JPS58176879A - 三電極固体電解質燃料電池 - Google Patents

三電極固体電解質燃料電池

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JPS58176879A
JPS58176879A JP57059102A JP5910282A JPS58176879A JP S58176879 A JPS58176879 A JP S58176879A JP 57059102 A JP57059102 A JP 57059102A JP 5910282 A JP5910282 A JP 5910282A JP S58176879 A JPS58176879 A JP S58176879A
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fuel cell
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solid
solid electrolyte
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Osamu Nakamura
治 中村
Isao Ogino
勲 荻野
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
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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】 本発明は固体電解質燃料電池に関し、特によりエネルf
−効率の高い水素−酸素固体電解質燃料電池用電極触媒
を開発するための三電極固体電解質燃料電池に関する。
燃料電池は、燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて
電流を取シ出す装置であシ、その発電効率が高いことか
ら注目を集め、近年その開発が進められている。
水素−酸素固体電解質燃料電池は、基本的には、燃料極
(アノード)、酸化剤極(カソード)、両電極間に密接
介在する固体電解質並びに水素及び酸素(又は空気)を
それぞれ燃料極及び酸化剤極に供給するガスハウジング
より構成されており、電極ではそれぞれ下記の反応が起
る0 燃料極  H→2M”+2t”− 酸化剤極 %02+2# →O 反応全体 H2+イ02→H20 上記反応により得られる起電力(1に圧)は、理論上は
25°Cにおいて1.23 Vであるが、実際には酸性
電解質の場合上記反応の副反応によるH2O2の生成等
のため約0.8〜0.9V程度となる。また、電流を取
シ出す際に抵抗として働く電池内部の分極としては、電
解質の抵抗としての抵抗分極、電極部における分極であ
る活性化分極(イオン化分極及び反応分極)並びに反応
ガスの供給の際生ずる濃度分極があり、これら分極のた
め電流が大きくなるにつれて電圧が低下する。
従って、より高い電圧及びより大きな電流を得るために
は上記副反応及び分極を出来る限り抑制しなければなら
ない。このためには、高いプロトン導電性を持つ電解質
の開発、電極触媒の開発等が必要となる。この種の触媒
としては、現在のところ白金系のものが最も優れ、良く
知られているが、高価であるという実用上の難点の丸め
、これに代るものが求められている。特に低温例えば室
温で作動する固体電解質燃料電池においては、新しい電
極触媒の開発が必要不可欠であるが、そのためには燃料
極及び酸化剤極の両電極の電圧を同時に分別して測定し
、それぞれの電極における分極の程度を知ることが必要
とされる。
本発明者は、優れたづoトン導電性を持つ(即ち抵抗分
極が小さい)固体電解質として、25°Cにおいて0.
2 #JO−ex  の導電性を示す12−5リプド+
J 、Jcl H3Ma□2PO4゜−29H20(以
下、l’)−−MPA  とする)及び12−タシクス
トリン酸、H,W、PO,。・291f20 (以下、
12−WPAとする)を既に開発したが(0,NaIa
wxura tt、al、、 Cktsg*。
Lltt、、  1979.17〜18)、更に固体電
解質燃料電池の燃料極及び酸化剤極の電圧を同時に分別
して測定する方法について引き続き研究した結果、<−
1)固体電解質中に第三電極を挿入することにより上記
測定が可能になること、(2)第三電極としては固体電
解質と反応しない特定の金属、即ち白金、金又はそれら
の合金を用いなければならないこと、及び(■固体電解
質として上記12−MPA又は12−(FPAを用いれ
ば、第三電極の挿入位置はイi 測定管に実質的にl1しないことを見い出した。
更にこの内、■については12−MPA又は(及び>1
2−vpAの電気抵抗が極めて小さいため第三電極の挿
入位置による電圧差は無視できるが、もし電気抵抗の大
きい電解質を用いた場合はIRド0ツづ(固体電解質部
の抵抗)の補正をしなければならず、この補正をすれば
測定上の問題はないことも見い出した。本発明はこれら
新知見に基づいて完成されたものである。
において第三電極を用い九個はなく、本発明者が初めて
それを可能ならしめたものである。
即ち本発明は、燃料極及び酸化剤極の両電極間に密接介
在する固体電解質中に、第三電極として白金、金又はこ
れらの合金である金属線を挿入したことを特徴とする三
電極固体電解質燃料電池に係る。
本発明において用いられる固体電解質として・は、例え
ば前記12−MPA又は(及び)12−rPAの粉末を
単独で又は適当な担体と共に任意の形状に任意の方法で
圧縮成形して用いることが出来るが、例えば第1図に示
す様なプレス型を用いて、100〜2000kli/d
cD圧力下テ直径7〜50謂、厚さ3〜10ffのべし
ットに成形する。この成形時に第三電極として白金、金
又はこれらの合金である直径0.1〜!Uの金属線を固
体電解質に挿入しておく。挿入位置は任意であるが通常
ベレット周面の中央付近からベレットのほぼ中心を通シ
反対側の周1fiK突き出る程度に挿入しておく。
この際に用いられるプしス型はガラス繊維で補強された
エボ+シ樹脂製のもの等が好ましく、金属製のものは6
価のtりづデンイオン又は(及び)タングステンイオシ
と反応するので用いることはできない。
次に、上記で得られた第三電極を挿入された固体電解質
ベレットの両端面に燃料極又は酸化剤極を圧着する。こ
め圧着は固体電解質ベレット成形と同時に行なうことも
出来る。この場合、後記の第3図に示される様に1通常
、燃料極の分極よシも酸化剤極の分極の方が大きく問題
となることが多いので、酸化剤極に試験すべき電極触媒
を、燃料極には特性の明らかな公知の電極例えば白金黒
−b状黒船等を用いる。しかしながら、その逆あるいは
両極共に試験電極を用いることも勿論可能である。
次に燃料極及び酸化剤極の背後にそれぞれ水素及び1素
のカスハウジングを装着する。
以上の様にして得られる本発明三電極固体電解質燃料電
池の一例を第2図に示す。第2図において本発明電池は
、カーボン族の管(8)及び(9)、燃料極(6)及び
酸化剤極(7)、固体電解質(2)、第三電極(3)並
びにガス導入のためのカーボン管(4)及び(5)から
構成される。燃料極(6)一固体電解質(2)−酸化剤
極(7)はカーボン管(8)及び(9)を隔離し、気体
が洩れない様にシール剤でカーボン管(8)及び(9)
に固定されている。カーボン管(8)及び(9)はそれ
ぞれ燃料極(6)及び酸化剤極(7)に電気的に接触し
ているのでカスハウジングであると共にリード線の役割
も果す。、上記カーポジ管(4)及び(5)を通してそ
れぞれ水素ガス及び酸素ガスを例えば*Owl/wai
nの速度で注入した場合各々の未反応ガスは該t(4)
及び(5)の外側をそれぞれ通って排出される。
史に、図には示していないが燃料極、酸化剤極及び第三
電極の相互間にそれぞれ電圧計を接続し、燃料極及び酸
化剤極の間に負荷を接続する。 一本発明の三電極固体
電解質燃料電池によれば電池全体としての電圧のみなら
ず、燃料極と第三電極間及び酸化剤極と第三電極間の電
圧を同時に分別して測定することが出来、それによね前
記各種の分極を個別に評価することが可能となるのであ
る。
前述した様に−この種の燃料電池においては出来る限り
分極が小さい即ち電極反応速度が大きい電極触媒の開発
が極めて重要であるが、本発明三電極固体電解質燃料電
池は、上記開発のための極めて有力な手段を提供するも
のである。
尚、本発明は水素−酸素糸功外の固体電解質燃料専池に
も適用できることは言うオでもない。
以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する
実施例1 12−MPAの飽和水溶液の温度を25°Cから22°
Cに下げることにより得られた単結晶51を、相対湿度
85〜95%の雰囲気下で粉砕して粉末状とする。得ら
れた12−MPAの粉末を、第1図に示したプレス型を
用いて、直径0.2鶴、長さ5Offの白金−がほぼ中
心を通る様に挿入された直径1811.厚さ8IIIl
のペレットに1000 Wdの圧力で圧縮成形した。
次に、上記で得られたペレットの一方の端面に、白)黒
20重量%及び鱗状黒鉛80重量囁の混合物100■を
常法により正着して水素極(燃料極)とする。もう一方
の端面には試験すべき順化開極の電極触媒を装着するこ
とになるが、ここでは今後の比較の標準とするだめに水
素極(燃料極)と同一の電極を圧着して酸素極(酸化剤
極)とした。
次に水素極及び酸素極の背後にそれぞれ水嵩及び酸素の
カスハウジングを装着した。
かくして得られ九三電極固体電解質燃料電池の各電極間
に電圧計を、外部回路に負荷としてタケダ理研■製TR
6141定電流発生器を接続して電池を作動させたとき
の電流−電圧曲線を第3図に示す。第3図により電流密
度が増加するにつれてt圧が低下すること、特に電流密
度が1011IIA・CM−2以上となると電極部の分
極が大きくなるため電圧が急速に低下す不ことが判る。
また上記電圧の低下は特に酸素極において著しいことも
判る。
更に、第三電極を前記ペレットの一方の端面から1.6
.3.2.4.8及び6.5ffの位置に挿入した本の
について同様に測定した所、殆んど同一の結果を得た。
実施例2 試験すべき電極触媒としてPb24207  を調製し
た。即ち、白金るつぼ中のPb2Ta、、O,を溶解し
た酸化鉛融液中からバイOり0Tm造結晶を有するPb
、、Ta2−07  を析出させる。過剰の融液を熱希
酢酸で浸出除去して得られる結晶は、約200μm長の
正六面体結晶格子を有する。ESCA測定により0.5
原子%の白金が結晶表面′にあること牟判った。この複
合触媒は一酸化炭素の酸化について優れた触媒活性を示
した。この複合触媒が水素−酸素系の電極触媒として使
用できるかどうかを調べも るために、との物質20岬を鱗状黒鉛10〜と混合して
前記ベレットに圧着し、酸素極として使用した。
更に比較のために触媒を用いない場合は鱗状黒船のみを
前記ペレットに圧着して酸素極として使用した。
酸素極を上記の様にした以外は、水素極等すべて実施例
1と同様にして得られた電流−電圧面一を第4図に示す
。D −0はPb2T−207−鱗状、黒船を、〇−〇
は鱗状黒鉛のみを酸素極として用込た場合を示す。第4
図によりPb2Ta207(0,5原子%の白金を含む
)の触媒活性は白金黒(第3図)に比べて小さいことが
判定出来る。
本発明三電極固体電解質燃料電池を用いれば、本実施例
の様にして、容易に新しい電極触媒の評価をすることが
出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は固体電解質のベレツ上作製用のプレス型及びそ
の方法を示し、第2図は本発明三電極固体電解質燃料電
池の1例の概略を示す。第3図及び第4図はいずれも、
本発明三電極固体電解質燃料電池を用いて測定した電流
−′磁圧曲線を示す。 尚、第1図及び第2図中の記号は下記のもの全示す0 1・・・割型    2・・・固体電解質□ 3・・・第三電極  4・・・カーボン管5・・・カー
ボン管 6・・・燃料極(水素極)7・・・酸化剤極(
酸素極) 8・・・h−ボン[9−−−カーボン管(以 上) 353

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■ 燃料極及び酸化剤極の両電極間に密接介在する固体
    電解質中に、第三電極として白金、金又はこれらの合金
    である金属線を挿入したことを特徴とする三電極固体電
    解質燃料電池。
JP57059102A 1982-04-08 1982-04-08 三電極固体電解質燃料電池 Granted JPS58176879A (ja)

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JPS6229870B2 JPS6229870B2 (ja) 1987-06-29

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996024958A1 (en) * 1995-02-10 1996-08-15 Stichting Energieonderzoek Centrum Solid polymer fuel cell comprising humidity-exchanging areas
KR100393283B1 (ko) * 2001-06-18 2003-07-31 한국에너지기술연구원 금속선이 매입된 고분자 전해질막/전극 접합체 및 그 제조방법
EP1453131A2 (en) * 2003-02-25 2004-09-01 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Fuel cell with internal auxiliary electrode and method of controlling
KR100618233B1 (ko) 2004-05-18 2006-09-01 에스케이씨 주식회사 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성평가 시스템

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US7247400B2 (en) 2003-02-25 2007-07-24 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Fuel cell and method of controlling the same
KR100618233B1 (ko) 2004-05-18 2006-09-01 에스케이씨 주식회사 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성평가 시스템

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