JPH0418676B2 - - Google Patents

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JPH0418676B2
JPH0418676B2 JP58082833A JP8283383A JPH0418676B2 JP H0418676 B2 JPH0418676 B2 JP H0418676B2 JP 58082833 A JP58082833 A JP 58082833A JP 8283383 A JP8283383 A JP 8283383A JP H0418676 B2 JPH0418676 B2 JP H0418676B2
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JP
Japan
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electrolyte
tfmsa
negative electrode
electrode
fuel
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JP58082833A
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Shinke Bindora Paamindaa
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International Business Machines Corp
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    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • H—ELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電解質及びさらに具体的には燃料電池
に使用されるアルカリ電解質に関する。
[従来技法] 米国特許第3948681号はトリフルオロメチル硫
酸の単水和物であるCF3SO3H・H2Oより成る電
解質を有する燃料電池を開示している。しかしな
がらトリフルオロメタンスルホン酸(TFMSA)
と他の電解質とを混合させるという提案はなされ
ていない。正極及び負極は炭素及びポリテトラフ
ルオルエチレンと混合されグラフアイト上に支持
された白金の如き貴金属から構成されている。米
国特許第3379573号はKOHとアンモニウム・パー
プルオロカプリレートより成る電解質とPt、Pd
もしくはAgの多孔性電極により成る燃料電池を
開示される。アンモニウム・パーフルオロニル・
スルフオネートが電解質中の表面活性剤として存
在している。
米国特許第4118550号はTFMSAのリチウム塩
をリチウムの負の電極を有する電気化学槽中の溶
質として使用する事を開示している。電解質はリ
チウム塩の形のイオンに解離可能な溶質及びリチ
ウム塩のための溶媒より成る。しかしながら
TFMSAを電解質に添加するという思想を開示し
ていない。
電池、燃料電池及び工業用電解の問題は酸素の
溶解度が制限されているので所与の電位に対して
電流を制限する傾向を有する点にある。この事は
正極(酸素電極)に余分の分極を生ずる。燃料電
池、空気電池及び工業用電解槽中の全槽電圧は次
のような成分に分解される。
E=E°+ηa+ηc+IR Iは全電流、E°熱力学的に可逆的な電位、Rは
分離器及び電解質による抵抗、ηa及びηcは夫々負
極及び正極の過電位である。本発明に従い、
TFMSAが燃料電池、電池及び工業用電解質槽を
含む型の槽において正極の分極ηcを低下させる様
にアルカリ電解質に対して使用される。電極の少
なく共1つは金、白金、パラジウム及び銀もしく
はNi及びCoスピネルの如き非金属より成る群か
ら選択された材料の触媒を含む気体が供給される
構造体である事が好ましい。
[本発明の概要] 本発明に従い、負極及び正極並びに上記負極及
び正極間に存在する少なく共1つの電解質を含む
電池が与えられる。電解質にTFMSAトリフルオ
ロメタンスルホン酸を加えたものが正極及び負極
間の溶液に含まれる。電極の少なく共1つは金、
白金、パラジウム、銀及びNi及びCoのスピネル
より成る群から選択された材料の触媒を含む多孔
性の気体が送り込まれる構造をなす事が好まし
い。
電解質はKOH及びTFMSAのアルカリ溶液を
含み、正極は炭素より成る多孔性材料より成り、
酸素気体が供給され、負極は多孔性の寸法的に安
定した材料より成り、電解液と反対側の負極の表
面に燃料材料が供給される。これによつて電解質
には燃料及び酸素が供給され、TFMSAによつて
酸化が行われる結果負極及び正極間に電気エネル
ギが発生される。
負極に接する電解質の作用は負極と反応して電
子を生ずる事にある。負極はAl、Ga及びZnより
成る群から選択された金属により成り、負極の電
解質はNaOH水溶液より成る。
[好ましい実施例] 燃料電池 第1図は導入管11から供給され、排気管13
において排気される酸素気体のための正極室12
を有する燃料電池10を示す。正極14は正極室
の左璧を形成し、酸素気体は室12から多孔性電
極を通して電解質15に向つて通過する。電解質
15は圧縮グラフアイトもしくはRB炭素の如き
多孔性材料の薄い平坦なシートである正極14の
他の表面に接している。電解質は4.0−5.0Mの
(もしくはより高い濃度)のKOHの如きアルカリ
電解質の水溶液により成る。
本発明に従い、1モルのTFMSAがKOH電解
質溶液に加えられる。電解質は純粋TFMSAを予
じめ電気分解されたKOH溶液に加える事によつ
て調製される。
多孔性の負極電極16は正極14に対して電解
質の反対側上にあつて電解質15のための容器の
他の壁を形成する。電解質室15の下の表面はこ
の分野で周知の如く非食刻材料より成るベース6
によつて与えられる。この図示されていない壁は
正極14、負極16及びベース6並びに容器の他
の部品によつて形成された容器から電解質が失わ
れない様に密封された非浸透性の耐食性刻材料よ
り成る。負極16の他の表面(電解質15と反対
側)は大気圧よりも大きな圧力を受けてメタノー
ルを含むアルコールの如き炭化水素及びNaOH
水溶液に溶解された水素の如き群から選択された
燃料を受取る負極室17の壁を決定する。燃料は
室17に対して導入管18から供給される。酸化
還元過程の産物であるCO2、H2O等より成る廃棄
物は排出管19から排出される。燃料は燃料導入
口18から負極室17に導入され、酸化還元生成
物は室17を巡つて電解質、燃料及び酸化還元生
成物を循環させるポンプによつて排出管19から
排出される。
広表面積の金融媒が正極構造体の内部に存在
し、O2の還元を与えて、OH-からH2Oを形成す
る。触媒として使用され得る他の金属はPt、Pd
及びAg並びにNi及びCoスピネルの如き非金属触
媒を含む。
空気電池 第1図を再び参照するに、同一構造を使用する
空気電池が使用され得る。弱い溶液もしくは強い
溶液の如きNaOHの水溶液の如き水中のアルカ
リ溶液である電解質が導入口18を介して負極室
17に導入される。
アルミニウム負極 負極16はアルミニウムより成るものと仮定す
ると、空気電池中に生ずる負極反応は次の通りで
ある。
弱アルカリ溶液 Al+30H→Al(OH)3+3e- 強アルカリ溶液 Al+40H-→H2AlO3 -H2O+3e- 正極反応 好ましい実施例に従う空気電池における任意の
場合には、正極室12はO2気体が供給される。
O2の気体は電解質15中で次の正極反応を受け
る。
O2+2H2O+4e-→40H- 本発明に従い、所望の効果を得るためには
TFMSA及び触媒(Au等)を使用する事が好ま
しい。
ガリウム負極 負極16がGaより成る場合には、含まれる反
応は次の通りである。
Ga+OH-→H2GaO3 +H2O+3e- 負極16のための他の電極材料は亜鉛及び類似
の負極金属である。
トリフルオロメタンスルホン酸(TFMSA)は
燃料電池、空気電池中の酸素正極の分極を低下さ
せるためにアルカリ電解質に対する添加物として
使用される。濃縮されたアルカリ溶液にTFMSA
を添加する事は金と接触するO2の還元のために、
分極をかなり低下させる。この事は22℃における
金デイスク電極上のO2の還元電位の関数として
電流密度を示したグラフを示したグラフである。
掃引速度は5mV秒であつた。回転速度はパラメ
ータで示されている。溶液は5M KOHの場合
は実線で及び4M KOH+1M TFMSAの場
合は破線で示されている。5M KOH及び4M
KOH+1.0M(略一定のイオン強度に対応す
る)TFMSA中の金上のO2の還元のための電流
電圧曲線が周知の回転デイスク電極技法を使用し
て比較された。TFMSA−KOH溶液は純粋な
TFMSAを予め電解されたKOH溶液に加える事
によつて調製された。通常の金上のO2の還元は
通常主として次の如く過酸化水素になる。
O2+H2O+2e-→H2O-+-OH (1) TFMSAの存在による制限電流密度の増大は主
に反応が全4電子に都合のよい様にシフトする事
によつて生ずる。
O2+2H2O+4e-→40H- (2) 回転リング・デイスク電極測定によれば4電子
は電極に到達する酸素の1分子当りについて実現
され、全電流の1%以下が過酸化水素になる事が
確認された。TFMSAが存在しない場合には、
O21分子当りに実現される電子の数は代表的には
約2.5電子である。同様に重要な事はTFMSAを
添加する事によつて生ずる半波電位のシフトであ
る。所与の過電位におけるO2還元はTFMSAが
存在すると著しく速くなる。これ等の変化が生ず
る機構についてはまだ十分に解明されている。
本発明は上述の実施例及び本発明の原理に従う
他の電池中の電解反応中の正極反応の触媒として
のAuの有効性を改善するのに十分効果的である。
従来、得られる電流がPtで得られる電流よりも
劣つているという理由でAuは触媒として推賞さ
れなかつた。TFMSAを添加する事によりPtのパ
ホーマンスも改良されるが、電流及び得られる電
力はAu及びPtが同等になる点に迄Auのパホーマ
ンスが改良される。しかしながら、AuはPtより
も貴であるという観点から、Auは電解質中に極
めて難溶であるのでAu電極の寿命はより長くな
る。換言すればAu及びTFMSAの組合せの触媒
の活動はPt単独、もしくはTFMSAの活動度と匹
敵する様になり、Auを含む電極の寿命はより長
くなる。
本発明はアルカリ電解質に対する添加剤として
TFMSAを添加する事によつてアルカリ電解質を
含む燃料電池の改良を与える。この改良は分極を
減少し、或る値では所与の電位に対して電流の値
を2倍に増大せしめる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従う電解質及び構造を組込ん
だ燃料電池の概略図である。第2図は全デイスク
電極上の酸素還元のための電位の関数として電流
密度を示したグラフである。 10……燃料電池、12……正極室、14……
正極、16……負極、17……負極室。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 正極電極及び負極電極を有し、該正極電極及
    び該負極電極間には、少なくとも一種の電解質と
    トリフルオロメタンスルホン酸を含む溶液が存在
    することを特徴とする、 電池。
JP58082833A 1982-06-30 1983-05-13 電池 Granted JPS599868A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US394013 1982-06-30
US06/394,013 US4397730A (en) 1982-06-30 1982-06-30 Electrolytic cells with alkaline electrolytes containing trifluoromethylane sulfonic acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS599868A JPS599868A (ja) 1984-01-19
JPH0418676B2 true JPH0418676B2 (ja) 1992-03-27

Family

ID=23557177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58082833A Granted JPS599868A (ja) 1982-06-30 1983-05-13 電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4397730A (ja)
EP (1) EP0098376B1 (ja)
JP (1) JPS599868A (ja)
DE (1) DE3374157D1 (ja)

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EP0098376A3 (en) 1985-08-21
EP0098376A2 (en) 1984-01-18
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