JPS58117655A - リン酸を電解質に用いる燃料電池 - Google Patents
リン酸を電解質に用いる燃料電池Info
- Publication number
- JPS58117655A JPS58117655A JP57000198A JP19882A JPS58117655A JP S58117655 A JPS58117655 A JP S58117655A JP 57000198 A JP57000198 A JP 57000198A JP 19882 A JP19882 A JP 19882A JP S58117655 A JPS58117655 A JP S58117655A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phosphoric acid
- phosphate
- matrix
- fuel cell
- electrolyte
- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0293—Matrices for immobilising electrolyte solutions
-
- Y—GENERAL 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
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はリン酸を電解質とする燃料電池に係り。
とくに一対のガス拡散電極間に該リン酸を保持するマト
リックスを有する燃料電池に関する。
リックスを有する燃料電池に関する。
リンａ２ｔ−電解質として用いる燃料電池において、リ
ン酸は一般に、マトリックスと称されるるる樵の物質に
保持されている。仁のマトリックスの具備すべき条件は
、（１）高温（１９０〜２１０Ｃ）のリン酸に安定であ
ること、（２）電子導電性をもたず絶縁物でめること、
（３）リン酸との親和性が大で、保持力が大きいこと、
（４）！Ｊンｉ！ｌ！を含有できる細孔容積が大きいこ
と、などでるる。
ン酸は一般に、マトリックスと称されるるる樵の物質に
保持されている。仁のマトリックスの具備すべき条件は
、（１）高温（１９０〜２１０Ｃ）のリン酸に安定であ
ること、（２）電子導電性をもたず絶縁物でめること、
（３）リン酸との親和性が大で、保持力が大きいこと、
（４）！Ｊンｉ！ｌ！を含有できる細孔容積が大きいこ
と、などでるる。
従来、リン酸保持用のマトリックスとしては、フェノー
ル樹脂の繊維布やシリコンカーバイド粉末とポリテトラ
フルオロエチレンとの混合体が用いられていた。しかし
、フェノール樹脂繊維布をマトリックス材として用いる
燃料電池では、その運転温度が１３０Ｃ以上になると、
フェノール樹脂がリン酸によって侵されて黒色に変化し
、長時間の運転ができなくなるという欠点がめった。こ
の問題ｔ−回避するために電池の運転温度を低ぐするこ
とは、電池出力の急激な低下につながる。シリコンカー
バイド粉末とポリテトラフルオロエチレンとの混合体を
用いた電池＃ｉ、１９０〜２１ＯＣ１ｉｌｉｌ直の＾い
温度で運転できる。しかし、−万で、ポリテトラフルオ
ロエチレンが高原水性であって。
ル樹脂の繊維布やシリコンカーバイド粉末とポリテトラ
フルオロエチレンとの混合体が用いられていた。しかし
、フェノール樹脂繊維布をマトリックス材として用いる
燃料電池では、その運転温度が１３０Ｃ以上になると、
フェノール樹脂がリン酸によって侵されて黒色に変化し
、長時間の運転ができなくなるという欠点がめった。こ
の問題ｔ−回避するために電池の運転温度を低ぐするこ
とは、電池出力の急激な低下につながる。シリコンカー
バイド粉末とポリテトラフルオロエチレンとの混合体を
用いた電池＃ｉ、１９０〜２１ＯＣ１ｉｌｉｌ直の＾い
温度で運転できる。しかし、−万で、ポリテトラフルオ
ロエチレンが高原水性であって。
リン酸との親和性に欠けるために、該マトリックスのり
ン酸保持乾力が小さく、その結果として。
ン酸保持乾力が小さく、その結果として。
電池の性能、特に痔命が充分でないという欠点がみられ
た。
た。
本発明の目的は、上記欠点を有する電解質保持用マトリ
ックスにかわる新しい優れたマトリックスを有する燃料
電池を提供するにるる、その％黴は、電解質としてのリ
ンｔＲｔ−保持するマトリックスがリン酸塩からなるこ
とである。
ックスにかわる新しい優れたマトリックスを有する燃料
電池を提供するにるる、その％黴は、電解質としてのリ
ンｔＲｔ−保持するマトリックスがリン酸塩からなるこ
とである。
本発明において、電解質保持用マトリックスとして使用
されるリン酸化合物としては、鉤えばり／ｌ！１２ジル
コニウム、リン酸チタン、リン酸スズ、リン酸アルずニ
ウム、リン酸ケイ素などのリン酸塩が有用である。これ
らのリン酸化合物は、２００Ｃ程嵐に保たれたリン酸中
においても安定に存在することができ、かつ絶縁性に富
み、リン酸に対して烏い親和性を有する。従って、これ
らの物質からなるマトリックスのリン酸保持力は、従来
のマトリックスの保持力の２〜３倍でるる、その結果、
本発明による燃料電池の性能、とりわけ連続運転性能は
、従来の電池よシ顕著に向上している。
されるリン酸化合物としては、鉤えばり／ｌ！１２ジル
コニウム、リン酸チタン、リン酸スズ、リン酸アルずニ
ウム、リン酸ケイ素などのリン酸塩が有用である。これ
らのリン酸化合物は、２００Ｃ程嵐に保たれたリン酸中
においても安定に存在することができ、かつ絶縁性に富
み、リン酸に対して烏い親和性を有する。従って、これ
らの物質からなるマトリックスのリン酸保持力は、従来
のマトリックスの保持力の２〜３倍でるる、その結果、
本発明による燃料電池の性能、とりわけ連続運転性能は
、従来の電池よシ顕著に向上している。
なお、前記リン酸塩は、それ自身でもりン酸と混合され
ると結着性を示すので、結着剤の株〃口をはとんど必要
としないが、場合によっては他の結着剤を使用してもさ
しつかえない。
ると結着性を示すので、結着剤の株〃口をはとんど必要
としないが、場合によっては他の結着剤を使用してもさ
しつかえない。
本発明においては、マトリックスを除く他の部分につい
ては慣用の材料を用い、公知の構造、方決によって電ａ
ｔ−構成することができる０次に、実施ｆ１會記して具
体的に説明する。
ては慣用の材料を用い、公知の構造、方決によって電ａ
ｔ−構成することができる０次に、実施ｆ１會記して具
体的に説明する。
実施内ｌ
リン酸ジルコニウムの製造、りン酸ジルコニウムはオ中
シ塩化ジルコニク＾、′ｆＩ４ｔＲジルコニル。
シ塩化ジルコニク＾、′ｆＩ４ｔＲジルコニル。
酸化ジルコニウムなどとリン酸とを反応させることによ
って、容易に製造することができる０本実施例において
は、硝酸ジルコニルとリン酸との反応によった。この際
の反志は次式により表わされる。
って、容易に製造することができる０本実施例において
は、硝酸ジルコニルとリン酸との反応によった。この際
の反志は次式により表わされる。
ＺＴｏ（ＮＯｓ） 嘗＋２ＨｓＰＯｉ−＋ｚ’（ＩＪＰ
Ｏａ３ｔ ＋２ＨＮＯｍ＋ＨｔＯ硝酸ジルコニル２３．
１ｇに９８％リン［４＆８ｇｔ−混合し、２００Ｃにお
いて１０時間熱することに↓シ副生する硝酸と水を除い
た。用いたりン鍍量は、上記反応を進めるのに必要な量
と、生成し次リン酸ジルコニウムに対し１：１（重量比
］に相当する量の和である。この方法での生成物は＾い
粘性を有し、かつ電解質としての遊離リン酸を含有して
いるので、電解質・マトリックスとしてそのまま燃料電
池の製造に使用できる。
Ｏａ３ｔ ＋２ＨＮＯｍ＋ＨｔＯ硝酸ジルコニル２３．
１ｇに９８％リン［４＆８ｇｔ−混合し、２００Ｃにお
いて１０時間熱することに↓シ副生する硝酸と水を除い
た。用いたりン鍍量は、上記反応を進めるのに必要な量
と、生成し次リン酸ジルコニウムに対し１：１（重量比
］に相当する量の和である。この方法での生成物は＾い
粘性を有し、かつ電解質としての遊離リン酸を含有して
いるので、電解質・マトリックスとしてそのまま燃料電
池の製造に使用できる。
電池の製造、上記のリン陵電解質マトリックスを一方の
ガス拡散電極上に厚さ０．３閣になるように塗布したの
ち、他方のガス拡散電極を重ねて一体化し、燃料電池を
組みたてた。第１図に本発明による燃料電池の構造を示
す、カス拡散電極は、白金を担持した炭素粉末をカーボ
ンベーパ上に塗布して形成される。第１図において、１
は本発明によりリン酸電解質マド９フクス％２Ｆｉアノ
ード、３はカソードでＴｏシ、７ノードには水素が、ま
た、カソードには空気が接する。第２図に１本発明で侍
次マトリックスを用い良電池の電流密従−亀圧特性を、
第３図に、電流密度２００ｍん４−て連続運転したとき
の電池電圧の経時変化ｔ−１各々記号Ａで示す、菖２図
％第３囚には比較のために、従来のシリコンカーバイド
をマトリックス材に用いた電池（図中の記号Ｃ）の特性
もあわせて示す。
ガス拡散電極上に厚さ０．３閣になるように塗布したの
ち、他方のガス拡散電極を重ねて一体化し、燃料電池を
組みたてた。第１図に本発明による燃料電池の構造を示
す、カス拡散電極は、白金を担持した炭素粉末をカーボ
ンベーパ上に塗布して形成される。第１図において、１
は本発明によりリン酸電解質マド９フクス％２Ｆｉアノ
ード、３はカソードでＴｏシ、７ノードには水素が、ま
た、カソードには空気が接する。第２図に１本発明で侍
次マトリックスを用い良電池の電流密従−亀圧特性を、
第３図に、電流密度２００ｍん４−て連続運転したとき
の電池電圧の経時変化ｔ−１各々記号Ａで示す、菖２図
％第３囚には比較のために、従来のシリコンカーバイド
をマトリックス材に用いた電池（図中の記号Ｃ）の特性
もあわせて示す。
第２図及び第３図から明らかなように、不発明のマトリ
ックスを用いると、従来品に比較してすぐれた性能ｔ−
得ることができる。この原因としては、本発明のマトリ
ックス材は電子導電性を示さず、かつ、リン酸に対する
大きな保持力と親和性とを有しリン酸の消失を防止でき
るためでめると。
ックスを用いると、従来品に比較してすぐれた性能ｔ−
得ることができる。この原因としては、本発明のマトリ
ックス材は電子導電性を示さず、かつ、リン酸に対する
大きな保持力と親和性とを有しリン酸の消失を防止でき
るためでめると。
考えられる。
実施例２
酸化チタン８ｇに、９８％リン酸４４．５ ｇ ’ｉ混
合した。このＷ脅、次式で示される反応によって、リン
酸チタンが生成される。
合した。このＷ脅、次式で示される反応によって、リン
酸チタンが生成される。
Ｔｉｅ、＋２ルＰ Ｏａ→Ｔｉ （）ＩｒＯ２）ｌ＋２
ＨａＯ反応を、２００〜２３０Ｃにおいて１０時間加熱
することによって進め、副生ずる水を除いた。生成物は
、前記実施例と同様に遊離状態にるるリン酸を５０％（
１董）含むので、それをそのままりン鈑電解質・マトリ
ックスとして使用できる。実施例、１におけると同様に
、粘性を廟する該生成物を、ガス拡散電極上に塗布した
だけで組込むことによリ、電池を構成した。
ＨａＯ反応を、２００〜２３０Ｃにおいて１０時間加熱
することによって進め、副生ずる水を除いた。生成物は
、前記実施例と同様に遊離状態にるるリン酸を５０％（
１董）含むので、それをそのままりン鈑電解質・マトリ
ックスとして使用できる。実施例、１におけると同様に
、粘性を廟する該生成物を、ガス拡散電極上に塗布した
だけで組込むことによリ、電池を構成した。
第４図に、該電池（記号Ｂ）’ｆｒ、電流密度２００ｍ
Ａ／ｉ で連続運転したときの、電池電圧の経時変化
を示す、同図には、従来方式による電池（記号Ｃ）の特
性も併記してるる、この場合も実施例１と同じ塩山によ
って、性能が大幅に向上した。
Ａ／ｉ で連続運転したときの、電池電圧の経時変化
を示す、同図には、従来方式による電池（記号Ｃ）の特
性も併記してるる、この場合も実施例１と同じ塩山によ
って、性能が大幅に向上した。
上記５Ｊ！施例の他にも、Ｈｔ化スズ、酸化ケイ１Ａを
それぞれリン酸と反応させて得たリン酸スズ、リン酸ケ
イＲをマトリックス材として用いた電池について検討し
て、実施例１で述べたと同等の性能を得ることができた
。
それぞれリン酸と反応させて得たリン酸スズ、リン酸ケ
イＲをマトリックス材として用いた電池について検討し
て、実施例１で述べたと同等の性能を得ることができた
。
上述のように本発明によれば、従来技術の欠点ｔ−線除
去てすぐれたリン酸電解質保持マトリックス材有する燃
料電池を得ることができる。したがって、本発明はその
工業的価値が極めて大でるる。
去てすぐれたリン酸電解質保持マトリックス材有する燃
料電池を得ることができる。したがって、本発明はその
工業的価値が極めて大でるる。
第１図は本発明によるマトリックスを用いた電池の断面
図でるり、第２図は電池の電流密度−電圧時性を示すグ
ラフ、第３．４図は轡命特性を示すグラフでるる。 第 ／７Ｅ７ ｆ７ Ｚ 区」 易 ３ 図 やＥす之 １千間 （ト１．ン 粘 ４ 図 Ｏｔｏｏｏ ２θ００ ３０００ ｄｏｏｏ
Ｓｏｏ。 運φｉ吋閏（ｈ） 第１頁の続き ■出 願 人 日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿２丁目１番 １号
図でるり、第２図は電池の電流密度−電圧時性を示すグ
ラフ、第３．４図は轡命特性を示すグラフでるる。 第 ／７Ｅ７ ｆ７ Ｚ 区」 易 ３ 図 やＥす之 １千間 （ト１．ン 粘 ４ 図 Ｏｔｏｏｏ ２θ００ ３０００ ｄｏｏｏ
Ｓｏｏ。 運φｉ吋閏（ｈ） 第１頁の続き ■出 願 人 日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿２丁目１番 １号
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、リン酸を保持し次マトリックスを一対のガス拡散電
極の間に有する燃料電池において、腋マトリックスがリ
ン酸塩からなることを特徴とするリン＃Ｒ￥ｒ電解質に
用いる燃料電池。 ２、％許請求の軛８第１項において、該マトリックスが
、りン酸ジルコニウム、リン酸チタン、リン酸スズ、リ
ン酸アルミニウムおよびリン酸ケイ木からなる群から選
ばれた少なくとも１樵のリン＃１２塩からなるリン酸を
電解質に用いる燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57000198A JPS58117655A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | リン酸を電解質に用いる燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57000198A JPS58117655A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | リン酸を電解質に用いる燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58117655A true JPS58117655A (ja) | 1983-07-13 |
Family
ID=11467283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57000198A Pending JPS58117655A (ja) | 1982-01-06 | 1982-01-06 | リン酸を電解質に用いる燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58117655A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1662595A1 (en) * | 2003-08-22 | 2006-05-31 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Solid polymer fuel cell |
-
1982
- 1982-01-06 JP JP57000198A patent/JPS58117655A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1662595A1 (en) * | 2003-08-22 | 2006-05-31 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Solid polymer fuel cell |
| EP1662595A4 (en) * | 2003-08-22 | 2009-01-21 | Toyota Chuo Kenkyusho Kk | ELECTROCHEMICAL CELL WITH SOLID POLYMER |
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