JPH056771A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH056771A JPH056771A JP3145026A JP14502691A JPH056771A JP H056771 A JPH056771 A JP H056771A JP 3145026 A JP3145026 A JP 3145026A JP 14502691 A JP14502691 A JP 14502691A JP H056771 A JPH056771 A JP H056771A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- fuel
- fuel cell
- catalyst layer
- oxidizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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】
【目的】電極破損がなく信頼性に優れる燃料電池を得
る。 【構成】酸化剤極と燃料極の電極触媒層につき前者の有
効面積を後者のそれに等しいか小さくする。
る。 【構成】酸化剤極と燃料極の電極触媒層につき前者の有
効面積を後者のそれに等しいか小さくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池の電極に係
り、特に酸化剤極の安定性に優れる燃料電池に関する。
り、特に酸化剤極の安定性に優れる燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換するものであり、その構成は
図９に示すような電極６を例えばリン酸よりなる電解液
層８を挟んで配置し、外部のガス供給系より前記各電極
へ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒
上で燃料ガスまたは酸化剤ガスを電気化学的に反応さ
せ、その結果として系外に電気エネルギーを取り出す発
電装置の一種である。
直接電気エネルギーに変換するものであり、その構成は
図９に示すような電極６を例えばリン酸よりなる電解液
層８を挟んで配置し、外部のガス供給系より前記各電極
へ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒
上で燃料ガスまたは酸化剤ガスを電気化学的に反応さ
せ、その結果として系外に電気エネルギーを取り出す発
電装置の一種である。
【０００３】電極６は多孔質のカーボンよりなる電極基
材４の上に電極触媒層５を付着させて構成される。電極
触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属微粒子１を担持さ
せた触媒粒子７がフッ素樹脂の粒子３により結着されて
形成される。この電極触媒層５の内部では電極基材側か
らのガスと電解液層からの電解液とが接触し、三相界面
が形成され、電気化学反応が進行する。
材４の上に電極触媒層５を付着させて構成される。電極
触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属微粒子１を担持さ
せた触媒粒子７がフッ素樹脂の粒子３により結着されて
形成される。この電極触媒層５の内部では電極基材側か
らのガスと電解液層からの電解液とが接触し、三相界面
が形成され、電気化学反応が進行する。
【０００４】燃料極では、水素ガスの酸化反応が行わ
れ、酸化剤極では、酸素ガスの還元反応が行われる。電
池の運転は、運転効率の面から高温 (約200 ℃) で運転
され、無負荷時に理論電圧が約1.１Ｖの電圧を発生 (燃
料電極側を０基準とした場合、酸化剤極が＋1.１Ｖの電
位を示す) し、定格負荷時には、電圧が0.８Ｖ以下で運
転されている。
れ、酸化剤極では、酸素ガスの還元反応が行われる。電
池の運転は、運転効率の面から高温 (約200 ℃) で運転
され、無負荷時に理論電圧が約1.１Ｖの電圧を発生 (燃
料電極側を０基準とした場合、酸化剤極が＋1.１Ｖの電
位を示す) し、定格負荷時には、電圧が0.８Ｖ以下で運
転されている。
【０００５】燃料極側では、燃料となる水素ガスが三相
界面で、水素イオンと電子になり、水素イオンは電解液
層８中を移動し、また、電子は外部回路を通り対極の酸
化剤極へ到達する。酸化剤極では、三相界面で活性化し
た酸素ガスと燃料極にて発生し、電解液層を移動してき
た水素イオンと外部回路を通ってきた電子が電気化学的
に反応して、水を生成する。
界面で、水素イオンと電子になり、水素イオンは電解液
層８中を移動し、また、電子は外部回路を通り対極の酸
化剤極へ到達する。酸化剤極では、三相界面で活性化し
た酸素ガスと燃料極にて発生し、電解液層を移動してき
た水素イオンと外部回路を通ってきた電子が電気化学的
に反応して、水を生成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池は、先に述べ
たように燃料極と酸化剤極の電気化学的反応によりイオ
ンの移動がおこる。そのため、どちらか一方の極でも反
応が阻害されると、水素イオンの移動が妨げられ、対極
に影響がおよぶようになる。
たように燃料極と酸化剤極の電気化学的反応によりイオ
ンの移動がおこる。そのため、どちらか一方の極でも反
応が阻害されると、水素イオンの移動が妨げられ、対極
に影響がおよぶようになる。
【０００７】例えば、酸化剤極の反応が妨げられると、
燃料極の電位は、水素の電位に近くなる。又、燃料極の
反応が妨げられると、酸化剤極の電位は、酸素の電位に
近くなり、水素基準で＋1.１Ｖの電位に近づくことにな
る。
燃料極の電位は、水素の電位に近くなる。又、燃料極の
反応が妨げられると、酸化剤極の電位は、酸素の電位に
近くなり、水素基準で＋1.１Ｖの電位に近づくことにな
る。
【０００８】ところで、運転温度が160 ℃以上のリン酸
型燃料電池において、電位が0.85Ｖを越えると電極の腐
食電流が増え (図６参照) 、電池特性の劣化が増大する
ことが判っている (図７, 図８参照) 。そのため実際の
燃料電池の運転される200 ℃程度の運転においては、0.
85Ｖを越えないようにしている。しかし、実際の燃料電
池では、図10に示すように酸化剤極の電極触媒層 (三相
界面形成可能部分) が実反応部分 (電解液層を介して燃
料極の接する部分) よりも大きい場合や、燃料極にリザ
ーバ (電極基材に電解液を保持している部分) を付して
いる電池の場合などは、リザーバ部分の燃料極が、保持
電解液によって燃料ガスの拡散阻害を起こし、対極の酸
化剤極へのイオン移動を妨げて、酸化剤極に0.85Ｖをこ
える部分的な高電位部を生じる。このような場合、腐食
により酸化剤極が破壊して電池の性能低下が生じるとい
う問題があった。
型燃料電池において、電位が0.85Ｖを越えると電極の腐
食電流が増え (図６参照) 、電池特性の劣化が増大する
ことが判っている (図７, 図８参照) 。そのため実際の
燃料電池の運転される200 ℃程度の運転においては、0.
85Ｖを越えないようにしている。しかし、実際の燃料電
池では、図10に示すように酸化剤極の電極触媒層 (三相
界面形成可能部分) が実反応部分 (電解液層を介して燃
料極の接する部分) よりも大きい場合や、燃料極にリザ
ーバ (電極基材に電解液を保持している部分) を付して
いる電池の場合などは、リザーバ部分の燃料極が、保持
電解液によって燃料ガスの拡散阻害を起こし、対極の酸
化剤極へのイオン移動を妨げて、酸化剤極に0.85Ｖをこ
える部分的な高電位部を生じる。このような場合、腐食
により酸化剤極が破壊して電池の性能低下が生じるとい
う問題があった。
【０００９】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は酸化剤極が部分的に高電位化することを防止し
て、腐食による電極破壊がなく信頼性に優れる燃料電池
を提供することにある。
目的は酸化剤極が部分的に高電位化することを防止し
て、腐食による電極破壊がなく信頼性に優れる燃料電池
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば酸化剤極と、電解液層と、燃料極とを有し、電解
液層は対向する酸化剤極と燃料極の間にはさまれて、両
電極に電解液を供給し、酸化剤極と燃料極はそれぞれ反
応ガスを拡散させる電極基材上に電極触媒層を有してな
り、酸化剤極の電極触媒層の有効面積をＳ1 、燃料極の
電極触媒層の有効面積をＳ2 とするときにＳ1 とＳ2 が
次式 Ｓ1 ≦Ｓ2 (Ｉ) を満足するとすることにより達成される。ここで反応種
は反応ガスや電解液中のイオンを指す。
よれば酸化剤極と、電解液層と、燃料極とを有し、電解
液層は対向する酸化剤極と燃料極の間にはさまれて、両
電極に電解液を供給し、酸化剤極と燃料極はそれぞれ反
応ガスを拡散させる電極基材上に電極触媒層を有してな
り、酸化剤極の電極触媒層の有効面積をＳ1 、燃料極の
電極触媒層の有効面積をＳ2 とするときにＳ1 とＳ2 が
次式 Ｓ1 ≦Ｓ2 (Ｉ) を満足するとすることにより達成される。ここで反応種
は反応ガスや電解液中のイオンを指す。
【００１１】
【作用】酸化剤極の電極触媒層の有効面積Ｓ1 が燃料極
の電極触媒層の有効面積Ｓ2 と同等かこれより小さい時
は水素イオンの部分的な拡散阻害をおさえることができ
る。
の電極触媒層の有効面積Ｓ2 と同等かこれより小さい時
は水素イオンの部分的な拡散阻害をおさえることができ
る。
【００１２】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図１はこの発明の実施例に係る燃料電池の電極を示
す分解図である。酸化剤極の電極触媒層は一部フッ素樹
脂で処理され反応種拡散防止部となっている。酸素ガス
および水素イオンＨ+ が到達しないので、拡散防止部で
は電極反応がおこらず電位的には定義できない部分とな
る。電極触媒層の有効面積部分においては酸素ガスとＨ
+ イオンが供給され、電極反応が一様におこり電極電位
を低下させる。フッ素樹脂で処理されないとこの部分は
高電位化する。
る。図１はこの発明の実施例に係る燃料電池の電極を示
す分解図である。酸化剤極の電極触媒層は一部フッ素樹
脂で処理され反応種拡散防止部となっている。酸素ガス
および水素イオンＨ+ が到達しないので、拡散防止部で
は電極反応がおこらず電位的には定義できない部分とな
る。電極触媒層の有効面積部分においては酸素ガスとＨ
+ イオンが供給され、電極反応が一様におこり電極電位
を低下させる。フッ素樹脂で処理されないとこの部分は
高電位化する。
【００１３】図２はこの発明の実施例に係る燃料電池の
セル電圧時間依存性10を従来のもの11と対比して示す線
図である。電極の破壊がおこらず信頼性の高い電池とな
っている。
セル電圧時間依存性10を従来のもの11と対比して示す線
図である。電極の破壊がおこらず信頼性の高い電池とな
っている。
【００１４】図３はこの発明の異なる実施例に係る燃料
電池を示す分解斜視図である。電極基材の所定部がフッ
素樹脂処理される。酸化剤極電極触媒層の酸素ガス拡散
を防止する。酸素ガスの拡散が防止されると、この部分
は電極反応がおこらず電極の高電位化が起こらない。
電池を示す分解斜視図である。電極基材の所定部がフッ
素樹脂処理される。酸化剤極電極触媒層の酸素ガス拡散
を防止する。酸素ガスの拡散が防止されると、この部分
は電極反応がおこらず電極の高電位化が起こらない。
【００１５】図４, 図５はこの発明のさらに異なる実施
例に係る燃料電池の電極を示す対応図である。ともに電
極にリザーバを有するが、前者はリザーバが同一サイ
ズ、後者は酸化剤極のリザーバをより大きくして対称に
配置している。リザーバは電解液の貯蔵部であり、反応
ガスの拡散防止部となる。
例に係る燃料電池の電極を示す対応図である。ともに電
極にリザーバを有するが、前者はリザーバが同一サイ
ズ、後者は酸化剤極のリザーバをより大きくして対称に
配置している。リザーバは電解液の貯蔵部であり、反応
ガスの拡散防止部となる。
【００１６】
【発明の効果】この発明によれば酸化剤極と、電解液層
と、燃料極とを有し、電解液層は対向する酸化剤極と燃
料極の間にはさまれて、両電極に電解液を供給し、酸化
剤極と燃料極はそれぞれ反応ガスを拡散させる電極基材
上に電極触媒層を有して、酸化剤極の電極触媒層の有効
面積をＳ1 、燃料極の電極触媒層の有効面積をＳ2 とす
るときにＳ1 とＳ2 が次式 Ｓ1 ≦Ｓ2 (Ｉ) を満足するので、局部的な電極反応の低下が防止され、
その結果局部的な電位上昇がなくなって、電極の破損が
生ぜず、信頼性に優れる燃料電池が得られる。
と、燃料極とを有し、電解液層は対向する酸化剤極と燃
料極の間にはさまれて、両電極に電解液を供給し、酸化
剤極と燃料極はそれぞれ反応ガスを拡散させる電極基材
上に電極触媒層を有して、酸化剤極の電極触媒層の有効
面積をＳ1 、燃料極の電極触媒層の有効面積をＳ2 とす
るときにＳ1 とＳ2 が次式 Ｓ1 ≦Ｓ2 (Ｉ) を満足するので、局部的な電極反応の低下が防止され、
その結果局部的な電位上昇がなくなって、電極の破損が
生ぜず、信頼性に優れる燃料電池が得られる。
【図１】この発明の実施例に係る燃料電池の電極を示す
分解図
分解図
【図２】この発明の実施例に係る燃料電池のセル電圧時
間依存性を従来のものと対比して示す線図
間依存性を従来のものと対比して示す線図
【図３】この発明の異なる実施例に係る燃料電池を示す
分解斜視図
分解斜視図
【図４】この発明のさらに異なる実施例に係る燃料電池
の電極を示す分解図
の電極を示す分解図
【図５】この発明のさらに異なる実施例に係る燃料電池
の電極を示す分解図
の電極を示す分解図
【図６】電極電位および温度と腐食電流の関係を示す線
図
図
【図７】電極電位とセル劣化速度の関係を示す線図
【図８】セル温度とセル劣化速度の関係を示す線図
【図９】燃料電池を示す断面図
【図１０】従来の燃料電池を示し、図10(a) は斜視図、
図10(b) は電極を示す分解図
図10(b) は電極を示す分解図
１ 貴金属微粒子
２ 触媒担体
３ フッ素樹脂粒子
４ 電極基材
５ 電極触媒層
６ 電極
７ 触媒粒子
８ 電解液層
Claims (4)
- 【請求項１】酸化剤極と、電解液層と、燃料極とを有
し、電解液層は対向する酸化剤極と燃料極の間にはさま
れて、両電極に電解液を供給し、酸化剤極と燃料極はそ
れぞれ反応ガスを拡散させる電極基材上に電極触媒層を
有してなり、酸化剤極の電極触媒層の有効面積をＳ1 、
燃料極の電極触媒層の有効面積をＳ2 とするときにＳ1
とＳ2 が次式 Ｓ1 ≦Ｓ2 (Ｉ) を満足することを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の電池において、電極は電極
触媒層の有効面積を決める反応種拡散防止部を有するこ
とを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】請求項２記載の電池において、反応種拡散
防止部は電極触媒層に設けられた充填剤であることを特
徴とする燃料電池。 - 【請求項４】請求項２記載の電池において、反応種拡散
防止部は電極基材に設けられたリザーバであることを特
徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145026A JPH056771A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145026A JPH056771A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH056771A true JPH056771A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=15375708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3145026A Pending JPH056771A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH056771A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004040681A1 (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-13 | Honda Motor Co., Ltd. | 膜一電極構造体及びその製造方法 |
| WO2006019419A3 (en) * | 2004-03-31 | 2006-06-08 | Corning Inc | Fuel cell device with varied active area sizes |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP3145026A patent/JPH056771A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004040681A1 (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-13 | Honda Motor Co., Ltd. | 膜一電極構造体及びその製造方法 |
| WO2006019419A3 (en) * | 2004-03-31 | 2006-06-08 | Corning Inc | Fuel cell device with varied active area sizes |
| US7494732B2 (en) | 2004-03-31 | 2009-02-24 | Corning Incorporated | Fuel cell device with varied active area sizes |
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