JPS60189173A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

Info

Publication number
JPS60189173A
JPS60189173A JP59043347A JP4334784A JPS60189173A JP S60189173 A JPS60189173 A JP S60189173A JP 59043347 A JP59043347 A JP 59043347A JP 4334784 A JP4334784 A JP 4334784A JP S60189173 A JPS60189173 A JP S60189173A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
halogen
exchange membrane
ion exchange
fuel cell
chlorine
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
Application number
JP59043347A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidejiro Kawana
川名 秀治郎
Teruo Kumagai
熊谷 輝夫
Kazuo Iwamoto
岩本 一男
Tatsuo Horiba
達雄 堀場
Noriko Kitami
北見 訓子
Seiji Takeuchi
瀞士 武内
Yuichi Kamo
友一 加茂
Koki Tamura
弘毅 田村
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59043347A priority Critical patent/JPS60189173A/ja
Publication of JPS60189173A publication Critical patent/JPS60189173A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、燃料電池に係り、特にイオン交換膜をカソー
ドとアノードとの間に挾持した燃料電池に関するもので
ある。
〔発明の背景〕
従来、陽イオン交換膜あるいは陰イオン交換膜は、主と
して海水から純水を製造する装置、海水から食塩を濃縮
する装置あるいは海水から食塩を電解して塩素とナトリ
ウムを生成する装置用の隔膜として開発され広く用いら
れている。
一方、陽イオン交換膜は、燃料電池における電解質とし
て広く用いられている。
第1図は酸性電解型メタノール−空気の燃料電池の単セ
ル構造の一例を示す概略図である。単セルはカソード1
とアノード2との間に隔イオン交換膜を挾持し、カソー
ド1およびアノード2の外側にカソード室4およびアノ
ード室5がそれぞれ連設されている。このカソード室4
には竿気入口6を経て空気が供給され、空気用ロアから
排出される。一方、アノード室5には希硫酸にメタノー
ルを溶かしたアノライト(1Mメタノールと3MM2S
 04 )がアノライト人口8から供給され、アノード
2に接触し触媒を介して分解反応を起して生成した炭酸
ガスが出口9から排出される。
このように電池内の分解反応と酸化反応による化学エネ
ルギーを電解質すなわち陽イオン交換膜を介して電気エ
ネルギーに変換される。一般に、燃料電池は要求される
出力(Wワット)に応じて複数の単セルを積層させて形
成している。
このように燃料電池に用いられる陽イオン交換膜は次の
ように製造されている。
第2図は従来の陽イオン交換膜の製造の一例を示すフロ
ーチャート図である。
まず、陽イオン交換膜の基体となる原料上ツマ−と重合
触媒とを混合して膜を形成した後、加熱して重合反応を
起させると同時に濃硫酸中で加熱してスルホン酸基を導
入し膜に陽イオン交換能を賦与する。その後、水洗し塩
化カリウム水溶液などの強゛眠解質水溶液中に浸漬して
保存される。
この膜の形成に用いる重合触媒としては、塩化アルミニ
ウム(、kkOs )、四塩化チタン(TiO4)など
のカチオン系のルイス酸型化合物やアルカリ金属などの
アニオン系チーグラ型触媒等が使用されている(文献、
八幡屋正著「イオン交換膜」33〜48行)(特公昭5
5年39570号公報)。
このように製造された陽イオン交換膜は、酸性電解質型
メタノール−空気燃料電池における電解質として用いら
れる。この陽イオン交換膜は水素イオン伝導体であると
共に、燃料であるメタノールがアノード室からカソード
室に到達することを阻止する役目を担っている。また、
このイオン交換膜は所定の形状に切断されると共に、酸
性電解液に浸漬して水素イオン型に形成された後、燃料
電池に組込まれる。したがって製造工程においてイオン
交換膜に含浸または付着した塩化ナトリウムや塩化カリ
ウム等の塩素含有化合物が燃料電池中に持ち込まれるこ
とになる。従来のアノードおよびカソードは陽イオン交
換膜から溶出する塩素イオン弄の・・ロゲンを含む希硫
酸に接触することになる。
そのため、従来の酸性電解質型メタノール−空気燃料電
池ではアノライト中に塩素等のハロゲンが入り、電極の
触媒毒として作用し、電池電圧を低下するという問題を
有していた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、燃料電池の時間経過および電流密度の
増加によって電極触媒が被毒されず且つ電池電圧の低下
を゛防止することができる高性能な燃料電池を提供する
にある。
〔発明の概要〕
本発明は、塩素イオン等のハロゲンが燃料電池用電極に
使用する周期律表第8族に属するルテニウムや白金等の
貴金属触媒の触媒毒であることを見い出し、塩素等のハ
ロゲンを溶出しないイオン交換膜を用いて燃料電池を構
成することを特徴としている。
すなわち、本発明は、カソード極とアノード極との間に
介在するイオン交換膜を備えた単電池を複数積層してな
る燃料電池において、前記イオン交換膜がイオン交換膜
を劣化させないものであって、ハロゲンを含まない溶液
に接触させてハロゲンイオンを溶出させたものからなる
燃料電池である。
塩素等のハロゲンを溶出しないイオン交換膜ヲ得るには
次の方法がある。
■イオン交換膜の製膜および重合の際に、塩素等の・・
ロゲンを含まない触媒を用いること■塩素等のハロゲン
を含まない電解質水溶赦中にイオン交換膜を保存するこ
と ■塩素等のハロゲンを含浸したイオン交換膜を用いる場
合には、大量の蒸留水またはハロゲンを含まない希酸で
十分に洗浄してハロゲン(ヒ除去すること などの方法がある。
〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について述べる。
一実施例1 酸性電解質型メタノール−空気燃料電池の単セルを構成
するアノード、カソードおよびイオン交換膜を次に示す
ものを用いて、この単セルを複数積層して燃料電池を形
成し、電池性能の経時変化を調査した。
アノードは炭素粉末(グラファイトカーボン:AUP)
に白金黒およびルテニウム黒の触媒を担持させポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)の結着剤でカーボンペ
ーパ(具現化学製E715)に塗布したものである。ア
ノードの触媒組成は、電極単位面8 (1cm2)当シ
炭素10mg、白金10mg、ルテニウム5mg、PT
FE2mgである。
カソードは炭素粉末(アセチレンブラック)に白金黒の
触媒を担持させ、PTFEを結着剤としてカーボンベー
パーに塗布したものである。その組成は電極単位面積(
1crr12)当シ炭素8mg、白金5mg、PTFE
2mgである。
このような組成からなるカソードとアノードとの間に挾
持される隔膜としては陽イオン交換膜Nafion 4
25 (])u Pont社製)を用いると共に、この
陽イオン交換膜をに2SO4飽和水溶液中に1晩浸漬し
て塩素イオンを除去したものおよび陽イオン交換膜を飽
オ1JKCt水浴液中に1晩浸漬したものを用いた。
第3図は各陽イオン交換膜を用いた燃料電池における経
過時間に対する電池電圧の変化を示す線図である。なお
、図中のMは飽和KC1水溶液中に1晩浸漬した陽イオ
ン交換膜、本発明はKz 804飽和水溶液中に1晩浸
漬したものである。
図から明らかなように、電流密度60 m A /cm
2における電池電位の経時変化は本発明においてはほと
んどみられないが、Mでは塩素イオンの影響によシミ池
電圧が経時に低下していることが判明した。
実施例2 この実施例は実施例1で用いた同一の仕様のカソードお
よびアノードを用いると共に、陽イオン交換膜(Naf
lon425) を飽和に2804溶液中に1晩浸漬し
た後、電池に組み込んだ。
次いで、KC1濃度が0.10−”M、10−” Mお
よび10−’Mの各々アノライト(希硫酸にメタノール
を溶解した混合液体)をアノード室に供給して、電流密
度に対する電池電圧の変化に及ぼすKCt濃度の関係を
調査した。
第4図は各燃料電池における電流密度(mA/crn”
 )と電池電圧の関係を示す線図である。
図から明らかなように、アノライト中のKC1濃度が増
加するにつれて電池の電流密度−電圧曲線は低下する傾
向にある。
実施例3 飽和KC1溶液中に1晩浸漬したNafion425(
100wX100wx)を1tの蒸留水中で65〜70
Cで5時間加熱後70C,5tの蒸留水で10分洗浄し
さらに1tの3M硫酸溶液中で65〜70Cで5時間加
熱し、これを電池に組み込んで電池性能を測定した。電
池を10時間運転した後もアノライト中には、塩素イオ
ンは検出されず、電池電圧の低下は起こらなかった。イ
オン交換膜を十分に洗浄し塩素イオンをとシ除いたイオ
ン交換膜は塩素イオンによる電極触媒の被褌を起こさな
い仁とが確認された。
実施例4 実施例1で使用したカソード及びアノードの電極電位の
塩素イオンの影響をめた。その結果を第5図に示す。カ
ソードは希硫酸3 MHz 804中60Cにおいて、
アノードはアノライト(IMC)Th−3MHz S 
04 )中60cにおける特性を評価した。
いずれの場合もKO2を添加して、Kct濃度が10−
”M 、10−”M、10”’M の希硫酸及びアノラ
イトを用いた。カソード電位は塩素イオンによる低下は
ごくわずかであったが、アノード電位は、塩素イオン濃
度の増加につれて上昇(性能低下)している。電池から
とシ出しうる最大電圧はカソードとアノードの電位差で
あるからアノード電位の上昇は電池電圧の低下をもたら
す。KC/、濃度の増加につれてアノード電位は上昇し
ておシ、Km 804やNa2804溶液を用いた場合
はアノード電位の上昇が見られないことから塩素イオン
によるアノードの被毒であると考えられる。また劣化し
たアノードを大量の蒸留水で洗浄すると性能が回復する
ことから、アノードの白金とルテニウム触媒上に塩素イ
オンが吸着、シ、メタノールが触媒に吸着して下記の反
応が進行するのを阻害していると推定している。
CHs OH+Hz ()” COx +6 H”+6
6実施例5 実施例1で用いたものと同一仕様のカソード及びアノー
ドを用い、市販の旭硝子(株)製陽イオン交換膜セレミ
オン(CMV)(塩化カリウム水溶液が含浸されている
。)を3 MH2804中に1晩浸漬の後電池に組み込
み性能を測定した。電池性能の経時変化を第3図の(C
MV)で示しだ曲線で示す。経時的に性能が低下してい
くことが観察された。またアノライト中には塩素イオン
が10””gイオン/を検出され、イオン交換膜から塩
素が溶出していることが明らかになった。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、周期
律表第7族のハロゲン元素またはノ・ロゲン元素を含ま
ないイオン交換膜を燃料電池内に組み込むので、ハロゲ
ンによる電極触媒への被毒を完全に防止し、電池性能の
経時低下を起さないという顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は酸性電解型メタノール−空気の燃料電池の単セ
ル構造の一例を示す概略図、第2図は従来の陽イオン交
換膜の製造の一例を示すフローチャート図、第3図は各
種の陽イオン交換膜を用いた燃料電池における経過時間
に対する電池電圧の変化を示す線図、第4図は各燃料電
池Yおける電流密度と電池電圧の関係を示す線図、第5
図はカソードおよびアノードの電極電位の塩素イオンの
影響を示す線図である。 1・・・カソード、2・・・アノード、3・・・イオン
交換膜、4・・・カソード室、5・・・アノード室、6
・・・空気入口、7・・・空気出口、8・・・アノライ
ト入口。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 率1図 132 高3区 経過両開けvS) 高年図 電奈忠恵(vA/。、rnZ) 第1頁の続き O発明者北見 測子 [相]発明者武内 瀞士 @発明゛者 加茂 友− 〇発明者田村 弘毅 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日立製作所日立研
究所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 カソード極とアノード極との間に介在するイオン
    交換膜を備えた単電池を複数積層してなる燃料電池にお
    いて、前記イオン交換膜がイオン交換膜を劣化させない
    ものであって、I・ロゲン元素を含まない溶液に接触さ
    せてハロゲンイオンを溶出させたものであることを特徴
    とすることを特徴とする燃料電池。 2、特許請求の範囲第1項において、ハロゲン元素は、
    塩素または塩素を含む化合物であることを特徴とする燃
    料電池。
JP59043347A 1984-03-07 1984-03-07 燃料電池 Pending JPS60189173A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59043347A JPS60189173A (ja) 1984-03-07 1984-03-07 燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59043347A JPS60189173A (ja) 1984-03-07 1984-03-07 燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60189173A true JPS60189173A (ja) 1985-09-26

Family

ID=12661309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59043347A Pending JPS60189173A (ja) 1984-03-07 1984-03-07 燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60189173A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4210501A (en) Generation of halogens by electrolysis of hydrogen halides in a cell having catalytic electrodes bonded to a solid polymer electrolyte
US4311569A (en) Device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
JP2841868B2 (ja) カチオン移送膜を用いた無水ハロゲン化水素からハロゲンガスへの電気化学変換
Ogumi et al. Gas permeation in SPE method: I. Oxygen permeation through Nafion and NEOSEPTA
US4191618A (en) Production of halogens in an electrolysis cell with catalytic electrodes bonded to an ion transporting membrane and an oxygen depolarized cathode
US4457823A (en) Thermally stabilized reduced platinum oxide electrocatalyst
US4707229A (en) Method for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
US4384941A (en) Process for electrolyzing water
US4457824A (en) Method and device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
JP2648313B2 (ja) 電解方法
JPS6025508B2 (ja) 電解反応による気体の発生方法
GB2071157A (en) Catalytic electrode and combined catalytic electrode and electrolytic structure
JPH04500097A (ja) 水酸化第四アンモニウムの製造の改良方法
JP3025473B2 (ja) 電解オゾン発生器およびそれを作るための方法
Schuetz et al. Electrolysis of hydrobromic acid
US4772364A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
EP0443230A1 (en) Electrochemical cell and process
CA2413727A1 (en) Electrochemical cell
JP2002500806A (ja) ゼオライト膜を有する燃料電池のような電解反応器
JPH08246178A (ja) 塩類の電気化学的回収方法及び装置
JPS60189173A (ja) 燃料電池
JPS6128493A (ja) ハロゲン化炭化水素の分解方法
JP3493242B2 (ja) 硝酸塩の電気化学的回収方法及び装置
JP3538271B2 (ja) 塩酸電解装置
US3507701A (en) Process of using fuel cell including tungsten oxide catalyst