JPH10328523A - 固体電解素子 - Google Patents
固体電解素子Info
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- JPH10328523A JPH10328523A JP9141465A JP14146597A JPH10328523A JP H10328523 A JPH10328523 A JP H10328523A JP 9141465 A JP9141465 A JP 9141465A JP 14146597 A JP14146597 A JP 14146597A JP H10328523 A JPH10328523 A JP H10328523A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 陽極側において通電時に発生する酸素により
陽極及び陽極側の触媒が不働態化するのを防止する。 【解決手段】 白金族金属又は白金族金属の金属酸化物
の触媒により、膜１０の一面に触媒の量が０．３ｍｇ／
ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで形成した陰極
触媒層１１と、水分透過性を有する第１の多孔質基材１
２とで陰極１３を構成し、膜１０の他面に触媒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
形成した陽極触媒層１４と、水分透過性を有する導電性
部材の相互間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材１５と
で陽極１６を構成したものである。
陽極及び陽極側の触媒が不働態化するのを防止する。 【解決手段】 白金族金属又は白金族金属の金属酸化物
の触媒により、膜１０の一面に触媒の量が０．３ｍｇ／
ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで形成した陰極
触媒層１１と、水分透過性を有する第１の多孔質基材１
２とで陰極１３を構成し、膜１０の他面に触媒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
形成した陽極触媒層１４と、水分透過性を有する導電性
部材の相互間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材１５と
で陽極１６を構成したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はイオン導電性の固
体電解質を利用した固体電解素子に関するものである。
体電解質を利用した固体電解素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は例えば特開平６−６３３４３号公
報に記載された固体電解素子の断面図である。図７にお
いて、１は陽イオン導電性の固体高分子電解質層、２、
３は多孔質基材で、金属繊維の織布若しくは不織布、金
属の粉末焼結体、カーボン繊維、金属多孔板等を使用す
る。４、５は触媒層で、多孔質基材２、３と固体高分子
電解質層１との食い込み部に白金黒、白金担持カーボン
等が３次元的に分布している。なお、多孔質基材２と触
媒層４とで陽極６を、多孔質基材３と触媒層５とで陰極
７をそれぞれ構成している。８は直流電源、９は被除湿
室である。
報に記載された固体電解素子の断面図である。図７にお
いて、１は陽イオン導電性の固体高分子電解質層、２、
３は多孔質基材で、金属繊維の織布若しくは不織布、金
属の粉末焼結体、カーボン繊維、金属多孔板等を使用す
る。４、５は触媒層で、多孔質基材２、３と固体高分子
電解質層１との食い込み部に白金黒、白金担持カーボン
等が３次元的に分布している。なお、多孔質基材２と触
媒層４とで陽極６を、多孔質基材３と触媒層５とで陰極
７をそれぞれ構成している。８は直流電源、９は被除湿
室である。
【０００３】次に動作について説明する。図７におい
て、両極６、７間に直流電源から電力を供給すると、非
除湿室９の水が電気分解して式（１）の反応により酸素
が発生するとともに被除湿室９の湿度が低下する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（１） このときに発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体高分子電
解質層１を通って陰極７に達する。また、電子（ｅ- ）
は直流電源８を接続した外部回路を通って陰極７に達す
る。そして、式（２）の反応により陰極７側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・（２） さらに、水素イオン（Ｈ+ ）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極６側から陰極７側へ移動する。従って、
陰極７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６から移動して被除湿室９の湿度
が低下する。
て、両極６、７間に直流電源から電力を供給すると、非
除湿室９の水が電気分解して式（１）の反応により酸素
が発生するとともに被除湿室９の湿度が低下する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（１） このときに発生する水素イオン（Ｈ+ ）は固体高分子電
解質層１を通って陰極７に達する。また、電子（ｅ- ）
は直流電源８を接続した外部回路を通って陰極７に達す
る。そして、式（２）の反応により陰極７側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・（２） さらに、水素イオン（Ｈ+ ）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極６側から陰極７側へ移動する。従って、
陰極７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６から移動して被除湿室９の湿度
が低下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体電解素子は
以上のように構成されているので、陽極においては両極
間に通電したときに陽極側で酸素が発生する。従って、
陽極を構成している多孔質基材の金属及び触媒が酸化し
て腐食したり、不働態化が発生するという問題点があっ
た。
以上のように構成されているので、陽極においては両極
間に通電したときに陽極側で酸素が発生する。従って、
陽極を構成している多孔質基材の金属及び触媒が酸化し
て腐食したり、不働態化が発生するという問題点があっ
た。
【０００５】この発明は、陽極側において通電時に発生
する酸素により陽極及び陽極側の触媒が不働態化するの
を防止する固体電解素子を提供することを目的とする。
する酸素により陽極及び陽極側の触媒が不働態化するの
を防止する固体電解素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
固体電解素子は、固体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持
して両極間に直流を印加し、陽極側で電解反応により酸
素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子にお
いて、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の
触媒により、膜の一面に上記触媒の量が０．３ｍｇ／ｃ
ｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層を形
成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を上記陰極
触媒層に接合したものであり、陽極は触媒により膜の他
面に触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ
2 となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有す
る導電性部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２
の多孔質基材を上記陽極触媒層に接合したものである。
固体電解素子は、固体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持
して両極間に直流を印加し、陽極側で電解反応により酸
素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子にお
いて、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の
触媒により、膜の一面に上記触媒の量が０．３ｍｇ／ｃ
ｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層を形
成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を上記陰極
触媒層に接合したものであり、陽極は触媒により膜の他
面に触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ
2 となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有す
る導電性部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２
の多孔質基材を上記陽極触媒層に接合したものである。
【０００７】請求項２の発明に係る固体電解素子は、固
体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持して両極間に直流を
印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極
側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族
金属又は白金族金属の金属酸化物の触媒と固体電解質の
粉末とを混合して、膜の一面に触媒の量が０．３ｍｇ／
ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層
を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極
触媒層に接合したものであり、陽極は触媒と固体電解質
の粉末とを混合して、膜の他面に触媒の量が０．３ｍｇ
／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陽極触媒層
を形成し、水分透過性を有する導電性部材の相互間が２
０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を陽極触媒層
に接合したものである。
体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持して両極間に直流を
印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極
側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族
金属又は白金族金属の金属酸化物の触媒と固体電解質の
粉末とを混合して、膜の一面に触媒の量が０．３ｍｇ／
ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層
を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極
触媒層に接合したものであり、陽極は触媒と固体電解質
の粉末とを混合して、膜の他面に触媒の量が０．３ｍｇ
／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陽極触媒層
を形成し、水分透過性を有する導電性部材の相互間が２
０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を陽極触媒層
に接合したものである。
【０００８】請求項３の発明に係る固体電解素子は、第
１の多孔質基材は炭素繊維で形成されたものである。
１の多孔質基材は炭素繊維で形成されたものである。
【０００９】請求項４の発明に係る固体電解素子は、第
２の多孔質基材はチタンメッシュに白金メッキをしたも
のである。
２の多孔質基材はチタンメッシュに白金メッキをしたも
のである。
【００１０】請求項５の発明に係る固体電解素子は、第
１の触媒は白金担持率が１０％〜５０％の白金担持カー
ボンである。
１の触媒は白金担持率が１０％〜５０％の白金担持カー
ボンである。
【００１１】請求項６の発明に係わる固体電解素子は、
固体電解質の膜の電流密度を０．１Ａ以下にしたもので
ある。
固体電解質の膜の電流密度を０．１Ａ以下にしたもので
ある。
【００１２】
実施の形態１．図１は実施の形態１の構成を示す断面図
である。図１において、１０は図２に示す固体電解質を
使用した厚さが１７０μｍの膜で、例えば水素イオン導
電性（陽イオン導電性）の固体電解質として、例えばデ
ュポン（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩ
ＯＮ：登録商標）−１１７を使用する。１１は膜１０の
一面に形成した陰極触媒層で、イソプロピルアルコール
と水等の揮発性溶剤に白金黒を混合して、白金黒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
膜１０に塗布又は吹き付ける。１２はカーボンを使用し
た厚さが２００μｍの水透過性を有する多孔質基材で、
カーボンペーパー、カーボンクロス等の炭素繊維であ
る。陰極触媒層１１と多孔質基材１２とで陰極１３を構
成している。
である。図１において、１０は図２に示す固体電解質を
使用した厚さが１７０μｍの膜で、例えば水素イオン導
電性（陽イオン導電性）の固体電解質として、例えばデ
ュポン（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩ
ＯＮ：登録商標）−１１７を使用する。１１は膜１０の
一面に形成した陰極触媒層で、イソプロピルアルコール
と水等の揮発性溶剤に白金黒を混合して、白金黒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
膜１０に塗布又は吹き付ける。１２はカーボンを使用し
た厚さが２００μｍの水透過性を有する多孔質基材で、
カーボンペーパー、カーボンクロス等の炭素繊維であ
る。陰極触媒層１１と多孔質基材１２とで陰極１３を構
成している。
【００１３】１４は膜１０の他面に形成した陽極触媒層
で、イソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に白金
黒を混合して、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．
０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付け
る。１５はチタメッシュ白金メッキした厚さが１００μ
ｍの水透過性を有する多孔質基材である。陽極触媒層１
４と多孔質基材１５とで陽極１６を構成している。な
お、膜１０と各極１３、１６とは、１８０℃の温度、５
０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３分間のホットプレスにより、
互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
１７は両極１３、１６間に接続された直流電源である。
なお、陰極触媒層１１及び陽極触媒層１４に混合する触
媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウ
ム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば
酸化イリジウム等でもよい。
で、イソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に白金
黒を混合して、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．
０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付け
る。１５はチタメッシュ白金メッキした厚さが１００μ
ｍの水透過性を有する多孔質基材である。陽極触媒層１
４と多孔質基材１５とで陽極１６を構成している。な
お、膜１０と各極１３、１６とは、１８０℃の温度、５
０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３分間のホットプレスにより、
互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
１７は両極１３、１６間に接続された直流電源である。
なお、陰極触媒層１１及び陽極触媒層１４に混合する触
媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウ
ム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば
酸化イリジウム等でもよい。
【００１４】次に動作について説明する。図１におい
て、両極１３、１６間に直流電源１７により直流電圧を
印加すると、陽極１６側では水が電気分解されて式
（３）の反応により、陽極１６側の除湿空間の湿度が低
下する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（３） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+ ）は、
固体電解質の膜１０を通る。また、電子（ｅ- ）は直流
電源１７を接続した外部回路を通って陰極１３に達す
る。そして、式（４）の反応により陰極１３側の酸素を
消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・（４） さらに、水素イオン（Ｈ+ ）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極１６から陰極１３へ移動する。従って、
陰極１３では式（４）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１６から移動して陽極１６側
の除湿空間の湿度が低下する。
て、両極１３、１６間に直流電源１７により直流電圧を
印加すると、陽極１６側では水が電気分解されて式
（３）の反応により、陽極１６側の除湿空間の湿度が低
下する。 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・（３） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+ ）は、
固体電解質の膜１０を通る。また、電子（ｅ- ）は直流
電源１７を接続した外部回路を通って陰極１３に達す
る。そして、式（４）の反応により陰極１３側の酸素を
消費して水を発生する。 Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ ・・・（４） さらに、水素イオン（Ｈ+ ）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極１６から陰極１３へ移動する。従って、
陰極１３では式（４）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１６から移動して陽極１６側
の除湿空間の湿度が低下する。
【００１５】図３は膜１０の有効面積が１００ｃｍ2 、
温度３０℃及び相対湿度６０％の大気中での電圧−電流
特性を示す説明図である。図１及び図３において、特性
Ｉに示すように触媒である白金黒の量を１ｍｇ／ｃｍ2
とした場合、両極１３、１６間に印加される電圧が３Ｖ
のとき、電流が４Ａでほぼ飽和状態である。次に、特性
ＩＩに示すように白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ2 とし
た場合は、１ｍｇ／ｃｍ2 のものに比して各触媒層１
１、１４の抵抗が増加するので、電気化学反応に使われ
る電圧が減少するため膜１０に流れる電流が減少する。
さらに、特性ＩＩＩに示すように白金黒の量を３ｍｇ／
ｃｍ2 とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ2 のものに比して各
触媒層１１、１４の抵抗が減少するので、電気化学反応
に使われる電圧が増加するため膜１０に流れる電流が増
加する。
温度３０℃及び相対湿度６０％の大気中での電圧−電流
特性を示す説明図である。図１及び図３において、特性
Ｉに示すように触媒である白金黒の量を１ｍｇ／ｃｍ2
とした場合、両極１３、１６間に印加される電圧が３Ｖ
のとき、電流が４Ａでほぼ飽和状態である。次に、特性
ＩＩに示すように白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ2 とし
た場合は、１ｍｇ／ｃｍ2 のものに比して各触媒層１
１、１４の抵抗が増加するので、電気化学反応に使われ
る電圧が減少するため膜１０に流れる電流が減少する。
さらに、特性ＩＩＩに示すように白金黒の量を３ｍｇ／
ｃｍ2 とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ2 のものに比して各
触媒層１１、１４の抵抗が減少するので、電気化学反応
に使われる電圧が増加するため膜１０に流れる電流が増
加する。
【００１６】図４は触媒である白金黒の量と膜１０を流
れる電流との関係を示す説明図である。図４の特性Ｉ
は、大気中において温度が３０℃、相対湿度が６０％の
場合で、触媒である白金黒の量が３ｍｇ／ｃｍ2 以上で
は電流が飽和状態で増えない。即ち、電気化学反応によ
る除湿及び加湿能力は電流に比例するので、触媒である
白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ2 以上にしても性能の向上を
図ることができない。従って、高温多湿において使用す
る場合は、白金黒の量は３ｍｇ／ｃｍ2 とするのがよ
い。
れる電流との関係を示す説明図である。図４の特性Ｉ
は、大気中において温度が３０℃、相対湿度が６０％の
場合で、触媒である白金黒の量が３ｍｇ／ｃｍ2 以上で
は電流が飽和状態で増えない。即ち、電気化学反応によ
る除湿及び加湿能力は電流に比例するので、触媒である
白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ2 以上にしても性能の向上を
図ることができない。従って、高温多湿において使用す
る場合は、白金黒の量は３ｍｇ／ｃｍ2 とするのがよ
い。
【００１７】図４の特性ＩＩは、大気中における年間を
通じての平均値としての温度が１５℃〜２０℃、平均値
としての相対湿度が６０％の場合である。温度が下がる
と電流が低下し、触媒である白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ
2 で電流が飽和する。さらに、触媒である白金黒の量を
０．３ｍｇ／ｃｍ2 まで減らしても電流の低下が約２５
％で、性能の低下は僅少である。従って、触媒である白
金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ2 としても、年間を通じて
所要の性能を発揮させることができる。空調された部屋
において、例えば温度が２０℃、相対湿度が５０％に制
御されている場合、０．３ｍｇ／ｃｍ２としても性能を
十分に発揮させることができる。
通じての平均値としての温度が１５℃〜２０℃、平均値
としての相対湿度が６０％の場合である。温度が下がる
と電流が低下し、触媒である白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ
2 で電流が飽和する。さらに、触媒である白金黒の量を
０．３ｍｇ／ｃｍ2 まで減らしても電流の低下が約２５
％で、性能の低下は僅少である。従って、触媒である白
金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ2 としても、年間を通じて
所要の性能を発揮させることができる。空調された部屋
において、例えば温度が２０℃、相対湿度が５０％に制
御されている場合、０．３ｍｇ／ｃｍ２としても性能を
十分に発揮させることができる。
【００１８】以上のように実施の形態１の発明によれ
ば、白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の陰極触媒
層及び陽極触媒層を形成し、陰極を陰極触媒層と第１の
多孔質基材とを接合して構成し、陽極を陽極触媒層と第
２の多孔質基材とを接合して構成したので、両極間に通
電したときに酸素が発生しても反応を起こすことがない
ため、腐食が発生することなく、不働態化を防止でき
る。
ば、白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の陰極触媒
層及び陽極触媒層を形成し、陰極を陰極触媒層と第１の
多孔質基材とを接合して構成し、陽極を陽極触媒層と第
２の多孔質基材とを接合して構成したので、両極間に通
電したときに酸素が発生しても反応を起こすことがない
ため、腐食が発生することなく、不働態化を防止でき
る。
【００１９】実施の形態２．図５は実施の形態２の構成
を示す断面図である。図５において、１０、１２、１５
及び１７は実施の形態１のもにと同様のものである。１
８は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、イソプロピ
ルアルコールと水等の揮発性溶剤に、膜１０と同じ固体
電解質の粉末と白金黒とを混合し、白金黒の量が０．３
ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０
に塗布又は吹き付ける。なお、陰極触媒層１８と多孔質
基材１２とで陰極１９を構成している。２０は膜１０の
他面に形成した陽極触媒層で、イソプロピルアルコール
と水等の揮発性溶剤に、膜１０と同じ固体電解質の粉末
と白金黒とを混合し、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2
〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０に塗布又は吹
き付ける。なお、陽極触媒層２０と多孔質基材１５とで
陽極２１を構成している。
を示す断面図である。図５において、１０、１２、１５
及び１７は実施の形態１のもにと同様のものである。１
８は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、イソプロピ
ルアルコールと水等の揮発性溶剤に、膜１０と同じ固体
電解質の粉末と白金黒とを混合し、白金黒の量が０．３
ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０
に塗布又は吹き付ける。なお、陰極触媒層１８と多孔質
基材１２とで陰極１９を構成している。２０は膜１０の
他面に形成した陽極触媒層で、イソプロピルアルコール
と水等の揮発性溶剤に、膜１０と同じ固体電解質の粉末
と白金黒とを混合し、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2
〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで膜１０に塗布又は吹
き付ける。なお、陽極触媒層２０と多孔質基材１５とで
陽極２１を構成している。
【００２０】なお、膜１０と各極１９、２１とは、１８
０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３分間のホット
プレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的
に接合される。なお、陰極触媒層１８及び陽極触媒層２
０に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジ
ウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属
酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３分間のホット
プレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的
に接合される。なお、陰極触媒層１８及び陽極触媒層２
０に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジ
ウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属
酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００２１】各触媒層１８、２０は白金黒等の触媒及び
膜１０と同じ固体電解質の粉末とを混合して、それぞれ
多孔質基材１２又は１５とホットプレスにより接合した
ことにより、膜１０と各触媒１８、２０と各多孔質基材
１２、１５との接合を強固に行うことができる。
膜１０と同じ固体電解質の粉末とを混合して、それぞれ
多孔質基材１２又は１５とホットプレスにより接合した
ことにより、膜１０と各触媒１８、２０と各多孔質基材
１２、１５との接合を強固に行うことができる。
【００２２】実施の形態１及び実施の形態２において、
陰極１３、１９側の触媒として白金黒を使用したものに
ついて説明したが、白金を重量比で１０％〜５０％担持
した白金担持カーボンを触媒として使用しても同様の効
果が期待される。例えば、白金５０％担持カーボン触媒
の量が１ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層を形成し
た場合、白金含有量は０．５ｍｇ／ｃｍ2 となる。白金
担持カーボンに使われる白金微粒子は、白金黒としての
白金１００％の触媒よりも粒径が細かいので、反応性が
高くなる。そのため、白金黒１００％の触媒に比して白
金の量が少なくても同様の効果を期待することができ
る。陽極１６、２１側では、電気化学反応によって発生
する活性酸素が触媒中の炭素と反応するので、陽極触媒
層に白金担持カーボンを使用できない。
陰極１３、１９側の触媒として白金黒を使用したものに
ついて説明したが、白金を重量比で１０％〜５０％担持
した白金担持カーボンを触媒として使用しても同様の効
果が期待される。例えば、白金５０％担持カーボン触媒
の量が１ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層を形成し
た場合、白金含有量は０．５ｍｇ／ｃｍ2 となる。白金
担持カーボンに使われる白金微粒子は、白金黒としての
白金１００％の触媒よりも粒径が細かいので、反応性が
高くなる。そのため、白金黒１００％の触媒に比して白
金の量が少なくても同様の効果を期待することができ
る。陽極１６、２１側では、電気化学反応によって発生
する活性酸素が触媒中の炭素と反応するので、陽極触媒
層に白金担持カーボンを使用できない。
【００２３】図６は実施の形態１及び実施の形態２にお
いて、固体電解質の膜１０の有効面積が１００ｃｍ2 、
温度が３０℃及び相対湿度が６０％の大気中における電
流と、陽極１６、２１を構成する多孔質基材１５の導電
部材相互間の距離との関係を示す説明図である。図６で
は、多孔質基材１５をメッシュ状で導電部材相互間のピ
ッチを２０ｍｍ以下にした場合、又は網目状その他で導
電部材相互間に所定の距離をあけるように構成した多孔
質基材１５で導電部材相互間を２０ｍｍ以下にした場合
に、膜１０に流す電流を有効に活用することができるこ
とを示している。
いて、固体電解質の膜１０の有効面積が１００ｃｍ2 、
温度が３０℃及び相対湿度が６０％の大気中における電
流と、陽極１６、２１を構成する多孔質基材１５の導電
部材相互間の距離との関係を示す説明図である。図６で
は、多孔質基材１５をメッシュ状で導電部材相互間のピ
ッチを２０ｍｍ以下にした場合、又は網目状その他で導
電部材相互間に所定の距離をあけるように構成した多孔
質基材１５で導電部材相互間を２０ｍｍ以下にした場合
に、膜１０に流す電流を有効に活用することができるこ
とを示している。
【００２４】そして、多孔質基材１５の導電部材相互間
の距離を２０ｍｍ以上にすると図６に示すように電流が
急激に低下する。即ち、除湿又はオゾン発生作用が低下
する。従って、各多孔質基材１５をメッシュ状に形成す
る場合はピッチを２０ｍｍ以下にするのがよい。なお、
陰極１３、１９側の多孔質基材１２にも陽極１６、２１
側の多孔質基材１４と同様にメッシュ状、網目状等を使
用してもよい。
の距離を２０ｍｍ以上にすると図６に示すように電流が
急激に低下する。即ち、除湿又はオゾン発生作用が低下
する。従って、各多孔質基材１５をメッシュ状に形成す
る場合はピッチを２０ｍｍ以下にするのがよい。なお、
陰極１３、１９側の多孔質基材１２にも陽極１６、２１
側の多孔質基材１４と同様にメッシュ状、網目状等を使
用してもよい。
【００２５】実施の形態１及び実施の形態２において、
固体電解質の膜１０の厚さを５０μｍから５００μｍに
設定することにより、良好な結果を得ることができる。
固体電解質の膜１０の厚さを５０μｍから５００μｍに
設定することにより、良好な結果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、白金族金属又
は白金族金属の金属酸化物の触媒により、触媒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
形成した陰極触媒層と第１の多孔質基材とで陰極を構成
し、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ
2 となる厚さで形成した陽極触媒層と導電性部材の相互
間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材とで陽極を構成し
たことにより、両極間に通電したときに酸素が発生して
も反応を起こすことがないため、腐食が発生することな
く、不働態化を防止できる。
は白金族金属の金属酸化物の触媒により、触媒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで
形成した陰極触媒層と第１の多孔質基材とで陰極を構成
し、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ
2 となる厚さで形成した陽極触媒層と導電性部材の相互
間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材とで陽極を構成し
たことにより、両極間に通電したときに酸素が発生して
も反応を起こすことがないため、腐食が発生することな
く、不働態化を防止できる。
【００２７】請求項２の発明によれば、白金族金属又は
白金族金属の金属酸化物の触媒と固体電解質の粉末とを
混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ
／ｃｍ2 となる厚さで形成した陰極触媒層と第１の多孔
質基材とで陰極を構成し、触媒と固体電解質の粉末とを
混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍ
ｇ／ｃｍ2 となる厚さで形成した陽極触媒層と導電性部
材の相互間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材とで陽極
を構成したことにより、両極間に通電したときに酸素が
発生しても反応を起こすことがないため、腐食が発生す
ることなく、不働態化を防止できる。さらに、触媒と固
体電解質の粉末とを混合して各触媒層を形成したので、
触媒と膜との接合を強固にすることができる。
白金族金属の金属酸化物の触媒と固体電解質の粉末とを
混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ
／ｃｍ2 となる厚さで形成した陰極触媒層と第１の多孔
質基材とで陰極を構成し、触媒と固体電解質の粉末とを
混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍ
ｇ／ｃｍ2 となる厚さで形成した陽極触媒層と導電性部
材の相互間が２０ｍｍ以下の第２の多孔質基材とで陽極
を構成したことにより、両極間に通電したときに酸素が
発生しても反応を起こすことがないため、腐食が発生す
ることなく、不働態化を防止できる。さらに、触媒と固
体電解質の粉末とを混合して各触媒層を形成したので、
触媒と膜との接合を強固にすることができる。
【００２８】請求項３の発明によれば、第１の多孔質基
材を炭素繊維で形成したことにより、局部電池が形成さ
れるのを防止することができる。
材を炭素繊維で形成したことにより、局部電池が形成さ
れるのを防止することができる。
【００２９】請求項４の発明によれば、第２の多孔質基
材をチタンに白金メッキしたもので形成したことによ
り、両極間に通電したときに酸素が発生しても反応を起
こすことがないため、不働態化を防止することができ
る。
材をチタンに白金メッキしたもので形成したことによ
り、両極間に通電したときに酸素が発生しても反応を起
こすことがないため、不働態化を防止することができ
る。
【００３０】請求項５の発明によれば、第１の触媒を白
金担持率が１０％〜５０％の白金担持カーボンで形成し
たことにより、白金族金属の粒子の比面積が大きくなる
ため、使用量の低減を図ることができる。
金担持率が１０％〜５０％の白金担持カーボンで形成し
たことにより、白金族金属の粒子の比面積が大きくなる
ため、使用量の低減を図ることができる。
【００３１】請求項６の発明によれば、固体電解素子の
膜の電流を０．１Ａ／ｃｍ2 以下にしたことにより、膜
の劣化を防止することができる。
膜の電流を０．１Ａ／ｃｍ2 以下にしたことにより、膜
の劣化を防止することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す断面図
である。
である。
【図２】 実施の形態１に使用する固体電解質の分類を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図３】 実施の形態１に使用する固体電解質の膜の電
圧−電流特性を示す説明図である。
圧−電流特性を示す説明図である。
【図４】 実施の形態１における触媒量と電流との関係
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２の構成を示す断面図
である。
である。
【図６】 実施の形態１における多孔質基材のピッチと
電流の関係を示す説明図である。
電流の関係を示す説明図である。
【図７】 従来の固体電解素子の構成を示す断面図であ
る。
る。
１１、１８ 陰極触媒層、１２ 第１の多孔質基材、１
３、１９ 陰極、１４、２０ 陽極触媒層、１５ 第２
の多孔質基材、１６、２１ 陽極。
３、１９ 陰極、１４、２０ 陽極触媒層、１５ 第２
の多孔質基材、１６、２１ 陽極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 義治 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 菱 彩テクニカ株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 固体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持し
て上記両極間に直流を印加し、上記陽極側で電解反応に
より酸素を発生させ、上記陰極側で還元反応する固体電
解素子において、上記陰極は白金族金属又は白金族金属
の金属酸化物の触媒により、上記膜の一面に上記触媒の
量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚
さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多
孔質基材を上記陰極触媒層に接合したものであり、上記
陽極は上記触媒により上記膜の他面に上記触媒の量が
０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さ
で陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する導電性部材
の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材
を上記陽極触媒層に接合したものであることを特徴とす
る固体電解素子。 - 【請求項２】 固体電解質の膜を陽極と陰極とで挟持し
て上記両極間に直流を印加し、上記陽極側で電解反応に
より酸素を発生させ、上記陰極側で還元反応する固体電
解素子において、上記陰極は白金族金属又は白金族金属
の金属酸化物の触媒と上記固体電解質の粉末とを混合し
て、上記膜の一面に上記触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2
〜３．０ｍｇ／ｃｍ2 となる厚さで陰極触媒層を形成
し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を上記陰極触
媒層に接合したものであり、上記陽極は上記触媒と上記
固体電解質の粉末とを混合して、上記膜の他面に上記第
２の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ2 〜３．０ｍｇ／ｃｍ
2 となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有す
る導電性部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２
の多孔質基材を上記陽極触媒層に接合したものであるこ
とを特徴とする固体電解素子。 - 【請求項３】 第１の多孔質基材は、炭素繊維で形成さ
れたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２
のいずれか一項に記載の固体電解素子。 - 【請求項４】 第２の多孔質基材は、チタンに白金メッ
キをしたものであることを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれか一項に記載の固体電解素子。 - 【請求項５】 第１の触媒は、白金担持率が１０％〜５
０％の白金担持カーボンであることを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれか一項に記載の固体電解素子。 - 【請求項６】 固体電解質の膜の電流密度を０．１Ａ以
下にしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいず
れか一項に記載の固体電解素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9141465A JPH10328523A (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 固体電解素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9141465A JPH10328523A (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 固体電解素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10328523A true JPH10328523A (ja) | 1998-12-15 |
Family
ID=15292524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9141465A Pending JPH10328523A (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 固体電解素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10328523A (ja) |
-
1997
- 1997-05-30 JP JP9141465A patent/JPH10328523A/ja active Pending
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