JPS58115770A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS58115770A
JPS58115770A JP56214907A JP21490781A JPS58115770A JP S58115770 A JPS58115770 A JP S58115770A JP 56214907 A JP56214907 A JP 56214907A JP 21490781 A JP21490781 A JP 21490781A JP S58115770 A JPS58115770 A JP S58115770A
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JP
Japan
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silicon carbide
electrolyte
particle size
fuel cell
carbide powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP56214907A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadanori Maoka
忠則 真岡
Sanji Ueno
上野 三司
Kenji Murata
謙二 村田
Tamotsu Shirogami
城上 保
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
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58115770A publication Critical patent/JPS58115770A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • H01M8/0293Matrices for immobilising electrolyte solutions
    • 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

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、燃料電池に係り、特に、電解質としてシん酸
を用いるとともにこの電、解質を保持する電解質保持マ
トリックスを炭化珪素粉末で構成した燃料電池の改良に
関する。
〔発明の背景技術〕
従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素のように
酸化力のあるガスとを電気、化学反応プロセスを経て反
応させることによって直流電力を得る燃料電池が広く知
られている。この燃料電池は、通常、一対のガス拡散電
極間に電解。
質マトリックスを配置するとともに両電極間に負荷を接
続した状態で一方の電極の外面に水素を含んだガスを接
触させ、他方の電極の外面に酸素を含んだガスを接触さ
せることによって上記負荷に直流電力を供給するように
している。
なお、上記ガス拡散電極には通常、反応の円滑化4図る
ために白金等からなる触媒層が付与されている。また、
実用的な発電装置として用いる場合には、上述した燃料
電池を複数直列に接続する方式が採・られて・いる。
とこ−ろで、このような燃料電池、にあって、液体りん
酸を電解質として用いる電池がある。液体りん酸を電解
質として用いる燃料電池にあっては、特に電解質保持マ
トリックスにどのような部材を使用するかくよってその
性能が大きく左右される。すなわち、上記型式の燃料電
池を充分に効率よく作動させるためには、電解質保持マ
トリックスが次のような特性を備えていなければならな
い。
(1)多孔性であシ、しかも十分な液体保持性を有して
いること。
(2)電解質に対して湿潤性があシ、かつ十分なイオン
導電性を与えるものであること。
(3)電子的に絶縁体であること。
(4)燃料電池作動条件下(高温=190℃)において
化学的に安定であること。
(5)反応ガスの交差を阻止するだけの十分な泡1  
  圧力を有していること。
以上のような電解質保持マトリックス自身に要求される
緒特性に加えて、触媒の効用を最大限に発揮させるため
に電解質保持マトリックスと電極間との間の接触を密に
すること、電流分布の均一化を図って性能を向上させる
ために電解質保持マトリックスの厚さを一様にすること
、内部抵抗損を小さくするために対向する電極がセミシ
ョートしない程度に電解質保持マトリックスの厚みを薄
くすることなども重要である。
このような点を考慮して従来の、いわゆるシん酸型の燃
料電池では、電解質保持マトリックスとして、たとえば
フェノール樹脂不織布等が使用されてきた。しかし、近
年、炭化珪素粉末を主成分とする電解質保持マトリック
スがシん酸に対する耐腐食性および電子的絶縁性等の点
で特に勝れていることが見出され、最近では、専らこの
炭化珪素粉末を主成分とする電解質保持マトリックスが
使用される傾向にある。
〔背景技術の問題点〕
炭化珪素粉末で電解質保持マトリックスを構成する場合
、湿潤性や泡圧力の点からよシ微細な粒径の炭化珪素を
用いるととが望ましい。しかし、このように微細な粒径
の炭化珪素を用いて電解質保持iトリックスを構成した
場合、次のような不具合が往々にして起こ9易い。すな
わち、上記のような炭化珪素粉末を電解質マトリックス
として使用する燃料電池を製造するに当って蝶、一般に
、触媒層の付与され九一方の電極の上記触媒層側に)ん
酸を含浸させ、次゛に結着剤としてぼりテトラフルオロ
エチレン(PTFE)を含む炭化珪素粉末合剤のペース
トを上記触媒層の表面に塗布し、次に触媒層の付与され
た他方の電極を上記触媒層側が上記ペーストに密着する
ように当てがって重ね合わせた後、加圧一体化する方式
が採用されている。このようにして製造した場合、ペー
スト内に含まれている炭化珪素の粒径が非常に小さいこ
とからして、この炭化珪素の一部が多孔性材で構成され
良触媒層および電極を透過して電極のいわゆる表面にし
み出してくるのを防ぐことができない。このように電極
の表面に炭化珪素の一部がしみ出すと、このしみ出した
炭化珪素が電極内を拡散して触媒層まで達しようとする
反応ガスの移行を一部において阻止してしまうことにな
シ、この結果、十分な出力特性が得られないと云う問題
があった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするとζろは、電解質保持マトリックスとして
炭化珪素粉末を用いたことによる特徴を他に悪影響を与
えずに最大限に発揮させ得る、いわゆるシん酸型の燃料
電池を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係る燃料電池は、電解質としてのシん酸を保持
する電解質保持マ) リツクスに特徴がちシ、この電解
質保持マ) IJラックス、炭化珪素粉末を主成分とし
て構成され、かつ中心部に較べて触媒層側に粒径の大き
い炭化珪素粉末層が配置された三層構造に構成されてい
ることを特徴としている。
〔発明の効果・〕
上述の如く、触媒層側に粒径の大きい炭化珪素粉床層が
配置された三層構造の電解質保持マトリックスであると
、触媒層側に位置する炭化珪素粉末層の炭化珪素の粒径
を電極の細孔の径よ)大きく設定してsPきさえすれば
電池製造時に炭化珪素の一部が電極のいわゆる表?IK
Lみ出すのを防止でき、しみ出しによって起こる出力特
性′の低下を防止できる。また、上記のように両側に粒
径の大きい炭化珪素粉末層が配置されているので、中心
部の炭化珪素粉末層の粒径を上記大事い粒径O炭化珪素
間を通シ抜けできない程度まで十分細径化することがで
きる。したがって、この中心部の炭化珪素粉末層によっ
て、湿潤性、泡圧力等の必要な機能を発揮させることが
でき、結局、電解質保持マトリックスとして炭化珪素粉
末を用いたことによる特徴を他に悪影響を与えずに最大
限に発揮させることができる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例に係る燃料電池を示すもので
ある。
すなわち、図中りは、電解質としてのシん酸を保持する
電解質保持マトリックスでIC1この電解質保持マ) 
リツクスLの両面に社それぞれ触媒層2m、2bの付与
された多孔性の電極Ja 、jbが上記触媒層2*、2
bを電解質保持マトリックス1に密接させ良状態に圧接
一体化されている。そして、電極jm 、3bの外面に
は上記外面に接触する側にガス通路用の溝4m 、4b
を有した良導電板5*、5bが圧接されている。
前記電解質保持マトリックスLおよび電極Jm 、3b
からなる、いわゆる素電池部分は次のようにして構成さ
れている。すなわち、電解質の含浸された触媒層2aの
表面に粒径の比較的大きな(たとえば5μm程度)炭化
珪素粉末と結着剤とからなるペースト状合剤を炭化珪素
の表面濃度、約1.S X 10−宜f7−で塗布して
大粒径層11を形成し、充分く電極(触媒層)になじま
せた後、粒径の゛比−的小さ彦(たとえば約1μ扉程度
)炭化珪素粉末、と績1着剤とからなるペースト状合剤
を炭化珪素の表面濃度、2 X 10−” f/dで塗
布して小粒径層12を形成する。次に触媒層2bの表面
に上記と同様にはじめ大粒子層13を形成し、その上に
小粒子層を形成する。以上のようにして各電極にマトリ
ックスを塗布し丸ものを第1図に示すように重ね、圧力
1.5製で加圧一体化したものとなっている。
なお、大粒径層11,1Bを形成する炭化珪素の粒径は
電極Ja 、Jbに存在する細孔を通過できない径のも
のが選ばれ、また、小粒径層12を形成する炭化珪素0
粒径は、大粒径層11.13f;形成する炭化珪素の粒
径のV6.5以上でかつむの値に近いものが選ばれてい
る。すなわち、小粒径のものが大粒径のもの\間に存在
する間隙を通過しない条件は、第2図に示すように、半
径aの大粒子X間に存在する間隙にりr B aの約1
/6.5となる。たとえば大粒子の直径を5μmとする
と、小粒子の直径は0,76μmとなる。この実施例で
は直径5μmの大粒子を用い、直径1.0μmの小粒子
を用いているのである。
上記のように構成された燃料電池は、従来の燃料電池に
比較して炭化珪素微粒子の電極表面へのしみ出しが少な
く、従来のものに較べて分極特性が勝れていることが確
認され・た。第3図は従来の電解質保持マトリックスを
組込んだ燃料電池の分極特性(ム曲線)と本発明に係る
燃料電池の分極特性(8曲線)とを比較して示し良もの
である。なお、燃料としては(80チH7+ 20 T
o Cot )ガスを用い、酸化剤としては空気を用い
、190℃において実験した結果である。図から明らか
なように本発明に係る燃料電池Q方が従来のものに較べ
てはるかに勝れている。これは、主として電解質保持−
v ) リックスを三層構造にしたことによって炭化珪
素のしみ出しが防止され、これKよって反応ガスの電極
内への拡散が容易化したことに基いている。また、本発
明燃料電池に組込まれた電解質マトリックスと従来の燃
料電池に組込まれた電解質マトリックスとの種々の物理
的パラメータを調べたところ表1に示す結果を得た。
表  1 順 出力は0.6vにおいて、 表1に示す如く、本発明燃料電池に組込まれる電解質マ
トリックス′−は従来のものより厚みが約3(l増加す
るためイオン抵抗が約20%増加するが、イオン抵抗が
増加したことによる分極特性への影響は表われず、むし
ろ第3図に示1   したように分極特性が明らかに向
上している。
また、厚みが若干増したことによって内部でのセミショ
ートが起こシにくく、さらには泡圧力の増加によって反
応ガスが交差する可能性を少なくでき、信頼性、安全性
を向上させることができる。なお、電解質は三層構造に
形成した後、含浸させてもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、電池性能を大幅
に向上させ得るシん酸型の燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る燃料電池の要部を局部
的に強調して示す縦断面図、第2図は同電池に組込まれ
た電解質保持マトリックスを構成する炭化珪素の粒径を
説明するための図、第3図は同電池と従来の電池との分
極特性を比較して示す図である。 1−・・電解質保持マトリックス、jla、2b・・・
触媒層、3 m 、 3 b−多孔性の電極、11.1
3・・・零粒径層、12・・・小粒径層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)触媒層の付与された一対のガス拡散電極間に炭化
    珪素粉末を主成分とする電解質保持マトリックスを配置
    するとともに上記電解質保持マトリックスに電解質−と
    してのす、4酸を含浸保持させてなる。燃料電池におい
    て、前記電解質保持マ) IJラックス、中心部に較べ
    て前記触媒層側に粒径の大きい炭化珪素粉末層が配置さ
    れた三層構造に形成されてなることを特徴とする燃料電
    池。“−
  2. (2)前記電解質保持マトリックスを構成する炭化珪素
    粉末の粒径の小さいものは大きいもの\IA、5以上の
    直径であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の燃料電池。
JP56214907A 1981-12-26 1981-12-26 燃料電池 Pending JPS58115770A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6088463U (ja) * 1983-11-24 1985-06-18 三菱電機株式会社 燃料電池
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US4618543A (en) * 1984-07-13 1986-10-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Fused carbonate-type fuel cell
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KR20030008532A (ko) * 2001-07-18 2003-01-29 한국에너지기술연구원 인산형 연료전지의 전해질기질용 실리콘 카바이드슬러리와 그 제조 방법
JP4768261B2 (ja) * 2002-04-23 2011-09-07 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 電解質層を通過するメタノールを制限する基本燃料電池要素
US20110223517A1 (en) * 2011-03-30 2011-09-15 Clearedge Power, Inc. Asymmetric acidification of a membrane-electrode assembly

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