JPH0334261A - リン酸型燃料電池の電解液 - Google Patents
リン酸型燃料電池の電解液Info
- Publication number
- JPH0334261A JPH0334261A JP1166767A JP16676789A JPH0334261A JP H0334261 A JPH0334261 A JP H0334261A JP 1166767 A JP1166767 A JP 1166767A JP 16676789 A JP16676789 A JP 16676789A JP H0334261 A JPH0334261 A JP H0334261A
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- JP
- Japan
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- phosphoric acid
- electrolyte
- strong
- ions
- phosphate
- Prior art date
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- Pending
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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
- Fuel Cell (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、運転停止時に低温環境下にあっても凍結する
ことのないリン酸型燃料電池の電解液に関するものであ
る。
ことのないリン酸型燃料電池の電解液に関するものであ
る。
（発明の背景）
燃料電池は負極に送りこむ水素を燃料とし、正極に送り
こむ酸素を酸化剤として電解液の中で反応させ電流を取
り出す発電器である。その電解液として、リン酸を用い
たのがリン酸型燃料電池である。リン酸は高濃度でも他
の強酸に比べ腐食性が低く、沸点が高いので、２００℃
近くでも可動可能である。またリン酸はＣＯ２の影響を
受けないので、ナフサ、天然ガスのような化石燃料、メ
タノールのような合成燃料を改質して得られる、水素に
富むが二酸化炭素を含むガスを精製しなくて６そのまま
燃料として用いることができ、また空気中の二酸化炭素
を除去する必要がないから、空気をそのまま酸化剤とし
て用いることができる。また少量の触媒で、燃料電池と
しては比較的低温で大きな電流を取り出すことができる
。このため、濃厚リン酸を用いる燃料電池が実用の観点
から現在主流となり、電力プラントのみならず電気自動
車電源などの可搬型燃料電池としても考えられている。
こむ酸素を酸化剤として電解液の中で反応させ電流を取
り出す発電器である。その電解液として、リン酸を用い
たのがリン酸型燃料電池である。リン酸は高濃度でも他
の強酸に比べ腐食性が低く、沸点が高いので、２００℃
近くでも可動可能である。またリン酸はＣＯ２の影響を
受けないので、ナフサ、天然ガスのような化石燃料、メ
タノールのような合成燃料を改質して得られる、水素に
富むが二酸化炭素を含むガスを精製しなくて６そのまま
燃料として用いることができ、また空気中の二酸化炭素
を除去する必要がないから、空気をそのまま酸化剤とし
て用いることができる。また少量の触媒で、燃料電池と
しては比較的低温で大きな電流を取り出すことができる
。このため、濃厚リン酸を用いる燃料電池が実用の観点
から現在主流となり、電力プラントのみならず電気自動
車電源などの可搬型燃料電池としても考えられている。
しかし、電解質として使用するリン酸溶液は、通常、オ
ルトリン酸換算で８０〜１０５％であり、その凝固点が
高いため、寒冷地で燃料電池の運転を停止して環境温度
まで冷えると、電解液は凝固・凍結し一方向に結晶が成
長する。このためリン酸溶液を含浸した電解質マトリッ
クス、さらにはこれを挟持する電極が破壊されるという
問題があった。リン酸濃度を下げて電解液の凍結を防止
することもできるが、この場合には電池性能が悪くなる
という不都合があった。
ルトリン酸換算で８０〜１０５％であり、その凝固点が
高いため、寒冷地で燃料電池の運転を停止して環境温度
まで冷えると、電解液は凝固・凍結し一方向に結晶が成
長する。このためリン酸溶液を含浸した電解質マトリッ
クス、さらにはこれを挟持する電極が破壊されるという
問題があった。リン酸濃度を下げて電解液の凍結を防止
することもできるが、この場合には電池性能が悪くなる
という不都合があった。
このような問題点は、特に運転の停止・再開を繰返す可
搬型燃料電池では重大なものとなっていた。
搬型燃料電池では重大なものとなっていた。
（発明の目的）
本発明は、このような事情に鑑みなされたちのであり、
低温環境下で運転を停止しても凍結することがなく、ま
た電池の性能を低下させることもないリン酸型燃料電池
の電解液を提供することを目的とする。
低温環境下で運転を停止しても凍結することがなく、ま
た電池の性能を低下させることもないリン酸型燃料電池
の電解液を提供することを目的とする。
（発明の構成）
本発明のこのような目的は、強リン酸とリン酸塩とを含
有することを特徴とするリン酸型燃料電池の電解液によ
り達成される。
有することを特徴とするリン酸型燃料電池の電解液によ
り達成される。
すなわち本発明は、強リン酸の凍結・結晶化に際し、そ
の分子構造が僅かに異なるリン酸塩を添加することによ
り、強リン酸の結晶成長を阻害して、凝固点を低下させ
るようにしたものである。
の分子構造が僅かに異なるリン酸塩を添加することによ
り、強リン酸の結晶成長を阻害して、凝固点を低下させ
るようにしたものである。
強リン酸が凍結しやすいのは、Ｈ，ＰＯ４の分子間力が
大きいこと、及びその分子構造が四面体型のＰＯ４基が
水素結合によってつながった構造であり結晶格子を安定
に形成することができるからと考えられている。したが
って分子構造が似ていて、その大きさや電荷バランスの
異なる物質を混入すれば、リン酸結晶格子の成長、すな
わち凍結を防止することができる。リン酸塩は強リン酸
と陰イオンを共通にする共役塩であるため、その共通イ
オンであるリン酸イオンはリン酸の結晶格子内に入りこ
む、一方、電荷バランスを取るためにリン酸塩の陽イオ
ンも結晶格子内に入りこむことになり格子欠陥を引き起
し、その結晶成長を阻害する。
大きいこと、及びその分子構造が四面体型のＰＯ４基が
水素結合によってつながった構造であり結晶格子を安定
に形成することができるからと考えられている。したが
って分子構造が似ていて、その大きさや電荷バランスの
異なる物質を混入すれば、リン酸結晶格子の成長、すな
わち凍結を防止することができる。リン酸塩は強リン酸
と陰イオンを共通にする共役塩であるため、その共通イ
オンであるリン酸イオンはリン酸の結晶格子内に入りこ
む、一方、電荷バランスを取るためにリン酸塩の陽イオ
ンも結晶格子内に入りこむことになり格子欠陥を引き起
し、その結晶成長を阻害する。
本発明に用いられるリン酸は、電池性能を確保するため
、通常オルトリン酸換算で８０〜１０５％であることが
望ましい。また８０％以下では凝固点は十分低く、寒冷
地で運転停止してもその凍結は殆ど問題とならない、ま
たリン酸は、オルトリン酸のみならず、ピロリン酸、ト
リリン酸又は直鎖状縮合リン酸（縮合度８〜９位まで）
であってもよい。
、通常オルトリン酸換算で８０〜１０５％であることが
望ましい。また８０％以下では凝固点は十分低く、寒冷
地で運転停止してもその凍結は殆ど問題とならない、ま
たリン酸は、オルトリン酸のみならず、ピロリン酸、ト
リリン酸又は直鎖状縮合リン酸（縮合度８〜９位まで）
であってもよい。
リン酸塩を形成する陽イオンは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ等のア
ルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンなどが好ま
しいが、リン酸液に対する溶解度を確保できれば十分で
あり、例えばＡＩ２イオンを用いることらできる。
ルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンなどが好ま
しいが、リン酸液に対する溶解度を確保できれば十分で
あり、例えばＡＩ２イオンを用いることらできる。
リン酸塩を形成する陰イオンは、強リン酸と同様、オル
トリン酸イオンに限られず、ピロリン酸イオン５ トリ
リン酸イオン又は直鎖状縮合リン酸（縮合度８〜９位ま
で）イオンであってちよい。
トリン酸イオンに限られず、ピロリン酸イオン５ トリ
リン酸イオン又は直鎖状縮合リン酸（縮合度８〜９位ま
で）イオンであってちよい。
リン酸塩の好適例としては、ＫＨ２ＰＯ，。
Ｋ２ ＨＰＯ４、に３ＰＯ４，Ｎａ ８２ ＰＯ４゜Ｎ
ａｚＨＰＯ＜ 、Ｎａ ｓ ＰＯ４、ＮａｚＨ２Ｐ２０
７Ｎａ４Ｐｇ Ｏｔ 、Ｋａ Ｈａ Ｐ２０７ 、に４
Ｐ２０７などが挙げられる。この内、ＫＨ，ＰＯ４ま
たはＮａ Ｈｚ Ｐ ０４が特に好ましい。
ａｚＨＰＯ＜ 、Ｎａ ｓ ＰＯ４、ＮａｚＨ２Ｐ２０
７Ｎａ４Ｐｇ Ｏｔ 、Ｋａ Ｈａ Ｐ２０７ 、に４
Ｐ２０７などが挙げられる。この内、ＫＨ，ＰＯ４ま
たはＮａ Ｈｚ Ｐ ０４が特に好ましい。
これらは、１種類だけを添加してもよいが、２種類以上
のリン酸塩を組合せて添加してもよい。
のリン酸塩を組合せて添加してもよい。
リン酸塩の添加量が過剰であると、添加リン酸塩が析出
して、それが結晶核となり凝固点が上昇し、かえって凍
結しやすくなる。従って、リン酸塩の添加量は、リン酸
液中で塩が析出しない濃度以下であることが望ましい、
用いる塩によりその添加量は異なるが、通常３０重量％
以下である。
して、それが結晶核となり凝固点が上昇し、かえって凍
結しやすくなる。従って、リン酸塩の添加量は、リン酸
液中で塩が析出しない濃度以下であることが望ましい、
用いる塩によりその添加量は異なるが、通常３０重量％
以下である。
（実験例）
各濃度のリン酸溶液にリン酸塩を添加して、その凝固点
（晶出温度）変化を調べた。
（晶出温度）変化を調べた。
無添加の場合（−〇−）に比べ、２．４重量％のＮａ
Ｈａ ＰＯ４−２Ｆ（２０を添加した場合（−・−）、
５重量％のＫＨ２ＰＯ４を添加した場合（−ム一）の何
れもリン酸電解液の凝固点（晶出温度）は１０〜２０℃
低下し、寒冷環境下でも凍結しないことが示された。
Ｈａ ＰＯ４−２Ｆ（２０を添加した場合（−・−）、
５重量％のＫＨ２ＰＯ４を添加した場合（−ム一）の何
れもリン酸電解液の凝固点（晶出温度）は１０〜２０℃
低下し、寒冷環境下でも凍結しないことが示された。
なお実線はリン酸溶液（対照）の融点（文献値）を示す
。
。
（発明の効果）
以上のように本発明は、強リン酸電解液にリン酸塩を含
有させることによってその凝固点を低下させたものであ
る。従って、低温環境下で運転を停止しても凍結するこ
とがない。また通常なら凍結する高濃度のリン酸溶液を
電解液とすることができるから、高い電池性能を発揮す
ることができる。
有させることによってその凝固点を低下させたものであ
る。従って、低温環境下で運転を停止しても凍結するこ
とがない。また通常なら凍結する高濃度のリン酸溶液を
電解液とすることができるから、高い電池性能を発揮す
ることができる。
４、
第１図はリン酸電解液の融点及び凝固点（晶出温度）を
示す図である。 一〇−二対照（無添加）の凝固点変化、−・−： Ｎａ
ＨｉＰＯ４−２ＨａＯ添加時の凝固点変化、−一−ムー
： ＫＨ，ＰＯ，添加時の凝固点変化、：対照（無添
加）の融点。
示す図である。 一〇−二対照（無添加）の凝固点変化、−・−： Ｎａ
ＨｉＰＯ４−２ＨａＯ添加時の凝固点変化、−一−ムー
： ＫＨ，ＰＯ，添加時の凝固点変化、：対照（無添
加）の融点。
Claims (5)
- （１）強リン酸とリン酸塩とを含有することを特徴とす
るリン酸型燃料電池の電解液。 - （２）前記リン酸塩の陰イオンが、オルトリン酸、ピロ
リン酸、トリリン酸及び直鎖状縮合リン酸の各陰イオン
より選ばれた少くとも１以上の陰イオンであることを特
徴とする請求項（１）記載のリン酸型燃料電池の電解液
。 - （３）前記リン酸塩の陽イオンが、アルカリ金属イオオ
ン及びアルカリ土類金属イオンより選ばれた少くとも１
以上の陽イオンであることを特徴とする請求項（１）又
は（２）記載のリン酸型燃料電池の電解液。 - （４）前記強リン酸の濃度が、オルトリン酸換算で８０
〜１０５％であることを特徴とする請求項（１）〜（３
）のいずれかに記載のリン酸型燃料電池の電解液。 - （５）前記リン酸塩の濃度が、強リン酸の１０重量％以
下であることを特徴とする請求項（１）〜（４）のいず
れかに記載のリン酸型燃料電池の電解液。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166767A JPH0334261A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | リン酸型燃料電池の電解液 |
| US07/546,545 US5219675A (en) | 1989-06-30 | 1990-06-29 | Electrolyte for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166767A JPH0334261A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | リン酸型燃料電池の電解液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334261A true JPH0334261A (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15837322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1166767A Pending JPH0334261A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | リン酸型燃料電池の電解液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0334261A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2025057770A (ja) * | 2023-09-28 | 2025-04-09 | トヨタ自動車株式会社 | プロトン電池用の水系電解液、及びプロトン電池 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP1166767A patent/JPH0334261A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2025057770A (ja) * | 2023-09-28 | 2025-04-09 | トヨタ自動車株式会社 | プロトン電池用の水系電解液、及びプロトン電池 |
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