JPS59228365A - 燃料電池の電解質保持用マトリツクス - Google Patents
燃料電池の電解質保持用マトリツクスInfo
- Publication number
- JPS59228365A JPS59228365A JP58103061A JP10306183A JPS59228365A JP S59228365 A JPS59228365 A JP S59228365A JP 58103061 A JP58103061 A JP 58103061A JP 10306183 A JP10306183 A JP 10306183A JP S59228365 A JPS59228365 A JP S59228365A
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- JP
- Japan
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- layer
- silicon carbide
- electrolyte
- particle size
- matrix
- 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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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0293—Matrices for immobilising electrolyte solutions
-
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
に関するものである。
燃料電池は、一般的には、隔離された２個の電極よりな
り、その間にイオンを運ぶ電解質が電力・れ、これらの
電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して運
転される一種の発電装置である。燃料電池には、使用す
る電解質の種類によって酸電解質形、アルカリ形、溶融
炭酸塩形、固体電解質形などがあるが、このうちリン酸
や硫酸を電解質として用いる酸電解質形燃料電池は、分
極や電解質の抵抗例よって起こる電力損失を非常に小さ
くできることがら、最も実用化に近い燃料型を保持する
ことはかなシ困難である。この問題を解決するため種々
の方法が試みられ、現在では、無機化合物の微粒子で電
解質保持用マトリックスを形成し、これを電極間に介在
させ、酸電解質を含浸させたものが最も有効であるとさ
れている。
り、その間にイオンを運ぶ電解質が電力・れ、これらの
電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して運
転される一種の発電装置である。燃料電池には、使用す
る電解質の種類によって酸電解質形、アルカリ形、溶融
炭酸塩形、固体電解質形などがあるが、このうちリン酸
や硫酸を電解質として用いる酸電解質形燃料電池は、分
極や電解質の抵抗例よって起こる電力損失を非常に小さ
くできることがら、最も実用化に近い燃料型を保持する
ことはかなシ困難である。この問題を解決するため種々
の方法が試みられ、現在では、無機化合物の微粒子で電
解質保持用マトリックスを形成し、これを電極間に介在
させ、酸電解質を含浸させたものが最も有効であるとさ
れている。
米国特許第４，０００，００６号明細書および同第４，
０１７．６６４ 号明細書は、マトリックス構造物が
少なくとも９０重量％の炭化硅素よりなる単層の形をし
た電解質保持用マトリックスを記載している。層の残り
は層のずれを防止する結着剤の作用をするフッ素樹脂に
より構成される。しかし、このタイプのマトリックスに
はいくつかの欠点がある。まず第１に、マトリックス構
造物の主成分として用いられる炭化硅素は半導体に属し
て＝す、充分な電子絶縁性を持っていないことである。
０１７．６６４ 号明細書は、マトリックス構造物が
少なくとも９０重量％の炭化硅素よりなる単層の形をし
た電解質保持用マトリックスを記載している。層の残り
は層のずれを防止する結着剤の作用をするフッ素樹脂に
より構成される。しかし、このタイプのマトリックスに
はいくつかの欠点がある。まず第１に、マトリックス構
造物の主成分として用いられる炭化硅素は半導体に属し
て＝す、充分な電子絶縁性を持っていないことである。
第２に、上記炭化硅素を用いたマトリックス構造物では
平均気孔径が大きすぎて充分な泡圧力が得られなへ泡圧
力が小さいとガスの隔離が不充分になり、一方のガス種
が他方の電極に達するクロスオーツく−という電池の特
性および寿命にとって非常に好ましくない現象が起こる
。泡圧力を充分大きくするためには、マトリックス構造
体の厚さを厚くする方法と炭化硅素粒子の粒径を小さく
する方法の２つの方法が考えられるが、前者は電解質の
抵抗を大きくすることになシ、電力損失が大きくなる。
平均気孔径が大きすぎて充分な泡圧力が得られなへ泡圧
力が小さいとガスの隔離が不充分になり、一方のガス種
が他方の電極に達するクロスオーツく−という電池の特
性および寿命にとって非常に好ましくない現象が起こる
。泡圧力を充分大きくするためには、マトリックス構造
体の厚さを厚くする方法と炭化硅素粒子の粒径を小さく
する方法の２つの方法が考えられるが、前者は電解質の
抵抗を大きくすることになシ、電力損失が大きくなる。
また後者は、電解質のマトリックス構造体への浸透速度
を著しく遅くすると共に、マトリックス構造体の強度を
低下させるなどの問題を生ずる。また、炭化硅素の一般
的な製造方法から考えて、粒径の非常例小さな（例えば
０，１μｍ程度）粒子を得ることは困難である。
を著しく遅くすると共に、マトリックス構造体の強度を
低下させるなどの問題を生ずる。また、炭化硅素の一般
的な製造方法から考えて、粒径の非常例小さな（例えば
０，１μｍ程度）粒子を得ることは困難である。
米国特許第４，２７６，３５６号明細書け、上記炭化硅
素よりなる単層形の電解質保持用マトリックスの改良型
として、炭素よシなる第１の層と炭化硅素よりなる第２
の層とを組み合わせたマトリックス構造体を記載してい
る。この改良型によれば、粒径の小さな炭素粒子によっ
て気孔径を小さくし、泡圧力を著しく高めることができ
る。これは先に述べた第２の欠点について行なわれた改
良であるが、この手法は逆に、先に述べた第１の欠点を
さらに大きくしている。すなわち、第１の層の主成分で
ある炭素は電子伝導性の良い物質であるため、マトリッ
クス構造体の厚さが炭化硅素単層の場合と炭化硅素と炭
素の複層の場合とセ同じであるとするならば、炭化硅素
の層厚さが薄くなった分だけリーク電流が流れやすくな
り、それだけ電力損失も大きくなる。
素よりなる単層形の電解質保持用マトリックスの改良型
として、炭素よシなる第１の層と炭化硅素よりなる第２
の層とを組み合わせたマトリックス構造体を記載してい
る。この改良型によれば、粒径の小さな炭素粒子によっ
て気孔径を小さくし、泡圧力を著しく高めることができ
る。これは先に述べた第２の欠点について行なわれた改
良であるが、この手法は逆に、先に述べた第１の欠点を
さらに大きくしている。すなわち、第１の層の主成分で
ある炭素は電子伝導性の良い物質であるため、マトリッ
クス構造体の厚さが炭化硅素単層の場合と炭化硅素と炭
素の複層の場合とセ同じであるとするならば、炭化硅素
の層厚さが薄くなった分だけリーク電流が流れやすくな
り、それだけ電力損失も大きくなる。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、電解質保持用マトリックスを、炭
化硅素を主成分とする第１の層と、上記炭化硅素の平均
粒径以下の平均粒径を有する五酸化タンクルおよび五酸
化ニオブの少なくとも一種を主成分とする第２の層とを
少なくとも組み合せて構成することにより、高い泡圧力
と電子絶縁性を得ることを目的としている。
めになされたもので、電解質保持用マトリックスを、炭
化硅素を主成分とする第１の層と、上記炭化硅素の平均
粒径以下の平均粒径を有する五酸化タンクルおよび五酸
化ニオブの少なくとも一種を主成分とする第２の層とを
少なくとも組み合せて構成することにより、高い泡圧力
と電子絶縁性を得ることを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。図面
は単層形の燃料電池を示し、図において、（１）はガス
分離板、（２）は反応ガス流路、（３）は電極、（４）
は炭化硅素を主成分とする第１の層、（５）は五酸化タ
ンタルおよび五酸化ニオブの少なくとも一種を主成分と
する第２の層であり、第１の層（４）と第２の層（５）
とで電解質保持用マトリックス（６）を構成している。
は単層形の燃料電池を示し、図において、（１）はガス
分離板、（２）は反応ガス流路、（３）は電極、（４）
は炭化硅素を主成分とする第１の層、（５）は五酸化タ
ンタルおよび五酸化ニオブの少なくとも一種を主成分と
する第２の層であり、第１の層（４）と第２の層（５）
とで電解質保持用マトリックス（６）を構成している。
酸電解質の保持に用いられる無機物粒子には充分な耐腐
食性が要求される。第２の層（５）の主成分である五酸
化タンタル（Ｔａ２０ｓ）や五酸化ニオブ（Ｎｂ２０５
）は炭化硅素（ＳｉＣ）と同程度の耐腐食性を持ち、し
かも炭化硅素よりもはるか圧電子絶縁性に優れている。
食性が要求される。第２の層（５）の主成分である五酸
化タンタル（Ｔａ２０ｓ）や五酸化ニオブ（Ｎｂ２０５
）は炭化硅素（ＳｉＣ）と同程度の耐腐食性を持ち、し
かも炭化硅素よりもはるか圧電子絶縁性に優れている。
また、市販品の平均粒径は０．１〜ＩＰｍと非常に微細
な粒子が得やすく、酸に対する湿潤性にも優れている。
な粒子が得やすく、酸に対する湿潤性にも優れている。
したがって、微細な粒子で構成される第２の層（５）に
よって高い泡圧力と電子絶縁性が得られる。また、第１
の層（４）は平均粒径が１〜２０μｍと比較的大きな炭
化硅素粒子を主成分として構成されておシ、そのため、
マトリックス構造体に適度な強度と充分な酸電解質の浸
透速度が得られる。
よって高い泡圧力と電子絶縁性が得られる。また、第１
の層（４）は平均粒径が１〜２０μｍと比較的大きな炭
化硅素粒子を主成分として構成されておシ、そのため、
マトリックス構造体に適度な強度と充分な酸電解質の浸
透速度が得られる。
好ましくは、これら第１、第２の層（４）、（５）ｌｄ
それぞれさらにまたとえばフッ素樹脂のような結着剤を
含むとよい。この場合、結着剤は層（４）、（５）のず
れを防止する働きをするが、結着剤が多すぎると校本性
が強くなり電解質保持用マトリックス（６）の機能性が
低下する。したがって、結着剤は層（４）、（５）の全
重量の４％以下が適当である。また、フッ素樹脂系結着
剤としてはテトラフルオロエチレンが最も望ましい。
それぞれさらにまたとえばフッ素樹脂のような結着剤を
含むとよい。この場合、結着剤は層（４）、（５）のず
れを防止する働きをするが、結着剤が多すぎると校本性
が強くなり電解質保持用マトリックス（６）の機能性が
低下する。したがって、結着剤は層（４）、（５）の全
重量の４％以下が適当である。また、フッ素樹脂系結着
剤としてはテトラフルオロエチレンが最も望ましい。
なお、上述のこの発明による電解質保持用マトリックス
（６）を電極（３）間に介在させて単電池にする場合、
第１の層（４）を陰極および陽極の何れの極に隣接させ
てもよい。
（６）を電極（３）間に介在させて単電池にする場合、
第１の層（４）を陰極および陽極の何れの極に隣接させ
てもよい。
また、第１の層（４）の両側に第２の層（５）をそれぞ
れ設ける。あるいは逆に、第２の層（５）の両側に第１
の層（４）をそれぞれ設けて三層により電解質保持用マ
トリックス（６）を構成すれば、より高い泡圧力と電子
絶縁性を得ることができる。
れ設ける。あるいは逆に、第２の層（５）の両側に第１
の層（４）をそれぞれ設けて三層により電解質保持用マ
トリックス（６）を構成すれば、より高い泡圧力と電子
絶縁性を得ることができる。
さらに、図面では単層形の燃料電池について示したが、
この発明はガス分離板（１）と、電極（３）および電解
質保持用マトリックス（６）よシなる単電池とのけ言う
までもないことである。
この発明はガス分離板（１）と、電極（３）および電解
質保持用マトリックス（６）よシなる単電池とのけ言う
までもないことである。
以上のように１この発明によれば、燃料電池の電解質保
持用マトリックスを、炭化硅素を主成分とする第１の層
と、上記炭化硅素の子均粒径以下の平均粒径を有する五
酸化タンタルおよび五酸化ニオブの少なくとも一種を主
成分とする第２の層とを少なくとも組み合せて構成した
ので、平均粒径の小さい第２の層で高い泡圧力が得られ
ると共に電子絶縁性も改善され、リーク電流が減少し、
かつ平均粒径の大きい第１の層で適度な強度を得ること
ができる。
持用マトリックスを、炭化硅素を主成分とする第１の層
と、上記炭化硅素の子均粒径以下の平均粒径を有する五
酸化タンタルおよび五酸化ニオブの少なくとも一種を主
成分とする第２の層とを少なくとも組み合せて構成した
ので、平均粒径の小さい第２の層で高い泡圧力が得られ
ると共に電子絶縁性も改善され、リーク電流が減少し、
かつ平均粒径の大きい第１の層で適度な強度を得ること
ができる。
図面はこの発明の一実施例による電解質保持用マトリッ
クスを用いた燃料電池を示す断面図である。 図において、（１）はガス分離板、（２）は反応ガス流
路、（３）は電極、（４）は第１の層、（５）は第２の
層であり、第１の層（４）と第２の層（５）により電解
質保持用マトリックス（６）を構成している。 代理人大岩 増雄
クスを用いた燃料電池を示す断面図である。 図において、（１）はガス分離板、（２）は反応ガス流
路、（３）は電極、（４）は第１の層、（５）は第２の
層であり、第１の層（４）と第２の層（５）により電解
質保持用マトリックス（６）を構成している。 代理人大岩 増雄
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）炭化硅素を主成分とする第１の層と、上記炭化硅
素の平均粒径以下の平均粒径を有する五酸化タンタルお
よび五酸化ニオブの少なくとも一種を主成分とする第２
の層とを少なくとも組み合せて構成される燃料電池の電
解質保持用マ） ＩＪラックス（２、特許請求の範囲第
１項記載のものにおいて、上記第１の層の両側に上記第
２の層をそれぞれ設けた燃料電池の電解質保持用マトリ
ックス。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のものに
おいて、上記第１の層の平均粒径が１μｍ以上である燃
料電池の電解質保持用マトリックス。 （６）（４）特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れ
かに記載のものにおいて、上記第２の層の平均粒径が１
μｍ以下である燃料電池の電解質保持用マトリックス。 （５）特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れかに記
載のもの紀おいて、上記第２の層は４重量多以下の結着
剤を含有する燃料電池の電解質保持用マトリックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103061A JPS59228365A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 燃料電池の電解質保持用マトリツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103061A JPS59228365A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 燃料電池の電解質保持用マトリツクス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59228365A true JPS59228365A (ja) | 1984-12-21 |
Family
ID=14344155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58103061A Pending JPS59228365A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 燃料電池の電解質保持用マトリツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59228365A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS612277A (ja) * | 1984-06-14 | 1986-01-08 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS63116367A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-20 | Toshiba Corp | 燃料電池電解質マトリツクス層 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112261A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池用電解質マトリツクス |
-
1983
- 1983-06-09 JP JP58103061A patent/JPS59228365A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112261A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS612277A (ja) * | 1984-06-14 | 1986-01-08 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS63116367A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-20 | Toshiba Corp | 燃料電池電解質マトリツクス層 |
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