JPH0935736A

JPH0935736A - 固体高分子型燃料電池およびその運転方法

Info

Publication number: JPH0935736A
Application number: JP7183081A
Authority: JP
Inventors: Masako Kawabata; 雅子川畑; Atsuo Muneuchi; 篤夫宗内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-07-19
Also published as: JP2793523B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料ガスに含まれているＣＯによる燃料極触媒
の被毒を抑制できる固体高分子型燃料電池を得る。【解決手段】白金に対するルテニウム含有量が５０重量
％以上で８５重量％以下の白金−ルテニウム触媒を燃料
極２５が備えており、かつ電池の作動温度が１００℃か
ら１２０℃の間に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素イオン伝導性
を有する高分子膜や水素イオン伝導性を有する無機また
は有機材料粉末と高分子結着材料とからなる複合材を電
解質として用いる固体高分子型燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高効率のエネルギ変換装置として
燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、これに用い
る電解質の種類により、たとえばアルカリ性水溶液型，
リン酸型，固体高分子型等の低温動作燃料電池と、溶融
炭酸塩型，固体酸化物電解質型等の高温動作燃料電池と
に大別される。

【０００３】これらの燃料電池のうち、電解質として水
素イオン伝導性を有する高分子電解質膜（Polymer Elec
trolyte Membrane）を用いる固体高分子型燃料電池は、
加圧容器を必要とせず、コンパクトで高出力密度が得ら
れること、優れた起動性が得られ、かつ簡略なシステム
で運転が可能であることなどの理由から、宇宙用、移動
電源用、離島用、定置用などとして注目されている。

【０００４】固体高分子型燃料電池で用いられる電解質
膜としては、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イ
オン交換膜、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリ
デンフルオライドとの混合物質、フルオロカーボンマト
リックスにトリフルオロエチレンをグラフト化したもの
等が知られている。最近ではパーフルオロカーボンスル
ホン酸膜（たとえば、ナフィオン：商品名、デュポン社
製）等も用いられている。

【０００５】このような高分子電解質膜を用いる固体高
分子型燃料電池は、ガス拡散層および触媒層としての機
能を有する一対の多孔質電極、すなわち白金触媒を担持
した多孔質の燃料極と酸化剤極とで高分子電解質膜を挟
持するとともに両極の外側に燃料ガス流路と酸化剤ガス
流路とを備えた集電体を配したものを単セルとし、この
ような単セルを複数個、冷却板等を介して積層した構成
となっている。

【０００６】水素イオン伝導型の燃料電池では、燃料極
側および酸化剤極側において、白金触媒の存在のもとに
電解質と電極との界面で、燃料極：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …(1) 酸化剤極：１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …(2) なる電気化学的な反応が起こる。

【０００７】上記反応式において、電子については燃料
極から外部回路を通して酸化剤極への移動であり、水素
イオンについては電解質中での移動である。そして、反
応生成物として酸化剤極側で水が生成される。

【０００８】このような固体高分子型燃料電池の燃料ガ
スとしては、多くの場合、メタノールなどアルコール系
の燃料またはメタンガスなど炭化水素系の燃料を改質し
て得た水素の豊富な改質ガスが用いられる。たとえば、
メタノールの改質の例をとると、(3) 式に示すように、
２００〜３００℃で水蒸気を加えて炭酸ガスと水素とを
生成させる反応となる。

【０００９】ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂ …(3) これ以外に、ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂ …(4) の反応も起こり、水素以外に副生成物として１数％以下
のＣＯも生成される。

【００１０】ところで、副生成物を含む改質ガスを直接
電池の燃料極に供給すると、含まれているＣＯが燃料極
の白金触媒に吸着する現象が起こり、白金触媒が被毒さ
れる。触媒がＣＯによって被毒されると、燃料極での反
応が阻害されて電池性能が大幅に低下する。このため、
通常は改質器を出た燃料ガスをさらにシフトコンバータ
に通したり、ＣＯ酸化除去装置（これらを第１段ＣＯ除
去装置とする）に通したりしてＣＯ濃度を低減させてか
ら電池の燃料極に供給する方式が採られている。

【００１１】リン酸型燃料電池では電池作動温度が２０
０℃付近であるため、燃料ガス中のＣＯ濃度が数１００
ｐｐｍ程度でも電池性能にはほとんど影響を与えない。
しかし、固体高分子型燃料電池では作動温度が通常、常
温〜８０℃と低いため、燃料ガス中に数１００ｐｐｍの
ＣＯが含まれていると、触媒の被毒が起こる。文献（R.
A.Lemons, J.of Power Souurce, vol.29, pp.251-264
(1990) ）によれば固体高分子型燃料電池を８０℃で作
動させたときのＣＯ許容濃度は１０ｐｐｍと報告されて
いる。このため、数１００ｐｐｍのＣＯを含む改質ガス
について、ＣＯ除去を行うためには、第１段ＣＯ除去装
置を通ったガスを、さらに選択的酸化などの第２段ＣＯ
除去装置に通す必要がある。しかし、このように第２段
ＣＯ除去装置に通しても、ＣＯ濃度を確実に許容値の１
０ｐｐｍ以下に低減させるのは難しい。このため、さら
に第３段ＣＯ除去装置に通す必要があり、システム構成
が複雑になってしまう問題があった。

【００１２】なお、第３段ＣＯ除去装置に代えて、燃料
ガス中のＣＯ濃度に応じて酸化剤を混入することでＣＯ
被毒を抑制する方法（特開平６−２５１７８６号）も考
えられている。しかし、この方法では、第３段ＣＯ除去
装置を設ける代りに、新たに燃料ガス中のＣＯ濃度を検
知するためのセンサーやＣＯ濃度に応じて酸化剤を供給
するためのガス混合制御装置が必要となる。また、ＣＯ
濃度変動に対するセンサーの追従性が要求され、これに
応じて適量の酸化剤がガス混合制御装置で供給されなけ
ればならない。もし、これらの装置に不具合が生じる
と、酸化剤不足で燃料極の白金触媒が被毒したり、酸化
剤の過剰供給で水素との酸化反応が起きて電池電圧が低
下したりする問題が新たに生じることになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の固
体高分子型燃料電池にあっては、燃料ガス中にＣＯが含
まれていると、このＣＯによって燃料極触媒が被毒して
電池性能の低下を招くため、使用できる燃料ガスが特定
されたり、あるいはアルコール系の燃料や炭化水素系の
燃料を改質して得た燃料ガスを用いようとした場合には
大掛りな付帯設備を必要とする問題があった。

【００１４】そこで本発明は、簡単な構成であるにも拘
らず燃料ガス中のＣＯによる燃料極触媒の被毒を抑制で
き、もって大掛り付帯設備を必要とすることなく、また
使用できる燃料ガスの範囲を拡大できる固体高分子型燃
料電池およびその運転方法を提供することを目的として
いる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る固体高分子型燃料電池は、白金に対す
るルテニウム含有量が５０重量％以上で８５重量％以下
の白金−ルテニウム触媒を燃料極が備えており、かつ電
池の作動温度が１００℃から１２０℃の間であることを
特徴としている。

【００１６】なお、触媒の担持体としてカーボンが用い
られるが、触媒全体に対するカーボンの含有量は２０〜
６０重量％であることが好ましい。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る運転方法では、白金に対するルテニウム含有量が
５０重量％以上で８５重量％以下の白金−ルテニウム触
媒を燃料極が備えており、かつ電池の作動温度が１００
℃から１２０℃の間である固体高分子型燃料電池を運転
するに当たり、前記燃料極を介して高分子電解質膜を加
湿する内部加湿方式を採用するとともに、燃料ガスを２
ｋｇ／ｃｍ²〜４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で供給し、酸化剤
ガスを２ｋｇ／ｃｍ²〜４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で供給
し、一部が上記内部加湿方式の加湿水となる冷却水を上
記燃料ガスの供給圧力に対して同等かもしくはそれ以上
の圧力で供給するようにしたことを特徴としている。

【００１８】上記組成の白金−ルテニウム触媒はＣＯに
被毒され難い。また、電池の作動温度を上記温度まで上
げると、燃料極触媒がＣＯに被毒され難い方向に一層近
付けることが可能となる。

【００１９】また、触媒の担持体であるカーボンの含有
量が少なくなると、触媒での金属濃度が高くなるため、
触媒の製作コストが高くなるばかりか、引火し易くなる
など製造工程上の取扱いが極めて難しく、しかも触媒の
導電性を低下させる。したがって、上記範囲が好まし
い。

【００２０】上記組成の触媒を持つ燃料極を備え、かつ
上記温度範囲の固体高分子型燃料電池を内部加湿方式で
運転するに当って、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給圧
力は水蒸気分圧より大きな値である必要があるため、２
ｋｇ／ｃｍ²以上必要である。また、供給圧力を大きく
すると、加圧動力が大きくなり、電池システム全体の効
率が低下するので、上限を４ｋｇ／ｃｍ²に抑える必要
がある。さらに、一部が内部加湿方式の加湿水となる冷
却水の圧力は、加湿水を安定供給するために上記燃料ガ
スの供給圧力に対して同等かもしくはそれ以上である必
要がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２２】図１には本発明の一実施形態に係る固体高
分子型燃料電池の分解斜視図が示されている。

【００２３】この固体高分子型燃料電池は、単セル２１
を互いの間に後述する加湿水透過板２２と冷却水案内機
能およびセパレータ機能を備えた冷却板２３とを介在さ
せて複数積層した積層構造に形成されている。

【００２４】単セル２１は、公知のものと同様の材質で
形成された高分子電解質膜２４を備えている。この高分
子電解質膜２４の両面には高分子電解質膜より小さい面
積に形成された燃料極２５と酸化剤極２６とが接触配置
されている。燃料極２５および酸化剤極２６の外周部分
には、各電極とほぼ同じ厚みのシール材で形成されたガ
スシール用のパッキング２７，２８が配置されている。

【００２５】ここで、燃料極２５は次のように形成され
ている。すなわち、図３(a) に示すように、カーボン多
孔質体２９の一方の表面にカーボン粉末と撥水剤とのス
ラリーとを塗布し、これを３６０℃で焼結してガス拡散
層３０を形成し、このガス拡散層３０上に白金（Ｐｔ）
とルテニウム（Ｒｕ）とカーボン（Ｃ）からなる触媒層
３１を設けたものとなっている。触媒層３１は、Ｐｔに
対するＲｕの含有量が５０重量％以上で８５重量％以下
となるように、たとえば組成比Ｐｔ：Ｒｕ：Ｃ＝３０：
３０：４０に配合されたカーボン担持触媒とフッ素系高
分子溶液と水とを混合して燃料極用触媒スラリーを作成
し、これを白金担持量が１．５ｍｇ／ｃｍ²となるよう
にガス拡散層３０上に塗布して形成されている。そし
て、触媒層３１が高分子電解質膜２４側に位置するよう
に配置されている。

【００２６】一方、酸化剤電極２６は、図３(b) に示す
ように、カーボン多孔質体２９の一方の表面にカーボン
粉末と撥水剤とのスラリーを塗布し、これを３６０℃で
焼結してガス拡散層３０を形成し、このガス拡散層３０
上に白金（Ｐｔ）とカーボン（Ｃ）とからなる触媒層３
２を設けたものとなっている。触媒層３２は、組成比が
Ｐｔ：Ｃ＝５０：５０に配合されたカーボン担持触媒と
フッ素系高分子溶液と水とを混合して酸化剤極用触媒ス
ラリーを作成し、これを白金担持量が１．５ｍｇ／ｃｍ
²となるようにガス拡散層３０上に塗布して形成されて
いる。そして、触媒層３２が高分子電解質膜２４側に位
置するように配置されている。

【００２７】燃料極２５の図１中下面側には、燃料極２
５への燃料ガスの供給機能と集電機能とを発揮する燃料
極側集電板３３が接触配置されている。この燃料極側集
電板３３は、親水性のカーボン多孔質板で形成されてい
る。燃料極側集電板３３における燃料極２５との接触面
には、図２に示すように、燃料ガスを通流させるための
案内溝３４が複数形成されている。同様に、酸化剤極２
６の図１中上面側には、酸化剤極２６への酸化剤ガスの
供給機能と集電機能とを発揮する酸化剤極側集電板３５
が接触配置されている。この酸化剤極側集電板３５は、
緻密なカーボン板で形成されている。酸化剤極側集電板
３５における酸化剤極２６との接触面には、図２に示す
ように、酸化剤ガスを通流させるための案内溝３６が複
数形成されている。

【００２８】一方、燃料極側集電板３３の図１中下面側
には前述した加湿水透過板２２が接触配置されており、
この加湿水透過板２２の図１中下面側には冷却板２３が
接触配置されている。加湿水透過板２２は親水性のカー
ボン多孔質薄板で形成されており、冷却板２３は緻密な
カーボン板あるいは金属板で形成されている。冷却板２
３の加湿水透過板２２側に位置する面には、冷却水を案
内するための案内溝３７が複数形成されている。

【００２９】加湿水透過板２２の両側部、冷却板２３の
両側部、高分子電解質膜２４の両側部、パッキング２
７，２８の両側部には、それぞれ図１に示すように、燃
料ガスを供給／排出するための孔５０，５１（ただし、
孔５１は図示せず）と、冷却水を供給／排出するための
孔５２，５３と、酸化剤ガスを供給／排出するための孔
５４，５５とが積層方向に通じる関係に設けられてい
る。

【００３０】そして、燃料極側集電板３３に設けられた
案内溝３４は燃料ガスを供給／排出するための孔５０，
５１に通じ、酸化剤極側集電板３５に設けられた案内溝
３６は酸化剤ガスを供給／排出するための孔５４，５５
に通じ、冷却板２３に設けられた案内溝３７は冷却水を
供給／排出するための孔５２，５３に通じている。

【００３１】このように構成された単セル２１、加湿水
透過板２２、冷却板２３が複数積層されて燃料電池積層
体７０が構成されている。燃料電池積層体７０の積層方
向に位置する両端面に導電性のエンドプレート７１，７
２が当てがわれ、さらにこれらエンドプレート７１，７
２の外面にエンドプレートより幅広な図示しない締付け
板が当てがわれ、これら締付け板の周縁部においてバネ
を介在させた条件下で両締付け板を絶縁性のロッドで積
層方向に締付けたものとなっている。

【００３２】なお、エンドプレート７１の上面には、前
述した孔５０，５１を介して燃料ガスの供給／排出を行
うための燃料供給管７３，燃料排出管７４と、前述した
孔５２，５３を介して冷却水の供給／排出を行うための
冷却水供給管７５，冷却水排出管７６と、前述した孔５
４，５５を介して酸化剤ガスの供給／排出を行うための
酸化剤ガス供給管７７，酸化剤ガス排出管７８とが対応
する孔に通じる関係に設けられている。

【００３３】このような構成であると、燃料供給管７３
を介して供給された燃料ガス（供給圧力２〜４ｋｇ／ｃ
ｍ²）は、各単セル２１において燃料極側集電板３３に
設けられた各案内溝３４を流れる。そして、一部が燃料
極２５に拡散して発電に供され、残りが孔５１へと流れ
た後に燃料排出管７４へと流れる。また、酸化剤供給管
７７を介して供給された酸化剤ガス（供給圧力２〜４ｋ
ｇ／ｃｍ²）は、各単セル２１において酸化剤極側集電
板３５に設けられた各案内溝３６を流れる。そして、一
部が酸化剤極２６に拡散して発電に供され、残りが孔５
５へと流れた後に酸化剤排出管７８へと流れる。

【００３４】一方、冷却水供給管７５を介して供給され
た冷却水（供給圧力２ｋｇ／ｃｍ²以上）は、冷却板２
３に設けられた各案内溝３７を流れる。そして、一部が
加湿水透過板２３、燃料極側集電板３３、燃料極２５を
それぞれ透過して高分子電解質膜２４の加湿に供され、
残りが冷却板２３を介して吸熱した後に孔５３へと流
れ、その後に冷却水排出管７６へと流れる。

【００３５】このとき、燃料電池積層体７０は、図示し
ないヒータによって温度が１００℃から１２０℃の間に
保持される。

【００３６】このように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび
冷却水の供給によって電池としての機能が発揮される。
そして、この場合には、燃料極２５に前記組成の触媒層
３１、つまりＰｔに対するＲｕの含有量が５０重量％以
上で８５重量％以下に設定されたカーボン担持の触媒層
３１を設けていることと、電池の動作温度を１００℃か
ら１２０℃の間に設定していることとが相俟って、燃料
ガスにＣＯが含まれている場合であっても触媒層３１中
の白金の被毒が抑制され、長期に亘って安定した発電性
能を発揮させることができる。

【００３７】この事実を確認した実験例を以下に説明す
る。

【００３８】実験例１燃料極２５については、カーボン多孔質体２９の一方の
表面にカーボン粉末と撥水剤とのスラリーを塗布し、こ
れを３６０℃で焼結してガス拡散層３０を形成した。さ
らに組成比がＰｔ：Ｒｕ：Ｃ＝３０：３０：４０のカー
ボン担持触媒とフッ素系高分子溶液と水とを混合して燃
料極用触媒スラリーを作成した。このスラリーを白金担
持量が１．５ｍｇ／ｃｍ²となるようにガス拡散層３０
上に塗布して触媒層３１を形成した。

【００３９】一方、酸化剤極２６については、カーボン
多孔質体２９の一方の表面にカーボン粉末と撥水剤との
スラリーを塗布し、これを３６０℃で焼結してガス拡散
層３０を形成した。さらに組成比がＰｔ：Ｃ＝５０：５
０のカーボン担持触媒とフッ素系高分子溶液と水とを混
合して酸化剤極用触媒スラリーを作成した。このスラリ
ーを白金担持量が１．５ｍｇ／ｃｍ²となるようにガス
拡散層３０上に塗布して触媒層３２を形成した。

【００４０】これらの燃料極と酸化剤極とでデュポン社
製のフッ素系高分子膜 Nafion ^R１１７を挟み、ホット
プレスして電極面積１００ｃｍ²の単位電池を製作し
た。

【００４１】製作した単位電池をバイトンパッキンでシ
ールし、ガス流路を設けたホルダーで挟み、電池温度１
１０℃で、かつ内部加湿方式で発電試験を行った。この
とき、燃料極ガス圧力を４ｋｇ／ｃｍ²とし、燃料ガス
としてはＨ₂＋ＣＯ（５０ｐｐｍ）の混合ガスを１４０
℃でバブリングしてガス利用率３０％でフローした。酸
化剤極側ではガス圧力を４ｋｇ／ｃｍ²とし、空気をガ
ス利用率５０％でフローした。

【００４２】電流密度０．４Ａ／ｃｍ²負荷で運転した
ときの電池電圧の経時変化を図４中にＡで示す。なお、
参考のために８０℃で運転したときの特性を図４中にＢ
で示す。８０℃で運転したときには数時間で電池電圧が
著しく低下したのに比べると、１１０℃運転時には２０
００時間後においても１％の電圧低下であった。

【００４３】実験例２実験例１での燃料極用触媒スラリー作成過程において、
組成比がＰｔ：Ｒｕ：Ｃ＝４０：２０：４０のカーボン
担持触媒のスラリーを作成し、これ用いて白金担持量
１．５ｍｇ／ｃｍ²の触媒層を持つ燃料極を作成した。
これと白金担持触媒の酸化剤極とでデュポン社製のフッ
素系高分子膜 Nafion ^R１１７を挟みホットプレスで熱
圧着し、単位電池を製作した。

【００４４】実験例１と同様のガス圧力条件で、燃料極
にＨ₂＋ＣＯ（１００ｐｐｍ）の混合ガスをフローし、
内部加湿方式で加湿を行い、電池作動温度１２０℃、
０．４Ａ／ｃｍ²負荷で発電試験を行った。燃料極とし
て白金のみを担持した触媒を用いた電池は、発電開始か
ら数時間で電圧が２０％低下したのに対し、白金−ルテ
ニウム触媒を用いた電池の電圧は２０００時間後におい
てもわずか４％低下しただけだった。

【００４５】実験例３触媒中のルテニウム含有量の影響を調べるため、カーボ
ン重量比を全体の５０重量％に固定とし、白金に対する
ルテニウム含有量が２０〜９０重量％と異なる白金−ル
テニウム担持カーボン触媒を用いて白金担持量が０．６
ｍｇ／ｃｍ²となるように実験例１と同様の手順で燃料
極を作成した。これら燃料極と酸化剤極とデュポン社製
のフッ素系高分子膜 Nafion ^R１１７とで電極面積１０
０ｃｍ²の単位電池をそれぞれ製作し、電池温度１１０
℃、燃料極側および酸化剤極側ともにガス圧力２ｋｇ／
ｃｍ²に加圧し、燃料極側にＨ₂＋ＣＯ（１００ｐｐ
ｍ）の混合ガスをガス利用率４０％でフローし、酸化剤
極側には空気をガス利用率５０％でフローし、内部加湿
方式によって発電試験を行った。

【００４６】表１に初期電池電圧と発電開始から２００
０時間後の０．４Ａ／ｃｍ²負荷時の電池電圧を示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１から判るように、ルテニウムの含有量
が多いほど電池電圧の低下が少なく、白金に対するルテ
ニウム含有量が５０〜８０重量％の範囲で良好な結果を
示している。中でもルテニウム含有量が７８重量％の触
媒を用いた電池の電圧低下が少ないことが判かる。しか
し、ルテニウム含有量が８５重量％を越えると、初期の
電池電圧が低くなる。これは燃料極での反応に寄与する
白金量が十分でないことによるものと考えられる。

【００４９】ルテニウム含有量が９０重量％になると、
その傾向が大きく現れ、電池電圧は２０％に低下した。
この結果から、燃料極の触媒に適したルテニウム含有量
は、白金に対して５０〜８５重量％の範囲であるといえ
る。

【００５０】実験例４組成比がＰｔ：Ｒｕ：Ｃ＝２０：１０：７０（白金に対
するルテニウム含有量６７重量％）、Ｐｔ：Ｒｕ：Ｃ＝
２５：１５：６０（白金に対するルテニウム含有量６３
重量％）、Ｐｔ：Ｒｕ：Ｃ＝４０：２０：４０（白金に
対するルテニウム含有量６７重量％）の白金−ルテニウ
ム触媒を用い、白金担持量が１．０ｍｇ／ｃｍ²となる
ように実験例１と同じ方法でカーボン重量比の異なる燃
料極を作成した。

【００５１】これらの燃料極を用いて製作された単位電
池の初期性能から、触媒中にけるカーボン重量比の影響
を調べた。運転条件は実験例３と同じである。触媒全体
に対するカーボン重量比が６０重量％、４０重量％で
は、０．４Ａ／ｃｍ²負荷時の電池電圧がそれぞれ０．
７Ｖ、０．７２９Ｖと良好な初期性能が得られたが、カ
ーボン重量比が７０重量％の電池電圧では物質拡散律速
の影響のため、０．４Ａ／ｃｍ²負荷時の電池電圧が
０．５５Ｖと著しく低かった。

【００５２】このように、たとえばリン酸型燃料電池の
燃料極触媒の組成比（カーボン重量比は８０〜９０重量
％）にみられるようなカーボン重量比が高いものを固体
高分子型燃料電池の電極触媒に用いた場合は、触媒とし
ての機能が十分に得られず、触媒のカーボン重量比は６
０重量％以下であることが望ましいことが判った。

【００５３】逆に、カーボン重量比が少ない触媒では、
触媒での金属濃度が高くなるため、触媒の製作コストが
高くなるばかりか、引火し易くなるなど製造工程上の取
扱いが極めて難しく、しかも触媒の導電性を低下させ
る。このことから、燃料極触媒に適したカーボン重量比
は２０〜６０重量％と思われる。

【００５４】なお、図１に示す実施形態では、燃料ガス
と酸化剤ガスとを並流方式で流しているが、向流方式や
直交流方式で流すようにしてもよい。また、加湿方式も
図１に示す実施形態に限られるものではない。しかし、
図１のような内部加湿方式を採用すると、燃料極におけ
る白金触媒の被毒抑制効果が大きい。

【００５５】また、酸化剤極の電極触媒には、白金触媒
の他に合金触媒を使用してもよい。

【００５６】

【発明の効果】ＣＯに被毒されにくい白金−ルテニウム
触媒層を燃料極に設け、しかも電池を１００℃以上で作
動させるようにしているので、燃料極触媒がＣＯに被毒
されにくい環境を作り出すことができ、ＣＯ濃度が１０
ｐｐｍを越える燃料ガスが供給されても長期にわたって
安定した電池特性を発揮させることができる。したがっ
て、燃料ガス中のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減する
ための付帯設備を不要化でき、燃料電池システムの簡略
化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る固体高分子型燃料電
池の分解斜視図

【図２】同燃料電池を局部的に示す断面図

【図３】同燃料電池に組込まれた燃料極と酸化剤極の構
成説明図

【図４】同燃料電池の経時特性を参考例と比較して示す
図

【符号の説明】

２１…単セル２２…加湿水透過板２３…冷却板２４…高分子電解質膜２５…燃料極２６…酸化剤極２７，２８…パッキング２９…カーボン多孔質体３０…ガス拡散層３１，３２…触媒層３３…燃料極側集電板３４，３６，３７…案内溝３５…酸化剤極側集電板５０，５１…燃料ガスを供給／排出するための孔５２，５３…冷却水を供給／排出するための孔５４，５５…酸化剤ガスを供給／排出するための孔７１，７２…エンドプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白金に対するルテニウム含有量が５０重量
％以上で８５重量％以下の白金−ルテニウム触媒を燃料
極が備えており、かつ電池の作動温度が１００℃から１
２０℃の間であることを特徴とする固体高分子型燃料電
池。
【請求項２】白金，ルテニウム，カーボンからなる組成
で、白金に対するルテニウム含有量が５０重量％以上で
８５重量％以下、全体に対するカーボン含有量が２０〜
６０重量％の触媒を燃料極が備えており、かつ電池の作
動温度が１００℃から１２０℃の間であることを特徴と
する固体高分子型燃料電池。
【請求項３】白金に対するルテニウム含有量が５０重量
％以上で８５重量％以下の白金−ルテニウム触媒を燃料
極が備えており、かつ電池の作動温度が１００℃から１
２０℃の間である固体高分子型燃料電池を運転するに当
たり、前記燃料極を介して高分子電解質膜を加湿する内
部加湿方式を採用するとともに、燃料ガスを２ｋｇ／ｃ
ｍ²〜４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で供給し、酸化剤ガスを２
ｋｇ／ｃｍ²〜４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で供給し、一部が
上記内部加湿方式の加湿水となる冷却水を上記燃料ガス
の供給圧力に対して同等かもしくはそれ以上の圧力で供
給するようにしたことを特徴とする固体高分子型燃料電
池の運転方法。