JPS60143573A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS60143573A JPS60143573A JP58250597A JP25059783A JPS60143573A JP S60143573 A JPS60143573 A JP S60143573A JP 58250597 A JP58250597 A JP 58250597A JP 25059783 A JP25059783 A JP 25059783A JP S60143573 A JPS60143573 A JP S60143573A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- negative electrode
- phosphoric acid
- fuel cell
- positive electrode
- 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
Links
Classifications
-
- 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
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (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】
〔発明の技術分野〕
本発明は新規な燃料電池、特に電解質の保有量を増大さ
せ、最期間高い性能を維持することができる燃料電池に
関するものである。
せ、最期間高い性能を維持することができる燃料電池に
関するものである。
従来燃料電池の素電池は濃厚リン酸などからなる電解質
な含有する耐薬品性、耐熱性、耐酸化性に丁ぐれた含浸
層からなる電解質層を中間にして正極となる多孔質炭素
板と負極となる多孔質素板とが相対向して密着一体化さ
れて構成され、氷菓を主成分とする燃料ガスが負極活物
質、酸素な主成分とする空気等の酸化剤ガスが正極活物
質として用いられている。このような素電池の起電力は
高くても１■程度であり実用発電装置を構成するには数
十、数百の素電池を積層化することが必要である。
な含有する耐薬品性、耐熱性、耐酸化性に丁ぐれた含浸
層からなる電解質層を中間にして正極となる多孔質炭素
板と負極となる多孔質素板とが相対向して密着一体化さ
れて構成され、氷菓を主成分とする燃料ガスが負極活物
質、酸素な主成分とする空気等の酸化剤ガスが正極活物
質として用いられている。このような素電池の起電力は
高くても１■程度であり実用発電装置を構成するには数
十、数百の素電池を積層化することが必要である。
素電池を積層するに当っては各素電池と素電池の間に高
密度の導電性炭素板な介在させている。
密度の導電性炭素板な介在させている。
この炭素板は素電池を構成する電極の構造により異なっ
ている。例えば正極、負極とも平滑な電極よりなる場合
には、上面と下面に夫々異なる方向の燃料ガス、酸化剤
ガス流通路を設けた炭素板を使用し、正極、負極ともに
ガス流通路を有する電極を用いる場合には上下面ともに
平滑な炭素板を用いる。又正極に平滑電極、負極にガス
流通路な有する電極を用いる場合には正極に接する側に
ガス流通路の溝を設け、負極に接する側は平滑にした所
謂１片面溝付炭素板を使用している。
ている。例えば正極、負極とも平滑な電極よりなる場合
には、上面と下面に夫々異なる方向の燃料ガス、酸化剤
ガス流通路を設けた炭素板を使用し、正極、負極ともに
ガス流通路を有する電極を用いる場合には上下面ともに
平滑な炭素板を用いる。又正極に平滑電極、負極にガス
流通路な有する電極を用いる場合には正極に接する側に
ガス流通路の溝を設け、負極に接する側は平滑にした所
謂１片面溝付炭素板を使用している。
前記の如き燃料電池において、長期に亘り高い性能を維
持するためには、燃料ガス、酸化剤ガス等の反応ガスや
氷菓イオンを電極反応面に十分に供給することと、反応
生成物たる水を電極反応面から迅速に除去することが必
要である。
持するためには、燃料ガス、酸化剤ガス等の反応ガスや
氷菓イオンを電極反応面に十分に供給することと、反応
生成物たる水を電極反応面から迅速に除去することが必
要である。
特に燃料電池の長寿命化を図るに当っては、電池内に常
に多量の電解質を保持することが必要である。即ち、起
電反応の時間が経過するに従って。
に多量の電解質を保持することが必要である。即ち、起
電反応の時間が経過するに従って。
生成する水の蒸発除去時にミストとして電解質が搬出さ
れて電解質の減耗が起り、電池の内部抵抗の増大をもた
らすのみならず、起電反応に必要なガス相、液相、固相
の三相が共存する三相領域の電解質の量が維持できなく
なり、性能が低下して長時間の運転を妨げるに至る。従
って燃料電池の長寿命化をはかるに当っては、起電時の
電解質の搬出、減耗を補なうために電池内に多量の電解
質を保持することが必要となるのである。
れて電解質の減耗が起り、電池の内部抵抗の増大をもた
らすのみならず、起電反応に必要なガス相、液相、固相
の三相が共存する三相領域の電解質の量が維持できなく
なり、性能が低下して長時間の運転を妨げるに至る。従
って燃料電池の長寿命化をはかるに当っては、起電時の
電解質の搬出、減耗を補なうために電池内に多量の電解
質を保持することが必要となるのである。
このために、従来、電極を構成する多孔質炭素質基体の
負極の多孔質部に直接電解質を含浸して電解質の増漱が
はかられたが一般に炭素はリン酸電解質に対して十分な
濡れ性を示さないためこの負極は十分量のリン酸を含浸
し保持しておくことができなかった。
負極の多孔質部に直接電解質を含浸して電解質の増漱が
はかられたが一般に炭素はリン酸電解質に対して十分な
濡れ性を示さないためこの負極は十分量のリン酸を含浸
し保持しておくことができなかった。
かくて本発明の目的は、電解質の保有機能を有する負極
を備え、長期間に亘って高い性能を維持することができ
る有効な燃料電池を提供することである。
を備え、長期間に亘って高い性能を維持することができ
る有効な燃料電池を提供することである。
従って本発明は、多孔質炭素質基体を有する負極及び正
極と、リン酸電解質を有し、氷菓な主成分とする燃料ガ
スを負極活物質、酸素を主成分とする酸化剤ガスを正極
活物質とする燃料電池において、前記負極の多孔質炭素
質基体の表面を、リン酸電解質に安定であり且つ該電解
質に対して濡れ性の大きな微粒子状の無機物質で被穫し
、これにリン酸電解質を保有させるようにしたことを特
徴とする燃料電池を提供するものである。
極と、リン酸電解質を有し、氷菓な主成分とする燃料ガ
スを負極活物質、酸素を主成分とする酸化剤ガスを正極
活物質とする燃料電池において、前記負極の多孔質炭素
質基体の表面を、リン酸電解質に安定であり且つ該電解
質に対して濡れ性の大きな微粒子状の無機物質で被穫し
、これにリン酸電解質を保有させるようにしたことを特
徴とする燃料電池を提供するものである。
本発明では上述のように多孔質炭素質基体からなる負極
の多孔質部の表面をリン酸電解質に安定であり且つ同電
解質に対して濡れ性の大きな無機物質で被覆し、その無
機物質にリン酸電解質を含浸、保有せしめるようにする
のである。
の多孔質部の表面をリン酸電解質に安定であり且つ同電
解質に対して濡れ性の大きな無機物質で被覆し、その無
機物質にリン酸電解質を含浸、保有せしめるようにする
のである。
前記の如き無機物質としては、例えばシリコンカーバイ
ド、チタン力−ノ々イド、タンタルカーバイド、タング
ステンカーノ々イド、酸化タンタル。
ド、チタン力−ノ々イド、タンタルカーバイド、タング
ステンカーノ々イド、酸化タンタル。
酸化ジルコニウム等の炭化物、酸化物類があげられるが
、勿論これらのみに限られるものではない。
、勿論これらのみに限られるものではない。
これらの無機物質は燃料電池の酸性電解質として用いら
れる１０５％もの濃厚リン酸に対して安定であり、かか
る燃料電池が作動する高温度でも安定であり、耐薬品性
、耐熱性、耐酸化性にすぐれている。そして又この無機
物質は多孔質炭素質基体よりもリン酸に対して濡ね性が
大きいため、より多くの量のリンｅｌｌ’ｌ保有させる
ことができる。この無機物質は通常１ミクロン以下の平
均粒径を有する微粒子状で用いられる。
れる１０５％もの濃厚リン酸に対して安定であり、かか
る燃料電池が作動する高温度でも安定であり、耐薬品性
、耐熱性、耐酸化性にすぐれている。そして又この無機
物質は多孔質炭素質基体よりもリン酸に対して濡ね性が
大きいため、より多くの量のリンｅｌｌ’ｌ保有させる
ことができる。この無機物質は通常１ミクロン以下の平
均粒径を有する微粒子状で用いられる。
かかる無機物質を炭素質基体に被積するに当っては、ま
ず水に平均粒径１ミクロン以下の無機物質を添加し、十
分攪拌して懸濁液をつくる。分散性がよくないときには
界面活性剤を添加してもよい。この懸濁液に、たとえば
黒鉛繊維を抄紙し熱処理してえられた板状の多孔質炭素
質基体を浸漬し、該基体中に懸濁液を充満させる。浸漬
後加熱して乾燥し、浸漬、乾燥工程を２〜３回繰返す。
ず水に平均粒径１ミクロン以下の無機物質を添加し、十
分攪拌して懸濁液をつくる。分散性がよくないときには
界面活性剤を添加してもよい。この懸濁液に、たとえば
黒鉛繊維を抄紙し熱処理してえられた板状の多孔質炭素
質基体を浸漬し、該基体中に懸濁液を充満させる。浸漬
後加熱して乾燥し、浸漬、乾燥工程を２〜３回繰返す。
このようにして基体の重置当９１〜１０％、好ましくは
４〜６％の無機物質を付着させる。この付着普は負極多
孔質基体の多孔度１表面粗さ、炭素木材の性質、無機物
質の粒度等の各種条件によって適宜選定される。
４〜６％の無機物質を付着させる。この付着普は負極多
孔質基体の多孔度１表面粗さ、炭素木材の性質、無機物
質の粒度等の各種条件によって適宜選定される。
このようにして無機物質を付着させた後は公知のように
たとえば白金触媒とポリテトラフルオロエタンの混線物
を基体上に層状に塗布して触媒層を形成して負極とする
。
たとえば白金触媒とポリテトラフルオロエタンの混線物
を基体上に層状に塗布して触媒層を形成して負極とする
。
このように本発明では負極を前記の如き無機物質で被覆
し、そこに電解質を保有せしめるのであって、正極には
かかる電解質保有機能は付与しない。これは正極に電解
質を保有すると酸化剤ガスである酸素又は空気の拡散が
妨げられて電池性能の低下が生ずるからである。これに
対して負極に電解質を含浸しても、燃料ガスたる水素ガ
スは電解質中での拡散が速いため、殆ど電池性能の低下
が生じないのである。このため、本発明では反応ガスの
透過に対して比較的負担が少ない負極側にのみ電解質の
保有効果をもたせるようにしたのである。
し、そこに電解質を保有せしめるのであって、正極には
かかる電解質保有機能は付与しない。これは正極に電解
質を保有すると酸化剤ガスである酸素又は空気の拡散が
妨げられて電池性能の低下が生ずるからである。これに
対して負極に電解質を含浸しても、燃料ガスたる水素ガ
スは電解質中での拡散が速いため、殆ど電池性能の低下
が生じないのである。このため、本発明では反応ガスの
透過に対して比較的負担が少ない負極側にのみ電解質の
保有効果をもたせるようにしたのである。
本発明のように電子伝導性の多孔質炭素質基体からなる
負極の表面をシリコン力−ノ々イド等、電解質に対し安
定で且つその電解質に対して濡れ性の大きな無機物質で
被覆し、そこに電解質を保有せしめるときは、素電池の
電解質保有量な増大させ、これにより起電時に搬出され
るリン酸を該被覆多孔質部より補給することができ、し
かもかかる被覆により何ら電池性能を低下させることな
く、高い性能な維持しつつ長時間運転することができる
ようになったのであり、かくて本発明は長期間に亘って
高い性能を維持することができる誠に有効な燃料電池な
提供するものである。
負極の表面をシリコン力−ノ々イド等、電解質に対し安
定で且つその電解質に対して濡れ性の大きな無機物質で
被覆し、そこに電解質を保有せしめるときは、素電池の
電解質保有量な増大させ、これにより起電時に搬出され
るリン酸を該被覆多孔質部より補給することができ、し
かもかかる被覆により何ら電池性能を低下させることな
く、高い性能な維持しつつ長時間運転することができる
ようになったのであり、かくて本発明は長期間に亘って
高い性能を維持することができる誠に有効な燃料電池な
提供するものである。
実施例
１ｔの水に平均粒径１ミクロン１！下のシリコン力−ノ
々イド１００９を添加し、スターラーで十分攪拌してシ
リコンカーノ々イドの懸濁液をつくった。
々イド１００９を添加し、スターラーで十分攪拌してシ
リコンカーノ々イドの懸濁液をつくった。
この際分散性をよくするために界面活性剤Ｔ ｒ ｉ
ｔｏｎＸ−１００な微量添加した。
ｔｏｎＸ−１００な微量添加した。
一方、かさ比重０．２８〜０．８の間にあり、厚さ２關
、２０ｃＦＩＬ角の多孔性炭素繊維シート板に電極反応
にあづかるガスを供給するための溝を切りこんでなる多
孔質炭素質基体を用意する。前記の溝は幅１．５ＣＩ１
１．深さ１．５１１１であり、ただし溝に平行な両端部
１０Ｉｌｌｌはガスシールを行なうため荷〃口王な施さ
ない。
、２０ｃＦＩＬ角の多孔性炭素繊維シート板に電極反応
にあづかるガスを供給するための溝を切りこんでなる多
孔質炭素質基体を用意する。前記の溝は幅１．５ＣＩ１
１．深さ１．５１１１であり、ただし溝に平行な両端部
１０Ｉｌｌｌはガスシールを行なうため荷〃口王な施さ
ない。
前記の懸濁液に、前記の如き多孔質炭素質基体な浸漬し
て多孔質炭素質基体中に懸濁液を満たした後取出してか
ら１００℃で２時間乾燥した。この浸漬、乾燥工程をさ
らに２回繰返した結果、初期の多孔質炭素質基体に対し
て重量当り５％のシリコンカーノ々イドの付着が認めら
れた。
て多孔質炭素質基体中に懸濁液を満たした後取出してか
ら１００℃で２時間乾燥した。この浸漬、乾燥工程をさ
らに２回繰返した結果、初期の多孔質炭素質基体に対し
て重量当り５％のシリコンカーノ々イドの付着が認めら
れた。
このようにしてシリコンカーノ々イドを付着させた多孔
質炭素質基体の平滑な表面に５分散した白金触媒とポリ
テトラフルオロエチレンの混線物を公知の方法により層
状に塗布して触媒層を形成して負極をつくった。
質炭素質基体の平滑な表面に５分散した白金触媒とポリ
テトラフルオロエチレンの混線物を公知の方法により層
状に塗布して触媒層を形成して負極をつくった。
又負極を構成する基体と同じ多孔質炭素質基体を、加重
量％のポリテトラフルオロエチレンディスバージョン液
に浸漬し、後１００℃で乾燥後、窒素気流中３３０℃で
加分間熱処理して電解質への撥水性を与えた。これに負
極と同様に触媒層を形成して正極をつくった。
量％のポリテトラフルオロエチレンディスバージョン液
に浸漬し、後１００℃で乾燥後、窒素気流中３３０℃で
加分間熱処理して電解質への撥水性を与えた。これに負
極と同様に触媒層を形成して正極をつくった。
このようにして製造された負極、正極の両方にシリコン
カーフ９イドな主要構成材料とする電解質マトリックス
を公知の方法によって付与した。尚これは負極か正極か
、どちらか一方に付与するのみでもよい。
カーフ９イドな主要構成材料とする電解質マトリックス
を公知の方法によって付与した。尚これは負極か正極か
、どちらか一方に付与するのみでもよい。
かくして両極なつくったのち、負極を上、正極を下にし
、かつそれぞれの触媒層を対向させて一体化し、これに
負極側より１０５％のリン酸を注ぎ。
、かつそれぞれの触媒層を対向させて一体化し、これに
負極側より１０５％のリン酸を注ぎ。
正極側より吸引を行ってマトリックス１−及び負極にリ
ン酸を含浸した。
ン酸を含浸した。
このようにしてつくられた電池のリン酸含没前後の重量
差は７５９であり、これは前記無機物質を付着させた負
極に約３８１のリン酸を含浸させたことを意味する。
差は７５９であり、これは前記無機物質を付着させた負
極に約３８１のリン酸を含浸させたことを意味する。
このようにしてつくられた素電池を厚さｌ ｍｙａの平
滑炭素板を介して５個積層し、燃料ガスとして水素ガス
、酸化剤ガスとして空気を使用して２００ｍＡ／ｃＩｎ
２の電流密度２００℃の温度、夫々（資）％の反応ガス
利用率の条件で長時間運転を行なった。このときの電圧
と運転時間との関係をグラフで示せば図面の線ａのとお
りであって、１万時間運転後も殆ど作動電圧の低下は認
められなかった。
滑炭素板を介して５個積層し、燃料ガスとして水素ガス
、酸化剤ガスとして空気を使用して２００ｍＡ／ｃＩｎ
２の電流密度２００℃の温度、夫々（資）％の反応ガス
利用率の条件で長時間運転を行なった。このときの電圧
と運転時間との関係をグラフで示せば図面の線ａのとお
りであって、１万時間運転後も殆ど作動電圧の低下は認
められなかった。
チタンカーノ々イド、タンタル力−ノ々イド、タングス
テン力−ノ々イド、酸化タンタル、酸化ジルコニウムで
実施してもほぼ同様であった。
テン力−ノ々イド、酸化タンタル、酸化ジルコニウムで
実施してもほぼ同様であった。
比較例
９極にシリコンカー・々イドを付着しない以外は上記実
施例と同様に実施した場合、リン酸の含浸量は２０ｍ１
８であった。また上記と同様に長時間運転を行なった結
果は図面の線すのとおりであり、５０００時間経過後に
徐々に電圧が低下するのが認められた。
施例と同様に実施した場合、リン酸の含浸量は２０ｍ１
８であった。また上記と同様に長時間運転を行なった結
果は図面の線すのとおりであり、５０００時間経過後に
徐々に電圧が低下するのが認められた。
かくて本発明に係る燃料電池は従来のものより多量の電
解質を保有し、長期間高い性能を維持しうることが明ら
かである。
解質を保有し、長期間高い性能を維持しうることが明ら
かである。
図面は本発明の実施例と比較例に係る電池の単電池電圧
−運転時間の関係を示すグラフであり、線ａは実施例１
ｍｂは比較例の場合を示す。 出願人代理人 猪 股 清 （１１） （八）王目−里（１車
−運転時間の関係を示すグラフであり、線ａは実施例１
ｍｂは比較例の場合を示す。 出願人代理人 猪 股 清 （１１） （八）王目−里（１車
Claims (1)
- 多孔質炭素質基体を有する負極及び正極と、リン酸電解
質を有し、氷菓を主成分とする燃料ガスを負極活物質、
酸素を主成分とする酸化剤ガスを正極活物質とする燃料
電池において、前記負極の多孔質炭素質基体の表面を、
リン酸電解質に安定で且つ該電解質に対して濡れ性の大
きな微粒子状の無機物質で被覆し、これにリン酸電解質
な保有させるようにしたことを特徴とする、燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58250597A JPS60143573A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58250597A JPS60143573A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60143573A true JPS60143573A (ja) | 1985-07-29 |
Family
ID=17210245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58250597A Pending JPS60143573A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60143573A (ja) |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP58250597A patent/JPS60143573A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002538597A5 (ja) | ||
| JPS5940471A (ja) | 電気化学発電素子 | |
| JP3326254B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS5889780A (ja) | 電気化学的発電装置 | |
| JPS60143573A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0544145B2 (ja) | ||
| JPS63299057A (ja) | 燃料電池電極の製造方法 | |
| JPH05234599A (ja) | 燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 | |
| JP2633522B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS63298969A (ja) | 燃料電池電極の製造方法 | |
| JPH0722020B2 (ja) | ガス拡散電極の製造方法 | |
| JPS63143751A (ja) | 燃料電池用正極ガス拡散電極の製造方法 | |
| JPS6240822B2 (ja) | ||
| JPS60133660A (ja) | 燃料電池の電極基材の製造方法 | |
| JPH0574190B2 (ja) | ||
| JPH0766810B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH061700B2 (ja) | 燃料電池用複合電極 | |
| JP2792174B2 (ja) | 燐酸型燃料電池の電極触媒層 | |
| CN114335696A (zh) | 膜电极一体化结构及制备方法与应用 | |
| JPS58166638A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH01124959A (ja) | 燃料電池電極 | |
| JPS63126169A (ja) | リン酸形燃料電池電極の端部シ−ル製造法 | |
| JPS5940473A (ja) | 酸性電解質電気化学発電素子 | |
| JPH09219202A (ja) | 燃料電池および燃料電池スタック | |
| JPS5940472A (ja) | 電気化学発電素子 |