JPS6332865A - 燃料電池用電解質保持マトリツクス - Google Patents
燃料電池用電解質保持マトリツクスInfo
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- JPS6332865A JPS6332865A JP61176141A JP17614186A JPS6332865A JP S6332865 A JPS6332865 A JP S6332865A JP 61176141 A JP61176141 A JP 61176141A JP 17614186 A JP17614186 A JP 17614186A JP S6332865 A JPS6332865 A JP S6332865A
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Classifications
-
- 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
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-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はリン酸を電解質とする燃料電池に関し。
特に丘記電解質を保持するマトリックスの改良に関する
ものでろるっ 〔従来の技術〕 リン酸を電解質とする燃料電池は、通常第１図に示すよ
うに導電性のカーボンペーパー等を用いた電標基材（Ｌ
ａ） （Ｌｂ）のとに白金を担持させたカーボンペーパ
ーのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を結合材
としｔ塗布した触媒層（２１）、（２ｂ）から成る一対
のガス拡散電極の間に、リン酸を保持させたマトリック
ス（３）を介在させ１単位電池（４）を構成し、さらに
ガスを供給するための溝（５）を設けた隔離板（６）を
介し”Ｃｋ記単位電池を複数枚積層しｔ構成されている
〕 Ｌ記すン酸形燃料電池は、ガス拡散電極の一方に燃料ガ
スとしτ純水素あるいは水素混合ガスを供給し、他方に
酸化剤ガスとし１純酸素あるいは空気を供給することに
より、電気化学反応プロセスを経を直流電力を得るもの
である。
ものでろるっ 〔従来の技術〕 リン酸を電解質とする燃料電池は、通常第１図に示すよ
うに導電性のカーボンペーパー等を用いた電標基材（Ｌ
ａ） （Ｌｂ）のとに白金を担持させたカーボンペーパ
ーのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を結合材
としｔ塗布した触媒層（２１）、（２ｂ）から成る一対
のガス拡散電極の間に、リン酸を保持させたマトリック
ス（３）を介在させ１単位電池（４）を構成し、さらに
ガスを供給するための溝（５）を設けた隔離板（６）を
介し”Ｃｋ記単位電池を複数枚積層しｔ構成されている
〕 Ｌ記すン酸形燃料電池は、ガス拡散電極の一方に燃料ガ
スとしτ純水素あるいは水素混合ガスを供給し、他方に
酸化剤ガスとし１純酸素あるいは空気を供給することに
より、電気化学反応プロセスを経を直流電力を得るもの
である。
を記リン酸形燃料電池におい１電解質であるリン酸を保
持するマトリックスは、電池特性の向とおよびその長期
安定性を図る丘で非常に重要な役割を担うため、久の様
な特性を保有することが要求される。
持するマトリックスは、電池特性の向とおよびその長期
安定性を図る丘で非常に重要な役割を担うため、久の様
な特性を保有することが要求される。
（１）燃料電池の運転条件である１８０〜２３０℃の温
度で濃度９５チ以丘のリン酸に対して熱的および化学的
に安定であること、 （２）電解質であるリン酸との親和性が高く、リン酸を
良く浸透させると共に保持力が高いことっ（３） 水
素イオンの良導体であると同時に電子の絶縁体であるこ
と。
度で濃度９５チ以丘のリン酸に対して熱的および化学的
に安定であること、 （２）電解質であるリン酸との親和性が高く、リン酸を
良く浸透させると共に保持力が高いことっ（３） 水
素イオンの良導体であると同時に電子の絶縁体であるこ
と。
（４）燃料ガスと酸化剤ガスがマトリックスを透過し、
直接接触し１反応することを防ぐため、十分な泡出圧力
（バブリング圧）を有することっｆ５１ ！池として
の内部抵抗をできるだけ小さくするためにマトリックス
の膜厚は機械強度の許す範囲内でできるだけ薄いこと。
直接接触し１反応することを防ぐため、十分な泡出圧力
（バブリング圧）を有することっｆ５１ ！池として
の内部抵抗をできるだけ小さくするためにマトリックス
の膜厚は機械強度の許す範囲内でできるだけ薄いこと。
を記リン酸形燃料電池用電解質保持マトリックスには、
耐熱リン酸性に優れる炭化珪素（ＳｉＣ）が電解質保持
材としｔ、フッ素系樹脂であるポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＥ）が結合材とし１一般に用いられｔいる
。
耐熱リン酸性に優れる炭化珪素（ＳｉＣ）が電解質保持
材としｔ、フッ素系樹脂であるポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＥ）が結合材とし１一般に用いられｔいる
。
電解質保持材とし１はリン酸の保持性を高めることを目
的とし１平均粒径が０．０６〜１μｍと言う微粒ＳｉＣ
が用いられ１いるが、ＳｉＣの平均粒径が小さくなると
マトリックスの製造時にクラック等の欠陥を生じ易く、
また高いバブリング圧が得られないという問題点がある
つ 本発明は立起のような問題点を解決するためになされた
もので、リン酸の保持性を大きく損わずに高いバブリン
グ圧を保有すると共にクラック等−の欠陥が極めτ少な
い電解質保持マトリックスを提供することを目的とする
。
的とし１平均粒径が０．０６〜１μｍと言う微粒ＳｉＣ
が用いられ１いるが、ＳｉＣの平均粒径が小さくなると
マトリックスの製造時にクラック等の欠陥を生じ易く、
また高いバブリング圧が得られないという問題点がある
つ 本発明は立起のような問題点を解決するためになされた
もので、リン酸の保持性を大きく損わずに高いバブリン
グ圧を保有すると共にクラック等−の欠陥が極めτ少な
い電解質保持マトリックスを提供することを目的とする
。
この発明に係る燃料電池用電解質保持マトリックスは、
ＷＬ解質医保持とし７ＳｉＣを用いる燃料電池用電解質
保持マトリックスにおいて、平均粒径が０．６〜１μｍ
のＳｉＣに平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣを３０〜７Ｑ
ｗｔ％混粒したものである。
ＷＬ解質医保持とし７ＳｉＣを用いる燃料電池用電解質
保持マトリックスにおいて、平均粒径が０．６〜１μｍ
のＳｉＣに平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣを３０〜７Ｑ
ｗｔ％混粒したものである。
この発明におい又は、平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣ粒
子間の空隙を平均粒径が０３６〜１μｍのＳｉＣ粒子が
効果的に充填するので、リン酸の保持性を大きく損うこ
となく高いバブリング圧が得られ、しかもクラック等の
欠陥も極めｔ少ないっ〔実施例〕 平均粒径がＯ，ｃ１３〜１６μｍと異なるＳｉＣを用い
２フツ素樹脂を結合材とし１種々のマトリックスの試作
を行った結果、平均粒径が３μｍ以とのＳｉＣを用いた
場合にはクラック等の欠陥がほとんど現われないマトリ
ックスが得られることがわかったうそこでマトリックス
のリン酸保持性を高めるために平均粒径が０．０６〜１
μｍｃｌｓｉｃと平均粒径が３〜１６μｍのＳｉＣを種
々の混粒比で配合したマトリックスを試作し、マトリッ
クスの緒特性を評価した結果、平均粒径が帆６〜１μｍ
のＳｉＣに平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣを７０／３ｏ
〜３０／７ｏ（下の数字が平均粒径が３〜５μｍのＳｉ
Ｃの重量を表わし、３０〜７Ｑｗｔ％と同等）の範囲で
混粒したマトリックスが、ＳｉＣ粒子間の空隙を効果的
に充填し、リン酸の保持性を大きく損うことなく高いバ
ブリング圧を達成し、電池特性の向坦およびその長期安
定性の向二に寄与することを見い出し本発明を完成する
に至った。
子間の空隙を平均粒径が０３６〜１μｍのＳｉＣ粒子が
効果的に充填するので、リン酸の保持性を大きく損うこ
となく高いバブリング圧が得られ、しかもクラック等の
欠陥も極めｔ少ないっ〔実施例〕 平均粒径がＯ，ｃ１３〜１６μｍと異なるＳｉＣを用い
２フツ素樹脂を結合材とし１種々のマトリックスの試作
を行った結果、平均粒径が３μｍ以とのＳｉＣを用いた
場合にはクラック等の欠陥がほとんど現われないマトリ
ックスが得られることがわかったうそこでマトリックス
のリン酸保持性を高めるために平均粒径が０．０６〜１
μｍｃｌｓｉｃと平均粒径が３〜１６μｍのＳｉＣを種
々の混粒比で配合したマトリックスを試作し、マトリッ
クスの緒特性を評価した結果、平均粒径が帆６〜１μｍ
のＳｉＣに平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣを７０／３ｏ
〜３０／７ｏ（下の数字が平均粒径が３〜５μｍのＳｉ
Ｃの重量を表わし、３０〜７Ｑｗｔ％と同等）の範囲で
混粒したマトリックスが、ＳｉＣ粒子間の空隙を効果的
に充填し、リン酸の保持性を大きく損うことなく高いバ
ブリング圧を達成し、電池特性の向坦およびその長期安
定性の向二に寄与することを見い出し本発明を完成する
に至った。
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明するっ平均粒
径が１μｍのＳｉＣに対し平均粒径が３μｍｏ、９０
８０ ７０ ０８１０を１００／／１０・ ／２０・ ／３０４０／
、／７ｏ および ６０／４０，５０１５０’ ６０ ２０／８０’ ／’ｏｏの混合比で混粒し、ポリテト
ラフルオ。エチレン（ＰＴＦ Ｅ ） ヲ結合材とＬ
’ｔマトリックスを試作したつ具体的にはポリエチレン
グリコール等の増粘剤を溶かした水溶液に立証混粒した
ＳｉＣを添加し１ホモジナイザーで高速攪拌した後、Ｐ
ＴＦＥ の水系ディスバージョンをＳｉＣに対し−（Ｐ
ＴＦＥ量が３％となるように添加し、万能攪拌機で低速
攪拌することによりベーストを調製した。次に第１図の
電極基材に触媒層を形成したガス拡散電極を用意し立起
ペーストをロールコータ−で塗布した後乾燥し、ＰＴＦ
Ｅの融点より少し高い３４０℃で焼成を行つ１マトリツ
クスを得たう 試作したマトリックスがリン酸を保持する空孔の直径お
よびバブリング圧を測定した結果を天衣に示す。
径が１μｍのＳｉＣに対し平均粒径が３μｍｏ、９０
８０ ７０ ０８１０を１００／／１０・ ／２０・ ／３０４０／
、／７ｏ および ６０／４０，５０１５０’ ６０ ２０／８０’ ／’ｏｏの混合比で混粒し、ポリテト
ラフルオ。エチレン（ＰＴＦ Ｅ ） ヲ結合材とＬ
’ｔマトリックスを試作したつ具体的にはポリエチレン
グリコール等の増粘剤を溶かした水溶液に立証混粒した
ＳｉＣを添加し１ホモジナイザーで高速攪拌した後、Ｐ
ＴＦＥ の水系ディスバージョンをＳｉＣに対し−（Ｐ
ＴＦＥ量が３％となるように添加し、万能攪拌機で低速
攪拌することによりベーストを調製した。次に第１図の
電極基材に触媒層を形成したガス拡散電極を用意し立起
ペーストをロールコータ−で塗布した後乾燥し、ＰＴＦ
Ｅの融点より少し高い３４０℃で焼成を行つ１マトリツ
クスを得たう 試作したマトリックスがリン酸を保持する空孔の直径お
よびバブリング圧を測定した結果を天衣に示す。
また、リン酸の保持性を評価するために試作したマトリ
ックスを用いｔ第１図の巣位電池を組み、単位電池の重
量減少および隔離板の重量増加の経時変化を測定し、リ
ン酸移動量を測定したつ結果を第２図に示す５図中、（
イ）、（ロ）、（ハ）およびに）はそれぞれ混粒比
／ ／ 、 ／７ｏおよびＯＩ ３０ ０／ の場合を示す。
ックスを用いｔ第１図の巣位電池を組み、単位電池の重
量減少および隔離板の重量増加の経時変化を測定し、リ
ン酸移動量を測定したつ結果を第２図に示す５図中、（
イ）、（ロ）、（ハ）およびに）はそれぞれ混粒比
／ ／ 、 ／７ｏおよびＯＩ ３０ ０／ の場合を示す。
試作されたマトリックスの空孔の直径は平均粒径３μｍ
のＳｉＣの配合量を増やすと表の様に増加し、７０／
〜３０／７ｏの範囲では０．６５μｍとはぼ一定値を示
したうまた混粒比が８０／２ｏより大きくなるとクラッ
クが部分的に発生し始めた。
のＳｉＣの配合量を増やすと表の様に増加し、７０／
〜３０／７ｏの範囲では０．６５μｍとはぼ一定値を示
したうまた混粒比が８０／２ｏより大きくなるとクラッ
クが部分的に発生し始めた。
その結果バブリング圧は空孔の直径が小さく、クラック
等の欠陥の極めｔ少ない混粒比７０／３ｏ〜３０／７ｏ
のマトリックスにおい７１．０１１／ｃｄ以とと優れた
値を示した。また第２図よりリン酸の移動量は混粒比が
３０／７ｏ以とにおいｔは大きな低下のないことを確認
したコ 池の実施例としｔ１平均粒径が０．６μｍのＳｉＣと平
均粒係が３μｍのＳｉＣを混粒した電解質保持マトリッ
クスを試作し、同様の評価を行った結果、混粒比が７０
／ 〜３０／７ｏの範囲でリン酸の保持性を損わずにバ
ブリング圧の高いマトリックスが得られることを確認し
た。
等の欠陥の極めｔ少ない混粒比７０／３ｏ〜３０／７ｏ
のマトリックスにおい７１．０１１／ｃｄ以とと優れた
値を示した。また第２図よりリン酸の移動量は混粒比が
３０／７ｏ以とにおいｔは大きな低下のないことを確認
したコ 池の実施例としｔ１平均粒径が０．６μｍのＳｉＣと平
均粒係が３μｍのＳｉＣを混粒した電解質保持マトリッ
クスを試作し、同様の評価を行った結果、混粒比が７０
／ 〜３０／７ｏの範囲でリン酸の保持性を損わずにバ
ブリング圧の高いマトリックスが得られることを確認し
た。
平均粒径が０．６〜１μｍのＳｉＣと平均粒径が５μｍ
のＳｉＣを混粒した電解質保持マトリックスについ又も
試作し、同様の評価を行った結果。
のＳｉＣを混粒した電解質保持マトリックスについ又も
試作し、同様の評価を行った結果。
リン酸の保持性が３μｍ５ｉｃを用いた場合よりも僅か
に低下するが、実用性のある範囲にあることを確認した
。
に低下するが、実用性のある範囲にあることを確認した
。
また、２次効果として平均粒径が３〜５μｍのＳｉＣを
混粒することにより空孔の直径が増大するため、リン酸
の浸透速度の向丘が観測された。
混粒することにより空孔の直径が増大するため、リン酸
の浸透速度の向丘が観測された。
以上のように、この発明によれば、リン酸保持性に優れ
る平均粒径０．６〜１μｍの微粒ＳｉＣにクラック等の
欠陥の発生が起こりにくい平均粒径３〜５μｍの比較的
粒径の大きいＳｉＣを３０〜７Ｑｗｔ％ 混粒すること
により、リン酸の保持性を大きく損うことなくバブリン
グ圧、リン酸浸透性が大きい電解質保持マトリックスが
得られたつその結果、リン酸形燃料電池の特性の向丘お
よび長期安定性の向とが実現された。
る平均粒径０．６〜１μｍの微粒ＳｉＣにクラック等の
欠陥の発生が起こりにくい平均粒径３〜５μｍの比較的
粒径の大きいＳｉＣを３０〜７Ｑｗｔ％ 混粒すること
により、リン酸の保持性を大きく損うことなくバブリン
グ圧、リン酸浸透性が大きい電解質保持マトリックスが
得られたつその結果、リン酸形燃料電池の特性の向丘お
よび長期安定性の向とが実現された。
第１図は一般的な燃料電池の構成を示す分解斜視図、第
２図はこの発明の一実施例および従来例による電解質保
持マトリックスのリン酸移動量を経過時間と共に示す特
性図である。 図において、（ｌａ） 、（ｌｂ）は電極基材、（２ａ
）、（２ｂ）は触媒層、（３）は電解質保持マトリック
ス、（６）は隔離板であろう 代 理 人 大 岩 増 雄第１図 Ｊ：電屏質イ承荷マＹリッ２又
２図はこの発明の一実施例および従来例による電解質保
持マトリックスのリン酸移動量を経過時間と共に示す特
性図である。 図において、（ｌａ） 、（ｌｂ）は電極基材、（２ａ
）、（２ｂ）は触媒層、（３）は電解質保持マトリック
ス、（６）は隔離板であろう 代 理 人 大 岩 増 雄第１図 Ｊ：電屏質イ承荷マＹリッ２又
Claims (1)
- 電解質保持材として炭化珪素を用いる燃料電池用電解質
保持マトリックスにおいて、平均粒径が０．６〜１μｍ
の炭化珪素に平均粒径が３〜５μｍの炭化珪素を３０〜
７０ｗｔ％混粒したことを特徴とする燃料電池用電解質
保持マトリックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176141A JPS6332865A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 燃料電池用電解質保持マトリツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176141A JPS6332865A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 燃料電池用電解質保持マトリツクス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6332865A true JPS6332865A (ja) | 1988-02-12 |
Family
ID=16008375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61176141A Pending JPS6332865A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 燃料電池用電解質保持マトリツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6332865A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030008532A (ko) * | 2001-07-18 | 2003-01-29 | 한국에너지기술연구원 | 인산형 연료전지의 전해질기질용 실리콘 카바이드슬러리와 그 제조 방법 |
-
1986
- 1986-07-24 JP JP61176141A patent/JPS6332865A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030008532A (ko) * | 2001-07-18 | 2003-01-29 | 한국에너지기술연구원 | 인산형 연료전지의 전해질기질용 실리콘 카바이드슬러리와 그 제조 방법 |
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