JPS63116366A

JPS63116366A - 燃料電池

Info

Publication number: JPS63116366A
Application number: JP61261913A
Authority: JP
Inventors: Noboru Segawa; 昇瀬川; Sanji Ueno; 上野　三司; Taiji Kogami; 泰司小上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-05-20

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は燃料電池に関し、特に貴金属触媒の有効利用を
目的とし、電池性能の低下を引き起こすことなく、貴金
属触媒の利用量を低減化するために、改良を施した燃料
電池に関する。

（従来の技術）従来、燃料の有している化学的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、電解質を保持したマトリック
スを挟んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方
の背面に水素等の燃料ガスを接触させ、また他方の電極
の背面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、このとき起こ
る電気化学的反応を利用して上記電極間から電気エネル
ギーを出力する単位セルを、複数個積層して構成するよ
うにしたものであり、上記燃料ガスと酸化剤ガスが供給
されている限り高い変換効率で電気エネルギーを取り出
すことができるものである。

第５図に、上記原理に基づく特にリン酸を電解質とした
、バイポーラ型の燃料電池における単位セルの構成例を
示した。即ち、触媒層１ａ、　ｌｂを塗着した一対の対
向するガス拡散電極（アノード電極２．カソード電極３
）の間に、電解質であるリン酸を保持したマトリックス
４を配設し、一体化して単位セルを形成している。この
単位セルの両側にガス流通路を設けた導電性のセパレー
タ５を配設し、燃料ガス６及び酸化剤ガス７を通常互い
に直交する方向に流して、発電反応を行なわせていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、この様な単位セル構成のものにおいては、電池
を長時間運転した際にリン酸電解質の散逸、消失によっ
て電池性能の低下が生じていた。

そこで、この様な欠点を解消するために、最近では第６
図に示した様な、片面に触媒層１ａ、　ｌｂを塗着し、
他面に反応ガス流通路８，９を形成した一対の多孔質電
極いわゆるリブ付き電極（アノード電極１０．カソード
電極１１）を用いてマトリックス４を挟んで単位セルを
構成し、このアノード電極１０の全面に均一にリン酸電
解質を保持させて電池の長寿命化を図ると共に、単位セ
ル積層時の電池締付けの際の多孔質部の密着性向上によ
り、接触抵抗の低減を図るようにしたリブ付き電極型の
ものが提案されている。

ここで、アノード電極ｌＯにリン酸電解質を保持させる
のは１発電反応の進行に伴ってマトリックス４中のリン
酸電解質が枯渇することを防止し、適宜リン酸電解質を
補給できるようにするためである。そのため、アノード
電極１０に塗着される触媒層１ａは、保持しているリン
酸電解質を補給しやすいように、親水性を有する物質か
ら構成されている。

また、リブ付きのアノード電極１０及びカソード電極１
１の両方に同時にリン酸電解質を保持させても、カソー
ド電極１１側においては発電反応によりＨ，Ｏが生成さ
れるため、保持されているリン酸電解質がぬれてしまい
、その結果、カソード電極１１の背面から供給される酸
化剤ガスが反応界面に供給されにくくなり、電池特性を
著しく低下させる。

そのため、アノード電極１０にのみリン酸電解質を保持
させることが一般的である。

また、アノード電極１０に塗着される触媒層１ａを親水
性の強すぎる物質から構成した場合、アノード電極１０
の背面から供給される燃料ガスの反応界面への拡散が、
保持されているリン酸電解質によって妨げられるという
欠点があった。

また、アノード電極１０の背面から供給される燃料ガス
の反応界面への拡散を良好にするため、前記触媒層１ａ
に撥水性を具備させると、保持されているリン酸電解質
の補給が充分に行えないといった欠点があった８そのため、第２図に示した様に、背面に燃料ガス流通路
８が設けられたリブ付きアノード電極１０の他面に塗着
される触媒層２０が、前記燃料ガス流通路８と直交する
方向に一定の間隔毎に配置された。ｆｌ水性を有する物
質から構成される帯状の触媒層２０８と、　その間に配
置される撥水性を有する触媒ＪＷ２０ｂとから構成され
ている形式の燃料電池が考案され、また、製造されてい
る。

しかしながら、親水性を有する物質から構成される触媒
層２０ａは、電解質によるぬれのため、反応ガスの拡散
性がきわめて悪く、触媒活性がほとんど存在しないこと
がわかった。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段とその作用）従がって本
発明は、アノード触媒層に形成された帯状の補給路を具
備するタイプの燃料電池において、帯状に形成された補
給路の構成物質を貴金属担持のカーボン粉などの、貴金
属触媒を含有する物質から、貴金属触媒を含有しない物
質、つまり貴金属触媒非担持のカーボン粉および炭化ケ
イ素粉末を用いて形成することにより、単位セルあたり
に使用する貴金属触媒の利用度を高め、セル性能を低下
させることなしに、貴金属触媒の減量を可能にするもの
である。

（実施例）以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

（第一実施例）本実施例において、第２図に示した様に、背面に燃料ガ
ス流通路８が設けられたリブ付きアノード電極１０の他
面に塗着される触媒層２０が、前記燃料ガス流通路８と
直交する方向に一定の間隔毎に配置された、親水性を有
する物質から構成される帯状のカーボン層２０ａと、　
その間に配置される撥水性を有する触媒層２０ｂとから
構成されている。

ここで、前記触媒Ｊ１２０は以下のように形成する。

即ち、リン酸補給路となる親水性を有するカーボン層２
０ａは、蒸留水（７００ａＱ）　、貴金属触媒非担持の
カーボン粉末（３０ｉ）、テフロンディスパージョン溶
液（１４，３ｍＱ）を混練することによってスラフロン
３０Ｊ（三井フロロケミカル通を使用した。

そして、この塗布合剤をスプレー法によりアノード電極
基体上に塗布する。この時、撥水性を有する触媒層２０
ｂが塗布される部分には、前記親水性の触媒層が形成さ
れないようにシールを施して塗布作業を行なう。

次に、撥水性を有する触媒層２０ｂは、蒸留水（７００
社）、白金担持のカーボンブラック（３０１）　）　。

テフロン溶液（１４，３ｍＱ）を混練することにより、
同様の塗布合剤を合成し、前記親水性の塗布合剤と同様
にスプレー法により塗布する。この場合も、親水性の触
媒層２０ａが形成された部分には、撥水性の触媒層が形
成されないようにシールを施して塗布作業を行なう。

以上の様にして塗布された触媒層２０を２０ｋｇ／ｃｎ
ｉでプレスした後、Ｎ２雰囲気で３２７℃、３０分熱処
理し、アノード電極を形成した。

（第二実施例）第一実施例に示した、スラリー状の塗布合剤の成分を蒸
留水（７００ａＱ）、貴金属触媒非担持のカーボン粉末
（３０ｉ）、テフロンディスパージョン溶液（１４，３
ｄ）および炭化ケイｉ（５グ）を混練することによって
合成した。なお、カーボン粉末は他はすべて第一実施例
と同様な条件において、アノード電極を形成した。

第一実施例および第二実施例により形成したアノード電
極を用いて、小型セルを構成し、以下の条件で起電試験
を行なった結果を第１図に示す。

第１図に示す一線は第一実施例によるもの、−一一一線
は第二実施例によるもの、−一線は比較として、従来型
の貴金属担持のカーボンを使用している例を示す。

〔発明の効果〕

以上に述べた様に本発明によれば、リン酸電解質の補給
路を構成する物質を貴金属担持のカーボン粉から、貴金
属非担持のカーボン粉に換えることによって、単位セル
当たり使用する貴金属触媒量を低減下し、電池性能の低
下を引き起こすことなく貴金属触媒を有効利用するセル
構成が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池における特性図、第２図は本
発明の燃料電池における構成図、第３同車位セルの構成
図である。ｌａ、　ｌｂ・・・触媒層、　　　　２・・・アノード
電極、３・・・カソード電極、　　　４・・・マトリッ
クス、５・・・セパレータ、　　　　６・・・燃料ガス
、７・・・酸化剤ガス、　　　８・・・燃料ガス流通路
、９・・・酸化剤ガス流通路、１０・・・アノード電極
、１１・・・カソード電極、　　ｚＯ・・・触媒層、２
０ａ・・・親水性を有する触媒層、２０ｂ・・・撥水性を有する触媒層、３０・・・撥水性を有する触媒層Ｎ　’７１　時１ｆｌ　　（／１ｒＳ　）第　　１　図第　　２　図第　　３　図第　　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電解質を保持したマトリックスを挟持し、導電性
の多孔質基体の一方の面に、燃料ガスまたは酸化剤ガス
の流通路が形成されていると共に、他方の面に触媒層が
塗着されたアノード電極およびカソード電極を配置して
なり、前記各反応ガス流通路に燃料ガスまたは酸化剤ガ
スを流通している条件下で電気エネルギーを出力する単
位セルを複数個積層して構成し、アノード電極に補給用
のリン酸電解質が保持され、アノード電極に形成されて
いる燃料ガス流通路に直行する方向に帯状のリン酸補給
路が触媒層に形成されている燃料電池において、前記帯
状の補給路は、貴金属触媒非担持のカーボン粉およびフ
ッ素系樹脂の混合物から形成されることを特徴とする燃
料電池。
（２）前記リン酸補給路は、貴金属触媒非担持のカーボ
ン粉、炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびフッ素系樹脂から形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の燃料電池。