JPS6280965A - 燃料電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池に係り、特に電極構造の改良に関する
。

〔発明の背景〕

燃料電池１は、第２図に示すように、電解質層２をアノ
ード３１とカソード３２０間に介在し、アノード３１の
外側に燃料室５を形成し、カソード３２の外側に酸化剤
室６を形成した構造である。

燃料は供給ロアから燃料室５内に供給され、排出口８か
ら排出される。また酸化剤は供給口ｌＯから酸化剤室６
内に供給され、排出口１１から排出される。

発電のための電気化学反応を効果的に行なわせるために
は、アノード３１では触媒層と電解質層と燃料の３相界
面を保たなければならない。燃料に水素ガスを使用する
燃料電池１においては、アノード３１とカソード３２に
はガス拡散電極が使用される。第３図は従来のガス拡散
電極３を示すもので、多孔質の電極基体３０の電解質層
２側に触媒層４が添着されている。

ところが、この電極基体３０は、１鎮以下の薄い板であ
るために、電解質がガス供給側にしみ出してイオン伝導
性の低下とガス浸入の防害を招いたり、あるいはガス供
給側への水分蒸発が犬きくて乾燥しやすく、電解質層２
との界面状態が悪化する問題をもっていた。このような
ことをさけるために、電極３への撥水化を強化すると電
極への電解質のしみ込みが悪くなり、電極３と電解質層
２との界面状態が悪化してイオン伝導性が悪くなって効
果的な３相界面が得られなかった。

豊た、メタノール、ホルマリンあるいはヒドラジ／を使
用する液体燃料電池の場合には、アノード３１では、電
極基体３０を通して燃料の供給と生成ガスの排出を同時
に効果的に行なわせなければならない。しかも燃料供給
系を簡略化するためには濃度リッチな燃料を供給できる
ようにすることが望ましく、この場合、アノード３１に
は過剰に作用しないようにこれを抑制することも必要で
ある。しかしながら従来の電極ではこのような対策が困
難であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記したような従来の問題点を改善し
、燃料電池の高性能化、長寿命化をはかるのに好適な′
Ｎ１．極を提供するところにある。

〔発明の概要〕

本発明は、’Ｆｔ極基体をコ孔率の異なる多孔質４′２
体の複合層とすることにより、前記した各種の問題の解
決を行なうものである。例えば、ガス拡散成極の場合に
は、電極基体は、触媒層が添着しやすい比較的粗の層と
強運水化を行って′Ｆに解質のしみ出しを防ぎガス供給
拡散路を確保する比較的密な層の複合によって構成され
る。また、成体燃料電池の場合には、燃料の透過を抑制
すると共に生成ガスの排出のために比較的密な層が利用
される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

この実施例において、電極３はガス拡散’［Ｋｍで、電
極基体３０は比較的粗な組成をもつ層３０Ａと比較的密
な層３０Ｂより構成されている。比較的粗なｒ＠　３０
　Ａにはカーボン担持した貴金属触媒をテフロン系微粒
子を結着剤として結着してなる触媒ｒ＃ｉ４を添惰する
。この部分の基体層３０Ａは比較的粗な層であるため層
内に触媒層がよく添着され結着力も強く効果的な触媒ノ
ー４が形成される。

従来は基体全体な強運水化していたが、電解質層２と電
惨との界面をよくするには比較的粗な１−３ＯＡは撥水
化も比較的弱くしておく。この層と組み合わせた比較的
密な層３０Ｂはフッ素系微粒子の懸濁液を処理後に焼成
するなどによって強運水化し、電解質のにじみを押えて
ガスの浸入を容易にしている。

この方法は比較的簡単な方法であり従来の電極に比べて
性能、寿命とも向上する。

な２、比較的粗な層３０Ａ七比較的密な４３０Ｂを一体
化した基体３０を構成するには、比較的荒くすいたカー
ゴ／ペーパと比較的密にすいたカーゴ／ペーパを結着剤
を用いて密着させればよい。

また、あらかじめ組成の異なるプラスチック繊維の２層
構造体を作りこれを高温炉でカーボナイズすることＫよ
っても得ることができる。

ガス拡散成極の他の実施例を第４図により説明する。こ
の電極の電極基体３０は真中の層３０Ｂを比較的に密に
して、両側の／！３０Ａ、３０Ｃを比較的粗な層として
構成した３層構造である。比較的粗な＋７３　ＯＡには
触媒層４を添着し、比較的密な層３０Ｂと比較的粗な１
ｍ　３０　Ｃは弾撥水剤を処理して強運水化させる。こ
のように新たに比較的粗な）１４３０　Ｃを加えたのは
、あらかじめ素材で多ｌｄ体を構成後に高温炉でカーボ
ナイズするときの変形を防止する意味がある。

ガス拡散成極の更に仙の実ａｍ列を第５〆１により説明
する。この例は第４図において、ガス浸入側の比較的粗
の層３０Ｃに更に強運水化するため詠水剤による処理を
行ったものである。例えば、結着剤によりフッ化カーポ
／や撥水性の強いカーボン等の微粒子１６１２を添着し
たものである。

このことによって、更に撥水化が強化され、電解質のし
み出しがなくなり、ガスの浸入が容易になる。

ガス拡散電極の更に他の実施例を第６図に示す。

この電極は、第１図に示した構成に加えて触媒層４と結
着剤により一体化構成した比較的粗な組成′をもつ材料
層１３を配設している。この層１３には′電解質を含ま
せて電解質のリザーバ層を形成させている。この材料は
電解質に対して安定な多孔質の無機、有機の材料が使用
される。当然ながら多孔質カーボン基体であってもよい
。こうすることによって電解質が減ることなく、ガス供
給側で変化があってもｔ極と電解質層２との界面が良好
に維持される。

他のガス拡散電極の実施例を第７図により説明する。こ
の電極は第５図と第６図で説明した実施例の組み合せで
、ガス拡散電極の機能を満足する最も適したものである
。

次に、液体燃料使用の場合のアノード３１の実施例につ
いて第８図により説明する。

比較的粗なｒ＊　３０　Ａと密な層３０Ｂから電極基ガ
ス拡散電極の場合と違い、密なｆｄ　３０　Ｂは強運水
化なせず密度調′面によって生成ガスの排出と燃料の透
過抑制を行わせるようにしている。

次に液体燃料使用の場合のアノード３１につき他の実施
例について第９図により説明する。この実施例の電倹基
体３０は比較的密な層３０７３とその両側の比較的粗な
Ｉｄ３ｏＡ、３ｏＣの３層構造で、比較的粗な層３０Ａ
にはアノード３１の触媒層４１を添着し、他の比較的粗
な層３０Ｃには燃料透過抑制を行なうだめの層１４を施
している。

このようにすると、燃料の濃度を数モル以上にするとき
に効果がある。

なお、燃料としては水素やメタノール、ヒドラジ／、ア
ンモニア等、電解質もアルカリ性盟、酸性型いずれでも
使用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス拡散電極においては電解質のにじ
みによるガス浸透の防害や電解質流上や、を極乾燥によ
る燃料ｉ！池性能の低下などがなく商性能、長寿命化が
達成できる。

また、液体燃料を用いる場合のアノードにおいても多層
構成のＩに極基体を用いることにより、生５１１ガスの
排出と燃料透過抑制がＱｆ叱となり高性能な電？也がイ
停られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス拡散磁極の一実施例を示す側
面図、第２図は燃料電池の原理構成図、第３図は従来の
′α極の側面図、第４図〜第７図は本発明によるガス拡
散電極の他の各実施例を示す側面図、８ｇ８図および第
９図は本発明による液体燃料心電のアノードを極の各実
施＋′Ａ１を示す側面図である。 ３０：［惨基体、３０Ａ：比較的粗なノー、３０３：比
較的密なｊ−，３０Ｃ：比較的粗な層。 第１図 ス０ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ３０Ｉｊ　３０Ａ 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質層を挾んで対向するアノードとカソードに燃
   料および酸化剤を供給し、電気化学反応によって発電す
   る燃料電池において、前記アノードおよびカソードの少
   なくともいずれか一方の電極基体を気孔率の異なる多孔
   質導電体の複合層としたことを特徴とする燃料電池。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電極基体は粗
   の多孔質導電体層に触媒層が添着されていることを特徴
   とする燃料電池。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   電極基体は多孔質導電体層が粗・密・粗の３層構造であ
   ることを特徴とする燃料電池。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項または第３項に
   おいて、前記電極基体は粗な有機材料シートと密な有機
   材料シートの重合体を焼成して導電体化したものである
   ことを特徴とする燃料電池。