JPH0251866A - 電池特性の解析方法 - Google Patents
電池特性の解析方法Info
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- JPH0251866A JPH0251866A JP63199993A JP19999388A JPH0251866A JP H0251866 A JPH0251866 A JP H0251866A JP 63199993 A JP63199993 A JP 63199993A JP 19999388 A JP19999388 A JP 19999388A JP H0251866 A JPH0251866 A JP H0251866A
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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〕
この発明は、電池の電極特性の解析方法に関するもので
ある。
ある。
従来電池の電極性能を評価する手法及びその解析方法は
、電池を構成する正，負の各々の電極をとり出し，別個
にその機能を評価する方法か、もし《は、実際の電池特
性を評価する方法であった。
、電池を構成する正，負の各々の電極をとり出し，別個
にその機能を評価する方法か、もし《は、実際の電池特
性を評価する方法であった。
以下リン酸型燃料電池に用いられている例に基づき従来
技術を説明する。リン酸型燃料電池はよく知られている
通り白金を担持したカーボンとＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ルオロエチレン）からなる触媒層と、その触媒層をその
上に保持したカーボン基材から電極が構成される。そし
てその２枚の電極（一方がカソード、他方がアノード）
の間Ｋ、リン酸電解質を保持したＳｉＣからなるマトリ
クス層が介在する。カソードの背面に空気のように酸素
を含むガス、アノードの背面に改質ガスのよう忙水素を
含むガスを流すことによって発電する。すなわち、アノ
ードでは水素ガスがカーボン基材、触媒層中を拡散し白
金触媒上で解離し、一連の反応を経て水素イオンになり
、リン酸電解質中の水素イオン濃度と平衡状態下に成る
。その際放出される電子は電極から外部回路を経てカソ
ードに至る。
技術を説明する。リン酸型燃料電池はよく知られている
通り白金を担持したカーボンとＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ルオロエチレン）からなる触媒層と、その触媒層をその
上に保持したカーボン基材から電極が構成される。そし
てその２枚の電極（一方がカソード、他方がアノード）
の間Ｋ、リン酸電解質を保持したＳｉＣからなるマトリ
クス層が介在する。カソードの背面に空気のように酸素
を含むガス、アノードの背面に改質ガスのよう忙水素を
含むガスを流すことによって発電する。すなわち、アノ
ードでは水素ガスがカーボン基材、触媒層中を拡散し白
金触媒上で解離し、一連の反応を経て水素イオンになり
、リン酸電解質中の水素イオン濃度と平衡状態下に成る
。その際放出される電子は電極から外部回路を経てカソ
ードに至る。
一方カソードでは、カーボン基材、触媒層中を拡散して
きた酸素ガスが白金触媒上で解離し、アノードから供給
される電子と、リン酸電解質中の水素イオンから水が生
成される。これらの一連の反応によって発電されるわけ
である。
きた酸素ガスが白金触媒上で解離し、アノードから供給
される電子と、リン酸電解質中の水素イオンから水が生
成される。これらの一連の反応によって発電されるわけ
である。
第５図はこのようなリン酸型燃料電池の電流密度に対す
る端子電圧の変化の一例を示す特性図である。
る端子電圧の変化の一例を示す特性図である。
一般に、このような電池の特性を向上させるためには、
各々の電極すなわち、カソード、アノードの特性を向上
させる必要がある。そこで、従来は各々の電極について
のハーフセルによるテストが行われてきた。（例えばＨ
，Ｒ，ＫｕｒＳｚらＪ、Ｅｌｅｃｔｒ。
各々の電極すなわち、カソード、アノードの特性を向上
させる必要がある。そこで、従来は各々の電極について
のハーフセルによるテストが行われてきた。（例えばＨ
，Ｒ，ＫｕｒＳｚらＪ、Ｅｌｅｃｔｒ。
ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、１ｍｔ ２２巻、１２７９頁（１９
７５年））このハーフセルにより、カソード、アノード
の独特の特性評価を実施することができる。例えば第６
図に示す電流密度に対するカソード電位の変化を示す特
性図により電極性能を評価していた。
７５年））このハーフセルにより、カソード、アノード
の独特の特性評価を実施することができる。例えば第６
図に示す電流密度に対するカソード電位の変化を示す特
性図により電極性能を評価していた。
従来の解析方法においては１例えば第５図に示す特性図
からリン酸型燃料電池の特性の良否を判断する。しかし
ながら、この場合、いずれの電極がその電池特性の良否
に影響を与えているのか分からないという問題があった
。
からリン酸型燃料電池の特性の良否を判断する。しかし
ながら、この場合、いずれの電極がその電池特性の良否
に影響を与えているのか分からないという問題があった
。
また、ハーフセルにより電池特性を解析する方法におい
ては、実際の電池とハーフセルとの条件の差により、ハ
ーフセルで得られた電池特性の情報を実際の電池に適用
しても、期待される電池特性が得られないという問題点
があった。因みに。
ては、実際の電池とハーフセルとの条件の差により、ハ
ーフセルで得られた電池特性の情報を実際の電池に適用
しても、期待される電池特性が得られないという問題点
があった。因みに。
ハーフセルでは試験電極に対して大過剰の電解質が存在
するのに対し、実際の電池ではマトリックス中の空孔に
充填された限られた量の電解質が存在するのみである。
するのに対し、実際の電池ではマトリックス中の空孔に
充填された限られた量の電解質が存在するのみである。
この発明は上記のような問題点を解消するため罠なされ
たもので、アノード及びカソードの何れの電極に問題か
あるかを与易に判別でき、しかも実際の電池における特
性とよく対応した情報を得ることができる新規な電池特
性の解析方法を得ることを目的としている。
たもので、アノード及びカソードの何れの電極に問題か
あるかを与易に判別でき、しかも実際の電池における特
性とよく対応した情報を得ることができる新規な電池特
性の解析方法を得ることを目的としている。
この発明に係る電池特性の解析方法は、カソード（正極
）、アノード（負傷）両極に対し基準となる参照！極を
投げ、この参照電極を基準にして得られたカソード分極
及びアノード分極の両者の関係から電池特性を解析する
ものである。
）、アノード（負傷）両極に対し基準となる参照！極を
投げ、この参照電極を基準にして得られたカソード分極
及びアノード分極の両者の関係から電池特性を解析する
ものである。
この発明における解゛析方法は、カソード分極、γノー
ド分極間の関係を基準に対するずれとして知ることによ
り、いずれの電極に電池特性悪化の原因があるかを知る
ことができる。またその定量的検討から、悪化の程度も
評価することができる。
ド分極間の関係を基準に対するずれとして知ることによ
り、いずれの電極に電池特性悪化の原因があるかを知る
ことができる。またその定量的検討から、悪化の程度も
評価することができる。
以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。第１
図は、この発明の実施に用いる参照電極の一例を示す斜
視図、第２図は上記参照電極を適用するリン酸型燃料電
池（単電池）の斜視図であり、（１）はＰＴＦＥからな
るチューブ、（１ａ）はチューブ（１）の先端部に設け
られた細孔、（２）はチューブ（１）の先端部及び細孔
（１ａ）内に充填されたペーストであり、このペースト
（２）はＳｉＣとＨ３ＰＯ４からなっている。（３）は
このペースト（２）中に設けられた表面に白金黒を有す
る白金箔、（４）は一端部がこの白金Ｗ３（３１に電気
的に接続され、他端部がチューブ（１）の外部に導出さ
れた白金線からなるリード線、（５）はチューブ（１）
内に乾燥したＨ２ガスを導入するためのガス導入管、（
６）はガス導出管、（１０）は上記（１）〜（６）釦よ
って構成された参照電極である。（力はリン酸型燃料電
池、（７１）は第１図に示す参照電極を設けるための挿
入孔、（７２ａ）（７２ｂ）はセパレータ、（７３）は
カソード、（７４）はマトリックスを含むアノード、（
７５ａ）（７５ｂ）はガスをシールするためのバンキン
グである。尚、マトリックスψアノード（７４））ｉ、
マトリックスとアノードを区別して描いてないが、カソ
ード（７３）とアノードの間にマトリックスを挾持する
ように配設されていることは云うまでもない。
図は、この発明の実施に用いる参照電極の一例を示す斜
視図、第２図は上記参照電極を適用するリン酸型燃料電
池（単電池）の斜視図であり、（１）はＰＴＦＥからな
るチューブ、（１ａ）はチューブ（１）の先端部に設け
られた細孔、（２）はチューブ（１）の先端部及び細孔
（１ａ）内に充填されたペーストであり、このペースト
（２）はＳｉＣとＨ３ＰＯ４からなっている。（３）は
このペースト（２）中に設けられた表面に白金黒を有す
る白金箔、（４）は一端部がこの白金Ｗ３（３１に電気
的に接続され、他端部がチューブ（１）の外部に導出さ
れた白金線からなるリード線、（５）はチューブ（１）
内に乾燥したＨ２ガスを導入するためのガス導入管、（
６）はガス導出管、（１０）は上記（１）〜（６）釦よ
って構成された参照電極である。（力はリン酸型燃料電
池、（７１）は第１図に示す参照電極を設けるための挿
入孔、（７２ａ）（７２ｂ）はセパレータ、（７３）は
カソード、（７４）はマトリックスを含むアノード、（
７５ａ）（７５ｂ）はガスをシールするためのバンキン
グである。尚、マトリックスψアノード（７４））ｉ、
マトリックスとアノードを区別して描いてないが、カソ
ード（７３）とアノードの間にマトリックスを挾持する
ように配設されていることは云うまでもない。
また、上記リン酸型燃料電池（７）の各構成材料などは
従来のものと同様である。
従来のものと同様である。
第１図のように構成された参照電極を第２図に示す燃料
電池（７）の挿入孔（７１）から挿入し、先端部をマト
リックス・アノード（７４）に当接させ、図示を省略し
ている燃料ガス供給手段及び酸化材ガス供給手段により
、アノード（７４）及びカン・−ド（７３）の背面にそ
れぞれ改質ガス及び空気を供給し、動作温度に昇温する
と燃料電池（７）は発電を始める。一方、ガス導入管（
５）より乾燥水素ガスを供給し、参照電極のリード線（
４）とカソード（７３）の電位差（Ｖｃ−Ｒ）、および
上記リード線（４）とアノード（７４）の電位差（ＶＡ
−Ｒ）を燃料電池（７）の負荷に流す電流密度を変えて
それぞれ測定することＫより、第３図に示す特性図が得
られる。尚、第３図中、直線Ｃがカソード側について得
られた特性を示すもので目盛を左側に、曲ｍＡがアノー
ド側圧ついて得られた特性を示すもので目盛を右側にそ
れぞわ示す。
電池（７）の挿入孔（７１）から挿入し、先端部をマト
リックス・アノード（７４）に当接させ、図示を省略し
ている燃料ガス供給手段及び酸化材ガス供給手段により
、アノード（７４）及びカン・−ド（７３）の背面にそ
れぞれ改質ガス及び空気を供給し、動作温度に昇温する
と燃料電池（７）は発電を始める。一方、ガス導入管（
５）より乾燥水素ガスを供給し、参照電極のリード線（
４）とカソード（７３）の電位差（Ｖｃ−Ｒ）、および
上記リード線（４）とアノード（７４）の電位差（ＶＡ
−Ｒ）を燃料電池（７）の負荷に流す電流密度を変えて
それぞれ測定することＫより、第３図に示す特性図が得
られる。尚、第３図中、直線Ｃがカソード側について得
られた特性を示すもので目盛を左側に、曲ｍＡがアノー
ド側圧ついて得られた特性を示すもので目盛を右側にそ
れぞわ示す。
なお、同様な結果は、燃料ガス、酸化剤ガスの流ｉ、ｓ
度などを変えることＫよって得られる。
度などを変えることＫよって得られる。
第４図は、酸化剤ガス流量（例えば空気流量）を吏えた
場合のカソード分極とアノード分極の変化を図示したも
のである。カソード分極とアノード分極の間には直線関
係が成立する。燃料ガス流量が一定の場合には第４図の
直線の傾きは一定になることがわかった。それゆえ、同
条件下にて第４図の直線の傾きより小さな傾きになった
電池では燃料極での水素の供給に問題があり、又第４図
の直線の下側に逸脱する場合には、空気極に何らかの問
題があるということがわかる。
場合のカソード分極とアノード分極の変化を図示したも
のである。カソード分極とアノード分極の間には直線関
係が成立する。燃料ガス流量が一定の場合には第４図の
直線の傾きは一定になることがわかった。それゆえ、同
条件下にて第４図の直線の傾きより小さな傾きになった
電池では燃料極での水素の供給に問題があり、又第４図
の直線の下側に逸脱する場合には、空気極に何らかの問
題があるということがわかる。
また、直線性がくずれる点は、その流量にてガス拡散性
、流速等の理由により、ガス分圧による分極が増大して
いることを示すと考えられる。すなわち、直線より下側
に逸脱した場合は、カソード側にて、直線より上側に逸
脱した場合は、アノード側にて不具合が生じているとみ
なすことができる。なお、通常はカソード側の悪化を示
す事例が多い。
、流速等の理由により、ガス分圧による分極が増大して
いることを示すと考えられる。すなわち、直線より下側
に逸脱した場合は、カソード側にて、直線より上側に逸
脱した場合は、アノード側にて不具合が生じているとみ
なすことができる。なお、通常はカソード側の悪化を示
す事例が多い。
なお、上記の他、定量的に解析することにより、電池の
悪化の程度を知ることもできる。
悪化の程度を知ることもできる。
上記実施例における参照′電極（１０）、及びこの参照
電極（１０）の設置方法、位置等は例にすぎず、これら
に限定されるものでないことはいうまでもない。また、
単位電池のみならず 単位電池を直列または並列に接続
した電池であっても差し支えない。
電極（１０）の設置方法、位置等は例にすぎず、これら
に限定されるものでないことはいうまでもない。また、
単位電池のみならず 単位電池を直列または並列に接続
した電池であっても差し支えない。
なお上記実施例ではリン酸型燃料電池について説明した
が、溶融炭酸塩型燃料電池、アルカリ型燃料電池などの
その他の燃料電池一般にし適用するととぎできる。
が、溶融炭酸塩型燃料電池、アルカリ型燃料電池などの
その他の燃料電池一般にし適用するととぎできる。
以上のように、この発明によれば！池を構成するカソー
ド及びアノード両極に対し基準となる参照電極を設け、
このび照′ば極を基準として得られたカノ一ド、アノ−
との各々の分極相互の関係からｔａ付性を解析するよう
にしたので、実際の電池における特性とよく対応した情
報を得ることができると共に、不具合が生じた場合、い
ずれρ〕電極にその原占があるかを容易に探ることがで
きるという効果がある。
ド及びアノード両極に対し基準となる参照電極を設け、
このび照′ば極を基準として得られたカノ一ド、アノ−
との各々の分極相互の関係からｔａ付性を解析するよう
にしたので、実際の電池における特性とよく対応した情
報を得ることができると共に、不具合が生じた場合、い
ずれρ〕電極にその原占があるかを容易に探ることがで
きるという効果がある。
第１図はこの発明の電池特性の解析方法の一実施例に用
いる参照ｖＬ極を示す一部破断斜視図、第２図は第１図
に示す参照電極を設置するのに用いるリン酸型燃料電池
を示す組立斜視図、第３図は本発明の一実施例中に使用
した参１ｉ１ｉ＆付リン緻型燃料を池の電流−電圧特性
の一例を示す特性図、第４図は本発明の一実施例による
カソード分極と７ノ一ド分極との相関を示す特性図、第
５図はリン酸型燃料電池の電びＣ−電圧特性の一例を示
す臀性図、第６図は従来技術として公知のｌ・−フセル
によって得られる電流−電圧特性の一例を示す特性図で
ある。 図１ｃ １６℃・て、（７）はリン酸型燃料゛這池、（
１０）はε照・４極、（７３）はカソード、（７４）は
マトリックス、アノードである。 代理人 曾 我 ２１ 照。 第 区 ＶＣ−Ｒ： 力゛ノード゛ど苧照電極間の電位差嬶−Ｒ
ニアノードと譬照電坏間の電イケ差第 図 矯−Ｒ，７ｒＬＶ 第 図 １０：１ ２００ ３ＣＸ：ｌ ４００ 電流を崖、 ７１ｔＡ７ｆ：、ｍ２ 反℃ 笛 図 電流２度。 蚤Ａ／ｃｍ２
いる参照ｖＬ極を示す一部破断斜視図、第２図は第１図
に示す参照電極を設置するのに用いるリン酸型燃料電池
を示す組立斜視図、第３図は本発明の一実施例中に使用
した参１ｉ１ｉ＆付リン緻型燃料を池の電流−電圧特性
の一例を示す特性図、第４図は本発明の一実施例による
カソード分極と７ノ一ド分極との相関を示す特性図、第
５図はリン酸型燃料電池の電びＣ−電圧特性の一例を示
す臀性図、第６図は従来技術として公知のｌ・−フセル
によって得られる電流−電圧特性の一例を示す特性図で
ある。 図１ｃ １６℃・て、（７）はリン酸型燃料゛這池、（
１０）はε照・４極、（７３）はカソード、（７４）は
マトリックス、アノードである。 代理人 曾 我 ２１ 照。 第 区 ＶＣ−Ｒ： 力゛ノード゛ど苧照電極間の電位差嬶−Ｒ
ニアノードと譬照電坏間の電イケ差第 図 矯−Ｒ，７ｒＬＶ 第 図 １０：１ ２００ ３ＣＸ：ｌ ４００ 電流を崖、 ７１ｔＡ７ｆ：、ｍ２ 反℃ 笛 図 電流２度。 蚤Ａ／ｃｍ２
Claims (1)
- カソード（正極）、アノード（負極）両極に対し基準と
なる参照電極を設け、この参照電極を基準にして得られ
たカソード分極及びアノード分極の両者の関係から電池
特性を解析することを特徴とする電池特性の解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199993A JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199993A JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251866A true JPH0251866A (ja) | 1990-02-21 |
| JP3053184B2 JP3053184B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=16417014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63199993A Expired - Fee Related JP3053184B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 電池特性の解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3053184B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096461A1 (en) * | 2002-05-10 | 2003-11-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for detecting undersupply of fuel gas and method for controlling fuel cell |
| JP2005116205A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| US8072224B2 (en) | 2008-08-04 | 2011-12-06 | Toyoto Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Methods for predicting the future performance of fuel cell stacks and individual fuel cells |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS643968A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-09 | Hitachi Ltd | Fuel cell and its operating method |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP63199993A patent/JP3053184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS643968A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-09 | Hitachi Ltd | Fuel cell and its operating method |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096461A1 (en) * | 2002-05-10 | 2003-11-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for detecting undersupply of fuel gas and method for controlling fuel cell |
| US7527882B2 (en) | 2002-05-10 | 2009-05-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for detecting undersupply of fuel gas and method for controlling fuel cell |
| JP2005116205A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| US7754391B2 (en) | 2003-10-03 | 2010-07-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cells with multidirectional fuel flow |
| US8072224B2 (en) | 2008-08-04 | 2011-12-06 | Toyoto Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Methods for predicting the future performance of fuel cell stacks and individual fuel cells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3053184B2 (ja) | 2000-06-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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