JPS6240823B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6240823B2 JPS6240823B2 JP57049611A JP4961182A JPS6240823B2 JP S6240823 B2 JPS6240823 B2 JP S6240823B2 JP 57049611 A JP57049611 A JP 57049611A JP 4961182 A JP4961182 A JP 4961182A JP S6240823 B2 JPS6240823 B2 JP S6240823B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matrix
- fuel cell
- fine particles
- silicon nitride
- phosphoric acid
- 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.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
この発明は、リン酸を電解質として用いる燃料
電池の電解質マトリツクスに関するものである。 従来リン酸を電解質として用いた燃料電池の電
解質マトリツクス即ちリン酸溶液を保持させる多
孔質薄膜であるマトリツクスの構成材料としては
炭化硅素微粒子が用いられている。一般的にリン
酸を電解質として用いた燃料電池の場合に、マト
リツクスの構成材料に要求される性質としては次
の５つが挙げられる。(イ)耐リン酸性にすぐれてい
ること、(ロ)リン酸保持力にすぐれていること、(ハ)
高い電気抵抗を持つていること、(ニ)0.1〜10μｍ
の微粒子が作りやすいこと、(ホ)低価格であるこ
と。炭化硅素の場合は上記(イ)、(ロ)、(ニ)、(ホ)の４
つ
の性質は満足されているが、(ハ)の高い電気抵抗に
ついてはもつと高い電気抵抗が望まれている。以
下にこの点について原理図を用いてさらに詳しく
説明する。 第１図は燃料電池の動作原理を示すモデル図で
ある。第１図において、１は燃料電極、２は酸化
剤電極、３は炭化硅素の微粒子を、電極１または
２の面上に塗布し所定温度で焼結して形成した多
孔質薄層であるマトリツクス、４はこのマトリツ
クス３に含浸されたリン酸溶液で３，４で電解質
マトリツクス８を構成する。５は三相界面（反応
ガス、電解質、触媒の３相が共存する界面）を示
し、６は外部回路、７は外部負荷、実線の矢印は
電子(e)の流れを、破線の矢印は水素イオン
（H+）の流れを示す。この燃料電池に燃料（H2）お
よび酸化剤（O2）の供給を行なうと、燃料電極１
の三相界面４においてH2の酸化反応が起こり、
水素イオン（H+）（以下単にH+と略記する）と
電子(e)が生じる。このうちH+はイオン伝導によ
つてリン酸溶液５を通つて酸化剤電極２に達し、
酸化剤電極２の三相界面５においてこの電子と
H+およびO2との反応によりH2Oが生じる。以上
が燃料電池の発電の動作原理である。燃料電池の
動作時には、活性化分極、濃度分極、オーム損な
どの過電圧によつて電圧損失が起こる。従つて燃
料電池が効率よく高負荷で動作するためには、こ
れらの過電圧をできるだけ小さくしなければなら
ない。このうちオーム損を小さくするための方法
の一つとして、電解質マトリツクス８を薄くする
という方法があり、これによつてオーム損はかな
り改善される。しかしながら炭化硅素は半導体に
属し電気抵抗があまり大きくない。従つて電解質
マトリツクス８を薄くしてゆくと、外部回路６に
流れる電子とは逆方向の、マトリツクス３を介し
て流れる電子が増し、これが電流損失となつて燃
料電池の効率を低くする原因になる。 このように従来の炭化硅素粒子で形成したマト
リツクスを用いた電解質マトリツクスを有する燃
料電池では、電池のオーム損を小さくするために
電解質マトリツクス８を薄くすると、炭化硅素微
粒子を介して電子伝導が起こり、電流損失が大き
くなるという欠点があつた。 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、電気抵抗の大きな
窒化硅素微粒子を主成分としてマトリツクスを構
成することにより電解質マトリツクスの厚みを薄
くし、もつて燃料電池の効率の向上を図つたもの
である。 以下、この発明の一実施例について説明する。
第２図はこの発明に係る燃料電池を構成する単電
池の斜視図で、３ａは窒化硅素の微粒子を焼結し
て形成されたマトリツクスである。この窒化硅素
微粒子を用いたマトリツクス３ａの製造方法は以
下の通りである。 0.1〜５μｍの窒化硅素の微粒子に１〜5wt％の
フツ素樹脂を混ぜて燃料電極１または酸化剤電極
２の何れか一方、または双方の電極面に塗布し、
200〜350℃好ましくは250〜300℃で焼結して多孔
質薄層であるマトリツクス３ａを形成する。次
に、この両電極を重ね合わせ、マトリツクス３ａ
にリン酸溶液４を含浸させて燃料電池を構成す
る。 以上のように構成した燃料電池の動作原理は従
来のものとほぼ同じであるが、窒化硅素の電気抵
抗が非常に大きいので、マトリツクス３ａを通し
て起こる電子の移動が非常に少なくなる。下表は
炭化硅素と窒化硅素との性質を対比して示したも
のでこの表に見られるように電気抵抗は窒化硅素
は炭化硅素に比べて10ケタ以上も大きい。
電池の電解質マトリツクスに関するものである。 従来リン酸を電解質として用いた燃料電池の電
解質マトリツクス即ちリン酸溶液を保持させる多
孔質薄膜であるマトリツクスの構成材料としては
炭化硅素微粒子が用いられている。一般的にリン
酸を電解質として用いた燃料電池の場合に、マト
リツクスの構成材料に要求される性質としては次
の５つが挙げられる。(イ)耐リン酸性にすぐれてい
ること、(ロ)リン酸保持力にすぐれていること、(ハ)
高い電気抵抗を持つていること、(ニ)0.1〜10μｍ
の微粒子が作りやすいこと、(ホ)低価格であるこ
と。炭化硅素の場合は上記(イ)、(ロ)、(ニ)、(ホ)の４
つ
の性質は満足されているが、(ハ)の高い電気抵抗に
ついてはもつと高い電気抵抗が望まれている。以
下にこの点について原理図を用いてさらに詳しく
説明する。 第１図は燃料電池の動作原理を示すモデル図で
ある。第１図において、１は燃料電極、２は酸化
剤電極、３は炭化硅素の微粒子を、電極１または
２の面上に塗布し所定温度で焼結して形成した多
孔質薄層であるマトリツクス、４はこのマトリツ
クス３に含浸されたリン酸溶液で３，４で電解質
マトリツクス８を構成する。５は三相界面（反応
ガス、電解質、触媒の３相が共存する界面）を示
し、６は外部回路、７は外部負荷、実線の矢印は
電子(e)の流れを、破線の矢印は水素イオン
（H+）の流れを示す。この燃料電池に燃料（H2）お
よび酸化剤（O2）の供給を行なうと、燃料電極１
の三相界面４においてH2の酸化反応が起こり、
水素イオン（H+）（以下単にH+と略記する）と
電子(e)が生じる。このうちH+はイオン伝導によ
つてリン酸溶液５を通つて酸化剤電極２に達し、
酸化剤電極２の三相界面５においてこの電子と
H+およびO2との反応によりH2Oが生じる。以上
が燃料電池の発電の動作原理である。燃料電池の
動作時には、活性化分極、濃度分極、オーム損な
どの過電圧によつて電圧損失が起こる。従つて燃
料電池が効率よく高負荷で動作するためには、こ
れらの過電圧をできるだけ小さくしなければなら
ない。このうちオーム損を小さくするための方法
の一つとして、電解質マトリツクス８を薄くする
という方法があり、これによつてオーム損はかな
り改善される。しかしながら炭化硅素は半導体に
属し電気抵抗があまり大きくない。従つて電解質
マトリツクス８を薄くしてゆくと、外部回路６に
流れる電子とは逆方向の、マトリツクス３を介し
て流れる電子が増し、これが電流損失となつて燃
料電池の効率を低くする原因になる。 このように従来の炭化硅素粒子で形成したマト
リツクスを用いた電解質マトリツクスを有する燃
料電池では、電池のオーム損を小さくするために
電解質マトリツクス８を薄くすると、炭化硅素微
粒子を介して電子伝導が起こり、電流損失が大き
くなるという欠点があつた。 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、電気抵抗の大きな
窒化硅素微粒子を主成分としてマトリツクスを構
成することにより電解質マトリツクスの厚みを薄
くし、もつて燃料電池の効率の向上を図つたもの
である。 以下、この発明の一実施例について説明する。
第２図はこの発明に係る燃料電池を構成する単電
池の斜視図で、３ａは窒化硅素の微粒子を焼結し
て形成されたマトリツクスである。この窒化硅素
微粒子を用いたマトリツクス３ａの製造方法は以
下の通りである。 0.1〜５μｍの窒化硅素の微粒子に１〜5wt％の
フツ素樹脂を混ぜて燃料電極１または酸化剤電極
２の何れか一方、または双方の電極面に塗布し、
200〜350℃好ましくは250〜300℃で焼結して多孔
質薄層であるマトリツクス３ａを形成する。次
に、この両電極を重ね合わせ、マトリツクス３ａ
にリン酸溶液４を含浸させて燃料電池を構成す
る。 以上のように構成した燃料電池の動作原理は従
来のものとほぼ同じであるが、窒化硅素の電気抵
抗が非常に大きいので、マトリツクス３ａを通し
て起こる電子の移動が非常に少なくなる。下表は
炭化硅素と窒化硅素との性質を対比して示したも
のでこの表に見られるように電気抵抗は窒化硅素
は炭化硅素に比べて10ケタ以上も大きい。
【表】
従つて窒化硅素の多孔質層３ａを通る電子の移
動は非常に起こりにくく、電気抵抗だけから考え
れば電解質マトリツクスの厚さを従来のものに比
べて非常に薄くすることが可能である。しかし製
造上、および電極面が微視的に見て凹凸があるな
ど別の点で厚さに対する制約を受けるので10〜
150μｍ程度の厚さにするのが実用的である。な
お窒化硅素は耐リン酸性や価格などの点で、先に
述べたマトリツクスの構成材料に要求される５つ
の性質をすべて満足し、また電気抵抗以外にも低
膨張性や耐高温疲労性など炭化硅素に比べて望ま
しい特長を持つている。なお比弾性率と熱伝導に
ついては窒化硅素は炭化硅素に比べて少し低い値
になつているが、実用上特に問題はない。 なお、窒化硅素にはα型とβ型があり、微視的
に見てα型は針状、β型はリン片状になつてい
る。従つてα型の微粒子を用いると互いにからみ
合つて、緻密でリン酸保持力に特にすぐれた多孔
質層が得られる。一方β型の微粒子を用いると非
常に薄い多孔質層が容易に得られる。従つてα型
とβ型の微粒子を適当な比率で混ぜ合わせたり、
α型の微粒子層とβ型の微粒子層を重ね合わせて
多層構造の多孔質層を形成したり、マトリツクス
の周辺部と中央部でα型とβ型の使い分けをした
りすることにより、更に好ましい特性の電解質マ
トリツクスを得ることができる。 なお、上記実施例では窒化硅素微粒子を主成分
としてマトリツクスを電極面に形成し、そのマト
リツクスにリン酸溶液を含浸させて電解質マトリ
ツクスを構成した場合について説明したが、マト
リツクスを構成する主成分に窒化硅素微粒子と炭
化硅素微粒子との混合物を用いれば、炭化硅素の
特長である高弾性率や高熱伝導性などを付加する
ことができ、従つて単電池にかかる面圧の変化を
マトリツクスで緩和しやすく、また面内での温度
のばらつきの少ない実用に適した燃料電池が得ら
れる。 以上のように、この発明は、窒化硅素微粒子を
主成分とするマトリツクスを燃料電極面または酸
化剤電極面の何れか一方、または双方に形成し、
このマトリツクスにリン酸溶液を含浸して電解質
マトリツクスを形成したので、電解質マトリツク
スを従来より薄くすることができ、オーム損が小
さく効率の良い燃料電池が得られる。
動は非常に起こりにくく、電気抵抗だけから考え
れば電解質マトリツクスの厚さを従来のものに比
べて非常に薄くすることが可能である。しかし製
造上、および電極面が微視的に見て凹凸があるな
ど別の点で厚さに対する制約を受けるので10〜
150μｍ程度の厚さにするのが実用的である。な
お窒化硅素は耐リン酸性や価格などの点で、先に
述べたマトリツクスの構成材料に要求される５つ
の性質をすべて満足し、また電気抵抗以外にも低
膨張性や耐高温疲労性など炭化硅素に比べて望ま
しい特長を持つている。なお比弾性率と熱伝導に
ついては窒化硅素は炭化硅素に比べて少し低い値
になつているが、実用上特に問題はない。 なお、窒化硅素にはα型とβ型があり、微視的
に見てα型は針状、β型はリン片状になつてい
る。従つてα型の微粒子を用いると互いにからみ
合つて、緻密でリン酸保持力に特にすぐれた多孔
質層が得られる。一方β型の微粒子を用いると非
常に薄い多孔質層が容易に得られる。従つてα型
とβ型の微粒子を適当な比率で混ぜ合わせたり、
α型の微粒子層とβ型の微粒子層を重ね合わせて
多層構造の多孔質層を形成したり、マトリツクス
の周辺部と中央部でα型とβ型の使い分けをした
りすることにより、更に好ましい特性の電解質マ
トリツクスを得ることができる。 なお、上記実施例では窒化硅素微粒子を主成分
としてマトリツクスを電極面に形成し、そのマト
リツクスにリン酸溶液を含浸させて電解質マトリ
ツクスを構成した場合について説明したが、マト
リツクスを構成する主成分に窒化硅素微粒子と炭
化硅素微粒子との混合物を用いれば、炭化硅素の
特長である高弾性率や高熱伝導性などを付加する
ことができ、従つて単電池にかかる面圧の変化を
マトリツクスで緩和しやすく、また面内での温度
のばらつきの少ない実用に適した燃料電池が得ら
れる。 以上のように、この発明は、窒化硅素微粒子を
主成分とするマトリツクスを燃料電極面または酸
化剤電極面の何れか一方、または双方に形成し、
このマトリツクスにリン酸溶液を含浸して電解質
マトリツクスを形成したので、電解質マトリツク
スを従来より薄くすることができ、オーム損が小
さく効率の良い燃料電池が得られる。
第１図は従来の燃料電池の動作原理を示すモデ
ル図、第２図はこの発明に係る燃料電池を構成す
る単電池の斜視図である。 図において、１は燃料電極、２は酸化剤電極、
３，３ａはマトリツクス、４はリン酸溶液、５は
三相界面、８は電解質マトリツクスである。な
お、図中、同一符号はそれぞれ同一又は相当部分
を示す。
ル図、第２図はこの発明に係る燃料電池を構成す
る単電池の斜視図である。 図において、１は燃料電極、２は酸化剤電極、
３，３ａはマトリツクス、４はリン酸溶液、５は
三相界面、８は電解質マトリツクスである。な
お、図中、同一符号はそれぞれ同一又は相当部分
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料電極と、リン酸溶液をマトリツクスに含
浸せる電解質マトリツクスと酸化剤電極とを積層
した燃料電池において、上記マトリツクスを窒化
硅素微粒子の燃結体で構成したことを特徴とする
燃料電池。 ２ マトリツクスは、燃料電極または酸化剤電極
のいずれか一方もしくは双方の電極面に0.1〜５
μｍの窒化硅素微粒子に１〜5wt％のフツ素樹脂
を混合せるものを塗布し、200〜350℃好ましくは
250〜300℃で焼結させたものである特許請求の範
囲第１項記載の燃料電池。 ３ マトリツクスを組成する窒化硅素微粒子が、
α型Si3N4またはβ型Si3N4のいずれか一方または
双方の混合物である特許請求の範囲第２項記載の
燃料電池。 ４ マトリツクスが炭化硅素微粒子と窒化硅素微
粒子との混合物である特許請求の範囲第２項記載
の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049611A JPS58165264A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049611A JPS58165264A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58165264A JPS58165264A (ja) | 1983-09-30 |
| JPS6240823B2 true JPS6240823B2 (ja) | 1987-08-31 |
Family
ID=12836021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57049611A Granted JPS58165264A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58165264A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04345763A (ja) * | 1991-05-22 | 1992-12-01 | Fuji Electric Co Ltd | リン酸型燃料電池のマトリックスおよびその製造方法 |
| FR2873460B1 (fr) * | 2004-07-21 | 2006-10-06 | Saint Gobain | Systeme electrochimique a electrolyte non oxyde |
-
1982
- 1982-03-25 JP JP57049611A patent/JPS58165264A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58165264A (ja) | 1983-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20030091891A1 (en) | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same | |
| JP3755840B2 (ja) | 高分子固体電解質型燃料電池用電極 | |
| JPH09274921A (ja) | 固体電解質型燃料電池の燃料電極 | |
| JP4498728B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用燃料電極 | |
| WO2002056404A1 (en) | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same | |
| JPH0544145B2 (ja) | ||
| JP2002216777A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| JP2005174765A (ja) | 膜電極接合体、その製造方法及びその使用方法 | |
| JP3215468B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の燃料極の製造方法 | |
| JPS58165264A (ja) | 燃料電池 | |
| JPS58115770A (ja) | 燃料電池 | |
| JP7359077B2 (ja) | 燃料電池用の積層体 | |
| JP4240285B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層の製造方法 | |
| JP2002216778A (ja) | 燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JPH06150944A (ja) | 燃料電池用電極 | |
| JPH0722042A (ja) | エネルギ変換装置および燃料電池並びに燃料電池の製造方法 | |
| US5270126A (en) | Phosphoric acid fuel cell, matrix thereof and method for making the matrix | |
| JP2753046B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS5927466A (ja) | 燃料電池 | |
| JP3213400B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JPH0684520A (ja) | 燃料電池およびその製造方法 | |
| JPS60177561A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0766810B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH04301372A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0340375A (ja) | 固体電解質燃料電池 |