JPS6340264A - リン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクスの製造方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクスの製造方法Info
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- JPS6340264A JPS6340264A JP61184453A JP18445386A JPS6340264A JP S6340264 A JPS6340264 A JP S6340264A JP 61184453 A JP61184453 A JP 61184453A JP 18445386 A JP18445386 A JP 18445386A JP S6340264 A JPS6340264 A JP S6340264A
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- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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】
〔産業の利用分野〕
この発明は、燃料電池の電解質保持マトリックスの製造
方法に関するものである。
方法に関するものである。
〔従来の技術］
通常、水素のように酸化を受は易いガスと、酸素のよう
に酸化力のあるガスを電気化学反応により直流電力を得
る燃料電池が広く知られている。
に酸化力のあるガスを電気化学反応により直流電力を得
る燃料電池が広く知られている。
このような燃料電池は通常、図面に示すように、触媒担
持層（ｌａ） 、 （ｌｂ） の付与されたガス拡散）
】（２ａ） 、 （２ｂ）間に電解質マトリックス（３
）を介在させ単位燃料電池（４）を構成し、これら単位
燃料電池（４）相互間にカーボン板で形成された双極性
隔離１反（５）を介在させて積層し、積層体（図面の二
点鎖線で示す。）を構成している。各双極性隔離板（５
）の両面には矢印Ｉで示す燃料を通過させるための通路
を構成する溝（６）と、図中矢印■で示す酸化剤を流す
ための流路を構成する溝（７）とが互に直行する関係に
形成されている。また双極性隔離板（５）のうちの幾つ
かのものには外面が絶縁被膜で覆われた冷却パイプ（８
）が施設されている。
持層（ｌａ） 、 （ｌｂ） の付与されたガス拡散）
】（２ａ） 、 （２ｂ）間に電解質マトリックス（３
）を介在させ単位燃料電池（４）を構成し、これら単位
燃料電池（４）相互間にカーボン板で形成された双極性
隔離１反（５）を介在させて積層し、積層体（図面の二
点鎖線で示す。）を構成している。各双極性隔離板（５
）の両面には矢印Ｉで示す燃料を通過させるための通路
を構成する溝（６）と、図中矢印■で示す酸化剤を流す
ための流路を構成する溝（７）とが互に直行する関係に
形成されている。また双極性隔離板（５）のうちの幾つ
かのものには外面が絶縁被膜で覆われた冷却パイプ（８
）が施設されている。
ここで電解質保持マトリックス（３）を製造する従来の
一般的な方法として、ロールコーティングあるいはスク
リーン印刷があり、これに使用するべ−ストとしては、
溶媒である水又はアルコールに非導電性の無機化合物微
粉末、例えばシリコンカーバイド、即ち炭化ケイ素（Ｓ
ｉｃ）、五酸化タンタル（Ｔａｘｅｓ） ｌ窒化ケイ素
（Ｓｉ３Ｎ４） などと、増粘剤であるエチレングリコ
ール、酸化ポリエチレンと、無機化合物粉末の結合剤（
バインダー）を加えたものを使用している。
一般的な方法として、ロールコーティングあるいはスク
リーン印刷があり、これに使用するべ−ストとしては、
溶媒である水又はアルコールに非導電性の無機化合物微
粉末、例えばシリコンカーバイド、即ち炭化ケイ素（Ｓ
ｉｃ）、五酸化タンタル（Ｔａｘｅｓ） ｌ窒化ケイ素
（Ｓｉ３Ｎ４） などと、増粘剤であるエチレングリコ
ール、酸化ポリエチレンと、無機化合物粉末の結合剤（
バインダー）を加えたものを使用している。
電解質保持マトリックス（３）は、リン酸を電解質とす
る燃料電池では、電池特性の同上およびその長期的安定
性を図る上で重要な構成要素の一つである。このリン酸
型燃料電池において電解質であるリン酸を保持するマト
リックス（３）は、上記電池特性の向上及びその長期安
定性を図るため、次のような特性を保有することが要求
される。
る燃料電池では、電池特性の同上およびその長期的安定
性を図る上で重要な構成要素の一つである。このリン酸
型燃料電池において電解質であるリン酸を保持するマト
リックス（３）は、上記電池特性の向上及びその長期安
定性を図るため、次のような特性を保有することが要求
される。
（イ）燃料電池の運転条件である１８０〜２３０℃の温
度で、濃度９５″Ｘ以上のリン酸シこ対して熱的及び化
学的に安定であること。
度で、濃度９５″Ｘ以上のリン酸シこ対して熱的及び化
学的に安定であること。
（ロ）電解質であるリン酸との親和性が高く、リン酸を
浸透させると共に保持力が高いこと。
浸透させると共に保持力が高いこと。
（ハ）水素イオンの良導体であると同時に電子の１色縁
体であること。
体であること。
（ニ）燃料ガスと酸化剤ガスがマトリックスを）量適し
、直接接触して反応することを防ぐため、十分な泡出圧
力（バブリング圧）を有すること。
、直接接触して反応することを防ぐため、十分な泡出圧
力（バブリング圧）を有すること。
（ホ）電池としての内部抵抗をできるだけ小さくするた
めにマトリックスの膜厚は機械的性質の許す範囲内で、
できるだけ薄いこと。
めにマトリックスの膜厚は機械的性質の許す範囲内で、
できるだけ薄いこと。
そこで、リン酸型燃料電池用電解質保持マトリックス（
３）には耐熱リン酸性に優れる材料として、−Ｓに炭化
ケイ素がフィラーとして、フッ素系樹脂がバインダーと
して用いられている。しかしながら、フッ素系樹脂はリ
ン酸との親和性に乏しいため、これを用いたマトリック
スはリン酸の浸透性および保持性に劣るという欠点を有
していた。
３）には耐熱リン酸性に優れる材料として、−Ｓに炭化
ケイ素がフィラーとして、フッ素系樹脂がバインダーと
して用いられている。しかしながら、フッ素系樹脂はリ
ン酸との親和性に乏しいため、これを用いたマトリック
スはリン酸の浸透性および保持性に劣るという欠点を有
していた。
炭化ケイ素を用いるマトリックスの製造方法としては粒
状または繊維状の炭化ケイ素にバインダー、増粘剤及び
溶媒を適量加えて混合し、これをロールコート、吸付け
、塗布、スクリーン印刷などにより電橋表面に付け、乾
燥して溶媒を除去する方法がある。これらの炭化ケイ素
フィラーにフッ素系バインダーを用いた電解質保持マト
リ、クス（３）は、水素イオン伝導度、泡出し圧力など
の特性に優れている。しかし燃料電池としての電池特性
をさらに向上させるにはマトリックスの水素イオン伝導
度を高めることが必要であり、そのためには、リン酸浸
透性および保持性を高くすることが必要であるが、この
フィラーとして炭化ケイ素及びバインダーとしてフッ素
系樹脂を用いて製造した電解質保持マトリックス（３）
にあっては、上述したようにリン酸の浸透性、保持性に
劣るため、水素イオン伝導度を高めることが難しいとい
う問題点があった。
状または繊維状の炭化ケイ素にバインダー、増粘剤及び
溶媒を適量加えて混合し、これをロールコート、吸付け
、塗布、スクリーン印刷などにより電橋表面に付け、乾
燥して溶媒を除去する方法がある。これらの炭化ケイ素
フィラーにフッ素系バインダーを用いた電解質保持マト
リ、クス（３）は、水素イオン伝導度、泡出し圧力など
の特性に優れている。しかし燃料電池としての電池特性
をさらに向上させるにはマトリックスの水素イオン伝導
度を高めることが必要であり、そのためには、リン酸浸
透性および保持性を高くすることが必要であるが、この
フィラーとして炭化ケイ素及びバインダーとしてフッ素
系樹脂を用いて製造した電解質保持マトリックス（３）
にあっては、上述したようにリン酸の浸透性、保持性に
劣るため、水素イオン伝導度を高めることが難しいとい
う問題点があった。
このうちリン酸の保持性を改善するため、リン酸と親和
力の良いリン酸ジルコニウムを炭化ケイ素と併用する特
許が例えば特開昭５９−１１７０７５号公報及び特開昭
５９−１８１４６５号公報で報告されているが、これら
によれば均一な膜形成が困難であったり、気泡を除きに
くいなど、極めて実用性に乏しいものとなっている。
力の良いリン酸ジルコニウムを炭化ケイ素と併用する特
許が例えば特開昭５９−１１７０７５号公報及び特開昭
５９−１８１４６５号公報で報告されているが、これら
によれば均一な膜形成が困難であったり、気泡を除きに
くいなど、極めて実用性に乏しいものとなっている。
この発明は、上記の問題点を解消するためになされたも
ので、泡出し圧力（バブリング圧）を下げることなく、
リン酸の？＋ ｉ！性、保持性を高めることができ、水
素イオン伝導度を高くできるリン酸型燃料電池の電解質
保持マトリックスの製造方法を得ることを目的としてい
る。
ので、泡出し圧力（バブリング圧）を下げることなく、
リン酸の？＋ ｉ！性、保持性を高めることができ、水
素イオン伝導度を高くできるリン酸型燃料電池の電解質
保持マトリックスの製造方法を得ることを目的としてい
る。
この発明のリン酸型燃料電池の電解質保持マトリックス
の製造方法は、炭化ケイ素繊維及びポリエーテルエーテ
ルケトン繊維の混合物の不織シートに、炭化ケイ素、ポ
リエーテルエーテルケトン及び結合助剤を含有する水系
ディスパージョンを塗布して電解質保持マトリックスを
形成するようにしたものである。
の製造方法は、炭化ケイ素繊維及びポリエーテルエーテ
ルケトン繊維の混合物の不織シートに、炭化ケイ素、ポ
リエーテルエーテルケトン及び結合助剤を含有する水系
ディスパージョンを塗布して電解質保持マトリックスを
形成するようにしたものである。
この発明により得られる電解質保持マトリックスは、種
々の特性より検討したところ、以下の機能を有している
ことが明らかになった。
々の特性より検討したところ、以下の機能を有している
ことが明らかになった。
（へ）熱濃リン酸（９５％以上）に対して化学的に安定
である。
である。
（ト）リン酸に対して湿潤性があり、かつ眉間にリン酸
の保持を十分に行なうことができるので、水素イオン伝
導性が良い。
の保持を十分に行なうことができるので、水素イオン伝
導性が良い。
（チ）電子伝導性が無く、絶縁性である。
（す）優れた泡出圧力（バブリング圧）を有している。
（ヌ）適度の強度を保有し、薄く加工できる。
以上の機能のうち、特に （ト）、（ワ）の機能により
泡出圧力を下げることなく、水素イオン伝導性を高める
ことができる。
泡出圧力を下げることなく、水素イオン伝導性を高める
ことができる。
この発明の実施例における電解質保持マトリックスの製
造方法による電解質保持マトリックスは、炭化ケイ素繊
維とポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物及び粉末
（炭化ケイ素粉末、ポリエーテルエーテルケトン粉末及
び結合助剤）により構成されるもので、炭化ケイ素繊維
及びポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物を紙状に
抄いた基材、即不織シートに、炭化ケイ素粉末、ポリエ
ーテルエーテルケトン粉末及び結合助剤を結着して得ら
れたことを特徴とする。
造方法による電解質保持マトリックスは、炭化ケイ素繊
維とポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物及び粉末
（炭化ケイ素粉末、ポリエーテルエーテルケトン粉末及
び結合助剤）により構成されるもので、炭化ケイ素繊維
及びポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物を紙状に
抄いた基材、即不織シートに、炭化ケイ素粉末、ポリエ
ーテルエーテルケトン粉末及び結合助剤を結着して得ら
れたことを特徴とする。
使用する炭化ケイ素繊維、ポリ−エーテルエーテルケト
ン繊維は、例えば５〜１５μｍのウィスカーで抄紙法に
より１５０ μｍ−３００μｍの厚さに抄造する。抄造
した炭化ケイ素／ポリエーテルエーテルケトン（９５１
５重量比）不織シートは、２５〜５０ｇ／ｍ”の重量で
得られたシートにさらに炭化ケイ素／ポリエーテルエー
テルケトン／結合助剤を含有する水系ディスパージョン
を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が炭化ケイ素に対
して５〜２０−ｔχになるように塗布することによりリ
ン酸型燃料電池の電解質保持マトリックスを得る。なお
、ポリエーテルエーテル樹脂の炭化ケイ素に対する割合
が２部ｗ ｔ％以上の場合、電解質保持マトリックスに
形成される空隙が小さくなり過ぎ、５ｗｔ％以下の場合
は形成される空隙が大きくなり過ぎて、電解質保持マト
リックスとしては不適当になる。
ン繊維は、例えば５〜１５μｍのウィスカーで抄紙法に
より１５０ μｍ−３００μｍの厚さに抄造する。抄造
した炭化ケイ素／ポリエーテルエーテルケトン（９５１
５重量比）不織シートは、２５〜５０ｇ／ｍ”の重量で
得られたシートにさらに炭化ケイ素／ポリエーテルエー
テルケトン／結合助剤を含有する水系ディスパージョン
を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が炭化ケイ素に対
して５〜２０−ｔχになるように塗布することによりリ
ン酸型燃料電池の電解質保持マトリックスを得る。なお
、ポリエーテルエーテル樹脂の炭化ケイ素に対する割合
が２部ｗ ｔ％以上の場合、電解質保持マトリックスに
形成される空隙が小さくなり過ぎ、５ｗｔ％以下の場合
は形成される空隙が大きくなり過ぎて、電解質保持マト
リックスとしては不適当になる。
以下、この発明の実施例のリン酸型燃料電池の電解質保
持マトリックスの製造方法を具体的に説明する。
持マトリックスの製造方法を具体的に説明する。
実施例１
抄造法により得られた炭化ケイ素／ポリエーテルエーテ
ルケトン（９５１５）シート（３０ｇ／１１＋２）に炭
化ケイ素／ポリエーテルエーテルケトン／結合助剤（５
０部７４０ 部７１０ 部）の４０χ水溶液を、ポリエ
ーテルエーテルケトン樹脂の含有量が１５χになるよう
に塗布し、１００℃４０分乾燥後、３４０℃の窒素雰囲
気炉中で４０分焼成し、電解質保持マトリックスを得た
。
ルケトン（９５１５）シート（３０ｇ／１１＋２）に炭
化ケイ素／ポリエーテルエーテルケトン／結合助剤（５
０部７４０ 部７１０ 部）の４０χ水溶液を、ポリエ
ーテルエーテルケトン樹脂の含有量が１５χになるよう
に塗布し、１００℃４０分乾燥後、３４０℃の窒素雰囲
気炉中で４０分焼成し、電解質保持マトリックスを得た
。
この電解質保持マトリックスのバブリング圧は０．５ｋ
ｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度を測定したところ、６
Ｃ×１０−”（Ωｃｍ−’） ）であった。
ｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度を測定したところ、６
Ｃ×１０−”（Ωｃｍ−’） ）であった。
比較例として、炭化ケイ素粉末９５部にポリテトラフロ
ロエチレン５部と結合助剤（ポリエチレングリコール又
はポリエチレンオキサイド＝６ｏｚ水）３液）６０部お
よび溶媒（イソプロピルアルコール／水： １／１）４
０部を加えて混練し、リバースロールコータによりカー
ボン電極に塗布し、１００ ℃６０分乾燥後３４０ ℃
の窒素雰囲気炉中で４０分焼成し、電解保持マトリック
スを得た。
ロエチレン５部と結合助剤（ポリエチレングリコール又
はポリエチレンオキサイド＝６ｏｚ水）３液）６０部お
よび溶媒（イソプロピルアルコール／水： １／１）４
０部を加えて混練し、リバースロールコータによりカー
ボン電極に塗布し、１００ ℃６０分乾燥後３４０ ℃
の窒素雰囲気炉中で４０分焼成し、電解保持マトリック
スを得た。
この電解質保持マトリックスのバブリング圧は０．４０
ｋｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度は０．５ （Ｘ １
０−”（Ωｃｍ−’） ）であった。
ｋｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度は０．５ （Ｘ １
０−”（Ωｃｍ−’） ）であった。
実施例２
抄造法により得られた炭化ケイ素／ポリエーテルエーテ
ルケトン（９５１５）シート（３５ｇ／ｎ＋２）に実施
例１と同様にポリエーテルエーテルケトン樹脂の含有量
が１０−ｔχになるように塗布し、乾燥焼成して電解質
保持マトリックスを得た。
ルケトン（９５１５）シート（３５ｇ／ｎ＋２）に実施
例１と同様にポリエーテルエーテルケトン樹脂の含有量
が１０−ｔχになるように塗布し、乾燥焼成して電解質
保持マトリックスを得た。
この電解質保持マトリックスのバブリング圧は０．６ｋ
ｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度が６．５ （ｘ １０−
”（Ωｃｎ＋−’） ）であった。
ｇ／ｃｍ”、水素イオン伝導度が６．５ （ｘ １０−
”（Ωｃｎ＋−’） ）であった。
以上のように上記実施例の電解質保持マトリックスは比
較例のテフロン系結合剤を使用した炭素電極の上層に塗
布形成する従来のマトリックスに比し、バブリング圧が
高く、水素イオン伝ｉ［も高いことから燃料電池の電池
特性を向上させることができる。また、電解質保持マト
リックスに必要な他の機能、即ちｐ！農リン酸（９５％
以上）に対して化学的に安定あり、また電子伝導性が無
く絶縁性であり、さらに適度の強度を保有しており薄く
加工できるなどの機能については従来と同様である。
較例のテフロン系結合剤を使用した炭素電極の上層に塗
布形成する従来のマトリックスに比し、バブリング圧が
高く、水素イオン伝ｉ［も高いことから燃料電池の電池
特性を向上させることができる。また、電解質保持マト
リックスに必要な他の機能、即ちｐ！農リン酸（９５％
以上）に対して化学的に安定あり、また電子伝導性が無
く絶縁性であり、さらに適度の強度を保有しており薄く
加工できるなどの機能については従来と同様である。
以上説明したとおり、この発明によれば、炭化ケイ素繊
維及びポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物の不織
シートに、炭化ケイ素、ポリエーテルエーテルケトン及
び結合助剤を含有する水系ディスパージョンを塗布して
電解質保持マトリックスを形成するようにしたので、バ
ブリング圧が高く、水素イオン伝導度も高く、燃料電池
の電池特性を向上させることのできるリン酸型燃料電池
の電解質保持マトリックスの製造方法が得られる効果が
ある。
維及びポリエーテルエーテルケトン繊維の混合物の不織
シートに、炭化ケイ素、ポリエーテルエーテルケトン及
び結合助剤を含有する水系ディスパージョンを塗布して
電解質保持マトリックスを形成するようにしたので、バ
ブリング圧が高く、水素イオン伝導度も高く、燃料電池
の電池特性を向上させることのできるリン酸型燃料電池
の電解質保持マトリックスの製造方法が得られる効果が
ある。
図面は、−ｔａ的なリン酸型燃料電池を示す斜視口であ
る。
る。
Claims (2)
- （１）炭化ケイ素繊維及びポリエーテルエーテルケトン
繊維の混合物の不織シートに、炭化ケイ素、ポリエーテ
ルエーテルケトン及び結合助剤を含有する水系ディスパ
ージョンを塗布して電解質保持マトリックスを形成する
ようにしたリン酸型燃料電池の電解質保持マトリックス
の製造方法。 - （２）結合剤として使用するポリエーテルエーテルケト
ンは粉末で、炭化ケイ素に対し、５〜２０ｗｔ％含有さ
れるようにした特許請求の範囲第１項記載のリン酸型燃
料電池の電解質保持マトリックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184453A JPH077672B2 (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | リン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184453A JPH077672B2 (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | リン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340264A true JPS6340264A (ja) | 1988-02-20 |
| JPH077672B2 JPH077672B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=16153413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61184453A Expired - Fee Related JPH077672B2 (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | リン酸型燃料電池の電解質保持マトリツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077672B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101101244B1 (ko) | 2009-05-14 | 2012-01-04 | 한국원자력연구원 | 고밀도 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(ＳｉＣｆ/ＳｉＣ)의 제조방법 |
-
1986
- 1986-08-05 JP JP61184453A patent/JPH077672B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101101244B1 (ko) | 2009-05-14 | 2012-01-04 | 한국원자력연구원 | 고밀도 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(ＳｉＣｆ/ＳｉＣ)의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH077672B2 (ja) | 1995-01-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |