成させる。
を述べる。上記のようにして作成した第１の多孔質構造
体１２と固体高分子電解質膜３と第２の多孔質構造体２
２とを、上記の向きに重ね合わせ、１９０℃、５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 でホットプレスする。第１の多孔質構造体１
２と第２の多孔質構造体２２は、固体高分子電解質膜３
にそれぞれ５０μｍずつの深さに食い込んでいることが
確かめられ、従って一体物となる。つぎに、この一体物
に端子１１、２１を配して射出成型機に装填し、ガラス
入りのポリエチレンテレフタレート樹脂を射出し、フレ
ーム４を成型し、固体高分子電解素子を完成させる。
【００２０】次に、上述した構成を備える本発明の固体
高分子電解素子の動作を説明する。陽極１では、第１の
多孔質構造体１２の白金メッキされたニッケル電極と第
２の触媒１２２と固体高分子電解質層１２３の存在のも
とで、直流電源７の電力供給により、水が電気分解され
て式（１）の電極反応が起こり、除湿空間５の湿度を低
下させる。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- （１） このとき発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体高分子電解
質膜３を通り、また、電子（ｅ- ）は外部回路を通って
陰極２に達し、陰極２では、第２の多孔質構造体２２の
ニッケル電極と第４の触媒２２２と固体高分子電解質層
２２３の存在のもとで、式（２）の電極反応により酸素
を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ （２） 多孔質構造体１２，２２として有効反応面積の大きい発
泡金属を用い、しかもその面に沿って固体高分子電解質
層１２３，２２３が存在し、触媒１２２，２２２も存在
するので、陽極１，陰極２とも有効反応面の大きい電極
が形成され、反応効率の高い固体高分子電解素子を得る
ことができる。
高分子電解素子の動作を説明する。陽極１では、第１の
多孔質構造体１２の白金メッキされたニッケル電極と第
２の触媒１２２と固体高分子電解質層１２３の存在のも
とで、直流電源７の電力供給により、水が電気分解され
て式（１）の電極反応が起こり、除湿空間５の湿度を低
下させる。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- （１） このとき発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体高分子電解
質膜３を通り、また、電子（ｅ- ）は外部回路を通って
陰極２に達し、陰極２では、第２の多孔質構造体２２の
ニッケル電極と第４の触媒２２２と固体高分子電解質層
２２３の存在のもとで、式（２）の電極反応により酸素
を消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ （２） 多孔質構造体１２，２２として有効反応面積の大きい発
泡金属を用い、しかもその面に沿って固体高分子電解質
層１２３，２２３が存在し、触媒１２２，２２２も存在
するので、陽極１，陰極２とも有効反応面の大きい電極
が形成され、反応効率の高い固体高分子電解素子を得る
ことができる。
【００２１】陽極反応（１）の副反応として発生するお
それのあるオゾン（Ｏ3 ）は、第１の触媒１２１で分解
されて酸素（Ｏ2 ）に変化する。また、陰極反応（２）
の副反応では式（３） ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （３） の反応が生ずるおそれがあるが、発生した水素（Ｈ2 ）
は第３の触媒２２１により分解されて水（Ｈ2 Ｏ）に変
化する以上により発生が望ましくないオゾン（Ｏ3 ）お
よび水素（Ｈ2 ）の発生を抑える。
それのあるオゾン（Ｏ3 ）は、第１の触媒１２１で分解
されて酸素（Ｏ2 ）に変化する。また、陰極反応（２）
の副反応では式（３） ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （３） の反応が生ずるおそれがあるが、発生した水素（Ｈ2 ）
は第３の触媒２２１により分解されて水（Ｈ2 Ｏ）に変
化する以上により発生が望ましくないオゾン（Ｏ3 ）お
よび水素（Ｈ2 ）の発生を抑える。
【００２２】実施の形態２．実施の形態１では、多孔質
構造体１２，２２の材質はニッケルの発泡金属であった
が、材質はチタンであってもよい。チタンは耐食性が良
好で、腐食を防ぐ効果があり、実施の形態１では第１の
多孔質構造体１２に施した白金メッキを省略することが
できる。
構造体１２，２２の材質はニッケルの発泡金属であった
が、材質はチタンであってもよい。チタンは耐食性が良
好で、腐食を防ぐ効果があり、実施の形態１では第１の
多孔質構造体１２に施した白金メッキを省略することが
できる。
【００２３】実施の形態３．多孔質構造体１２，２２は
電子導電性のセラミックスであってもよい。例として
は、添加物としてＴａ2 Ｏ5 を加えたＴｉＯ2 の粉末を
造粒し、成型して焼結したものがある。さらに、この材
質に白金黒を分散させておくならば、一層、電子導電性
が改善される。
電子導電性のセラミックスであってもよい。例として
は、添加物としてＴａ2 Ｏ5 を加えたＴｉＯ2 の粉末を
造粒し、成型して焼結したものがある。さらに、この材
質に白金黒を分散させておくならば、一層、電子導電性
が改善される。
【００２４】実施の形態４．多孔質構造体１２，２２は
電子導電性の有機物であってもよい。例としては、ポリ
フェニレン樹脂の粒体を加熱圧縮成型したものがある。
さらに、この材質に白金黒を分散させておくならば、一
層、電子導電性が改善される。
電子導電性の有機物であってもよい。例としては、ポリ
フェニレン樹脂の粒体を加熱圧縮成型したものがある。
さらに、この材質に白金黒を分散させておくならば、一
層、電子導電性が改善される。
【００２５】実施の形態５．第２の多孔質構造体２２は
水素イオンと電子の混合導電体であってもよい。水素イ
オンと電子の混合導電体としては、金属水素化物や金属
酸化物の例がある。金属水素化物の具体例としてはＰｂ
ＨｘやＬａＮｉ5 ＨｘやＴｉ2 ＮｉＨｘなどがある。例
えば、第２の多孔質構造体２２をＰｄを材質として構成
して電解すると、Ｐｄと固体高分子電解質層２２３との
界面で陰極反応が生じ、電極での反応点が増え、電気化
学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得られ
る。さらに、発生した原子状水素および分子状の水素の
いずれもがＰｄに吸蔵されてＰｄＨｘとなる。Ｐｄは相
当量の水素を吸蔵することができるが、吸蔵限界を越え
た場合は、第４の触媒２２２で水生成反応を生じて水素
イオンを消費し、さらに、副反応により生成した水素ガ
スは第３の触媒２２１で分解除去する。金属酸化物の例
としてはＷＯ3 やＲｅＯ3 などがある。ＷＯ3 を例にと
ると、反応機構はＰｄの場合と同様であり、陰極反応と
して式（４） ＷＯ3 ＋ｘＨ+ ＋ｘｅ- →ＨｘＷＯ3 （４） の反応が生じ水素が吸蔵される。
水素イオンと電子の混合導電体であってもよい。水素イ
オンと電子の混合導電体としては、金属水素化物や金属
酸化物の例がある。金属水素化物の具体例としてはＰｂ
ＨｘやＬａＮｉ5 ＨｘやＴｉ2 ＮｉＨｘなどがある。例
えば、第２の多孔質構造体２２をＰｄを材質として構成
して電解すると、Ｐｄと固体高分子電解質層２２３との
界面で陰極反応が生じ、電極での反応点が増え、電気化
学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得られ
る。さらに、発生した原子状水素および分子状の水素の
いずれもがＰｄに吸蔵されてＰｄＨｘとなる。Ｐｄは相
当量の水素を吸蔵することができるが、吸蔵限界を越え
た場合は、第４の触媒２２２で水生成反応を生じて水素
イオンを消費し、さらに、副反応により生成した水素ガ
スは第３の触媒２２１で分解除去する。金属酸化物の例
としてはＷＯ3 やＲｅＯ3 などがある。ＷＯ3 を例にと
ると、反応機構はＰｄの場合と同様であり、陰極反応と
して式（４） ＷＯ3 ＋ｘＨ+ ＋ｘｅ- →ＨｘＷＯ3 （４） の反応が生じ水素が吸蔵される。
【００２６】以上のように、この発明によれば、陽極お
よび陰極の多孔質構造体のそれぞれに電極反応を促進さ
せる部分と副反応生成物の分解除去を促進させる部分と
の２つの部分を設けたので、電極反応を促進させること
ができるとともに、副反応生成物の分解除去を促進させ
ることができる。
よび陰極の多孔質構造体のそれぞれに電極反応を促進さ
せる部分と副反応生成物の分解除去を促進させる部分と
の２つの部分を設けたので、電極反応を促進させること
ができるとともに、副反応生成物の分解除去を促進させ
ることができる。
【００２７】また、陽極に水の分解を促進させる触媒の
部分とオゾンの分解を促進させる触媒の部分とを設けた
ので、水の分解を促進させることができるとともに、副
反応生成物であるオゾンの分解除去を促進させることが
できる。
部分とオゾンの分解を促進させる触媒の部分とを設けた
ので、水の分解を促進させることができるとともに、副
反応生成物であるオゾンの分解除去を促進させることが
できる。
【００２８】また、陰極に水の生成を促進させる触媒の
部分と水素の分解を促進させる触媒の部分とを設けたの
で、水の生成を促進させることができるとともに、副反
応生成物である水素の分解除去を促進させることができ
る。
部分と水素の分解を促進させる触媒の部分とを設けたの
で、水の生成を促進させることができるとともに、副反
応生成物である水素の分解除去を促進させることができ
る。
【００２９】また、多孔質構造体が耐食性の導電性皮膜
で覆われている金属で構成されるようにしたので、陽極
が腐食されず、長期にわたって性能が安定する。
で覆われている金属で構成されるようにしたので、陽極
が腐食されず、長期にわたって性能が安定する。
【００３０】また、多孔質構造体が電子導電性のセラミ
ックスで構成されるようにしたので、陽極が腐食され
ず、長期にわたって性能が安定する。
ックスで構成されるようにしたので、陽極が腐食され
ず、長期にわたって性能が安定する。
【００３１】また、多孔質構造体が電子導電性の有機物
で構成されるようにしたので、陽極が腐食されず、長期
にわたって性能が安定する。
で構成されるようにしたので、陽極が腐食されず、長期
にわたって性能が安定する。
【００３２】また、陰極の多孔質構造体が水素イオンと
電子の混合導電体で構成されるようにしたので、電極で
の反応点が増え、電気化学反応が容易で効率のよい固体
高分子電解素子が得られる。
電子の混合導電体で構成されるようにしたので、電極で
の反応点が増え、電気化学反応が容易で効率のよい固体
高分子電解素子が得られる。
【００３３】また、上記水素イオンと電子の混合導電体
を金属水素化物としたので、電極での反応点が増え、電
気化学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得
られる。
を金属水素化物としたので、電極での反応点が増え、電
気化学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得
られる。
【００３４】また、上記水素イオンと電子の混合導電体
を金属酸化物としたので、電極での反応点が増え、電気
化学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得ら
れる。
を金属酸化物としたので、電極での反応点が増え、電気
化学反応が容易で効率のよい固体高分子電解素子が得ら
れる。
【００３５】また、オゾンの分解を促進させる触媒をセ
ラミックスとしたので、副反応生成物であるオゾン発生
のない固体高分子電解素子が得られる。
ラミックスとしたので、副反応生成物であるオゾン発生
のない固体高分子電解素子が得られる。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る固体高分子電
解素子の構成を示す断面図である。
解素子の構成を示す断面図である。
【図２】 従来の固体高分子電解素子の構成を示す構成
図である。
図である。
１ 陽極 ２ 陰極 ３
固体高分子電解質膜 ４ フレーム ５ 除湿空間 ６
加湿空間 ７ 直流電源 １１ 端子 １２
第１の多孔質構造体 ２１ 端子 ２２ 第２の多孔質構造体 １２１ 第１の触媒 １２２ 第２の触媒 １２３ 固体高分子電解質層 ２２１
第３の触媒 ２２２ 第４の触媒 ２２３ 固体高分子電解質層
固体高分子電解質膜 ４ フレーム ５ 除湿空間 ６
加湿空間 ７ 直流電源 １１ 端子 １２
第１の多孔質構造体 ２１ 端子 ２２ 第２の多孔質構造体 １２１ 第１の触媒 １２２ 第２の触媒 １２３ 固体高分子電解質層 ２２１
第３の触媒 ２２２ 第４の触媒 ２２３ 固体高分子電解質層
Claims (10)
- 【請求項１】 一方の面を除湿空間に接し、他方の面を
固体高分子電解質膜に接し、水を電解して酸素を発生す
る陽極と、一方の面を加湿空間に接し、他方の面を前記
固体高分子電解質膜に接し、水を発生して酸素を消費す
る陰極と、前記陽極および前記陰極により挟持された前
記固体高分子電解質膜とからなり、前記陽極および前記
陰極が多孔質構造体で構成されるとともに、それぞれに
電極反応を促進させる部分と副反応生成物の分解除去を
促進させる部分との二つの部分で構成されることを特徴
とする固体高分子電解素子。 - 【請求項２】 陽極を構成する多孔質構造体の固体高分
子電解質膜と接する側の部分には、電極反応としての水
の分解を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散さ
れ、前記多孔質構造体の除湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としてのオゾンの分解を促進させる触
媒が分散されていることを特徴とする請求項第１項記載
の固体高分子電解素子。 - 【請求項３】 陰極を構成する多孔質構造体の固体高分
子電解質膜と接する側の部分には、電極反応としての水
の生成を促進させる触媒と固体高分子電解質が分散さ
れ、前記多孔質構造体の加湿空間と接する側の部分に
は、副反応生成物としての水素の分解を促進させる触媒
が分散されていることを特徴とする請求項第１項記載の
固体高分子電解素子。 - 【請求項４】 多孔質構造体が耐食性の導電性皮膜で覆
われている金属で構成されていることを特徴とする請求
項第１項記載の固体高分子電解素子。 - 【請求項５】 多孔質構造体が電子導電性のセラミック
スで構成されていることを特徴とする請求項第１項記載
の固体高分子電解素子。 - 【請求項６】 多孔質構造体が電子導電性の有機物で構
成されていることを特徴とする請求項第１項記載の固体
高分子電解素子。 - 【請求項７】 陰極の多孔質構造体が水素イオンと電子
の混合導電体で構成されていることを特徴とする請求項
第１項または第３項記載の固体高分子電解素子。 - 【請求項８】 水素イオンと電子の混合導電体が金属水
素化物であることを特徴とする請求項第１項または第３
項または第７項記載の固体高分子電解素子。 - 【請求項９】 水素イオンと電子の混合導電体が金属酸
化物であることを特徴とする請求項第１項または第３項
または第７項記載の固体高分子電解素子。 - 【請求項１０】 オゾンの分解を促進させる触媒がセラ
ミックスであることを特徴とする請求項第１項または第
２項記載の固体高分子電解素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30783495A JP3198898B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 固体高分子電解素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30783495A JP3198898B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 固体高分子電解素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09143777A true JPH09143777A (ja) | 1997-06-03 |
| JP3198898B2 JP3198898B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17973767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30783495A Expired - Lifetime JP3198898B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | 固体高分子電解素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198898B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11131276A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 電解式オゾン発生素子および電解式オゾン発生装置 |
| JP2009061375A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Casio Comput Co Ltd | 気液分離装置、発電装置及び電子機器 |
| WO2009125716A1 (ja) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | 住友電気工業株式会社 | ガス分解素子およびガス分解方法 |
| CN105727703A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-07-06 | 北京清软时代科技有限公司 | 恒湿机及展示柜 |
| WO2021084935A1 (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | カーリットホールディングス株式会社 | 水電解用の触媒担持多孔質基体、水電解用電極、気体拡散層、水電解用スタックセル、及び、水電解用セルモジュール |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP30783495A patent/JP3198898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11131276A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 電解式オゾン発生素子および電解式オゾン発生装置 |
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| KR101233146B1 (ko) * | 2008-04-09 | 2013-02-14 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 가스 분해 소자 및 가스 분해 방법 |
| US8641887B2 (en) | 2008-04-09 | 2014-02-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gas decomposition apparatus and method for decomposing gas |
| US9446350B2 (en) | 2008-04-09 | 2016-09-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gas decomposition apparatus and method for decomposing gas |
| CN105727703A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-07-06 | 北京清软时代科技有限公司 | 恒湿机及展示柜 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3198898B2 (ja) | 2001-08-13 |
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