JPS5842181A - Fuel battery - Google Patents
Fuel batteryInfo
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- JPS5842181A JPS5842181A JP56141525A JP14152581A JPS5842181A JP S5842181 A JPS5842181 A JP S5842181A JP 56141525 A JP56141525 A JP 56141525A JP 14152581 A JP14152581 A JP 14152581A JP S5842181 A JPS5842181 A JP S5842181A
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- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料電池、特に、一対のガス拡散電極と、り
ン虚を電解質として保持するマトリックス(以下、リン
酸電s′Jit保持用マトリックスと称する)とを有す
る燃料電池に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel cell, in particular, a fuel cell comprising a pair of gas diffusion electrodes and a matrix for retaining phosphorous as an electrolyte (hereinafter referred to as a phosphoric acid s'Jit retaining matrix). It is related to fuel cells.
jlに1図は、水素を燃料、空気中の酸素を酸化剤とし
、電解質にリン酸を用いる燃料電池の原理的構成を示す
もので、1がアノード(ガス拡散電極)、2がカソード
(ガス拡散電極)、3がリン酸電解質保持用マトリック
スを示しておシ、アノード1に水素が、カソード2に空
気が接するようになって―る。Figure 1 shows the basic structure of a fuel cell that uses hydrogen as the fuel, oxygen in the air as the oxidant, and phosphoric acid as the electrolyte. 1 is the anode (gas diffusion electrode), 2 is the cathode (gas diffusion electrode). Diffusion electrode), 3 indicates a phosphoric acid electrolyte holding matrix, hydrogen is in contact with the anode 1, and air is in contact with the cathode 2.
゛従来、リン酸電解質保持用マトリックスには、フェノ
ール樹脂の繊維布や、炭化ケイ素粉末に有機バインダー
で番るポリテトラフルオロエチレンを混合したものが用
いられていた。フェノール樹脂の繊維布をマトリックス
材として用いる場合は、燃料電池の作動温度が1301
:”以上になると、フェノール樹脂が徐々に炭化され、
長期間の運転ができなくなる。この問題を除去するため
には、電池の作動温度を低くすることが考えられるが、
この場合には、電池の出力が着しく低下するという問題
が新たに生じる。また、炭化ケイ素粉末に有機バインダ
ーであるポリテトラフルオロエチレ/を混合したものを
マトリックス材として用勝る場合には、燃料電池の作動
温度を190〜200C1!度に高くすることができる
という利点がおるが、有機バインダーは一般に遣水性で
おυ、とりわけ、ポリテトラフルオロエチレンの加電フ
ッ素樹脂は遣水性が大きく、リン酸との親和性に欠□け
るという欠点がある。その結果、電解質保持用マトリッ
クス中にリン酸を保持する能力(リン酸保持力)が小さ
く、この丸め、燃料電池の性能が低下するという問題が
、b−)た。``Conventionally, phenolic resin fiber cloth or a mixture of silicon carbide powder and polytetrafluoroethylene mixed with an organic binder has been used as a matrix for holding phosphoric acid electrolyte. When using phenolic resin fiber cloth as the matrix material, the operating temperature of the fuel cell is 1301
:At higher temperatures, the phenolic resin gradually carbonizes,
You will not be able to drive for a long period of time. In order to eliminate this problem, it is possible to lower the operating temperature of the battery, but
In this case, a new problem arises in that the output of the battery gradually decreases. In addition, when a mixture of silicon carbide powder and an organic binder, polytetrafluoroethylene, is used as the matrix material, the operating temperature of the fuel cell is set to 190 to 200 C1! However, organic binders generally have high water repellency, and in particular, electrified fluororesins such as polytetrafluoroethylene have high water repellency and lack affinity with phosphoric acid. There is a drawback. As a result, the ability to hold phosphoric acid in the electrolyte holding matrix (phosphoric acid holding capacity) is small, and this rounding causes the problem of deterioration of the performance of the fuel cell (b-).
本A1mは、これらの間趙点を除去し、高温のリン11
に安定であp1リン酸保持力の大き9電解質保持用マト
リックスを有する燃料電池の提供を可能とするもので、
一対のガス拡散電極と、リン酸を電解質として保持する
マトリックスとを有する燃料電池におりて、マトリック
スが無機バインダーで固定した耐リン酸性物質よシなる
ことを特徴とするもので弗る。This A1m removes the Zhao point during these times, and the high temperature phosphorus 11
It is possible to provide a fuel cell having an electrolyte retention matrix that is stable and has a high p1 phosphate retention capacity,
The fuel cell has a pair of gas diffusion electrodes and a matrix holding phosphoric acid as an electrolyte, and the matrix is made of a phosphoric acid-resistant material fixed with an inorganic binder.
リン酸電解質保持用マトリックスの具備すべき条件は、
α)^温(190〜200C’)のリン酸に安定である
こと、(2)電子導電性がなく絶縁物であること、(3
)リン酸との親和性が大で、保持力が大き−こと、(荀
リン酸を含有できる細孔容積が大で参ること、でおる。The conditions that the phosphate electrolyte retention matrix should meet are as follows:
α) It must be stable in phosphoric acid at a temperature of 190 to 200 C', (2) It must be an insulator with no electronic conductivity, (3)
) It has a high affinity with phosphoric acid and has a large holding power, and (the pore volume that can contain phosphoric acid is large).
これらの条件を満尼するリン酸電解質保持用マトリック
スについて、種々検討した結果得られたのが、この発明
で、高温のリン酸に耐え、かつ電子導電性がない物質と
して、酸化物、炭化物およびチツ化物などの各種無機吻
を用いるものである。The present invention was obtained as a result of various studies on matrices for retaining phosphoric acid electrolytes that satisfy these conditions. It uses various inorganic proboscises such as titanium.
例えば、酸化物では、ジルコニウムを主成分とすゐ複合
酸化物、例えば、ジルコン、五酸化タンタル等が6プ、
炭化物では、炭化ケイ素、炭化タンタル等があシ、チツ
化物ではチツ化ボロン等がおる。しかし、炭化ケイ素を
用いる場合には、とシわけ、嵐i結釆が得られる。For example, among oxides, composite oxides containing zirconium as the main component, such as zircon, tantalum pentoxide, etc.
Carbides include silicon carbide and tantalum carbide, and nitrides include boron titanide. However, when silicon carbide is used, an Arashi bond is obtained.
まえ、これらの粉末を固定するバインダーについて検討
したところ、各種のリン酸化合物が・(インダーとして
適することが明らかとなった。とくニ、シル−ニウム、
スズ、チタン、ケイ素、アル(二りムのリン酸塩化合物
が好適で、これらの物質はリン酸との親和性に富み、か
つバインダーとしての効果も大である。これらのリン酸
化合物は、あらかじめ、例えば、炭化ケイ素に混入して
おくか、あろ−は、炭化ケイ素に、酸化物中塩溶液の形
で混合しておき、その後リン酸を添加して反応させ、リ
ン酸化合物とする。この発明では、゛特に、後者の方法
が好適で、バインダーとしての作用が大@ Vh*
以下、実施例について説明する。When we investigated binders for fixing these powders, it became clear that various phosphoric acid compounds were suitable as binders. In particular, silium,
Phosphate compounds of tin, titanium, silicon, and aluminum are preferred; these substances have a high affinity with phosphoric acid and are highly effective as binders. For example, it is mixed with silicon carbide in advance, or mixed with silicon carbide in the form of a salt solution in an oxide, and then phosphoric acid is added and reacted to form a phosphoric acid compound. In the present invention, the latter method is particularly preferred, and has a large action as a binder@Vh*.Examples will be described below.
実施例α)
平均粒度0.3μmの炭化ケイ素粉末に、ジルコニウム
、スズ、チタン、ケイ素あるいはアルミニウムの塩化物
又は水酸化物の水溶液を加えて混合し、これにリン酸を
さらに添加した。炭化ケイ素とジルコニウム、スズ、チ
タン、ケイ素、おるいはアル<=ラム塩溶液の混合割合
は、炭化ケイ素70重量%、前述の金属塩とり/酸とが
反応して生成するリン酸化合物が30重量%となるよう
にし、リン酸量はリン酸化合物を作る際に必要とする量
の他に、さらに炭化ケイ素に対して60重量%を〃C,
を丸。そして、これらの混合物を200Cで15時間加
熱して反Ct−完結させるとともに水分を除去して、高
粘度状物を得ることができた。Example α) An aqueous solution of a chloride or hydroxide of zirconium, tin, titanium, silicon or aluminum was added to and mixed with silicon carbide powder having an average particle size of 0.3 μm, and phosphoric acid was further added thereto. The mixing ratio of silicon carbide and zirconium, tin, titanium, silicon, or aluminum salt solution is 70% by weight of silicon carbide and 30% by weight of the phosphoric acid compound produced by the reaction of the aforementioned metal salt/acid. % by weight, and the amount of phosphoric acid is, in addition to the amount required for making the phosphoric acid compound, 60% by weight based on silicon carbide.
Circle. Then, these mixtures were heated at 200 C for 15 hours to complete the anti-Ct reaction and remove moisture, thereby making it possible to obtain a highly viscous material.
この高粘度状物が、ガス拡散電極上に塗布されて電解質
保持用マトリックスを構成するが、このマトリックス中
には前述の炭化ケイ素に対して60重量%のフリーなリ
ン酸が含まれてりるため、このフリーなリン酸が燃料電
池の電解質として作用することになる。第1表は、本実
施例によって得た電解質保持用マトリックスと、従来の
方法、すなわち、炭化ケイ素にポリテトラフルオロエチ
レンを5重量%混合し、さらに、リン酸を60重量第
1 表
%添加し良すン酸電解質保持用マ) 17ツクスの粘性
を比較して示しである。粘性の調定は、それぞれ、リン
酸電解質保持用マトリックス5gに平板上で50kgの
荷重をかけ、その広が〕面積をしらべ九4のである。第
1表は、無機バインダーを用−ることによって、ポリテ
トラフルオロエチレンと同等の結着性を得ることができ
ることを示している。This highly viscous material is coated on the gas diffusion electrode to constitute an electrolyte holding matrix, and this matrix contains 60% by weight of free phosphoric acid based on the silicon carbide mentioned above. Therefore, this free phosphoric acid acts as an electrolyte in the fuel cell. Table 1 shows the electrolyte retention matrix obtained in this example and the conventional method, that is, mixing 5% by weight of polytetrafluoroethylene with silicon carbide, and then adding 60% by weight of phosphoric acid.
This table shows a comparison of the viscosity of 17% sulfuric acid electrolyte retaining matrix. The viscosity was determined by applying a load of 50 kg to 5 g of each phosphoric acid electrolyte holding matrix on a flat plate, and measuring its spread area. Table 1 shows that by using an inorganic binder it is possible to obtain binding properties comparable to those of polytetrafluoroethylene.
そして、5AIlIA例のリン酸電解質保持用マトリッ
クスにおりては、従来のものと比軟して3倍以上の17
)/酸保持力を有するものが得られた。The phosphoric acid electrolyte holding matrix of the 5AIlIA example has a softness of 17
)/A substance having acid retention ability was obtained.
実施例e)
実施例値)で用V%九炭化ケイ素26gに、オキシ塩化
ジルコニクA (zrocz、 a 8HmO)1 t
−2gを水s〇−に溶解した溶液を混合し、さらにリン
酸l1gを加え、200Cで15時間加熱して電解質保
持用マトリックスを作った。このwjリツクスを公知の
ガス拡散電極上に厚さα3■になるように塗布し、他方
のガス拡散電極を重ね合せて一体化して燃料電池を組み
たてた。ガス拡散電極は白金を微量担持した炭素粉末を
カー女ンペーパ上に塗布したものである。Example e) 1 t of zirconium oxychloride A (zrocz, a 8HmO) was added to 26 g of V% nine-silicon carbide (example value).
A solution of -2 g dissolved in water s〇- was mixed, 1 g of phosphoric acid was added, and the mixture was heated at 200 C for 15 hours to prepare an electrolyte holding matrix. This wjrix was applied onto a known gas diffusion electrode to a thickness of α3cm, and the other gas diffusion electrode was stacked and integrated to assemble a fuel cell. The gas diffusion electrode is made by coating carbon powder carrying a small amount of platinum on carbon paper.
第2図および第3図は、それぞれ、この実施例のリン酸
電解質保持用マトリックスを用−た燃料電池の電流密度
−電圧特性、および200 mA/al”の電**度で
連続放電したときの電池電圧の経時変化を、従来の電解
質保持用マトリックス、すなわち、炭化ケイ素にバイン
ダーとしてポリテトラフルオロエチレンを用VhfI−
燃料電池の特性と比較して示したものであシ、第2図お
よび第3vAの横軸には、それぞれ、電流密度(mA/
a++” )および放電時間Φ)、両図の縦軸には電圧
Mがとってあj)、A、Cが実施例の場合、B、Dが従
来例の場合を示している。Figures 2 and 3 respectively show the current density-voltage characteristics of a fuel cell using the phosphoric acid electrolyte retention matrix of this example, and the characteristics when continuously discharged at a current of 200 mA/al''. The change in battery voltage over time was measured using a conventional electrolyte retention matrix, i.e., silicon carbide with polytetrafluoroethylene as a binder.
This is shown in comparison with the characteristics of a fuel cell.The horizontal axes of Figures 2 and 3 vA respectively indicate the current density (mA/
a++'') and discharge time Φ), and the vertical axis of both figures shows the voltage M (j), A and C are for the embodiment, and B and D are for the conventional example.
第2図および第3図から明らかなように、実施 。As is clear from FIGS. 2 and 3, implementation.
例のリン酸電解質保持用マトリックスを用いた場合には
、電流密度の増大に伴う電圧の降下も、放電時間の経過
に伴う電圧の降下も少なく、従来の場合に比較してすぐ
れ丸性能が得られる。そして、この性能向上は、バイン
ダーとして用いているリン酸化合物がリン酸との親和性
がよく、リン酸の保持力が大であることに基づ−て−る
。さらに、第2図および第3図は、作動温度190C”
Kおける結果を示すもので、実施例のリン酸電解質保持
用マトリックスを用−九場合には、高温でも安定な結果
が得られることを示して−る。When using the phosphoric acid electrolyte retention matrix in the example, there is less voltage drop as the current density increases and voltage drop as the discharge time elapses, resulting in superior round performance compared to the conventional case. It will be done. This improvement in performance is based on the fact that the phosphoric acid compound used as the binder has good affinity with phosphoric acid and has a high ability to retain phosphoric acid. Furthermore, in Figures 2 and 3, the operating temperature is 190C.
This figure shows the results at K, indicating that stable results can be obtained even at high temperatures when the phosphoric acid electrolyte holding matrix of the example is used.
なお、実施例(2)では、リン@電解質保持用マトリッ
クスの生成にジルコニウム塩を用^た例を示したが、ス
ズ、チタン、ケイ素ある−はアルをニウムなどoall
液を用−ても同様の効果を得ることができる。In addition, in Example (2), an example was shown in which a zirconium salt was used to generate a phosphorus@electrolyte holding matrix.
A similar effect can be obtained by using a liquid.
以上の如く、本発明の燃料電池は、高温のリン酸に安定
であシ、リン酸の保持力の大き9電解質保持用マトリッ
クスを有する燃料電池の提供を可能とするもので、産業
上の効果の大なるものである。As described above, the fuel cell of the present invention makes it possible to provide a fuel cell having an electrolyte retention matrix that is stable to high-temperature phosphoric acid and has a large phosphoric acid retention capacity, and has industrial effects. It is a great thing.
111図は、リン酸電解質保持用マトリックスを有する
燃料電池の原理的構成を示す断面図、第2図および第3
図は、本発明の燃料電池の一実施例の特性を従来の燃料
電池の特性との比較にお−て示した特性線図である。
1・・・アノード、2−・・カソード、3−・・リン酸
電解質(ほか1名)
第 1 図
1
第2図
メろ(t’ FJ呼ト σ弓 (hン
第1頁の続き
@出 願 人 日立化成工業株式会社
東京都新宿区西新宿2丁目1番
1号FIG. 111 is a sectional view showing the basic structure of a fuel cell having a phosphoric acid electrolyte holding matrix, and FIGS. 2 and 3.
The figure is a characteristic diagram showing the characteristics of an embodiment of the fuel cell of the present invention in comparison with the characteristics of a conventional fuel cell. 1...Anode, 2-...Cathode, 3-...Phosphate electrolyte (1 other person) 1st Figure 1 Figure 2 Melo (t' FJ name σ bow (Continuation of page 1) @ Applicant Hitachi Chemical Co., Ltd. 2-1-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo
Claims (1)
するマトリックスとを有する燃料電池において、前記マ
トリックスが、無機バインダーで固定した耐リン酸性物
質よシなることを特徴とする燃料電池。 2、vIJ記無機バインダーが、ジルコニウム、スズ。 チタン、ケイ素、アルミニウムよシなる群から選ばれた
少くとも一種類のリン酸化合物である特許請求の範囲第
1項記載の燃料電池。 3、前記耐リン酸性物質が、炭化ケイ素である特許請求
の範囲第11[または第2項記載の燃料電池。[Claims] 1. A fuel cell having a pair of gas diffusion electrodes and a matrix holding phosphoric acid as an electrolyte, characterized in that the matrix is made of a phosphoric acid-resistant material fixed with an inorganic binder. fuel cell. 2. vIJ The inorganic binder is zirconium or tin. The fuel cell according to claim 1, which is at least one phosphoric acid compound selected from the group consisting of titanium, silicon, and aluminum. 3. The fuel cell according to claim 11 [or claim 2], wherein the phosphoric acid-resistant substance is silicon carbide.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56141525A JPS5842181A (en) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | Fuel battery |
US06/414,394 US4529671A (en) | 1981-09-07 | 1982-09-02 | Fuel cell |
DE8282108208T DE3268833D1 (en) | 1981-09-07 | 1982-09-06 | Fuel cell |
EP82108208A EP0074111B1 (en) | 1981-09-07 | 1982-09-06 | Fuel cell |
CA000410845A CA1193652A (en) | 1981-09-07 | 1982-09-07 | Fuel cell |
US06/692,562 US4623415A (en) | 1981-09-07 | 1985-01-18 | Method of making fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56141525A JPS5842181A (en) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | Fuel battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5842181A true JPS5842181A (en) | 1983-03-11 |
JPS6232576B2 JPS6232576B2 (en) | 1987-07-15 |
Family
ID=15293990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56141525A Granted JPS5842181A (en) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | Fuel battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5842181A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS575268A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-12 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell |
-
1981
- 1981-09-07 JP JP56141525A patent/JPS5842181A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS575268A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-12 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6232576B2 (en) | 1987-07-15 |
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