JPS58126673A - 液体燃料電池用燃料電極 - Google Patents
液体燃料電池用燃料電極Info
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- JPS58126673A JPS58126673A JP57007668A JP766882A JPS58126673A JP S58126673 A JPS58126673 A JP S58126673A JP 57007668 A JP57007668 A JP 57007668A JP 766882 A JP766882 A JP 766882A JP S58126673 A JPS58126673 A JP S58126673A
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- JP
- Japan
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- electrode
- fuel
- liquid
- fuel electrode
- catalyst
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (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】
本発明は燃料電池に係り、とりわけヒドラジン、メタノ
ール、ホルマリン、ギ酸などの液体を燃料とする液体燃
料電池の燃料電極のような液浸漬皺電極に関する。
ール、ホルマリン、ギ酸などの液体を燃料とする液体燃
料電池の燃料電極のような液浸漬皺電極に関する。
従来、ヒドラジン、メタノール、ホルマリン、ギ酸など
の液体を燃料とする液体燃料電池において、最もよく研
究されて来たのは、アルカリ電解液を用いるヒドラジン
燃料電池である。この電池の燃料＊唯は、一般にはニッ
ケル多孔板をパラジウム、白金などの触媒金属化合物の
水溶液中に浸漬してイオン交換により触媒担持して得ら
れる。
の液体を燃料とする液体燃料電池において、最もよく研
究されて来たのは、アルカリ電解液を用いるヒドラジン
燃料電池である。この電池の燃料＊唯は、一般にはニッ
ケル多孔板をパラジウム、白金などの触媒金属化合物の
水溶液中に浸漬してイオン交換により触媒担持して得ら
れる。
この方法の長所は簡便であるということである。
しかし、イオン交換ということは、いわば−樵の腐食に
よって触媒を析出させていることであり、触媒の剥落に
より亀喰性能の長時間安定性にやや間勉がある。また、
ニッケルは硫酸、リン酸などの酸には容易に腐食される
ので、識性電舅液型液体燃料電池には適用できないとい
うのも大金な欠点である。一方、メタノール、ホルマリ
ン、ギ酸などを燃料とする酸性電解液型燃料ｍ池では、
タンタル、ニオブなどの耐酸性の大きな金属の金網上に
電着によって触媒を析出させる方法によって燃料電極を
作黴している。この方法の長所は触媒活性が高いことで
ある。しかし、電着物の強度に問題があり、電極性能の
経時劣化が大きい。また電極を大型化するときには、電
着によって均一に触媒を電着析出させるのも技術的に困
難が大きい。
よって触媒を析出させていることであり、触媒の剥落に
より亀喰性能の長時間安定性にやや間勉がある。また、
ニッケルは硫酸、リン酸などの酸には容易に腐食される
ので、識性電舅液型液体燃料電池には適用できないとい
うのも大金な欠点である。一方、メタノール、ホルマリ
ン、ギ酸などを燃料とする酸性電解液型燃料ｍ池では、
タンタル、ニオブなどの耐酸性の大きな金属の金網上に
電着によって触媒を析出させる方法によって燃料電極を
作黴している。この方法の長所は触媒活性が高いことで
ある。しかし、電着物の強度に問題があり、電極性能の
経時劣化が大きい。また電極を大型化するときには、電
着によって均一に触媒を電着析出させるのも技術的に困
難が大きい。
液体燃料電池の燃料電極は負極であり、それに灼する正
極は空気極である。この亀倫は空気中の酸素がａ［解散
と接して反応する場を与えるためのものであり、一般に
ガス電極と呼ばれるものである。ガス電極は水素−酸素
燃料電池などの燃料電池にも使用されており、燃料電池
一般に広く使用されている。その電極は上記し九ように
ガス状の反応物質が′ｖｔ極触媒という固体物質上で電
解液と接する場である三相界面を提供するためのもので
ある。この反応の場が数多く、かく安定に存在する株、
この電極はすぐれた性能のガス電極となる。
極は空気極である。この亀倫は空気中の酸素がａ［解散
と接して反応する場を与えるためのものであり、一般に
ガス電極と呼ばれるものである。ガス電極は水素−酸素
燃料電池などの燃料電池にも使用されており、燃料電池
一般に広く使用されている。その電極は上記し九ように
ガス状の反応物質が′ｖｔ極触媒という固体物質上で電
解液と接する場である三相界面を提供するためのもので
ある。この反応の場が数多く、かく安定に存在する株、
この電極はすぐれた性能のガス電極となる。
そのために、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニ
ルなどの撥水性の大きな合成樹脂を触媒物質と混合した
ものによって電極を構成し、三相界面を安定に形成させ
ることが一般に行われている。
ルなどの撥水性の大きな合成樹脂を触媒物質と混合した
ものによって電極を構成し、三相界面を安定に形成させ
ることが一般に行われている。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を改良し、酸性電
解液型にもアルカリ性電解型もｆｌＪ用で睡、かつ高性
能で製作容易な液体燃料電池用燃料電極を提供するにあ
る。
解液型にもアルカリ性電解型もｆｌＪ用で睡、かつ高性
能で製作容易な液体燃料電池用燃料電極を提供するにあ
る。
本発明の要点は、上記従来技術のうらの液体燃料の溶料
電極における問題点を解決するために、上記ガス電極の
従来技術を応用したことにある。
電極における問題点を解決するために、上記ガス電極の
従来技術を応用したことにある。
ガス電極の作製においては、三相界面を安定に保持する
ために、とりわけ結着剤として用いている撥水性合成樹
脂の撥水性の低下によるガス電極の濡れを防ぐために多
量の結着剤を用いている。一般のガス電極では結着剤の
使用量はガス電極物質中の２０〜５０１１量慢程度であ
り、場合によってはそれ以上の量を用いているものもあ
る。しかし、これ以下の量ではガス電極の濶れを防ぐこ
とがで舞ず、実用上有効ではない。ところがこのガス電
極に適用できない結着剤量の範囲が、まさに液体燃料電
極に灼して有効であることを見い出した点がまさに本発
明の要点となっている。すなわら、結着剤量が１８％以
下の領域が液体燃料電極にとって好ましい範囲であり、
それ以上の領域では性能が低下することが明らかになっ
た。この現象は上記の三相界面の生成によるガス１１＆
性能の説明と同列に説明できる。つまり、この場合は電
解液中に溶は込んだ液体燃料と電極が接する必要があり
、そのためにはむしろ撥水性が低い方が好ましいと考え
られるからである。結着剤の材料には、各槓射水注樹脂
の中でも、とりわけ撥水性が大きく、かつ化学的安定性
の大きなフッ素樹脂が好ましい。撥水性の大きなものの
方が好ましいのは、成体燃料の反応によって生じるガス
が燃Ｉ＃＋極より離れ易くなるためと考えられる。
ために、とりわけ結着剤として用いている撥水性合成樹
脂の撥水性の低下によるガス電極の濡れを防ぐために多
量の結着剤を用いている。一般のガス電極では結着剤の
使用量はガス電極物質中の２０〜５０１１量慢程度であ
り、場合によってはそれ以上の量を用いているものもあ
る。しかし、これ以下の量ではガス電極の濶れを防ぐこ
とがで舞ず、実用上有効ではない。ところがこのガス電
極に適用できない結着剤量の範囲が、まさに液体燃料電
極に灼して有効であることを見い出した点がまさに本発
明の要点となっている。すなわら、結着剤量が１８％以
下の領域が液体燃料電極にとって好ましい範囲であり、
それ以上の領域では性能が低下することが明らかになっ
た。この現象は上記の三相界面の生成によるガス１１＆
性能の説明と同列に説明できる。つまり、この場合は電
解液中に溶は込んだ液体燃料と電極が接する必要があり
、そのためにはむしろ撥水性が低い方が好ましいと考え
られるからである。結着剤の材料には、各槓射水注樹脂
の中でも、とりわけ撥水性が大きく、かつ化学的安定性
の大きなフッ素樹脂が好ましい。撥水性の大きなものの
方が好ましいのは、成体燃料の反応によって生じるガス
が燃Ｉ＃＋極より離れ易くなるためと考えられる。
以下本発明を図面にもとづいて更に具体的に説明する。
第１図は液体燃料電池の断面図である。
図において、１が燃料タンク、２が燃料バルフ、３がア
ノライト室である。１より２を通って供給された・燃料
はアノライト室３で燃料極４に接し、アノード反応をす
る。反応によって生成したガスは生成ガス出口１０より
排出される。酸化剤である梁気は空気入ロアより空気室
８へ入り、空気極６上でカソード反応をする。反応した
残りの空気は空気出口９より排出される。なお燃Ｎ極４
と空気極６との間には液体燃料の移動を阻止するための
セパレータ５が設けられている。本発明は上記燃料極４
に特に係わるものである。
ノライト室である。１より２を通って供給された・燃料
はアノライト室３で燃料極４に接し、アノード反応をす
る。反応によって生成したガスは生成ガス出口１０より
排出される。酸化剤である梁気は空気入ロアより空気室
８へ入り、空気極６上でカソード反応をする。反応した
残りの空気は空気出口９より排出される。なお燃Ｎ極４
と空気極６との間には液体燃料の移動を阻止するための
セパレータ５が設けられている。本発明は上記燃料極４
に特に係わるものである。
仄に実施例について説明する。
実施例１゜
湿式還元法によって５〜２０重ｔ％の白金を担持した炭
素粉末９７〜８０重量部に灼し、平均粒径１μｍ以下の
ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略す）を
３〜２０重筺部を少量の水とともによく混合した。それ
を炭素繊維ベーノ＜−上に塗布した。なお、そのとき単
位面積あたりの白金触媒蓋はいずれの場合も同一になる
ようにしである。この塗布物を２５０℃、空気雰囲気中
で３０分間焼成して１１１極とした。得られた電極は金
楓基体電極のように端子を取り出すことはできないので
、溝り舞戻素板による′＃Ｌ極背面からの集電法によっ
た。その例を第２図に示す。図において１はアノライト
室枠兼燃料極集電板、２は上記燃＃＋極、３はセパレー
タであるが、この場合は陽イオン交換膜を用いている。
素粉末９７〜８０重量部に灼し、平均粒径１μｍ以下の
ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略す）を
３〜２０重筺部を少量の水とともによく混合した。それ
を炭素繊維ベーノ＜−上に塗布した。なお、そのとき単
位面積あたりの白金触媒蓋はいずれの場合も同一になる
ようにしである。この塗布物を２５０℃、空気雰囲気中
で３０分間焼成して１１１極とした。得られた電極は金
楓基体電極のように端子を取り出すことはできないので
、溝り舞戻素板による′＃Ｌ極背面からの集電法によっ
た。その例を第２図に示す。図において１はアノライト
室枠兼燃料極集電板、２は上記燃＃＋極、３はセパレー
タであるが、この場合は陽イオン交換膜を用いている。
４は空気極であるが、燃料極と同様にして作製したもの
である。ただしＰＴＦＥｔは２５重ｔ％含まれている点
が異なる。
である。ただしＰＴＦＥｔは２５重ｔ％含まれている点
が異なる。
５は空気室枠兼空気極集電板である。この場合、アメラ
イトは図の矢印Ａのように溝に浴って下方より供給され
る。空気は矢印Ｂのようにやはり溝に給って供給湯れる
。性能の測定には燃料として３ｍｏｚ、ｚ’ｚの硫酸と
ｌ ｍｏｉｌ／ ｌのメタノールを含ｂ・アノライトを
用いた。測定温度は６０℃である。
イトは図の矢印Ａのように溝に浴って下方より供給され
る。空気は矢印Ｂのようにやはり溝に給って供給湯れる
。性能の測定には燃料として３ｍｏｚ、ｚ’ｚの硫酸と
ｌ ｍｏｉｌ／ ｌのメタノールを含ｂ・アノライトを
用いた。測定温度は６０℃である。
侍られた結果をメタノール極の電位として第３図にその
一例を示す。第３図はＰＴＦＥｉｉ６重ｔ％の一台であ
る。第３図におけるＡ、Ｂ、Ｃの３点のように３０．６
０．９０ｍＡ／−の電流密度での電位をＰ Ｔ Ｆ Ｆ
、 ｔに灼してプロットすると第４図のようになる。図
においてＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ９０．６０．３０ｍＡ／
ｃＰＩＩの電位を示す曲線である。図から明らかなよう
にＰ Ｔ Ｆ Ｅ含有奮が１８％以上になると電位の上
昇が角になってくることがわかる。従って、このメタノ
ール極中の 、ＰＴＦＥ′１ＩＬＶｉこれ以上が好ま
しい。しかし、５％以下でＶｉａ喰堕布物がもろくなり
、電極基体との布層性が悪くなり電気抵抗が大きくなっ
て、やはり性能が犬Ｉ隔に低下するため有効ではない。
一例を示す。第３図はＰＴＦＥｉｉ６重ｔ％の一台であ
る。第３図におけるＡ、Ｂ、Ｃの３点のように３０．６
０．９０ｍＡ／−の電流密度での電位をＰ Ｔ Ｆ Ｆ
、 ｔに灼してプロットすると第４図のようになる。図
においてＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ９０．６０．３０ｍＡ／
ｃＰＩＩの電位を示す曲線である。図から明らかなよう
にＰ Ｔ Ｆ Ｅ含有奮が１８％以上になると電位の上
昇が角になってくることがわかる。従って、このメタノ
ール極中の 、ＰＴＦＥ′１ＩＬＶｉこれ以上が好ま
しい。しかし、５％以下でＶｉａ喰堕布物がもろくなり
、電極基体との布層性が悪くなり電気抵抗が大きくなっ
て、やはり性能が犬Ｉ隔に低下するため有効ではない。
従って、ＰＴＦＥｔＨこれ以上であることが好ましい。
筐だ、５〜１８斧の領域での電位の変化がゆるやかなの
は、ＰＴＦＥによる撥水性のマイナス因子とＰＴＦＥの
結着性による電極基体との接触性が上昇しているグラス
因子が抵抗しているためと考えられる。
は、ＰＴＦＥによる撥水性のマイナス因子とＰＴＦＥの
結着性による電極基体との接触性が上昇しているグラス
因子が抵抗しているためと考えられる。
実施例２
実施例１で用いた白金担持炭素粉末の代りに湿式還元法
による白金黒、結着剤としてＰ Ｔ Ｆ Ｅの代すにテ
トフルオロエチレンーヘキサフルオロフ−ロビレン共重
合体（ＴＨＣ）を柑いた。その結果は図４と類似の結果
が得られ、結着剤の含有［６〜１８％が有効な範囲であ
った。但し、１８斧以上の領域での性能の低下ＶｉＰＴ
ＦＥの場合よりやや緩やかであった。この違いはＰ Ｔ
Ｆ ＥとＴＨＣの撥水性の差によるものと考えられる。
による白金黒、結着剤としてＰ Ｔ Ｆ Ｅの代すにテ
トフルオロエチレンーヘキサフルオロフ−ロビレン共重
合体（ＴＨＣ）を柑いた。その結果は図４と類似の結果
が得られ、結着剤の含有［６〜１８％が有効な範囲であ
った。但し、１８斧以上の領域での性能の低下ＶｉＰＴ
ＦＥの場合よりやや緩やかであった。この違いはＰ Ｔ
Ｆ ＥとＴＨＣの撥水性の差によるものと考えられる。
本発明の効果は高性能液体燃料＃Ｌａ用燃＠を極を簡単
な工程で作製できることであり、電惨の大型化も容易で
あり、しかもニッケルのような材料を用いていないので
醇、アルカリのいずれの電解液を由いるタイプの燃料電
池に灼しても適用可能である。その上ガス１１ｍの製作
工程とほとんど四じであるので設備上も有利である。よ
って本発明の工業的価イ凶は極めて犬である。
な工程で作製できることであり、電惨の大型化も容易で
あり、しかもニッケルのような材料を用いていないので
醇、アルカリのいずれの電解液を由いるタイプの燃料電
池に灼しても適用可能である。その上ガス１１ｍの製作
工程とほとんど四じであるので設備上も有利である。よ
って本発明の工業的価イ凶は極めて犬である。
発明の変形例・応用例
１８ 上記実施例」では燃料にメタノールを用いたが
この池に、ホルマリン、ギ酸なども用いることができる
。
この池に、ホルマリン、ギ酸なども用いることができる
。
２ 上記実施例では１解液が酸であり、燃料がメタノー
ルでセンつたが、その代りにＩ！電解液アルカリにし、
燃料をヒドラジンとすることも可能である。
ルでセンつたが、その代りにＩ！電解液アルカリにし、
燃料をヒドラジンとすることも可能である。
３ 上記実施例では結着剤にＰＴＦＥあるいは’１’
ＨＣを用いているが、この他にポリエチレン、ポリフロ
ピレンなどの場合も請求範囲内の含有ｔｌｔＶこおいて
すぐれた性能の１を物を得ることができる。
ＨＣを用いているが、この他にポリエチレン、ポリフロ
ピレンなどの場合も請求範囲内の含有ｔｌｔＶこおいて
すぐれた性能の１を物を得ることができる。
第１図は本発明に係わる液体燃料電池の基本構造図、第
２図は本発明に係わる液体燃料１池の構造図、第３図は
本祐明に係わる液体燃料［池の燃料電極の電流重度−酸
位特性を示すグラフである。 第４図は本児明に係わる液体燃料１池の燃料嵯慟の結看
剤菫による性能の誓化を示すグラフである。 １・・・γノライト室枠、２・・・燃料電極、３・・・
セパレ第１ 固 ＄ ２ 目 茅 ３ 目 アノクイに３１’１／ｈ５θ（＝−／／’７ ＣＨ３０
Ｈ漠°）定１度 ６０″Ｃ 茅４ 目 ６ｔ０ ２０ ＦＴＦＥ含有量Ｃ１Ｅ量恒 アノフィト ３ごＦ１２ＳＯ６−Ｋ ＣＨ３０Ｈ漠°）
定温康６０゛Ｃ
２図は本発明に係わる液体燃料１池の構造図、第３図は
本祐明に係わる液体燃料［池の燃料電極の電流重度−酸
位特性を示すグラフである。 第４図は本児明に係わる液体燃料１池の燃料嵯慟の結看
剤菫による性能の誓化を示すグラフである。 １・・・γノライト室枠、２・・・燃料電極、３・・・
セパレ第１ 固 ＄ ２ 目 茅 ３ 目 アノクイに３１’１／ｈ５θ（＝−／／’７ ＣＨ３０
Ｈ漠°）定１度 ６０″Ｃ 茅４ 目 ６ｔ０ ２０ ＦＴＦＥ含有量Ｃ１Ｅ量恒 アノフィト ３ごＦ１２ＳＯ６−Ｋ ＣＨ３０Ｈ漠°）
定温康６０゛Ｃ
Claims (1)
- １、 ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエ
チレン−へキサフルオロプロピレン共ｌｉ合ｎなどのフ
ッ素樹脂を結着剤に用いて、触媒粉末もしくは触媒担持
粉末をｔ接着体上に塗布してなる液体燃料電池用燃料電
極において、上記結着剤が蜜布物質乾燥重蓋中の６〜１
８重量慢を占めることを特徴とする液体燃料電池用燃料
電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57007668A JPS58126673A (ja) | 1982-01-22 | 1982-01-22 | 液体燃料電池用燃料電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57007668A JPS58126673A (ja) | 1982-01-22 | 1982-01-22 | 液体燃料電池用燃料電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58126673A true JPS58126673A (ja) | 1983-07-28 |
Family
ID=11672174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57007668A Pending JPS58126673A (ja) | 1982-01-22 | 1982-01-22 | 液体燃料電池用燃料電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58126673A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007214131A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用電極、その製造方法及びこれを備える燃料電池 |
| JP2011514634A (ja) * | 2008-02-25 | 2011-05-06 | ナノマテリアルズ ディスカバリー コーポレーション | 選択透過性膜のない直接燃料電池及びその構成要素 |
-
1982
- 1982-01-22 JP JP57007668A patent/JPS58126673A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007214131A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用電極、その製造方法及びこれを備える燃料電池 |
| JP2011514634A (ja) * | 2008-02-25 | 2011-05-06 | ナノマテリアルズ ディスカバリー コーポレーション | 選択透過性膜のない直接燃料電池及びその構成要素 |
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