JPH1140168A - ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池 - Google Patents
ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池Info
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- JPH1140168A JPH1140168A JP9190131A JP19013197A JPH1140168A JP H1140168 A JPH1140168 A JP H1140168A JP 9190131 A JP9190131 A JP 9190131A JP 19013197 A JP19013197 A JP 19013197A JP H1140168 A JPH1140168 A JP H1140168A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ガス拡散電極中のガス接触面積を増大させつ
つ、反応熱による温度上昇によっても、機能低下する虞
がなく、発電効率の良好なガス拡散電極及び該ガス拡散
電極を用いた燃料電池を提供する。 【構成】アルカリ電解液（ＫＯＨａｑ）を蓄えた電解液
漕としてのアルカリ電解液漕１２の両側には、非伝導性
の電解液保持板１３の両端部１３ａ，１３ａに連結され
て、外壁部としての＋，−電極本体１４，１５が設けら
れている。これらの＋，−電極本体１４，１５は、Ｆｅ
系焼結合金によって構成されて、内部に複数のポーラス
１０…が形成されている。そして、これらの＋，−電極
本体１４，１５内部には、前記活性物質としての酸素を
含む空気及び水素を流通させる電解液漕側通路１６，１
７及び外側通路１８，１９が各々形成されている。
つ、反応熱による温度上昇によっても、機能低下する虞
がなく、発電効率の良好なガス拡散電極及び該ガス拡散
電極を用いた燃料電池を提供する。 【構成】アルカリ電解液（ＫＯＨａｑ）を蓄えた電解液
漕としてのアルカリ電解液漕１２の両側には、非伝導性
の電解液保持板１３の両端部１３ａ，１３ａに連結され
て、外壁部としての＋，−電極本体１４，１５が設けら
れている。これらの＋，−電極本体１４，１５は、Ｆｅ
系焼結合金によって構成されて、内部に複数のポーラス
１０…が形成されている。そして、これらの＋，−電極
本体１４，１５内部には、前記活性物質としての酸素を
含む空気及び水素を流通させる電解液漕側通路１６，１
７及び外側通路１８，１９が各々形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主に、活性物質
である燃料（還元剤）と酸素（酸化剤）とを外部から連
続的に供給することにより、電気エネルギーを取り出す
燃料電池のガス拡散電極に関するものである。
である燃料（還元剤）と酸素（酸化剤）とを外部から連
続的に供給することにより、電気エネルギーを取り出す
燃料電池のガス拡散電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池に用いられるガス拡散電
極としては、図７及び図８に示すようなものが知られて
いる。
極としては、図７及び図８に示すようなものが知られて
いる。
【０００３】このようなものでは、リン酸型燃料電池１
が、Ｐｔ等の触媒層２，２を＋，−電極本体３，４の電
解液漕５側に各々形成すると共に、この＋，−電極本体
３，４では、ガス供給室６，７から供給される酸素８及
び水素９によって各々下記の発電原理に基づいて電力を
発生させる。
が、Ｐｔ等の触媒層２，２を＋，−電極本体３，４の電
解液漕５側に各々形成すると共に、この＋，−電極本体
３，４では、ガス供給室６，７から供給される酸素８及
び水素９によって各々下記の発電原理に基づいて電力を
発生させる。
【０００４】すなわち、燃料及び酸化剤として各々水素
９と酸素８を含む空気とが供給されると、電池反応は、
下記化学式１〜３の様に進行する。
９と酸素８を含む空気とが供給されると、電池反応は、
下記化学式１〜３の様に進行する。
【０００５】
【化学式１】
【０００６】
【化学式２】
【０００７】
【化学式３】 −電極本体４では、燃料である水素７の電気化学的酸化
が、化学式１に示すように進行し、＋電極本体３では、
酸化剤である酸素８の還元が化学式２で示すように進行
する。
が、化学式１に示すように進行し、＋電極本体３では、
酸化剤である酸素８の還元が化学式２で示すように進行
する。
【０００８】全反応は、水素７の燃焼反応として化学式
３で示すように進行する。
３で示すように進行する。
【０００９】この場合、電解液を保持した電解液層５
が、両極の電気的短絡を防ぐ役割も果たしている。
が、両極の電気的短絡を防ぐ役割も果たしている。
【００１０】そして、電解液層５の電解液中では、前記
−電極本体４で生成された水素イオン２Ｈ＋が移動する
ことにより、＋，−電極本体３，４間に電位差が生じて
発電が行われる。
−電極本体４で生成された水素イオン２Ｈ＋が移動する
ことにより、＋，−電極本体３，４間に電位差が生じて
発電が行われる。
【００１１】この際、反応熱が、下記化学式４に示すよ
うに発生する（図６参照）。
うに発生する（図６参照）。
【００１２】
【化学式４】 なお、他のこの種の燃料電池としては、リン酸型燃料電
池が知られている（化学便覧応用化学編第５版（出版元
丸善）参照）。
池が知られている（化学便覧応用化学編第５版（出版元
丸善）参照）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】近年、このようなリン
酸型燃料電池１として、図７に示すように＋，−電極本
体３，４を焼結金属製材料で構成して、内部に形成され
る複数のポーラス１０…によって、ガスとの接触面積を
増大させることにより、発電効率を向上させるものが提
案されている。
酸型燃料電池１として、図７に示すように＋，−電極本
体３，４を焼結金属製材料で構成して、内部に形成され
る複数のポーラス１０…によって、ガスとの接触面積を
増大させることにより、発電効率を向上させるものが提
案されている。
【００１４】しかしながら、このような複数のポーラス
１０…をガス流通孔として用いる電極本体３，４では、
電池反応の進行に伴う反応熱によって、この電極本体
３，４を含めたリン酸型燃料電池１全体に熱が蓄積され
てしまう。
１０…をガス流通孔として用いる電極本体３，４では、
電池反応の進行に伴う反応熱によって、この電極本体
３，４を含めたリン酸型燃料電池１全体に熱が蓄積され
てしまう。
【００１５】このため、図中白抜き矢印ａに示すよう
に、温度上昇によって粘性が低下した電解液漕５内の電
解液が、触媒層２及び＋，−電極本体３，４を通り、ポ
ーラス１０…内を目詰まりさせて機能を低下させてしま
う虞があると共に、ガス供給室６，７方向へ漏出してし
まう虞もあった。
に、温度上昇によって粘性が低下した電解液漕５内の電
解液が、触媒層２及び＋，−電極本体３，４を通り、ポ
ーラス１０…内を目詰まりさせて機能を低下させてしま
う虞があると共に、ガス供給室６，７方向へ漏出してし
まう虞もあった。
【００１６】また、酸素８及び水素９等の反応ガスは、
温度上昇によって流動抵抗を増大させることが知られて
いる。このため、前記ポーラス１０…内をこれらのガス
が流通しにくくなり、この点においても、発電効率が低
下してしまう虞があった。
温度上昇によって流動抵抗を増大させることが知られて
いる。このため、前記ポーラス１０…内をこれらのガス
が流通しにくくなり、この点においても、発電効率が低
下してしまう虞があった。
【００１７】そこで、この発明は、ガス拡散電極中のガ
ス接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上昇によ
っても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好なガス
拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池を提供す
ることを課題としている。
ス接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上昇によ
っても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好なガス
拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池を提供す
ることを課題としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本願発明の請求項１に記載されたものでは、活性物質を
外部から連続的に供給することにより、電解液漕を挟ん
で少なくとも一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーを取り出す燃料電池のガス拡散電極であって、前記電
極本体は、Ｆｅ系焼結合金によって構成されると共に、
内部に前記活性物質を流通させる通路を形成するガス拡
散電極を特徴としている。
本願発明の請求項１に記載されたものでは、活性物質を
外部から連続的に供給することにより、電解液漕を挟ん
で少なくとも一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーを取り出す燃料電池のガス拡散電極であって、前記電
極本体は、Ｆｅ系焼結合金によって構成されると共に、
内部に前記活性物質を流通させる通路を形成するガス拡
散電極を特徴としている。
【００１９】ここで、活性物質とは、例えば、酸素及び
水素等の反応ガスである。
水素等の反応ガスである。
【００２０】このように構成された請求項１記載のもの
では、電極本体の内部に形成された通路が、燃料側のガ
ス等の活性物質を前記電解液漕が配設されている側に流
通させる。
では、電極本体の内部に形成された通路が、燃料側のガ
ス等の活性物質を前記電解液漕が配設されている側に流
通させる。
【００２１】このため、酸化、還元反応が進行して、電
解質を挟んで一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーが取り出される。
解質を挟んで一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーが取り出される。
【００２２】前記電極本体は、Ｆｅ系焼結合金によって
構成されるので、所定の剛性を容易に至現出来、耐久性
が良好であると共に、温度上昇によって粘性が低下した
電解液漕内の電解液が、電極本体内に侵入しても、通路
内の活性物質の流通を妨げることはない。
構成されるので、所定の剛性を容易に至現出来、耐久性
が良好であると共に、温度上昇によって粘性が低下した
電解液漕内の電解液が、電極本体内に侵入しても、通路
内の活性物質の流通を妨げることはない。
【００２３】従って、広い面積で活性物質が、通路表面
を介して電解液と接触して、良好な発電効率を得られ
る。
を介して電解液と接触して、良好な発電効率を得られ
る。
【００２４】また、請求項２に記載されたものでは、前
記電極本体の電解液漕側側面には、触媒層が設けられて
いる請求項１記載のガス拡散電極を特徴としている。
記電極本体の電解液漕側側面には、触媒層が設けられて
いる請求項１記載のガス拡散電極を特徴としている。
【００２５】このように構成された請求項２記載のもの
では、例えば、Ｐｔ等の触媒層の裏面側まで、前記電極
本体内の通路を流通する活性物質が行き渡るので、更
に、発電効率を良好なものとすることが出来る。
では、例えば、Ｐｔ等の触媒層の裏面側まで、前記電極
本体内の通路を流通する活性物質が行き渡るので、更
に、発電効率を良好なものとすることが出来る。
【００２６】そして、請求項３に記載されたものでは、
前記通路の活性物質接触側表面には、凹凸状のフィンが
形成されている各請求項１又は２記載のガス拡散電極を
特徴としている。
前記通路の活性物質接触側表面には、凹凸状のフィンが
形成されている各請求項１又は２記載のガス拡散電極を
特徴としている。
【００２７】このように構成された請求項３記載のもの
では、前記通路の活性物質接触側表面に形成された凹凸
状のフィンが、活性物質との接触面積を増大させると共
に、通過する活性物質によって、該ガス拡散電極が冷却
されるので、温度の上昇が抑制される。
では、前記通路の活性物質接触側表面に形成された凹凸
状のフィンが、活性物質との接触面積を増大させると共
に、通過する活性物質によって、該ガス拡散電極が冷却
されるので、温度の上昇が抑制される。
【００２８】このため、発電効率を良好な状態に保持す
ることが出来る。
ることが出来る。
【００２９】更に、請求項４に記載されたものでは、前
記通路を電解液漕側通路及び外側通路に分離して少なく
とも２系統設けると共に、該電解液漕側通路間から前記
外側通路が、前記電解液漕側面に対向するように、両通
路を交互に形成し、しかも、前記電解液漕側通路には、
リークした電解液を再び該電解液漕内に環流する排水手
段を設けた各請求項１乃至３記載のガス拡散電極を特徴
としている。
記通路を電解液漕側通路及び外側通路に分離して少なく
とも２系統設けると共に、該電解液漕側通路間から前記
外側通路が、前記電解液漕側面に対向するように、両通
路を交互に形成し、しかも、前記電解液漕側通路には、
リークした電解液を再び該電解液漕内に環流する排水手
段を設けた各請求項１乃至３記載のガス拡散電極を特徴
としている。
【００３０】このように構成された請求項４記載のもの
では、少なくとも２系統設けられた通路のうち、電解液
漕側通路に設けられた排水手段が、前記電解液漕内から
該電極本体内へ侵入する電解液を再び該電解液漕内に環
流する。
では、少なくとも２系統設けられた通路のうち、電解液
漕側通路に設けられた排水手段が、前記電解液漕内から
該電極本体内へ侵入する電解液を再び該電解液漕内に環
流する。
【００３１】このため、リークした電解液が、該電解液
漕側通路よりも外方へ浸出する虞が減少する。
漕側通路よりも外方へ浸出する虞が減少する。
【００３２】また、前記電解液側通路で阻止され、ほと
んど電解液の侵入することのない外側通路が、電解液漕
側通路間から、前記電解液漕側面に対向する位置に設け
られているので、更に、該電極本体の容積当たりの電解
液と、活性物質との接触面積を増大させて、良好な発電
効率を保持できる。
んど電解液の侵入することのない外側通路が、電解液漕
側通路間から、前記電解液漕側面に対向する位置に設け
られているので、更に、該電極本体の容積当たりの電解
液と、活性物質との接触面積を増大させて、良好な発電
効率を保持できる。
【００３３】そして、請求項５に記載されたものでは、
前記Ｆｅ系焼結合金で構成された電極本体に、有機溶剤
を含浸させて前記活性物質及び電解液の浸出を阻止する
外壁部を形成する各請求項１乃至４記載のガス拡散電極
を特徴としている。
前記Ｆｅ系焼結合金で構成された電極本体に、有機溶剤
を含浸させて前記活性物質及び電解液の浸出を阻止する
外壁部を形成する各請求項１乃至４記載のガス拡散電極
を特徴としている。
【００３４】このように構成された請求項５記載のもの
では、外壁部では、有機溶剤を含浸させて内部に形成さ
れたポーラスが目詰まりしている。このため、前記活性
物質及び電解液の浸出は、該外壁部で阻止されて前記活
性物質及び電解液の漏出を簡易な構成で阻止出来る。
では、外壁部では、有機溶剤を含浸させて内部に形成さ
れたポーラスが目詰まりしている。このため、前記活性
物質及び電解液の浸出は、該外壁部で阻止されて前記活
性物質及び電解液の漏出を簡易な構成で阻止出来る。
【００３５】また、請求項６に記載されたものでは、前
記ガス拡散電極本体によって構成される外壁部を有する
ことを特徴とする燃料電池を特徴としている。
記ガス拡散電極本体によって構成される外壁部を有する
ことを特徴とする燃料電池を特徴としている。
【００３６】このように構成された請求項６記載のもの
では、外壁部が前記ガス拡散電極本体で構成されている
ので、スペース効率が良好であると共に、ガス拡散電極
中のガス接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上
昇によっても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好
なガス拡散電極を用いた燃料電池を提供出来る。
では、外壁部が前記ガス拡散電極本体で構成されている
ので、スペース効率が良好であると共に、ガス拡散電極
中のガス接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上
昇によっても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好
なガス拡散電極を用いた燃料電池を提供出来る。
【００３７】
【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施の形態１に
ついて、図面を参照しつつ説明する。なお、従来例と同
一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明す
る。
ついて、図面を参照しつつ説明する。なお、従来例と同
一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明す
る。
【００３８】図１及び図２は、この発明の実施の形態１
のガス拡散電極を用いた燃料電池１１を示すもので、ま
ず構成を説明すると、アルカリ電解液（ＫＯＨａｑ）を
蓄えた電解液漕としてのアルカリ電解液漕１２の両側に
は、非伝導性の電解液保持板１３の両端部１３ａ，１３
ａに連結されて、外壁部としての＋，−電極本体１４，
１５が設けられている。
のガス拡散電極を用いた燃料電池１１を示すもので、ま
ず構成を説明すると、アルカリ電解液（ＫＯＨａｑ）を
蓄えた電解液漕としてのアルカリ電解液漕１２の両側に
は、非伝導性の電解液保持板１３の両端部１３ａ，１３
ａに連結されて、外壁部としての＋，−電極本体１４，
１５が設けられている。
【００３９】これらの＋，−電極本体１４，１５は、Ｆ
ｅ系焼結合金によって構成されて、内部に複数のポーラ
ス１０…が形成されている。
ｅ系焼結合金によって構成されて、内部に複数のポーラ
ス１０…が形成されている。
【００４０】そして、これらの＋，−電極本体１４，１
５内部には、前記活性物質としての酸素を含む空気及び
水素を流通させる電解液漕側通路１６，１７及び外側通
路１８，１９が各々形成されている。
５内部には、前記活性物質としての酸素を含む空気及び
水素を流通させる電解液漕側通路１６，１７及び外側通
路１８，１９が各々形成されている。
【００４１】このうち、＋電極本体１４内の２系統に分
離されて、各々酸素を送通する電解液漕側通路１６及び
外側通路１８は、図４に示すように、入口部１６ａ，１
８ａから出口部１６ｂ，１８ｂに至るまで、蛇行するよ
うに形成されている。
離されて、各々酸素を送通する電解液漕側通路１６及び
外側通路１８は、図４に示すように、入口部１６ａ，１
８ａから出口部１６ｂ，１８ｂに至るまで、蛇行するよ
うに形成されている。
【００４２】前記−電極本体１５内に設けられた２系統
に分離されて、各々水素を送通する電解液漕側通路１７
及び外側通路１９も略同様に、この−電極本体１５内で
入口部から出口部に至るまで蛇行するように構成されて
いる。
に分離されて、各々水素を送通する電解液漕側通路１７
及び外側通路１９も略同様に、この−電極本体１５内で
入口部から出口部に至るまで蛇行するように構成されて
いる。
【００４３】また、＋，−電極本体１４，１５内では、
各蛇行した電解液漕側通路１６，１７間から前記外側通
路１８，１９が、前記電解液漕側面２０，２１に対向す
るように、両通路１６，１８及び１７，１９を交互に形
成している。
各蛇行した電解液漕側通路１６，１７間から前記外側通
路１８，１９が、前記電解液漕側面２０，２１に対向す
るように、両通路１６，１８及び１７，１９を交互に形
成している。
【００４４】そして、この各通路１６，１８及び１７，
１９の活性物質接触側表面には、図２に示すように、凹
凸状のフィン２４…が、略全面に渡って形成されてい
る。
１９の活性物質接触側表面には、図２に示すように、凹
凸状のフィン２４…が、略全面に渡って形成されてい
る。
【００４５】この電解液漕側面２０，２１には、前記Ｐ
ｔ等の触媒層２，２が各々塗布，吹き付け又はメッキ等
を施すことにより形成されている。
ｔ等の触媒層２，２が各々塗布，吹き付け又はメッキ等
を施すことにより形成されている。
【００４６】また、前記電解液漕側通路１６，１７に
は、これらの触媒層２，２及び電解液漕側面２０，２１
を挿通してリークした電解液を再び前記電解液漕１２内
に環流する排水手段としてのポンプ２２，２３が設けら
れている。
は、これらの触媒層２，２及び電解液漕側面２０，２１
を挿通してリークした電解液を再び前記電解液漕１２内
に環流する排水手段としてのポンプ２２，２３が設けら
れている。
【００４７】このポンプ２２，２３の取水孔２２ａ，２
３ａは、前記電解液漕側通路１６，１７の最下列１６
ｃ，１７ｃに臨ませると共に、吐出口２２ｂ，２３ｂ
を、前記電解液漕１２内に臨ませれて構成されている。
３ａは、前記電解液漕側通路１６，１７の最下列１６
ｃ，１７ｃに臨ませると共に、吐出口２２ｂ，２３ｂ
を、前記電解液漕１２内に臨ませれて構成されている。
【００４８】更に、この実施の形態１では、前記Ｆｅ系
焼結合金で構成された電極本体１４，１５を、図１に示
すように、各々外壁部２５を構成する断面略コ字状の外
壁部焼結合金１４ａ，１５ａ及びこの外壁部焼結合金１
４ａ，１５ａ内側に配設される漕側焼結合金１４ｂ，１
５ｂとから構成している。
焼結合金で構成された電極本体１４，１５を、図１に示
すように、各々外壁部２５を構成する断面略コ字状の外
壁部焼結合金１４ａ，１５ａ及びこの外壁部焼結合金１
４ａ，１５ａ内側に配設される漕側焼結合金１４ｂ，１
５ｂとから構成している。
【００４９】このうち、前記外壁部焼結合金１４ａ，１
５ａには、有機溶剤２７を含浸させることにより、前記
ポーラス１０…を目詰まりさせて前記水素，酸素等の活
性物質及び電解液の浸出を阻止するように構成してい
る。
５ａには、有機溶剤２７を含浸させることにより、前記
ポーラス１０…を目詰まりさせて前記水素，酸素等の活
性物質及び電解液の浸出を阻止するように構成してい
る。
【００５０】また、前記外側通路１８，１９は、これら
の外壁部焼結合金１４ａ及び漕側焼結合金１４ｂ、外壁
側焼結合金１５ａ及び漕側焼結合金１５ｂとの組み合わ
せ部分に位置して各側壁を、各々の合金１４ａ，１４ｂ
及び１４ｂ，１５ｂによって構成するようにしている。
の外壁部焼結合金１４ａ及び漕側焼結合金１４ｂ、外壁
側焼結合金１５ａ及び漕側焼結合金１５ｂとの組み合わ
せ部分に位置して各側壁を、各々の合金１４ａ，１４ｂ
及び１４ｂ，１５ｂによって構成するようにしている。
【００５１】そして、これらの電極本体１４，１５間に
は、負荷としての電球２６等が接続されている。
は、負荷としての電球２６等が接続されている。
【００５２】次に、この実施の形態１のガス拡散電極を
用いた燃料電池１１の作用について説明する。
用いた燃料電池１１の作用について説明する。
【００５３】燃料及び酸化剤として各々水素９と酸素８
を含む空気とが供給されると、電池反応は、下記化学式
１〜３の様に進行する。
を含む空気とが供給されると、電池反応は、下記化学式
１〜３の様に進行する。
【００５４】
【化学式１】
【００５５】
【化学式２】
【００５６】
【化学式３】 −電極本体１５では、図５中（ａ）に示すように、燃料
である水素７の電気化学的酸化が、化学式１に示すよう
に進行し、＋電極本体１４では、酸化剤である酸素８の
還元が化学式２で示すように進行する。
である水素７の電気化学的酸化が、化学式１に示すよう
に進行し、＋電極本体１４では、酸化剤である酸素８の
還元が化学式２で示すように進行する。
【００５７】全反応は、水素７の燃焼反応として化学式
３で示すように進行する。
３で示すように進行する。
【００５８】この際、各＋，−電極本体１４，１５の内
部に形成された各通路１６〜１９が、燃料側の酸素８を
含む空気及び水素ガス９等の活性物質を前記電解液漕１
２が配設されている側に流通させる。
部に形成された各通路１６〜１９が、燃料側の酸素８を
含む空気及び水素ガス９等の活性物質を前記電解液漕１
２が配設されている側に流通させる。
【００５９】前記各電極本体１４，１５は、Ｆｅ系焼結
合金によって構成されるので、所定の剛性を容易に至現
出来、耐久性が良好であると共に、温度上昇によって粘
性が低下した電解液漕１２内の電解液が、電極本体１
４，１５内に侵入しても、各通路１６〜１９は、充分広
い流通断面積を有しているので、例えば、電解液層側通
路１７が全て没してしまうほど電解液が侵入する虞が無
く、活性物質の流通が妨げられることはない。
合金によって構成されるので、所定の剛性を容易に至現
出来、耐久性が良好であると共に、温度上昇によって粘
性が低下した電解液漕１２内の電解液が、電極本体１
４，１５内に侵入しても、各通路１６〜１９は、充分広
い流通断面積を有しているので、例えば、電解液層側通
路１７が全て没してしまうほど電解液が侵入する虞が無
く、活性物質の流通が妨げられることはない。
【００６０】従って、通路表面を介して広い面積で活性
物質が、電解液と接触する。
物質が、電解液と接触する。
【００６１】更に、前記通路の活性物質接触側表面に形
成された凹凸状のフィン２４…が、活性物質との接触面
積を増大させると共に、通過する活性物質によって、ガ
ス拡散電極本体１４，１５が冷却されるので、温度の上
昇が抑制される。
成された凹凸状のフィン２４…が、活性物質との接触面
積を増大させると共に、通過する活性物質によって、ガ
ス拡散電極本体１４，１５が冷却されるので、温度の上
昇が抑制される。
【００６２】このため、電解液の粘性の低下が抑制され
て、電極本体１４，１５内の流通量が増大しにくいと共
に、ポーラス１０を介して各活性物質の流動抵抗の増大
も抑制されて、発電効率を良好な状態に保持することが
出来る。
て、電極本体１４，１５内の流通量が増大しにくいと共
に、ポーラス１０を介して各活性物質の流動抵抗の増大
も抑制されて、発電効率を良好な状態に保持することが
出来る。
【００６３】また、Ｐｔ等の触媒層２の裏面側まで、前
記電極本体１４，１５内の各通路１６〜１９を流通する
活性物質が行き渡るので、更に、発電効率を良好なもの
とすることが出来る。
記電極本体１４，１５内の各通路１６〜１９を流通する
活性物質が行き渡るので、更に、発電効率を良好なもの
とすることが出来る。
【００６４】更に、少なくとも２系統設けられた通路の
うち、電解液漕側通路１６，１７の最下列１６ｃ，１７
ｃに設けられたポンプ２２，２３取水孔２２ａ，２３ａ
が、前記電解液漕１２内から電極本体１４，１５内へ侵
入した電解液を吸い上げて、前記吐出孔２２ｂ，２３ｂ
から再び電解液漕１２内に各々環流する。
うち、電解液漕側通路１６，１７の最下列１６ｃ，１７
ｃに設けられたポンプ２２，２３取水孔２２ａ，２３ａ
が、前記電解液漕１２内から電極本体１４，１５内へ侵
入した電解液を吸い上げて、前記吐出孔２２ｂ，２３ｂ
から再び電解液漕１２内に各々環流する。
【００６５】このため、リークした電解液が、電解液漕
側通路１６，１７よりも外方へ浸出する虞が減少する。
側通路１６，１７よりも外方へ浸出する虞が減少する。
【００６６】また、図５中（ａ）に示すように、前記電
解液側通路１６，１７で阻止され、電解液がほとんど侵
入することのない外側通路１８，１９を、電解液漕側通
路１６，１６間及び１７，１７間から、前記電解液漕側
面２２に対向する位置に設けられているので、外側通路
１８，１９の活性物質が、図５（ｂ）中白抜き矢印に示
すように電解液側通路１６，１７に遮られること無く、
図５（ａ）中白抜き矢印に示すように、触媒層２裏面側
まで到達し、更に、＋，−電極本体１４，１５の容積当
たりの電解液と、活性物質との接触面積を長いストロー
クで確保して増大させて、良好な発電効率を保持でき
る。
解液側通路１６，１７で阻止され、電解液がほとんど侵
入することのない外側通路１８，１９を、電解液漕側通
路１６，１６間及び１７，１７間から、前記電解液漕側
面２２に対向する位置に設けられているので、外側通路
１８，１９の活性物質が、図５（ｂ）中白抜き矢印に示
すように電解液側通路１６，１７に遮られること無く、
図５（ａ）中白抜き矢印に示すように、触媒層２裏面側
まで到達し、更に、＋，−電極本体１４，１５の容積当
たりの電解液と、活性物質との接触面積を長いストロー
クで確保して増大させて、良好な発電効率を保持でき
る。
【００６７】そして、外壁部２５を構成する外壁部焼結
合金１４ａ，１５ａでは、有機溶剤を含浸させて内部に
形成されたポーラス１０…が目詰まりしている。このた
め、前記活性物質及び電解液の浸出は、この外壁部２５
で阻止されて前記活性物質及び電解液の漏出を、他の容
器等を用いて外周壁面を覆うように構成する等の複雑な
構成を使用しなくても簡易な構成で阻止出来る。
合金１４ａ，１５ａでは、有機溶剤を含浸させて内部に
形成されたポーラス１０…が目詰まりしている。このた
め、前記活性物質及び電解液の浸出は、この外壁部２５
で阻止されて前記活性物質及び電解液の漏出を、他の容
器等を用いて外周壁面を覆うように構成する等の複雑な
構成を使用しなくても簡易な構成で阻止出来る。
【００６８】また、外壁部２５が前記ガス拡散電極本体
１４，１５で構成されているので、他の容器等の電解液
保持部材を用いることなく構成出来、部品点数の増大が
抑制されてスペース効率が良好であると共に、重量の増
大も抑制される。
１４，１５で構成されているので、他の容器等の電解液
保持部材を用いることなく構成出来、部品点数の増大が
抑制されてスペース効率が良好であると共に、重量の増
大も抑制される。
【００６９】また、直接、ガス拡散電極本体１４，１５
の外壁部焼結合金１４ａ，１５ａが外壁部２５として外
部に露出しているので、放熱効率も良好である。
の外壁部焼結合金１４ａ，１５ａが外壁部２５として外
部に露出しているので、放熱効率も良好である。
【００７０】従って、反応熱が、下記化学式４に示すよ
うに発生しても（図６参照）、
うに発生しても（図６参照）、
【００７１】
【化学式４】 通過する活性物質によって、該ガス拡散電極が冷却され
るのに加えて更に、温度の上昇が抑制される。このた
め、発電効率を良好に維持できる。
るのに加えて更に、温度の上昇が抑制される。このた
め、発電効率を良好に維持できる。
【００７２】上述してきたように、良好な発電効率を維
持しつつ、酸化、還元反応が進行して、電解質を挟んで
一対設けられた電極本体から電気エネルギーが取り出さ
れる。 すなわち、電解液漕１２の電解液中では、前記
−電極本体１５で生成された水素イオン２Ｈ＋が移動す
ることにより、＋，−電極本体１４，１５間に電位差が
生じて発電が行われ、電球２６が点灯する。
持しつつ、酸化、還元反応が進行して、電解質を挟んで
一対設けられた電極本体から電気エネルギーが取り出さ
れる。 すなわち、電解液漕１２の電解液中では、前記
−電極本体１５で生成された水素イオン２Ｈ＋が移動す
ることにより、＋，−電極本体１４，１５間に電位差が
生じて発電が行われ、電球２６が点灯する。
【００７３】以上、この発明の形態１を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの形態１に限らず、この
発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても
この発明に含まれる。
してきたが、具体的な構成はこの形態１に限らず、この
発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても
この発明に含まれる。
【００７４】例えば、前記実施の形態１では、電極本体
１６，１８のマトリックス層側に、Ｐｔ触媒層を設けて
いるが、特にこれに限らず、例えば、電極本体を焼結形
成する際にＰｔ触媒を電極本体に混入させて一体に形成
する等、電極本体にＰｔ触媒を設けるものであるなら
ば、一体となる形状、混入率等がどのような構成であっ
てもよい。
１６，１８のマトリックス層側に、Ｐｔ触媒層を設けて
いるが、特にこれに限らず、例えば、電極本体を焼結形
成する際にＰｔ触媒を電極本体に混入させて一体に形成
する等、電極本体にＰｔ触媒を設けるものであるなら
ば、一体となる形状、混入率等がどのような構成であっ
てもよい。
【００７５】また、前記実施の形態１では、アルカリ性
電解液漕１２が設けられているが、特にこれに限らず、
例えば、前記ゲル状酸性電解液漕１２の電極本体１４，
１５側に、高濃度のゲル状アルカリ性電解液漕を介在さ
せてもよく、また、前記高濃度層と、高濃度のゲル状酸
性電解液漕とを併用してもよい。
電解液漕１２が設けられているが、特にこれに限らず、
例えば、前記ゲル状酸性電解液漕１２の電極本体１４，
１５側に、高濃度のゲル状アルカリ性電解液漕を介在さ
せてもよく、また、前記高濃度層と、高濃度のゲル状酸
性電解液漕とを併用してもよい。
【００７６】更に、この実施の形態１では、リン酸水溶
液を電解質とするリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）に近似
したものを用いて説明してきたが、特にこれに限らず、
例えば、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）のように、電解
質に２５〜５０％濃度のＫＯＨ水溶液）をアスベストマ
トリックスに含浸させたものを用いて、電極触媒にニッ
ケルや銀等を用いるものや、また、溶融炭酸塩型燃料電
池（ＭＣＦＣ）のように、炭酸リチウムと炭酸カリウム
の混合物（約６０：４０のモル比）を６００度以上で融
解したものを、アルミン酸リチウム等のセラミックス等
の電解質マトリックスに含浸させたものや、或いは、高
温固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）のように、導電性
固体酸化物である酸化カルシュウムＣａＯや酸化イット
リウムＹ2Ｏ2などの２価または３価の金属酸化物を少量
固溶した酸化ジルコニウムＺｒＯ2（ジルコニア）を電
解質とするものであってもよい。
液を電解質とするリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）に近似
したものを用いて説明してきたが、特にこれに限らず、
例えば、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）のように、電解
質に２５〜５０％濃度のＫＯＨ水溶液）をアスベストマ
トリックスに含浸させたものを用いて、電極触媒にニッ
ケルや銀等を用いるものや、また、溶融炭酸塩型燃料電
池（ＭＣＦＣ）のように、炭酸リチウムと炭酸カリウム
の混合物（約６０：４０のモル比）を６００度以上で融
解したものを、アルミン酸リチウム等のセラミックス等
の電解質マトリックスに含浸させたものや、或いは、高
温固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）のように、導電性
固体酸化物である酸化カルシュウムＣａＯや酸化イット
リウムＹ2Ｏ2などの２価または３価の金属酸化物を少量
固溶した酸化ジルコニウムＺｒＯ2（ジルコニア）を電
解質とするものであってもよい。
【００７７】前記ＭＣＦＣ及びＳＯＦＣのような電解質
を用いる場合には、燃料として、水素７の他に、二酸化
炭素や炭化水素を用いることが出来るのは、従来周知の
通りである。
を用いる場合には、燃料として、水素７の他に、二酸化
炭素や炭化水素を用いることが出来るのは、従来周知の
通りである。
【００７８】また、Ｐｔ等によって構成される触媒層
２，２を用いて説明してきたが特にこれに限らず、例え
ば、Ｎｉ，若しくはＡｇ等によって構成される触媒層で
あってもよい。
２，２を用いて説明してきたが特にこれに限らず、例え
ば、Ｎｉ，若しくはＡｇ等によって構成される触媒層で
あってもよい。
【００７９】更に、この実施の形態１では、２系統の通
路１６，１８及び１７，１９を前記各＋，−電極本体１
４，１５内に形成しているが、特にこれに限らず、例え
ば、単数或いは３系統以上の活性物質を送通する通路を
交互に形成する等、形状，数量，相対位置が限定される
ものではない。
路１６，１８及び１７，１９を前記各＋，−電極本体１
４，１５内に形成しているが、特にこれに限らず、例え
ば、単数或いは３系統以上の活性物質を送通する通路を
交互に形成する等、形状，数量，相対位置が限定される
ものではない。
【００８０】そして、電極本体１４，１５の数量につい
ても、一対の前記＋，−電極本体１４，１５であること
に限定されるものではなく、複数の＋，−電極本体を交
互に積層するように構成する等、少なくとも、何れか一
つの電極本体１４，１５内に活性物質を送通する通路を
形成するものであるならばよい。
ても、一対の前記＋，−電極本体１４，１５であること
に限定されるものではなく、複数の＋，−電極本体を交
互に積層するように構成する等、少なくとも、何れか一
つの電極本体１４，１５内に活性物質を送通する通路を
形成するものであるならばよい。
【００８１】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明の請
求項１記載のものによれば、電極本体の内部に形成され
た通路が、燃料側のガス等の活性物質を前記電解液漕が
配設されている側に流通させる。
求項１記載のものによれば、電極本体の内部に形成され
た通路が、燃料側のガス等の活性物質を前記電解液漕が
配設されている側に流通させる。
【００８２】このため、酸化、還元反応が進行して、電
解質を挟んで一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーが取り出される。
解質を挟んで一対設けられた電極本体から電気エネルギ
ーが取り出される。
【００８３】前記電極本体は、Ｆｅ系焼結合金によって
構成されるので、所定の剛性を容易に至現出来、耐久性
が良好であると共に、温度上昇によって粘性が低下した
電解液漕内の電解液が、電極本体内に侵入しても、通路
内の活性物質の流通を妨げることはない。
構成されるので、所定の剛性を容易に至現出来、耐久性
が良好であると共に、温度上昇によって粘性が低下した
電解液漕内の電解液が、電極本体内に侵入しても、通路
内の活性物質の流通を妨げることはない。
【００８４】従って、広い面積で活性物質が、通路表面
を介して電解液と接触して、良好な発電効率を得られ
る。
を介して電解液と接触して、良好な発電効率を得られ
る。
【００８５】また、請求項２に記載されたものでは、例
えば、Ｐｔ等の触媒層の裏面側まで、前記電極本体内の
通路を流通する活性物質が行き渡るので、更に、発電効
率を良好なものとすることが出来る。
えば、Ｐｔ等の触媒層の裏面側まで、前記電極本体内の
通路を流通する活性物質が行き渡るので、更に、発電効
率を良好なものとすることが出来る。
【００８６】そして、請求項３に記載されたものでは、
前記通路の活性物質接触側表面に形成された凹凸状のフ
ィンが、活性物質との接触面積を増大させると共に、通
過する活性物質によって、該ガス拡散電極が冷却される
ので、温度の上昇が抑制される。
前記通路の活性物質接触側表面に形成された凹凸状のフ
ィンが、活性物質との接触面積を増大させると共に、通
過する活性物質によって、該ガス拡散電極が冷却される
ので、温度の上昇が抑制される。
【００８７】このため、発電効率を良好な状態に保持す
ることが出来る。
ることが出来る。
【００８８】更に、請求項４に記載されたものでは、少
なくとも２系統設けられた通路のうち、電解液漕側通路
に設けられた排水手段が、前記電解液漕内から該電極本
体内へ侵入する電解液を再び該電解液漕内に環流する。
なくとも２系統設けられた通路のうち、電解液漕側通路
に設けられた排水手段が、前記電解液漕内から該電極本
体内へ侵入する電解液を再び該電解液漕内に環流する。
【００８９】このため、リークした電解液が、該電解液
漕側通路よりも外方へ浸出する虞が減少する。
漕側通路よりも外方へ浸出する虞が減少する。
【００９０】また、前記電解液側通路で阻止され、ほと
んど電解液の侵入することのない外側通路が、電解液漕
側通路間から、前記電解液漕側面に対向する位置に設け
られているので、更に、該電極本体の容積当たりの電解
液と、活性物質との接触面積を増大させて、良好な発電
効率を保持できる。
んど電解液の侵入することのない外側通路が、電解液漕
側通路間から、前記電解液漕側面に対向する位置に設け
られているので、更に、該電極本体の容積当たりの電解
液と、活性物質との接触面積を増大させて、良好な発電
効率を保持できる。
【００９１】そして、請求項５に記載されたものでは、
外壁部では、有機溶剤を含浸させて内部に形成されたポ
ーラスが目詰まりしている。このため、前記活性物質及
び電解液の浸出は、該外壁部で阻止されて前記活性物質
及び電解液の漏出を簡易な構成で阻止出来る。
外壁部では、有機溶剤を含浸させて内部に形成されたポ
ーラスが目詰まりしている。このため、前記活性物質及
び電解液の浸出は、該外壁部で阻止されて前記活性物質
及び電解液の漏出を簡易な構成で阻止出来る。
【００９２】また、請求項６に記載されたものでは、外
壁部が前記ガス拡散電極本体で構成されているので、ス
ペース効率が良好であると共に、ガス拡散電極中のガス
接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上昇によっ
ても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好なガス拡
散電極を用いた燃料電池を提供出来る、という実用上有
益な効果を発揮する。
壁部が前記ガス拡散電極本体で構成されているので、ス
ペース効率が良好であると共に、ガス拡散電極中のガス
接触面積を増大させつつ、反応熱による温度上昇によっ
ても、機能低下する虞がなく、発電効率の良好なガス拡
散電極を用いた燃料電池を提供出来る、という実用上有
益な効果を発揮する。
【図１】本発明の実施の形態１のガス拡散電極及び該ガ
ス拡散電極を用いた燃料電池を示し、図３中Ｙ−Ｙ線に
沿った位置に相当する断面図である。
ス拡散電極を用いた燃料電池を示し、図３中Ｙ−Ｙ線に
沿った位置に相当する断面図である。
【図２】実施の形態１のガス拡散電極を示し、要部の構
成を説明する拡大断面図である。
成を説明する拡大断面図である。
【図３】実施の形態１のガス拡散電極及び該ガス拡散電
極を用いた燃料電池を示す平面図である。
極を用いた燃料電池を示す平面図である。
【図４】実施の形態１のガス拡散電極及び該ガス拡散電
極を用いた燃料電池を示す側面図である。
極を用いた燃料電池を示す側面図である。
【図５】実施の形態１のガス拡散電極本体内のガス拡散
過程を模式的に示し、（ａ）は、通路を交互に形成した
場合を、又、（ｂ）は、通路を重複させて形成した場合
を示す拡大模式図である。
過程を模式的に示し、（ａ）は、通路を交互に形成した
場合を、又、（ｂ）は、通路を重複させて形成した場合
を示す拡大模式図である。
【図６】反応熱の発生過程を説明するグラフ図である。
【図７】ガス拡散電極を用いた燃料電池の構成を説明す
る分解斜視図である。
る分解斜視図である。
【図８】従来例の燃料電池を示し、発電原理を説明する
模式図である。
模式図である。
１１ 燃料電池 １２ アルカリ電解液漕（電解液漕） １３ 電解液保持板 １４ ＋電極本体 １４ａ 外壁部焼結合金 １４ｂ 漕側焼結合金 １５ −電極本体 １５ａ 外壁部焼結合金 １５ｂ 漕側焼結合金 １６ 電解液漕側通路（酸素） １７ 電解液漕側通路（水素） １８ 外側通路（酸素） １９ 外側通路（酸素） ２２，２３ ポンプ（排水手段） ２４ フィン ２５ 外壁部 ２７ 有機溶剤
Claims (6)
- 【請求項１】活性物質を外部から連続的に供給すること
により、電解液漕を挟んで少なくとも一対設けられた電
極本体から電気エネルギーを取り出す燃料電池のガス拡
散電極であって、 前記電極本体は、Ｆｅ系焼結合金によって構成されると
共に、内部に前記活性物質を流通させる通路を形成する
ことを特徴するガス拡散電極。 - 【請求項２】前記電極本体の電解液漕側側面には、触媒
層が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガ
ス拡散電極。 - 【請求項３】前記通路の活性物質接触側表面には、凹凸
状のフィンが形成されていることを特徴とする各請求項
１又は２記載のガス拡散電極。 - 【請求項４】前記通路を電解液漕側通路及び外側通路に
分離して少なくとも２系統設けると共に、該電解液漕側
通路間から前記外側通路が、前記電解液漕側面に対向す
るように、両通路を交互に形成し、しかも、前記電解液
漕側通路には、リークした電解液を再び該電解液漕内に
環流する排水手段を設けたことを特徴とする各請求項１
乃至３記載のガス拡散電極。 - 【請求項５】前記Ｆｅ系焼結合金で構成された電極本体
に、有機溶剤を含浸させて前記活性物質及び電解液の浸
出を阻止する外壁部を形成することを特徴とする各請求
項１乃至４記載のガス拡散電極。 - 【請求項６】前記ガス拡散電極本体によって構成される
外壁部を有することを特徴とする各請求項１〜５記載の
ガス拡散電極を用いた燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9190131A JPH1140168A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9190131A JPH1140168A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140168A true JPH1140168A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16252916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9190131A Pending JPH1140168A (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140168A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004533544A (ja) * | 2001-06-23 | 2004-11-04 | ウーデ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | ガス拡散電極の製造方法 |
| JP2012529135A (ja) * | 2009-06-02 | 2012-11-15 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 電気化学用途の触媒 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP9190131A patent/JPH1140168A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004533544A (ja) * | 2001-06-23 | 2004-11-04 | ウーデ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | ガス拡散電極の製造方法 |
| JP2012529135A (ja) * | 2009-06-02 | 2012-11-15 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 電気化学用途の触媒 |
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