JPS6155225B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6155225B2 JPS6155225B2 JP56037844A JP3784481A JPS6155225B2 JP S6155225 B2 JPS6155225 B2 JP S6155225B2 JP 56037844 A JP56037844 A JP 56037844A JP 3784481 A JP3784481 A JP 3784481A JP S6155225 B2 JPS6155225 B2 JP S6155225B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matrix
- fuel cell
- phosphoric acid
- present
- gas diffusion
- 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.)
- Expired
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-
- 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
- H01M8/0293—Matrices for immobilising electrolyte solutions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/44—Fibrous material
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、リン酸を電解液とする燃料電池に係
り、特に一対のガス拡散電極間にリン酸を保持す
る燃料電池用マトリツクスを配置した構成の燃料
電池に関するものである。
り、特に一対のガス拡散電極間にリン酸を保持す
る燃料電池用マトリツクスを配置した構成の燃料
電池に関するものである。
従来、リン酸を電解液とする燃料電池において
は、リン酸を保持するマトリツクスとして、フエ
ノール樹脂の繊維布や炭化ケイ素粉末に結着剤と
してポリテトラフルオロエチレンを混合したもの
が用いられていた。しかしながら、これらのマト
リツクスにおいては以下のような欠点が存在して
いる。すなわち、フエノール樹脂の繊維布をマト
リツクスとして用いたものでは、燃料電池の作動
温度が130℃以上になると、フエノール樹脂が
徐々に炭化され、この結果、長期間の運転ができ
なくなるという欠点がある。このような欠点を除
去するためには、燃料電池の作動温度を低くする
ことが考えられるが、この場合燃料電池の出力が
著しく低下するという重大な問題が生じる。ま
た、燃料電池の温度制御に充分に注意し、部分的
に高温になることを防止しなければならないとい
う困難さもある。一方、炭化ケイ素をマトリツク
スとして用いるものでは、燃料電池の運転温度を
190〜200℃程度に高くすることができるという利
点を有するが、一方において、炭化ケイ素は完全
な絶縁物ではなく、比抵抗値が103〜107Ω・cmで
あり、電子導電性を有するという欠点がある。す
なわち、燃料電池内部で短絡を生じ、性能が劣る
という問題がある。さらに、炭化ケイ素では、そ
の製造時に炭素と炭化ケイ素を高温下で反応させ
るために、未反応の炭素が残留し、これによる電
子導電性も問題である。また、不純物として存在
する鉄により触媒の活性化を劣化させる等の悪影
響も大きな問題である。
は、リン酸を保持するマトリツクスとして、フエ
ノール樹脂の繊維布や炭化ケイ素粉末に結着剤と
してポリテトラフルオロエチレンを混合したもの
が用いられていた。しかしながら、これらのマト
リツクスにおいては以下のような欠点が存在して
いる。すなわち、フエノール樹脂の繊維布をマト
リツクスとして用いたものでは、燃料電池の作動
温度が130℃以上になると、フエノール樹脂が
徐々に炭化され、この結果、長期間の運転ができ
なくなるという欠点がある。このような欠点を除
去するためには、燃料電池の作動温度を低くする
ことが考えられるが、この場合燃料電池の出力が
著しく低下するという重大な問題が生じる。ま
た、燃料電池の温度制御に充分に注意し、部分的
に高温になることを防止しなければならないとい
う困難さもある。一方、炭化ケイ素をマトリツク
スとして用いるものでは、燃料電池の運転温度を
190〜200℃程度に高くすることができるという利
点を有するが、一方において、炭化ケイ素は完全
な絶縁物ではなく、比抵抗値が103〜107Ω・cmで
あり、電子導電性を有するという欠点がある。す
なわち、燃料電池内部で短絡を生じ、性能が劣る
という問題がある。さらに、炭化ケイ素では、そ
の製造時に炭素と炭化ケイ素を高温下で反応させ
るために、未反応の炭素が残留し、これによる電
子導電性も問題である。また、不純物として存在
する鉄により触媒の活性化を劣化させる等の悪影
響も大きな問題である。
本発明の目的は以上のような欠点に鑑みなされ
たもので、電池性能を大幅に向上させた燃料電池
を提供するにある。
たもので、電池性能を大幅に向上させた燃料電池
を提供するにある。
このような目的を達成するために本発明は、一
対のガス拡散電極を備え、該ガス拡散電極間に電
解質であるリン酸を保持するマトリツクスを介在
させてなる燃料電池において、前記マトリツクス
は酸化チタンを結着材で結合して構成されてなる
ことを特徴とする燃料電池である。
対のガス拡散電極を備え、該ガス拡散電極間に電
解質であるリン酸を保持するマトリツクスを介在
させてなる燃料電池において、前記マトリツクス
は酸化チタンを結着材で結合して構成されてなる
ことを特徴とする燃料電池である。
以下、本発明について説明する。
一般に、燃料電池用マトリツクスとしての重要
な性質は、(1)高温（190℃〜200℃）のリン酸に対
して安定していること（高温のリン酸に溶けない
こと）、(2)リン酸の保持力が大であること、(3)電
子導電性がないこと（絶縁物であること）、(4)リ
ン酸との親和性が大きいこと、が挙げられる。し
かるに、これらの性質を満足する物質について
種々検討したところ、酸化チタンがこれらの諸条
件を満足することが明らかになつた。すなわち、
酸化チタンの微粉末に結着剤としてポリテトラフ
ルオロエチレンを１〜15重量％混合したものをマ
トリツクスにしたものである。このようにして作
られたマトリツクスは、高温のリン酸に対して安
定しており、しかも電子導電性を有せず、さら
に、リン酸との親和力が大で、リン酸の保持力も
従来のマトリツクスの約２倍近くになるという特
徴を有している。
な性質は、(1)高温（190℃〜200℃）のリン酸に対
して安定していること（高温のリン酸に溶けない
こと）、(2)リン酸の保持力が大であること、(3)電
子導電性がないこと（絶縁物であること）、(4)リ
ン酸との親和性が大きいこと、が挙げられる。し
かるに、これらの性質を満足する物質について
種々検討したところ、酸化チタンがこれらの諸条
件を満足することが明らかになつた。すなわち、
酸化チタンの微粉末に結着剤としてポリテトラフ
ルオロエチレンを１〜15重量％混合したものをマ
トリツクスにしたものである。このようにして作
られたマトリツクスは、高温のリン酸に対して安
定しており、しかも電子導電性を有せず、さら
に、リン酸との親和力が大で、リン酸の保持力も
従来のマトリツクスの約２倍近くになるという特
徴を有している。
以下、実施例によつて本発明を詳細に説明す
る。
る。
メタチタン酸を900℃で熱分解した酸化チタン
微粉末（200メツシユの金網を通過する）98ｇ
に、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン微
粉末を界面活性剤によつて水中に懸濁させた溶液
30mlを加えて、ペースト状を作つた。ポリテトラ
フルオロエチレン微粉末量は約２ｇである。次
に、この混合物を200℃で約８時間加熱して水分
を除去した後、98％に濃縮したリン酸を加えて、
該リン酸を保持するマトリツクスを得た。リン酸
量は約70重量％である。このようにして作られた
マトリツクスを、一方のガス拡散電極上に厚さ
0.3mmになるように塗布した後、他方のガス拡散
電極を重ねて一体化し、燃料電池を組み立てた。
第１図に本発明による燃料電池の構造を示す。ガ
ス拡散電極は、白金を担持した炭素粉末をカーボ
ンペーパ上に塗布したものである。第１図におい
て、符号１はリン酸を含浸したマトリツクス、２
はアノード（燃料極）、３はカソード（空気極）
であり、アノード２には水素が、またカソード３
には空気がそれぞれ接するようになつている。第
２図に本発明で得たマトリツクスを用いた電池の
電流密度−電圧特性を、第３図に200mA／cm2の
電流密度で連続放電させた時の電池電圧の経時変
化をそれぞれ記号Ａで示している。なお、第２図
および第３図には比較のために、従来の炭化ケイ
素をマトリツクスにしたものを用いた燃料電池の
特性を記号Ｂで示している。
微粉末（200メツシユの金網を通過する）98ｇ
に、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン微
粉末を界面活性剤によつて水中に懸濁させた溶液
30mlを加えて、ペースト状を作つた。ポリテトラ
フルオロエチレン微粉末量は約２ｇである。次
に、この混合物を200℃で約８時間加熱して水分
を除去した後、98％に濃縮したリン酸を加えて、
該リン酸を保持するマトリツクスを得た。リン酸
量は約70重量％である。このようにして作られた
マトリツクスを、一方のガス拡散電極上に厚さ
0.3mmになるように塗布した後、他方のガス拡散
電極を重ねて一体化し、燃料電池を組み立てた。
第１図に本発明による燃料電池の構造を示す。ガ
ス拡散電極は、白金を担持した炭素粉末をカーボ
ンペーパ上に塗布したものである。第１図におい
て、符号１はリン酸を含浸したマトリツクス、２
はアノード（燃料極）、３はカソード（空気極）
であり、アノード２には水素が、またカソード３
には空気がそれぞれ接するようになつている。第
２図に本発明で得たマトリツクスを用いた電池の
電流密度−電圧特性を、第３図に200mA／cm2の
電流密度で連続放電させた時の電池電圧の経時変
化をそれぞれ記号Ａで示している。なお、第２図
および第３図には比較のために、従来の炭化ケイ
素をマトリツクスにしたものを用いた燃料電池の
特性を記号Ｂで示している。
第２図および第３図から明らかなように、本発
明のマトリツクスを用いた場合、従来のものに比
較してすぐれた性能を得ることができる。この原
因としては、本発明のマトリツクスには、電子導
電性がなく、かつリン酸の保持力が大であると共
に、リン酸との親和力も大で、しかもリン酸に対
して安定しているためと考えられる。
明のマトリツクスを用いた場合、従来のものに比
較してすぐれた性能を得ることができる。この原
因としては、本発明のマトリツクスには、電子導
電性がなく、かつリン酸の保持力が大であると共
に、リン酸との親和力も大で、しかもリン酸に対
して安定しているためと考えられる。
以上述べたように、本発明によれば、マトリツ
クスを、酸化チタンと結着剤から成る構成とした
ので、従来の欠点を除去したすぐれたマトリツク
スを得ることができるようになり、したがつて、
電池の性能を大幅に向上させることができ、その
実用的価値は極めて大である。
クスを、酸化チタンと結着剤から成る構成とした
ので、従来の欠点を除去したすぐれたマトリツク
スを得ることができるようになり、したがつて、
電池の性能を大幅に向上させることができ、その
実用的価値は極めて大である。
第１図は本発明に係るマトリツクスを用いた燃
料電池の断面図、第２図は本発明のマトリツクス
を用いた燃料電池と従来のマトリツクスを用いた
燃料電池における電流密度と電圧との関係を示す
図、第３図は本発明のマトリツクスを用いた燃料
電池と従来のマトリツクスを用いた燃料電池にお
ける放電時間と電圧との関係を示す図である。 １……マトリツクス、２……アノード、３……
カソード。
料電池の断面図、第２図は本発明のマトリツクス
を用いた燃料電池と従来のマトリツクスを用いた
燃料電池における電流密度と電圧との関係を示す
図、第３図は本発明のマトリツクスを用いた燃料
電池と従来のマトリツクスを用いた燃料電池にお
ける放電時間と電圧との関係を示す図である。 １……マトリツクス、２……アノード、３……
カソード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一対のガス拡散電極を備え、該ガス拡散電極
間に電解質であるリン酸を保持するマトリツクス
を介在させてなる燃料電池において、前記マトリ
ツクスは酸化チタンを結着材で結合して構成され
てな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、前記結着剤
はポリテトラフルオロエチレンであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56037844A JPS57152678A (en) | 1981-03-18 | 1981-03-18 | Fuel cell |
| US06/357,278 US4493879A (en) | 1981-03-18 | 1982-03-11 | Fuel cell |
| EP82102131A EP0060560A1 (en) | 1981-03-18 | 1982-03-16 | Fuel cell |
| CA000398513A CA1171903A (en) | 1981-03-18 | 1982-03-16 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56037844A JPS57152678A (en) | 1981-03-18 | 1981-03-18 | Fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57152678A JPS57152678A (en) | 1982-09-21 |
| JPS6155225B2 true JPS6155225B2 (ja) | 1986-11-26 |
Family
ID=12508835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56037844A Granted JPS57152678A (en) | 1981-03-18 | 1981-03-18 | Fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57152678A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS536338A (en) * | 1976-07-07 | 1978-01-20 | Kawasaki Steel Co | Insulating film having excellent heattresisting and sticking properties for electromagnetic steel plates and method of forming said film |
-
1981
- 1981-03-18 JP JP56037844A patent/JPS57152678A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57152678A (en) | 1982-09-21 |
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