JPH03295167A - 液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体燃料電池 - Google Patents
液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体燃料電池Info
- Publication number
- JPH03295167A JPH03295167A JP2095830A JP9583090A JPH03295167A JP H03295167 A JPH03295167 A JP H03295167A JP 2095830 A JP2095830 A JP 2095830A JP 9583090 A JP9583090 A JP 9583090A JP H03295167 A JPH03295167 A JP H03295167A
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- Japan
- Prior art keywords
- air electrode
- liquid fuel
- methanol
- electrode
- fuel cell
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
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、液体燃料としてメタノール、ヒドラジン、ホ
ルマリン、ギ酸などの還元剤を用い、空気や酸素を酸化
剤とする液体燃料電池の空気極及びそれを用いた液体燃
料電池に関するものである。
ルマリン、ギ酸などの還元剤を用い、空気や酸素を酸化
剤とする液体燃料電池の空気極及びそれを用いた液体燃
料電池に関するものである。
さらに詳しくは燃料としてメタノールを用いた燃料電池
の空気極及びそれを用いた液体燃料電池に関するもので
ある。
の空気極及びそれを用いた液体燃料電池に関するもので
ある。
従来の技術
メタノール燃料電池にとって最も重要な課題の１つは、
燃料販に供給されるメタノールが過剰になると電解質層
を経て空気極に透過し、空気極上で燃料の直接の酸化反
応が起こり、空気極の性能低下を招くことである。その
ために、従来のメタノール燃′ｐＦ電池では、両極間に
隔換としてイオン交換膜を設け、メタノールの透過を阻
止する構成をとっていた。
燃料販に供給されるメタノールが過剰になると電解質層
を経て空気極に透過し、空気極上で燃料の直接の酸化反
応が起こり、空気極の性能低下を招くことである。その
ために、従来のメタノール燃′ｐＦ電池では、両極間に
隔換としてイオン交換膜を設け、メタノールの透過を阻
止する構成をとっていた。
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記従来の構成では、メタノールの阻止機
能をイオン交換膜にのみ依存しており。
能をイオン交換膜にのみ依存しており。
空気極自体には何ら阻止機能がなかった。しかも現在一
般に用いられているイオン交換膜では、十分なメタノー
ルの阻止機能が得られないという欠点を有していた。
般に用いられているイオン交換膜では、十分なメタノー
ルの阻止機能が得られないという欠点を有していた。
本発明は、上記の課題を解決するもので、燃料極から透
過したメタノールによる空気極の特性低下を抑制し、よ
シ高性能な液体燃料電池用空気極及びそれを用い念液体
燃料電池を提供することを目的とする。
過したメタノールによる空気極の特性低下を抑制し、よ
シ高性能な液体燃料電池用空気極及びそれを用い念液体
燃料電池を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
この目的を達成するために、本発明の液体燃料用空気極
及びそれを用いた電池は、電極内部に固体高分子電解質
を付加することによって、空気極自身にメタノールの阻
止機能を持たせている。
及びそれを用いた電池は、電極内部に固体高分子電解質
を付加することによって、空気極自身にメタノールの阻
止機能を持たせている。
作用
この構成によって、空気極内部の触媒の表面を従来の電
解質、例えば硫酸に換わって、プロトン供給体の固体高
分子電解質が覆う。従来の液体電解質の場合には、電解
液中に溶解したメタノールが燃料極側から空気極側へイ
オン交換膜を透過した後、空気極内部の電解液中を拡散
して、触媒まで到達する。空気極では次式（１）の反応
が進行しているが、 ３／２０２ ＋ａＨ＋６・＝ａＨ２０・・・・・・・・
・・・・・・・（１）触媒近傍にメタノールが存在する
と（２）式のメタノールの直接の酸化反応が起こシ、空
気極の電位を低下させる。
解質、例えば硫酸に換わって、プロトン供給体の固体高
分子電解質が覆う。従来の液体電解質の場合には、電解
液中に溶解したメタノールが燃料極側から空気極側へイ
オン交換膜を透過した後、空気極内部の電解液中を拡散
して、触媒まで到達する。空気極では次式（１）の反応
が進行しているが、 ３／２０２ ＋ａＨ＋６・＝ａＨ２０・・・・・・・・
・・・・・・・（１）触媒近傍にメタノールが存在する
と（２）式のメタノールの直接の酸化反応が起こシ、空
気極の電位を低下させる。
ＣｊＨｓＯＨ＋３／２０２＝００２＋２Ｈ２０・・・・
・・・・・・・・（２）これに対し、本発明の空気極の
場合には、空気極内部の固体高分子電解質が溶解メタノ
ールの拡散を阻止し、かつ選択的にプロトンを透過する
。
・・・・・・・・（２）これに対し、本発明の空気極の
場合には、空気極内部の固体高分子電解質が溶解メタノ
ールの拡散を阻止し、かつ選択的にプロトンを透過する
。
このためイオン導電性をそこなわずに、上記（謁式の反
応を抑制し、（１）式の反応を優先的に進行させる。こ
の様に空気極自身にもメタノール阻止機能が備わること
により、従来のメタノール燃料電池よシもさらに、メタ
ノール阻止機能が向上し、より高性能な液体燃料電池用
空気極及びそれを用いた液体燃料電池を提供することが
できる。
応を抑制し、（１）式の反応を優先的に進行させる。こ
の様に空気極自身にもメタノール阻止機能が備わること
により、従来のメタノール燃料電池よシもさらに、メタ
ノール阻止機能が向上し、より高性能な液体燃料電池用
空気極及びそれを用いた液体燃料電池を提供することが
できる。
実施例
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
明する。
第１図は、本実施例におけるメタノール燃料電池の単セ
ルの断面図を示すものである。図中１０は陽イオン交換
膜を示し、本発明ではスチレンとビニルベンゼンとの共
重合体からなる膜として、セレミオンＣＭＫ （旭硝子
社製）を用いた。１１は正極、１２は負極を示し、とも
に白金系触媒を担持したカーボン製の多孔！極板を用い
た。空気を空気室１３に、メタノール燃料を燃料室１４
に、それぞれ導入した。正極電解液室１６及び負極電解
液室１６には１−５Ｍ／ｌの硫酸を注入した。
ルの断面図を示すものである。図中１０は陽イオン交換
膜を示し、本発明ではスチレンとビニルベンゼンとの共
重合体からなる膜として、セレミオンＣＭＫ （旭硝子
社製）を用いた。１１は正極、１２は負極を示し、とも
に白金系触媒を担持したカーボン製の多孔！極板を用い
た。空気を空気室１３に、メタノール燃料を燃料室１４
に、それぞれ導入した。正極電解液室１６及び負極電解
液室１６には１−５Ｍ／ｌの硫酸を注入した。
第２図は、第１図中の正極１１の断面を模式的に拡大し
て表した図である。空気極は撥水層２２と触媒層２１と
の２層構造を成している。撥水層はポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＩＥ）で撥水処理した炭素微粉末から
なシ、完全に撥水性の多孔体であるため、電解液室２４
からの電解液を阻止し、空気室２３から触媒層内部へ空
気を供給する役割をする。触媒層はＰ！’ＦＥ２５で撥
水処理した炭素微粉末２６と白金触媒２７を担持させた
炭素微粉末からなシ、撥水層よシもＰＴＦＸ量が少なく
準撥水性であるため、正極電解液室２４からの電解液２
８が触媒層内部にある程度浸透し。
て表した図である。空気極は撥水層２２と触媒層２１と
の２層構造を成している。撥水層はポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＩＥ）で撥水処理した炭素微粉末から
なシ、完全に撥水性の多孔体であるため、電解液室２４
からの電解液を阻止し、空気室２３から触媒層内部へ空
気を供給する役割をする。触媒層はＰ！’ＦＥ２５で撥
水処理した炭素微粉末２６と白金触媒２７を担持させた
炭素微粉末からなシ、撥水層よシもＰＴＦＸ量が少なく
準撥水性であるため、正極電解液室２４からの電解液２
８が触媒層内部にある程度浸透し。
電極内にプロトンを供給する。本発明の空気極の場合に
は、この触媒層内部に固体高分子電解質２ｏを備え、電
解液供給されたプロトンを触媒粒子まで伝える構成にな
っている。本実施例の場合は上記の固体高分子電解質に
ム１ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐａｎｙ 、
Ｉｎｃ製のＮａｆｉｏｎ ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎｚｔ
ｅｄｉｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ ｐｏｗ４ｅｒ （※ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社の商標）を用いた。
は、この触媒層内部に固体高分子電解質２ｏを備え、電
解液供給されたプロトンを触媒粒子まで伝える構成にな
っている。本実施例の場合は上記の固体高分子電解質に
ム１ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐａｎｙ 、
Ｉｎｃ製のＮａｆｉｏｎ ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎｚｔ
ｅｄｉｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ ｐｏｗ４ｅｒ （※ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社の商標）を用いた。
上記の空気極は以下に述べる方法で作成した。
まず、触媒を担持させた炭素微粉末に上記固体高分子電
解質のブタノール溶液を含浸させ、ペースト状に混練し
た後、このペーストを１１０℃で乾燥させブタノール溶
媒を除去する。この乾燥後の試料を粉砕し、固体高分子
電解質付きの触媒担持炭素微粉末とする。空気極は、こ
の触媒粉末とＰＴＦｆｆｉで撥水処理した炭素微粉末と
を混合した粉末を、チタン製のメツシュを圧着させた撥
水層の上に予備成型した後、ホットプレスして作成した
。
解質のブタノール溶液を含浸させ、ペースト状に混練し
た後、このペーストを１１０℃で乾燥させブタノール溶
媒を除去する。この乾燥後の試料を粉砕し、固体高分子
電解質付きの触媒担持炭素微粉末とする。空気極は、こ
の触媒粉末とＰＴＦｆｆｉで撥水処理した炭素微粉末と
を混合した粉末を、チタン製のメツシュを圧着させた撥
水層の上に予備成型した後、ホットプレスして作成した
。
この空気極の分極特性の測定は、硫酸水銀電極を参照極
とした半電池セルを用いて行った。電解液中のメタノー
ルに対する影響を調べるために、１−５Ｍ／ｌの硫酸と
Ｏ〜２Ｍ／ｌのメタノールとを混合して、この半電池用
の電解液とした。この空気極を用いたメタノール燃料電
池の特性は第１図に示した単セルを用いて行った。測定
温度は、半電池セル、単セル共に６０℃で行った。
とした半電池セルを用いて行った。電解液中のメタノー
ルに対する影響を調べるために、１−５Ｍ／ｌの硫酸と
Ｏ〜２Ｍ／ｌのメタノールとを混合して、この半電池用
の電解液とした。この空気極を用いたメタノール燃料電
池の特性は第１図に示した単セルを用いて行った。測定
温度は、半電池セル、単セル共に６０℃で行った。
第３図に、電解液中に混入したメタノールの濃度と空気
極の分極特性、及び固体高分子電解質の空気極への添加
量との関係を調べた結果を示す。
極の分極特性、及び固体高分子電解質の空気極への添加
量との関係を調べた結果を示す。
固体高分子電解質の空気極への添加量は、触媒層の触媒
を担持した炭素微粉末に対する重量％で表した。空気極
の分極特性は、水素標準電極（ＮＨＩＥ）に対する電位
で表した。固体高分子電解質を含まない空気極及び６重
量％添加した電極は、メタノールが混入すると著しい特
性の劣化が見られた。
を担持した炭素微粉末に対する重量％で表した。空気極
の分極特性は、水素標準電極（ＮＨＩＥ）に対する電位
で表した。固体高分子電解質を含まない空気極及び６重
量％添加した電極は、メタノールが混入すると著しい特
性の劣化が見られた。
それと比較して、添加量が１０重量％以上の電極は、１
．０Ｍ／１未満のメタノールの混入ならば、特性の低下
が抑制された。しかし、固体高分子電解質の添加量が６
０重量％以上になるとメタノールの混入しない硫酸中で
の特性も低下したため、固体高分子電解質のメタノール
阻止効果がほとんど得られなかった。これは過剰の固体
高分子電解質により、電極の抵抗が増加したためと考え
られる。
．０Ｍ／１未満のメタノールの混入ならば、特性の低下
が抑制された。しかし、固体高分子電解質の添加量が６
０重量％以上になるとメタノールの混入しない硫酸中で
の特性も低下したため、固体高分子電解質のメタノール
阻止効果がほとんど得られなかった。これは過剰の固体
高分子電解質により、電極の抵抗が増加したためと考え
られる。
以上の結果よシ、空気極の触媒層内部に１０〜５０重量
％の固体高分子電解質を添加することによって、硫酸電
解液中のメタノールの触媒粒子への拡散を阻止すること
が可能となシ、空気極の耐メタノール特性を向上させる
ことができた。
％の固体高分子電解質を添加することによって、硫酸電
解液中のメタノールの触媒粒子への拡散を阻止すること
が可能となシ、空気極の耐メタノール特性を向上させる
ことができた。
第４図に、空気極に２０重量％の固体高分子電解質を添
加した電極を用いて構成したメタノール燃料電池の電圧
−電流特性を示す。本発明の燃料電池の特性（曲線ム）
では、電流密度６（Ｍｌム／Ｌ−４における電池電圧は
０．４４ Ｖを示した。一方、比較のために測定した固
体高分子電解質を添加しない空気極を用いた燃料電池の
特性（曲線Ｂ）では、電流密度ＳＯＷム／（−Ａにおけ
る電池電圧はｏ−３９ｖを示した。
加した電極を用いて構成したメタノール燃料電池の電圧
−電流特性を示す。本発明の燃料電池の特性（曲線ム）
では、電流密度６（Ｍｌム／Ｌ−４における電池電圧は
０．４４ Ｖを示した。一方、比較のために測定した固
体高分子電解質を添加しない空気極を用いた燃料電池の
特性（曲線Ｂ）では、電流密度ＳＯＷム／（−Ａにおけ
る電池電圧はｏ−３９ｖを示した。
以上のように、本発明の構成を持つ空気極を用いること
によって、従来のメタノールの阻止機能を持たない空気
極を用いた燃料電池よシも高い電池電圧が得られること
が明らかとなった。
によって、従来のメタノールの阻止機能を持たない空気
極を用いた燃料電池よシも高い電池電圧が得られること
が明らかとなった。
なお、実施例では固体高分子電解質の例として、テトラ
フルオロエチレントハーフルオロビニルエーテルとの共
重合体からなる高分子のムｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｃｏｍｐａｎｙ 、 Ｉｎｃ製のＮａｆｉｏｎ”ｐ
６ｒｆｌｕｏｒｉｎｌＬｔｅｄ ｉｏｎ−ｅｌＸＯｈｌ
Ｌｎｇｅ ｐＯＷ（ｉｅｒ（※ｄｕ Ｐｏｎｔ社の荀標
）を用いたが、スチレンとビニルベンゼンとの共重合体
からなる高分子を用いてもよい。
フルオロエチレントハーフルオロビニルエーテルとの共
重合体からなる高分子のムｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｃｏｍｐａｎｙ 、 Ｉｎｃ製のＮａｆｉｏｎ”ｐ
６ｒｆｌｕｏｒｉｎｌＬｔｅｄ ｉｏｎ−ｅｌＸＯｈｌ
Ｌｎｇｅ ｐＯＷ（ｉｅｒ（※ｄｕ Ｐｏｎｔ社の荀標
）を用いたが、スチレンとビニルベンゼンとの共重合体
からなる高分子を用いてもよい。
また、空気極に固体高分子電解質を付加する方法として
、本実施例では触媒を担持した炭素微粉末に添加する方
法を記載したが、池の方法として、空気極の触媒層表面
に固体高分子電解質を含む溶液を塗布°し、その後、溶
媒を乾燥、除去する方法を用いても同様の効果が期待で
きる。
、本実施例では触媒を担持した炭素微粉末に添加する方
法を記載したが、池の方法として、空気極の触媒層表面
に固体高分子電解質を含む溶液を塗布°し、その後、溶
媒を乾燥、除去する方法を用いても同様の効果が期待で
きる。
さらに、本実施例では、液体燃料電池の一例としてメタ
ノ−／Ｌ／燃料電池を取シ上げたが、ヒドラジン、ホル
マリンなどを燃料とする燃料電池に適用することも可能
である。
ノ−／Ｌ／燃料電池を取シ上げたが、ヒドラジン、ホル
マリンなどを燃料とする燃料電池に適用することも可能
である。
発明の効果
以上のように本発明は、空気極の電極内部に固体高分子
電解質を付加することによって、燃料極から透過したメ
タノールによる空気極の特性低下を抑制することができ
る高性能な液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体
燃料電池を実現できるものである。
電解質を付加することによって、燃料極から透過したメ
タノールによる空気極の特性低下を抑制することができ
る高性能な液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体
燃料電池を実現できるものである。
第１図は本発明の空気極を用いたメタノール燃料電池の
構成図、第２図は本発明の空気極の断面図、第３図は本
発明の空気極の分極特性の図、第４図、′吐水発明の空
気極を用いたメタノール燃料電池の電ニー電流特注の図
である。 １０・・・・陽イオン交換膜、１１・・・・・・正極、
１２・・・・・負極、１３・・・・・・空気室、１４・
・・・・・燃料室、１６・・・・正極電解液室、１６・
・・・・・負極電解液室、２０・・・・・固体高分子電
解質、２１・・・・・触媒層、２２・・・・撥水層、２
３・・・・・空気室、２４・・・・・電解液室。 ２６・・・・・・ポリテトラフルオロエチレン ２６・
・・・−炭素微粉末、２７・・・・・・白金触媒。
構成図、第２図は本発明の空気極の断面図、第３図は本
発明の空気極の分極特性の図、第４図、′吐水発明の空
気極を用いたメタノール燃料電池の電ニー電流特注の図
である。 １０・・・・陽イオン交換膜、１１・・・・・・正極、
１２・・・・・負極、１３・・・・・・空気室、１４・
・・・・・燃料室、１６・・・・正極電解液室、１６・
・・・・・負極電解液室、２０・・・・・固体高分子電
解質、２１・・・・・触媒層、２２・・・・撥水層、２
３・・・・・空気室、２４・・・・・電解液室。 ２６・・・・・・ポリテトラフルオロエチレン ２６・
・・・−炭素微粉末、２７・・・・・・白金触媒。
Claims (4)
- （１）電極内部に、固体高分子電解質を付加したことを
特徴とする液体燃料電池用空気極。 - （２）上記固体高分子電解質が、テトラフルオロエチレ
ンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体からなる
高分子である特許請求の範囲第１項記載の液体燃料電池
用空気極。 - （３）上記固体高分子電解質が、スチレンとビニルベン
ゼンとの共重合体からなる高分子である特許請求の範囲
第１項記載の液体燃料電池用空気極。 - （４）特許請求の範囲第１項に記載の空気極を用いた液
体燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2095830A JPH03295167A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | 液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2095830A JPH03295167A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | 液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295167A true JPH03295167A (ja) | 1991-12-26 |
Family
ID=14148313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2095830A Pending JPH03295167A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | 液体燃料電池用空気極及びそれを用いた液体燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03295167A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006155987A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池用電極、その製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
| JP2006324140A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用のカソード電極及び燃料電池 |
| US8053138B2 (en) * | 2005-12-29 | 2011-11-08 | Utc Power Corporation | Stabilized fuel cell flow field |
-
1990
- 1990-04-11 JP JP2095830A patent/JPH03295167A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006155987A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池用電極、その製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
| JP2006324140A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用のカソード電極及び燃料電池 |
| US8053138B2 (en) * | 2005-12-29 | 2011-11-08 | Utc Power Corporation | Stabilized fuel cell flow field |
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