JPH0334262A - 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
- JPH0334262A JPH0334262A JP1166768A JP16676889A JPH0334262A JP H0334262 A JPH0334262 A JP H0334262A JP 1166768 A JP1166768 A JP 1166768A JP 16676889 A JP16676889 A JP 16676889A JP H0334262 A JPH0334262 A JP H0334262A
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- JP
- Japan
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- phosphoric acid
- electrolyte
- strong phosphoric
- strong
- conjugated
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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２Ｍ ＴＭ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。
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。
（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（３）
（２）
ｆｌ）
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も
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。
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も
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％であリ、その凝固点が
高いため、寒冷地で燃料電池を運転停止して環境温度ま
で冷えると凝固・凍結し一方向に結晶が成長することに
なる。この結果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％であリ、その凝固点が
高いため、寒冷地で燃料電池を運転停止して環境温度ま
で冷えると凝固・凍結し一方向に結晶が成長することに
なる。この結果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。
特に、運転停止再開を繰返す可搬型燃料電池ではこのよ
うな不都合が深刻なものとなっていた。
うな不都合が深刻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ものであり、
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ら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ら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、強リン酸と少くとも１種類
の非共役無機塩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。
の非共役無機塩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。
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、大きさ、イオン性が異なる非共役無機塩を
添加してイオン混合体とし１強リン酸の単結晶化を阻害
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、大きさ、イオン性が異なる非共役無機塩を
添加してイオン混合体とし１強リン酸の単結晶化を阻害
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、）１．ＰＯ，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、分子サイズ、電荷の異なるイオン物質
を混入すれば、リン酸結晶格子の形成、すなわち結晶核
の形成が阻害され、凍結しにくくなる。非共役無機塩は
強リン酸と共通する構成イオンを持たないが、その各イ
オンは、電荷バランスにより、強リン酸内に安定して混
在することになり、強リン酸の単結晶化が阻害される。
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、分子サイズ、電荷の異なるイオン物質
を混入すれば、リン酸結晶格子の形成、すなわち結晶核
の形成が阻害され、凍結しにくくなる。非共役無機塩は
強リン酸と共通する構成イオンを持たないが、その各イ
オンは、電荷バランスにより、強リン酸内に安定して混
在することになり、強リン酸の単結晶化が阻害される。
以下本発明の電解液の構成成分について説明する。
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（第
１図（−〇−）参照）、またリン酸は、オルトリン酸の
みならず、ビロリン酸、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（第
１図（−〇−）参照）、またリン酸は、オルトリン酸の
みならず、ビロリン酸、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。
非共役無機塩は、リン酸に溶解するものであって、かつ
リン酸と反応性のない（反応しても悪影響を与えない）
ものでなければならない０通常は、Ｎａ、に、Ｍｇ、Ｃ
ａ等のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを
陽イオンとする無機塩が好ましいが、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、アルミニウム等の各属の金属イオン
を陽イオンとするものでもよい。
リン酸と反応性のない（反応しても悪影響を与えない）
ものでなければならない０通常は、Ｎａ、に、Ｍｇ、Ｃ
ａ等のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを
陽イオンとする無機塩が好ましいが、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、アルミニウム等の各属の金属イオン
を陽イオンとするものでもよい。
非共役無機塩を構成する陰イオンは、硫酸イオン、炭酸
イオン、ケイ酸イオン、ホウ酸イオンなどが好ましい、
塩化物はリン酸により腐食性の高い塩化水素ガスを発生
するので好ましくない、炭酸塩は炭酸ガスを生じること
になるが、これは水蒸気と一緒に系外に除去できるので
、本発明の非共役無機塩として使用することが出来る。
イオン、ケイ酸イオン、ホウ酸イオンなどが好ましい、
塩化物はリン酸により腐食性の高い塩化水素ガスを発生
するので好ましくない、炭酸塩は炭酸ガスを生じること
になるが、これは水蒸気と一緒に系外に除去できるので
、本発明の非共役無機塩として使用することが出来る。
非兵役無機塩の具体例としては、Ｚ ｎ Ｓ Ｏ４１Ｎ
ｉ Ｓ０４ 、ＮａｚＳ０４．ＢａＳＯ４＋ＣｄＳＯ
４，ＣＯ３Ｏ４、ＦｅＳＯ４゜Ａ １２（Ｓ ０４）！
、 Ｋｇ Ｍｇ （ｓ ｏ４）ｉ 。
ｉ Ｓ０４ 、ＮａｚＳ０４．ＢａＳＯ４＋ＣｄＳＯ
４，ＣＯ３Ｏ４、ＦｅＳＯ４゜Ａ １２（Ｓ ０４）！
、 Ｋｇ Ｍｇ （ｓ ｏ４）ｉ 。
Ｋｉ Ｓ０４ ＊ Ｋｉ Ｚｎ （ＳＯ４）ｚ 、Ｍｇ
ＳＯ３゜ＭｎＳＯ４＋ Ｋｍ Ｃｏ３．ＮａｚＣＯｉ
。
ＳＯ３゜ＭｎＳＯ４＋ Ｋｍ Ｃｏ３．ＮａｚＣＯｉ
。
ＣａＣＯ５、ＭｇＣＯ５、Ｋｇ Ｓ Ｔ Ｏｓ 。
Ｎａｇ Ｂ４０ｒなどが挙げられる。
これらは１種類だけ添加してもよいが、２種類以上の無
機塩を組合せて添加して６よい。
機塩を組合せて添加して６よい。
無１機塩の添加量が過剰であると、添加無機塩が析出し
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、非共役無機塩の添加量は、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２０重量
％以下である。
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、非共役無機塩の添加量は、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２０重量
％以下である。
（実験例）
各濃度のリン酸溶液に非共役無機塩を添加して、その凝
固点（晶出温度）変化を調べた。
固点（晶出温度）変化を調べた。
無添加の場合（−０−）に比べ、２重量％のに２Ｓｏ４
を添加した場合（第１図Ａ、−・−）、１重量％のＭ
ｇ Ｓ Ｏ４を添加した場合（第１図Ｂ、−ム一）、０
．２重量％のＫａＳｉＯｓを添加した場合（第１図Ａ、
−■−）の何れもリン酸電解液の凝固点（晶出温度）は
ｌＯ〜２０℃低下不 し、寒冷環境台でも凍結しないことが示された。
を添加した場合（第１図Ａ、−・−）、１重量％のＭ
ｇ Ｓ Ｏ４を添加した場合（第１図Ｂ、−ム一）、０
．２重量％のＫａＳｉＯｓを添加した場合（第１図Ａ、
−■−）の何れもリン酸電解液の凝固点（晶出温度）は
ｌＯ〜２０℃低下不 し、寒冷環境台でも凍結しないことが示された。
なお点線はリン酸溶液（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、強リン酸電解液に非共役無機塩
を含有させることによってその凝固点を下げたものであ
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。
を含有させることによってその凝固点を下げたものであ
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。
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○− 一・− 一ム− 一■− 対照（無添加）の凝固点変化、 Ｋ、Ｓｏ、添加時の凝固点変化、 Ｍ ｇ Ｓ Ｏ４添加時の凝固点変化、ＫｘＳｘＯｓ添
加時の凝固点変化、 対照（無添加）の融点。
示す図である。 一○− 一・− 一ム− 一■− 対照（無添加）の凝固点変化、 Ｋ、Ｓｏ、添加時の凝固点変化、 Ｍ ｇ Ｓ Ｏ４添加時の凝固点変化、ＫｘＳｘＯｓ添
加時の凝固点変化、 対照（無添加）の融点。
Claims (3)
- （１）強リン酸と少くとも１種類の非共役無機塩とを含
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）記載の
リン酸型燃料電池の電解液。 - （３）前記非共役無機塩の濃度が、強リン酸の３０重量
％以下であることを特徴とする請求項（１）または（２
）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 |
|---|---|---|---|
| JP1166768A JPH0334262A (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 |
|---|---|---|---|
| JP1166768A JPH0334262A (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 |
|---|---|
| JPH0334262A true JPH0334262A (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15837338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1166768A Pending JPH0334262A (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) | JPH0334262A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106882775A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-06-23 | 苏州博洋化学股份有限公司 | 一种低凝点磷酸 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP1166768A patent/JPH0334262A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106882775A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-06-23 | 苏州博洋化学股份有限公司 | 一种低凝点磷酸 |
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