JPS6139455A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS6139455A
JPS6139455A JP59160524A JP16052484A JPS6139455A JP S6139455 A JPS6139455 A JP S6139455A JP 59160524 A JP59160524 A JP 59160524A JP 16052484 A JP16052484 A JP 16052484A JP S6139455 A JPS6139455 A JP S6139455A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
base plate
electrolyte
anode
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP59160524A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kuwabara
武 桑原
Toshiaki Seki
関 敏昭
Tsutomu Aoki
努 青木
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP59160524A priority Critical patent/JPS6139455A/ja
Publication of JPS6139455A publication Critical patent/JPS6139455A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は長期間に渡シ安定した性能を有する燃料電池に
関する。
〔発明の技術的背景とその間組点〕
従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を挾んで一対の多孔質電極を
配置するとともに、一方の電極の背面に水素等の流体燃
料を接触させ、また他方の電極の背面に酸素等の流体酸
化剤を接触させ、このときに起る電気化学反応を利用し
て、上記電極間から電気エネルギーを取シ出すようにし
たものであシ、前記燃料と酸化剤が供給されている限シ
高い変換効率で電気エネルギーを取シ出すことができる
ものである。
ところで上記の原理に基づく、特にリン酸を電解質とし
た燃料電池の単位セルは通常第1図(、)又は(b)に
示すように構成されておシ、またこの単位セルを複数個
積層することによって第2図に示すように燃料電池装置
全体を構成している。
すなわち、第1図(、)において、単位セルは電解質を
含浸したマトリックス1を境にして両側に多孔質体で形
成され触媒が付加されている電極2,3(通常炭素材か
ら成る)を配置し、さらに両電極2.3のマトリックス
1と背面にそれぞれリブ4,5の付いたプV−)6(一
般はクラファイトと熱硬化性樹脂の混合結着体から構成
される。以後1.インタコネクターと称する。)を配置
している。上記インタコネクター6の各電極2.3側に
位置する面には、それぞれリブ4.5によって互いに直
行するような向きに溝7.8が複数本規則的に平行に設
けてあシ、これらの@y+gにはそれぞれ流体燃料およ
び流体酸化剤の流通路を構成する。またインクコネクタ
ー6の反対側の面にも同様にリブ4,5によって互いに
直行するような向きに隣接する単位セルにおける流体燃
料および流体酸化剤の流通路に供される溝7,8が形成
されている。このようにマトリックス1、電極2,3お
よびインタコネクター6を積層し、この状態でインクコ
ネクタ6の各溝7,80両端開口だけを残して各積層端
面部を気密にシールして単位セルを構成している。
第1図(、)のように構成された単位セルは複数個積層
され、142図に示すようにこの積層体の一つの対向す
る端面の一方に燃料供給口9を有したマニホルド10と
、他方に燃料排出口11とを有したマニホルド12とが
当てがわれ、また、他の対向する端面に酸化剤供給口1
3を有したマニホルド14と他方に酸化剤排出口15を
有したマニホルド16とが当てがわれ、これらマニホル
ド10,12,14.16が?ルト等で締付けられて気
密保持され、これによって燃料電池装置17が構成され
ている。したがって、この燃料電池装置17によると、
燃料供給口9から流体燃料を供給すると、この燃料は各
単位セルの流通路である複数の溝7を分流して多孔性の
電極2の背面に接しながら流れ、その後燃料排出口11
から排出される。また酸化剤供給口13から流体酸化剤
を供給すると、この酸化剤は各単位セルの流通路である
複数の溝8を分流して多孔性の電極3の背面に接触しな
がら流れ、その後酸化剤排出口15から排出されること
になる。流体燃料と流体酸化剤はそれぞれ拡散によって
多孔性の電極2.3内に供給され燃料電池としての電気
エネルギーを発生する。なお図では出力端子は省略して
いる。
更に、改良観として第1図[有])に示すように構成さ
れた燃料電池単位セルが考えられている。
第1図(b)におい゛て、18はセパレータ、19はリ
ブ付電極でアシ、その他第1図(a)と同じ作用を示す
ものは同一符号を付して示しである。すなわち、第1図
(a)に示すインタコネクタ6がパレータ18とリブ4
.5に分割構成され、かつそのリブ4,5が電極2,3
と夫々一体化されて、リブ付電極19として構成されて
いる。
この改良型の特徴は、七ノ4レータ18が流体燃料と流
体酸化剤との混合を防止し、かつ単位セル積層化の集電
体としての役目をしているところにある。またこの改良
型の燃料電池では、第1図(、)に示したインタコネク
タ型のものに比較して重量が約半分に@量化され、かつ
リブS。
が多孔質であ)、マトリックス層からあふれ出たリン酸
を吸収し、またマトリックス層のリン酸が減少すると吸
蔵造しているリン酸を再度補給するいわゆる”リデーバ
機能”を有している。
すなわち、リブ付電極19は流体燃料および流体酸化剤
の反応流体が夫々触媒層へ到達するために十分な反応流
体の透過性を有しておシ、導電性・熱伝導性ともによく
かつ積層加重に耐える強度を兼ね備えている。
ところで、以上の如き従来の燃料電池のリブ付電極は、
65〜80%の多孔度を有するカーモノ焼結基板(以下
、電極基板と称する)上に、触媒を担持した導電性粒子
を疎水性テリマーおよび溶媒と混練して塗布したのち乾
燥・焼成することによって製造される。しかしながら、
従来のリブ付電極においてはその検討の結果、次のよう
な問題点のあることが明らかとなっている。
すなわち、運転温度、運転圧力、負荷2反応ガス中温度
等の運転条件によシ必然的に電解質の体積変化を伴う。
すなわち、電解質であるリン酸は次の反応式の如く、水
と五酸化リンの反応生成物であシかつ吸湿性の強い乾燥
剤でもある。
3H20+1/2P401o二2H3PO4したがって
、高温で乾燥した条件下では上記反応は左へ進み、低温
で高湿の条件下では上記反応は右へ進む。ここでは、説
明を簡略化しているが、上記中間生成物として多数の複
雑なリン酸の縮合体がある。しかし、それらの反応の進
行については上記説明の如き傾向は同じである。一方、
負荷をとると電気化学的反応生成物として水が生成する
。また、湿度は水蒸気分圧と全圧の比で決められるので
あるから、運転圧力によっても上記反応の平衡は動く。
ここで、電極基板の撥水性−が強いと、体積膨張のため
強制的に触媒層を通過してあふれ出た電解質は、電極基
板に安定して貯蔵されず一挙にガス流路側まであふれ出
し、ミストとして排ガス中に持ち去られる部分が多くな
って電池寿命が短縮する傾向がある。つまり、従来の電
極基板はアノード、カソードとも化学的安定性を向上さ
せるために、2000℃以上の高温で焼成処理される。
このため、材料自体は長寿命となるが、電極基板自体の
撥水性が強くなって上記のような問題が生じ、その結果
、マド17ツクス層の電解質はだんだん減少して、空隙
部が増加してゆき、燃料電池の反応ガスすなわち燃料ガ
スと空気の混合を防止する七ノ4レータ機能がなくなシ
、前記両反応ガスの混合が起るいわゆる“クロスオーバ
ー”現象が発生し、著しく電池性能が低下しかつ爆発の
原因にもつながる。
〔発明の目的〕
本発明は上記のような問題を解消するために成されたも
ので、その目的はアノードリブ付電極基板の撥水性を弱
くして電解質の吸蔵量を増加させ長時間に渡って安定し
た性能を発揮することが可能な燃料電池を提供すること
におる。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明では、電解質マド’、
lックスを介して対向配置される一対の電極に接するよ
うな流体燃料流通路および流体酸化物流通路を備え、各
流通路に燃料および酸化剤が流通している条件下で電気
エネルギーを出力する燃料電池において、前記一対の電
極のうちアノードとなるリブ付電極基板として90〇−
〜1600℃で炭化処理した多孔質カーモノ焼結基板を
用い、カソードとなるリブ付電極基板として従来同様に
1700℃以上で黒鉛化処理した基板を用いるようにし
たことを特徴とする。
〔発明の実施例〕 本発明の燃料電池は、アノードとなるリブ付電極基板と
して900〜1600℃、望ましくは1000−130
0℃で炭化処理した多孔質カーボン焼結基板を用い、ま
たカソードとなるリブ付電極基板として従来通に170
0℃以上で黒鉛化処理した基板を用いるものである@ 以下に、その具体的な一実施例について述べる。本例で
は、まずカーyf7繊維とフェノール系樹脂との混合物
を所定量均一に配置し、所定。
の厚さに160〜170℃で5分間熱間加圧成形し、そ
の後不活性雰囲気で1100℃程度で炭化処理を行なっ
てリゾ付電極用炭素多孔板(密度は(1,6、lir 
7cm )を得る。そして、このようにして得られた炭
素多孔板を機械加工によって厚さを2簡に研磨し、ガス
流通溝を形成してリブ付アノード電極基板を作シ、その
平面側にアノード触媒層を形成してアノードリブ付電極
を得る。
一方、2100℃で黒鉛化処理を行なって得たリブ付電
極用炭素多孔板を、上記アノードと同様の方法で機械加
してカソードリブ付電極基板を作シ、その平面側にカソ
ード触媒層を形成してリブ付カソード電極を得る。さら
に、かようにして得られたアノードおよびカソードリブ
付電極間に、約200 Jimの厚さのシリカ−バイト
粉末から成るリン酸電解保持層を挾んで単位セルを得る
第3図は、この単位セルを第2図の如く燃料電池に組立
てて、その電池特性を測定した結果を示すものである。
なお本例では、運転温度が2Q5℃、常圧で加湿量を過
剰として寿命加速試験条件にて実施したものである0図
示のように、本発明によるものAは従来のものBに対し
て、寿命加速条件にもかかわらず長時間に渡って安定し
た性能を示すことがわかる。一方、第4図はアノードリ
ブ付電極中へのリン酸保持量を示すもので、図示のよう
に本発明によるものCは従来のものDに対して3倍量の
保持量となっていることがわかる。
なお、上記においてカソードリブ付電極基板として、前
述したアノード側と同じ<1100℃で炭化処理した多
孔質カーデン焼結基板を用いて構成した燃料電池で試験
を実施した結果、カソードリブ付電極は酸化反応によっ
て劣化しもろくなると共に、初期性能も悪くカソード排
ガス中のリン酸搬出量が大きく、上記のような効果は見
られないことが判明している。
かぐして本発明によれば、初期の電解質保持量が増加し
且つ電解質層の電解質量の増減に対応して触媒層を通し
て吸収或いは供給する機能が改善され、その結果燃料電
池運転中に生ずる電解質搬出に対し十分な電解質保持量
が確保されることになシ、もって電池性能を長時間に渡
って安定に確保することが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、アノードリブ付電
極基板の撥水性を弱くして電解質の吸蔵量を増加させ長
時間に渡って安定した性能を発揮することが可能な信頼
性の高い燃料電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) >よび(b)は従来の燃料電池装置の単
位セルを示す分解斜視図、第2図は同セルを組込んだ燃
料電池装置を示す斜視図、第3図および第4図は本発明
の詳細な説明するための図である。 1・・・マトリックス、2,3・・・電極、2′、3′
・・・触媒層、4,5・・・9プ、6・・・インタコネ
クタ、18・・・セ= V −II 、1 y −リブ
付電極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第11!I (a) ; (b) 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質マトリックスを介して対向配置される一対
    の電極に接するような流体燃料流通路および流体酸化物
    流通路を備え、各流通路に燃料および酸化剤が流通して
    いる条件下で電気エネルギーを出力する燃料電池におい
    て、前記一対の電極のうちアノードとなるリブ付電極基
    板として900〜1600℃で炭化処理した多孔質カー
    ボン焼結基板を用い、カソードとなるリブ付電極基板と
    して1700℃で黒鉛化処理した基板を用いるようにし
    たことを特徴とする燃料電池。
  2. (2)アノードとなるリブ付電極基板は1000〜13
    00℃で炭化処理したものである特許請求の範囲第(1
    )項記載の燃料電池。
JP59160524A 1984-07-31 1984-07-31 燃料電池 Pending JPS6139455A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283875A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Equos Research Co Ltd 燃料電池および燃料電池装置
US6883418B1 (en) 1998-10-22 2005-04-26 Peter Greiner Carbon piston for an internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6883418B1 (en) 1998-10-22 2005-04-26 Peter Greiner Carbon piston for an internal combustion engine
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