JPWO2005104280A1 - 燃料電池及び燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
酸化剤極:O2+4H++4e−→2H2O ……(2)
燃料極では、反応式(1)に示すように、供給した水素ガスを水素イオンと電子に解離する(水素酸化反応)。その際、水素イオンは電解質体を通り、また、電子は外部回路を通り酸化剤極にそれぞれ移動する。
しかし現在、それらの電解質膜劣化に対する有効な対策は提案されていない。
対極 :白金線 電極回転速度:1500(rpm)
測定温度:室温(25℃) 電位基準 :可逆水素電極基準
供給ガス:純水素と純酸素の混合ガス(電解液にバブリングする)
パラメータ:供給ガス組成(酸素と水素の混合割合)および作用電極の電位
図1において、縦軸は前述した反応式(3)の二電子反応により、作用電極で生成した過酸化水素を酸化する時にリング電極に流れる電流(リング電極の酸化電流)であり、この電流値が過酸化水素生成量の指標となる。
なお、燃料極2側の第2の電解質層3Bにはある程度の電子絶縁性を確保しておく必要がある。含有保持する触媒量が多過ぎると第2の電解質層の電子伝導性が高くなる。第2の電解質層3Bの電子伝導性が高くなると、燃料極2に接する第2の電解質層3B内に含有保持した触媒の電位が燃料極の(比較的低い)電位に近づくため、図1で示した様に、電解質層内での水素と酸素の反応においても過酸化水素が生成してしまう。このため、第2の電解質層3Bの電子絶縁性をある程度確保しておくことが必要となる。なお、若干の電子導電性の増加は許容できる。本発明では本来の電解質層(第1の電解質層3A)を配置しているため第2の電解質層3Bの電子伝導性が若干上昇しても単位セルとしての電気的短絡は生じない。
本発明によれば、酸化剤極から燃料極への酸素の透過を効果的に防止することが可能で、この結果過酸化水素の生成が抑制され、電解質体の劣化を防止できると共に、長期間安定して高い電池特性を維持できる燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供することができる。
Claims (13)
- 互いに対向配置される燃料極及び酸化剤極の間に、イオン伝導性を有する電解質体を配置してなる燃料電池において、
前記電解質体は複数の電解質層からなり、このうちの前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一方に接する電解質層は、前記酸化剤極から前記燃料極への酸素の透過を防止する層であって、該層内に触媒を含有していることを特徴とする燃料電池。 - 互いに対向配置される燃料極及び酸化剤極の間に、イオン伝導性を有する電解質体を配置してなる燃料電池において、
前記電解質体は第1の電解質層と第2の電解質層の2層構成であって、前記第2の電解質層は前記燃料極に接するものであり、該第2の電解質層は前記酸化剤極から前記燃料極への酸素の透過を防止する層であって、該層内に触媒を含有していることを特徴とする燃料電池。 - 互いに対向配置される燃料極及び酸化剤極の間に、イオン伝導性を有する電解質体を配置してなる燃料電池において、
前記電解質体は第1の電解質層と第2の電解質層の2層構成であって、前記第2の電解質層は前記酸化剤極に接するものであり、該第2の電解質層は前記酸化剤極から前記燃料極への酸素の透過を防止する層であって、該層内に触媒を含有していることを特徴とする燃料電池。 - 互いに対向配置される燃料極及び酸化剤極の間に、イオン伝導性を有する電解質体を配置してなる燃料電池において、
前記電解質体は第1の電解質層と、該第1の電解質層を挟むように各々配置した第2の電解質層の3層構成であって、前記第2の電解質層は、前記燃料極および前記酸化剤極にそれぞれ接するものであり、かつ前記酸化剤極から前記燃料極への酸素の透過を防止する層であって、該層内に触媒を含有していることを特徴とする燃料電池。 - 前記触媒を含有している電解質層又は前記第2の電解質層は、親水性及び耐熱性の優れている材料を含有していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記触媒を含有している電解質層又は前記第2の電解質層が含有する触媒は、カーボン材料に担持されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記触媒を含有している電解質層又は前記第2の電解質層が含有する触媒は、酸化物に担持されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記触媒を含有している電解質層又は前記第2の電解質層が含有する触媒は、白金、コバルト、パラジウム、金、イリジウム、ロジウム、ルテニウムのうち、少なくとも1種以上の元素を含んだ金属触媒であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記電解質層又は前記第1及び第2の電解質層は、スルホン基、カルボキシル基、リン酸基の少なくとも1種以上のイオン伝導性基を有するイオン伝導性樹脂からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
- 互いに対向配置される燃料極及び酸化剤極の間に、イオン伝導性を有する電解質体を配置してなる燃料電池において、
前記電解質体は複数の電解質層からなり、このうちの前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一方に接する電解質層は、前記酸化剤極から前記燃料極への酸素の透過を防止する層であって、該層内に触媒を含有している燃料電池を製造する際、前記燃料極、前記電解質体、前記酸化剤極を同時に熱圧着して一体構成とすることを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 前記触媒を含有する電解質層は、樹脂シート上に予め成形し、これを前記触媒を含有する電解質層以外の電解質層に熱圧着することを特徴とする請求項10記載の燃料電池の製造方法。
- 前記触媒を含有する電解質層は、樹脂シート上に予め成形し、これを前記燃料極及び前記酸化剤極のうち少なくとも一方に熱圧着することを特徴とする請求項10記載の燃料電池の製造方法。
- 前記触媒を含有する電解質層は、前記燃料極および酸化剤極のうち少なくとも一方に備えている電極触媒層上または前記触媒を含有する電解質層以外の電解質層のいずれか一方に、触媒を含有した高分子電解質溶液を塗布して形成することを特徴とする請求項10記載の燃料電池の製造方法。
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