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JPH0785879A - Phosphoric acid fuel cell matrix - Google Patents

Phosphoric acid fuel cell matrix

Info

Publication number
JPH0785879A
JPH0785879A JP5229340A JP22934093A JPH0785879A JP H0785879 A JPH0785879 A JP H0785879A JP 5229340 A JP5229340 A JP 5229340A JP 22934093 A JP22934093 A JP 22934093A JP H0785879 A JPH0785879 A JP H0785879A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phosphoric acid
matrix
layer
air electrode
electrode side
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
Application number
JP5229340A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Nishihara
西原  啓徳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP5229340A priority Critical patent/JPH0785879A/en
Publication of JPH0785879A publication Critical patent/JPH0785879A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】燐酸の保持性と電子絶縁性を高める。 【構成】マトリックスを燃料電極側に配置する燐酸保持
層と、空気電極側に配置する電子絶縁層からなる2層、
または燐酸保持層の上下両主面に電子絶縁層を形成し、
各電子絶縁層をそれぞれ燃料電極側と、空気電極側に配
置する3層かとして構成しすることにより、マトリック
スの電子絶縁性を確保すると同時に、燐酸の保持能力を
高めることができ、とくに、2層構成では、空気電極側
に配置する電子絶縁層が、燐酸に対してより敏感な空気
電極側への燐酸の移動を抑制し、触媒層が燐酸で過剰に
濡れるのを防ぎ、3層構成では、マトリックスからの燐
酸の移動を困難にしている。
(57) [Abstract] [Purpose] To improve phosphoric acid retention and electronic insulation. [Structure] Two layers including a phosphoric acid holding layer having a matrix arranged on the fuel electrode side and an electronic insulating layer arranged on the air electrode side,
Alternatively, an electronic insulating layer is formed on both upper and lower main surfaces of the phosphoric acid holding layer,
By constructing each of the electronic insulating layers as three layers arranged on the fuel electrode side and the air electrode side, respectively, the electronic insulating property of the matrix can be secured and at the same time, the phosphoric acid retaining ability can be enhanced. In the layer structure, the electronic insulating layer arranged on the air electrode side suppresses the migration of phosphoric acid to the air electrode side, which is more sensitive to phosphoric acid, and prevents the catalyst layer from being excessively wetted by phosphoric acid. , Making the migration of phosphoric acid from the matrix difficult.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燐酸型燃料電池のマトリ
ックスに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell matrix.

【0002】[0002]

【従来の技術】燐酸型燃料電池の単セルは、一般に電解
質である燐酸を保持するマトリックスの上下両側に、燃
料電極(アノード)と空気電極(カソード)を配置した
構造を持っている。図5は燐酸型燃料電池の単セルの構
造を示す部分模式断面図である。図5において、この単
セルは、カーボン基材1aと触媒層1bからなる燃料電
とマトリックス2、およびカーボン基材3aと触媒
層3bからなる空気電極により構成されるが、図5で
は、以後の説明の便宜上、マトリックス2については、
その構成材料を模式化して示し、両電極についてはいず
れも構成材料の図示は省略する。
2. Description of the Related Art A single cell of a phosphoric acid type fuel cell generally has a structure in which a fuel electrode (anode) and an air electrode (cathode) are arranged on both upper and lower sides of a matrix which holds phosphoric acid which is an electrolyte. FIG. 5 is a partial schematic sectional view showing the structure of a single cell of a phosphoric acid fuel cell. In FIG. 5, this single cell is composed of a fuel electrode 1 composed of a carbon base material 1a and a catalyst layer 1b, a matrix 2, and an air electrode 3 composed of a carbon base material 3a and a catalyst layer 3b. For convenience of description below, regarding the matrix 2,
The constituent materials are schematically shown and the constituent materials are not shown for both electrodes.

【0003】触媒層1b、3bは一般にカーボンブラッ
クなど、比表面積の大きい材料を担体として用い、この
上に白金などを担持させた触媒粒子と、撥水性を有しし
かも200℃程度の燐酸雰囲気でも安定なポリテトラフ
ロロエチレン(以下、PTFE)などとを混合して、膜
状にしたものが用いられる。通常用いられるカーボン担
体としては、例えばアセチレンブラックやファーネスブ
ラックなどがあり、いずれも一次粒子は数百オングスト
ローム程度であり、これが凝集して数ミクロンオーダー
の粒子となっている。これらの材料から構成される触媒
層1b、3bには、製造方法によっても異なるが、0.
1ミクロン以下の非常に小さい孔が多数存在している。
一方、マトリックス2は、高温の燐酸雰囲気に対して
比較的安定で電子絶縁性を有する、粒子径数ミクロンま
たはそれ以下のシリコンカーバイド4を、化学的に安定
な結合剤であるPTFE5と混合して膜状に成形し、こ
れに電解質である燐酸を保持させている。
The catalyst layers 1b and 3b generally use a material having a large specific surface area such as carbon black as a carrier, and catalyst particles having platinum supported thereon and water repellency and even in a phosphoric acid atmosphere at about 200 ° C. A film formed by mixing stable polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) or the like is used. Commonly used carbon carriers include, for example, acetylene black and furnace black, and in each case, primary particles have a particle size of several hundred angstroms, and these particles are aggregated into particles of the order of several microns. The catalyst layers 1b and 3b made of these materials have different characteristics depending on the manufacturing method.
There are many very small pores of 1 micron or less.
On the other hand, the matrix 2 is prepared by mixing silicon carbide 4 having a particle size of several microns or less, which is relatively stable in a phosphoric acid atmosphere at high temperature and has an electronic insulating property, with PTFE 5, which is a chemically stable binder. It is formed into a film and holds phosphoric acid as an electrolyte.

【0004】このマトリックス2は、以下のようにして
製造される。まず、例えば不二見研磨材工業社製の粒子
径約3μmのシリコンカーバイド4(商品番号GC#3
000)5gと、信越化学工業社製の粒子径約0.3μ
mのシリコンカーバイド4a(商品名ナノファイン−
β)5gを秤量し、これに脱イオン水200mlを添加
して約20分間混合する。さらに、例えば三井デュポン
フロロケミカル社製の商品名テフロン30J、即ちPT
FE5を1.0ml添加し、約10分間混合する。その
後、イソプロピルアルコールを100ml添加し、材料
を凝集させた後に、遠心分離法でケーキとして回収す
る。得られたケーキをカレンダーロール法によりシート
状となし,これを250℃で15分間焼成してマトリッ
クス2を得ることができる。
The matrix 2 is manufactured as follows. First, for example, silicon carbide 4 (product number GC # 3, manufactured by Fujimi Abrasives Co., Ltd., having a particle size of about 3 μm)
000) 5 g and a particle diameter of about 0.3 μ manufactured by Shin-Etsu Chemical Co.
Silicon Carbide 4a (trade name Nano Fine-
Weigh 5 g of β), add 200 ml of deionized water to this, and mix for about 20 minutes. Furthermore, for example, the product name Teflon 30J manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemicals, that is, PT
Add 1.0 ml of FE5 and mix for about 10 minutes. Then, 100 ml of isopropyl alcohol is added to coagulate the material, and then the cake is collected by centrifugation. The obtained cake is formed into a sheet by a calender roll method, and the matrix 2 can be obtained by baking this at 250 ° C. for 15 minutes.

【0005】燃料電極(アノード)および空気電極
(カソード)では、次の反応が起こる。 燃料電極の反応 H2 →2H+ +2e- (1) 空気電極の反応 (1/2) O2 +2H+ +2e- →H2 O (2) 全反応 H2 +(1/2) O2 →H2 O (3) 即ち、(1)式のように燃料電極では、外部から供給
された水素が触媒層1bの作用により、プロトンと電子
に別れる。プロトンは燃料電極と空気電極の間に挟
持されたマトリックス2に含浸されている電解質(燐
酸)中を空気電極に向かって移動する。一方、電子は
外部回路を通って空気電極に移動する。空気電極
は、外部から供給された空気中の酸素と、燃料電極
ら電解質中を移動してきたプロトンと、燃料電極から
外部回路を通って移動してきた電子とが接触して、触媒
層3bの作用により反応し水を生成する。[(2)式の
反応]。
Fuel electrode 1 (anode) and air electrode 3
At the (cathode) the following reactions occur. Reaction of fuel electrode 1 H 2 → 2H + + 2e (1) Reaction of air electrode 3 (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2) Total reaction H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3) That is, in the fuel electrode 1 , as in the formula (1), hydrogen supplied from the outside is separated into protons and electrons by the action of the catalyst layer 1b. The protons move toward the air electrode 3 in the electrolyte (phosphoric acid) impregnated in the matrix 2 sandwiched between the fuel electrode 1 and the air electrode 3 . On the other hand, the electrons move to the air electrode 3 through the external circuit. In the air electrode 3, and the oxygen in the air supplied from the outside, and protons having moved through the electrolyte from the fuel electrode 1, in contact with the electron which have moved from the fuel electrode 1 through an external circuit, a catalyst layer It reacts by the action of 3b to produce water. [Reaction of formula (2)].

【0006】触媒層1b、3bとマトリックス2を比較
すると、材料的には触媒層1b、3bを構成する粒子の
方がはるかに小さい粒子径を持っており、燐酸に対する
濡れ性が同等であれば、寧ろ触媒層1b、3bの方が、
電解質である燐酸を保持しなければならないマトリック
ス2より燐酸を引き込みやすいことになる。そこで、従
来は触媒層1b、3bに含まれるPTFEの量をマトリ
ックス2に含まれるPTFE5の量より多くし、または
製造工程における熱処理条件を変えることにより、燐酸
に対する濡れ性を制御することが行なわれている。
Comparing the catalyst layers 1b and 3b with the matrix 2, the particles composing the catalyst layers 1b and 3b have a much smaller particle size in terms of material and have the same wettability with phosphoric acid. , The catalyst layers 1b and 3b are
This makes it easier to draw in phosphoric acid than the matrix 2 which has to hold phosphoric acid as an electrolyte. Therefore, conventionally, the wettability to phosphoric acid is controlled by increasing the amount of PTFE contained in the catalyst layers 1b and 3b than the amount of PTFE5 contained in the matrix 2 or by changing the heat treatment conditions in the manufacturing process. ing.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の反応をマトリッ
クス2に着目して見ると、次のような問題が考えられ
る。 マトリックス2の両側には水素と空気が供給されて
いるため、マトリックス2中の燐酸が不足すると、これ
らのガスがマトリックス2を通してお互いに透過しやす
くなるクロスオーバー現象が起き、その結果水素と空気
が直接反応して、燃料電池の特性を著しく低下させる。
When the above reaction is focused on the matrix 2, the following problems can be considered. Since hydrogen and air are supplied to both sides of the matrix 2, a shortage of phosphoric acid in the matrix 2 causes a crossover phenomenon in which these gases easily permeate each other through the matrix 2, and as a result, hydrogen and air are generated. It reacts directly and significantly deteriorates the characteristics of the fuel cell.

【0008】 プロトンはマトリックス2に保持され
ている燐酸中を移動するために、マトリックス2中の燐
酸が不足すると、プロトンの移動距離が長くなり、内部
抵抗が増加して燃料電池の特性が低下する。 マトリックス2中の燐酸保持性が悪いと、マトリッ
クス2は燃料電極と空気電極に直接接しているた
め、これらの電極に必要以上の燐酸が移動して、これら
電極内におけるガスの拡散が阻害され、燃料電池の特性
が著しく低下する。
Since protons move in the phosphoric acid retained in the matrix 2, if the phosphoric acid in the matrix 2 is insufficient, the migration distance of protons becomes long, the internal resistance increases, and the characteristics of the fuel cell deteriorate. . If the phosphoric acid retention in the matrix 2 is poor, the matrix 2 is in direct contact with the fuel electrode 1 and the air electrode 3 , so that more phosphoric acid moves to these electrodes and the diffusion of gas in these electrodes is hindered. As a result, the characteristics of the fuel cell are significantly deteriorated.

【0009】 仮にマトリックス2の電子絶縁性が極
端に悪いと、本来外部回路を通って空気電極に移動す
る筈の電子が、マトリックス2中を通って空気電極
移動することになり、燃料電池は内部で短絡した状態と
なり特性が低下する。しかし、従来、触媒層1b、3b
の構成材料にくらべて、粒子径の大きい材料を用いて、
マトリックス2を形成していたので、マトリックス2の
燐酸保持性を確保するためには、撥水剤であるPTFE
の量や、焼成温度を制御するしか方法がなかった。とこ
ろが、このようにして得られたマトリックス2において
も、その燐酸保持性は十分とは言えず、しばしばマトリ
ックス2から燐酸がなくなり、それが触媒層1b、3b
に移動し、触媒層1b、3b内におけるガスの拡散を阻
害して、セル出力を低下させ、またはマトリックス2を
通してガスのクロスオーバーが発生して、セル出力の低
下を招き、さらにマトリックス2内の燐酸不足に起因す
るセル内部抵抗の増加が起き、セルの出力電圧が低下す
るという問題が発生している。
If the matrix 2 has an extremely poor electron insulating property, the electrons, which should originally move to the air electrode 3 through the external circuit, move to the air electrode 3 through the matrix 2 and the fuel The battery is internally short-circuited and the characteristics deteriorate. However, conventionally, the catalyst layers 1b, 3b
Compared to the constituent materials of
Since the matrix 2 was formed, in order to secure the phosphoric acid retaining property of the matrix 2, PTFE which is a water repellent is used.
The only way was to control the amount and the firing temperature. However, even in the matrix 2 thus obtained, the phosphoric acid retention is not sufficient, and the matrix 2 is often depleted of phosphoric acid, which results in the catalyst layers 1b and 3b.
Of the catalyst layer 1b, 3b to inhibit the diffusion of gas in the catalyst layers 1b and 3b to reduce the cell output, or the gas crossover occurs through the matrix 2, leading to a decrease in the cell output. There is a problem that the internal resistance of the cell increases due to lack of phosphoric acid and the output voltage of the cell decreases.

【0010】したがって、マトリックス2の有する性能
は、上記〜に対応して燃料電極および空気電極
より燐酸保持性が高く、これら電極に燐酸が移動し難
く、さらに上記に対応して十分な電子絶縁性を持ち、
電池の内部短絡を起こさないものであることが望まれ
る。本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、燐酸の保持性が高く、良好な電子絶縁性を有
する燐酸型燃料電池のマトリックスを提供することにあ
る。
Therefore, the performance of the matrix 2 is that the fuel electrode 1 and the air electrode 3 have
Higher phosphoric acid retention, phosphoric acid does not easily move to these electrodes, and further has sufficient electronic insulating property corresponding to the above,
It is desired that the battery does not cause an internal short circuit. The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a matrix of a phosphoric acid fuel cell having a high phosphoric acid retention property and a good electronic insulation property.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の燐酸型燃料電池のマトリックスは、燃料
電極側に配置する燐酸保持層と、空気電極側に配置する
電子絶縁層との2層からなり、または燐酸保持層の上下
両主面に電子絶縁層を形成し、各電子絶縁層をそれぞれ
燃料電極側と、空気電極側に配置する3層からなるもの
である。
In order to solve the above-mentioned problems, the matrix of the phosphoric acid type fuel cell of the present invention comprises a phosphoric acid holding layer arranged on the fuel electrode side and an electronic insulating layer arranged on the air electrode side. Or two electron-insulating layers are formed on the upper and lower main surfaces of the phosphoric acid retaining layer, and each electron-insulating layer is formed on the fuel electrode side and the air electrode side.

【0012】[0012]

【作用】本発明のマトリックスは、燐酸保持層を電極の
構成材料と同じ材料を用いてPTFE量を調整し、電子
絶縁層には従来のマトリックスと同じ材料を用いた2種
類の層の複合体としたために、マトリックスの電子絶縁
性を確保すると同時に、燐酸の保持能力を高めることが
でき、とくに、2層構成では電子絶縁層を空気電極側に
配置することにより、燐酸に対してより敏感な空気電極
側への燐酸の移動を抑制し、触媒層が燐酸で過剰に濡れ
るのを防ぎ、電子絶縁層で燐酸保持層を挟む3層構成で
は、マトリックスからの燐酸の移動を困難にしている。
The matrix of the present invention is a composite of two types of layers in which the phosphoric acid holding layer is made of the same material as the electrode and the amount of PTFE is adjusted, and the electronic insulating layer is made of the same material as the conventional matrix. Therefore, the electronic insulating property of the matrix can be secured, and at the same time, the phosphoric acid retaining capacity can be enhanced. Particularly, in the two-layer structure, by disposing the electronic insulating layer on the air electrode side, it is more sensitive to phosphoric acid. In the three-layer structure in which the phosphoric acid is prevented from moving to the air electrode side, the catalyst layer is prevented from being excessively wetted with phosphoric acid, and the phosphoric acid retaining layer is sandwiched by the electronic insulating layers, it is difficult to move phosphoric acid from the matrix.

【0013】[0013]

【実施例】以下本発明を実施例に基づき説明する。図1
は本発明によるマトリックスの構成を示す部分模式断面
図であり、図5と共通する部分に同一符号を用いてある
が、ここでは、上下の電極部については図示を省略す
る。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples. Figure 1
6 is a partial schematic cross-sectional view showing the configuration of the matrix according to the present invention, and the same reference numerals are used for the portions common to FIG. 5, but the illustration of the upper and lower electrode portions is omitted here.

【0014】本発明によるマトリックスが図5に示し
た従来のマトリックス2と異なる点は、図1に示すよう
に、本発明のマトリックスは、燐酸保持層6aと電子
絶縁層6bの二つの層からなる複合体として形成したこ
とである。このマトリックスは次のようにして製造す
ることができる。例えば、まずキャボット社製の商品名
Vulcan XC−72のファーネスブラック7を1
0g秤量し、これに界面活性剤を有する脱イオン水50
0mlを投入し、約5分間超音波により分散させる。そ
の後、例えば三井デュポンフロロケミカル社製の商品名
テフロン30J、即ちPTFE5を4.5ml添加し、
約10分間混合攪拌する。次にこの分散液にイソプロピ
ルアルコール100mlを加え、2分間攪拌した後に、
遠心分離器にかけてケーキ分を分離する。得られたケー
キをカレンダーロール機にかけ、厚さ70μmのシート
となし、これを約290℃の大気雰囲気中で焼成し、燐
酸保持層6aを形成する。
[0014] Matrix 6 is a conventional matrix 2 differs from that shown FIG. 5 according to the present invention, as shown in FIG. 1, the matrix 6 of the present invention, two layers of phosphate retention layer 6a and an electron insulating layer 6b It was formed as a complex consisting of. This matrix 6 can be manufactured as follows. For example, first use 1 of furnace black 7 manufactured by Cabot under the trade name Vulcan XC-72.
Weigh 0 g and deionized water with surfactant 50
Add 0 ml and disperse by ultrasonic waves for about 5 minutes. After that, for example, 4.5 ml of Teflon 30J, a product name of PTFE manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd., is added,
Mix and stir for about 10 minutes. Next, 100 ml of isopropyl alcohol was added to this dispersion and after stirring for 2 minutes,
Centrifuge to separate cake. The cake thus obtained is subjected to a calender roll machine to form a sheet having a thickness of 70 μm, which is baked in an air atmosphere at about 290 ° C. to form the phosphoric acid retaining layer 6a.

【0015】次に、例えば信越化学工業社製の粒子径約
0.3μmのシリコンカーバイド4a(商品名ナノファ
イン−β)を5g秤量し、これに脱イオン水100ml
を添加して約10分間混合する。これに例えば三井デュ
ポンフロロケミカル社製の商品名テフロン30JのPT
FE5を0.4ml添加し、さらに10分間混合する。
得られた分散液を上述の燐酸保持層6a上に塗布し、電
子絶縁層6bを形成する。これを約290℃で10分間
焼成することにより、2層からなる厚さ約90μmのマ
トリックスを得ることができる。この際電子絶縁層6
bは、電子の絶縁のみ可能であればよいから、できるだ
け薄い方がよい。
Next, for example, 5 g of silicon carbide 4a (trade name Nanofine-β) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. and having a particle diameter of about 0.3 μm is weighed, and 100 ml of deionized water is added thereto.
And mix for about 10 minutes. In addition to this, for example, PT of Teflon 30J under the trade name of Mitsui DuPont Fluorochemicals
Add 0.4 ml of FE5 and mix for an additional 10 minutes.
The obtained dispersion is applied onto the phosphoric acid retaining layer 6a to form the electronic insulating layer 6b. By baking this at about 290 ° C. for 10 minutes, a matrix 6 having a thickness of about 90 μm and having two layers can be obtained. At this time, the electronic insulating layer 6
It is only necessary for b to be as thin as possible because it can only insulate electrons.

【0016】このように、本発明のマトリックスは、
燐酸の保持性を高めるために数百Åのファーネスブラッ
ク7を用いて、PTFE5の量を触媒層の場合より少な
くした燐酸保持層6aと、そのために低下する電子絶縁
性を補うために、従来と同様のシリコンカーバイド4と
PTFE5を混合した電子絶縁層6bとの2層を設けて
あり、燐酸の保持性と電子絶縁性の双方の役割を兼備さ
せたものである。
Thus, the matrix 6 of the present invention is
To increase the phosphoric acid retention, several hundred Å of furnace black 7 is used, and the phosphoric acid retention layer 6a in which the amount of PTFE 5 is smaller than in the case of the catalyst layer is used. The same two layers of the silicon carbide 4 and the electronic insulating layer 6b in which PTFE 5 is mixed are provided, and they have both the role of retaining phosphoric acid and the role of electronic insulating.

【0017】以上は燐酸保持層6aの片面に電子絶縁層
6bを形成して、マトリックスとした場合を述べた
が、本発明によるマトリックスは、燐酸保持層6aの上
下両面に電子絶縁層6bを形成し、燐酸保持層6aを電
子絶縁層6bで挟むようにした3層構造の複合体とする
こともできる。但し、その図示は省略する。図2は、図
5と共通する部分を同一符号で表わし、燐酸保持層6a
の片面に電子絶縁層6bを形成したマトリックスを用
いて構成した単セルの部分模式断面図であり、このとき
は電子絶縁層6bは空気電極側に設ける。電子絶縁層
6bを空気電極側に設けたのは、燐酸に対して、より
敏感な空気電極側への燐酸の移動が抑制され、触媒層
3bが燐酸で過剰に濡れるのを防ぐことができるからで
ある。
Although the case where the electron insulating layer 6b is formed on one surface of the phosphoric acid retaining layer 6a to form the matrix 6 has been described above, the matrix according to the present invention has the electron insulating layers 6b on the upper and lower surfaces of the phosphoric acid retaining layer 6a. It is also possible to form a composite having a three-layer structure in which the phosphoric acid retaining layer 6a is sandwiched between the electron insulating layers 6b. However, the illustration is omitted. In FIG. 2, portions common to FIG. 5 are represented by the same reference numerals, and the phosphoric acid retaining layer 6a is shown.
FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of a single cell configured by using a matrix 6 in which an electronic insulating layer 6b is formed on one side of the above, in which case the electronic insulating layer 6b is provided on the air electrode 3 side. The provision of the electronic insulating layer 6b on the air electrode 3 side prevents the phosphoric acid from moving to the air electrode 3 side, which is more sensitive to phosphoric acid, and prevents the catalyst layer 3b from being excessively wetted by phosphoric acid. Because you can.

【0018】図3は、同様に燐酸保持層6aの上下両面
に電子絶縁層6bを形成した3層構造のマトリックス
を用いて構成した単セルの部分模式断面図である。この
ようにすることにより、マトリックスから燐酸が移動
し難くなる。図4は、それぞれマトリックスおよびマ
トリックスを用いた単セルの端子電圧の経時変化を表
わす線図であり、比較のために、従来のマトリックスを
用いた単セルの場合についても併記してある。図4にお
ける曲線(イ)はマトリックスを用いた単セル、曲線
(ロ)はマトリックスを用いた単セル、そして曲線
(ハ)は従来のマトリックスを用いた単セルのそれぞれ
特性を示すものである。
FIG. 3 similarly shows a matrix 8 having a three-layer structure in which an electronic insulating layer 6b is formed on both upper and lower surfaces of a phosphoric acid retaining layer 6a.
FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of a single cell configured using. This makes it difficult for phosphoric acid to move from the matrix 8 . FIG. 4 is a diagram showing the change over time in the terminal voltage of the unit cells using the matrix 6 and the matrix 8 , respectively, and the case of the unit cell using the conventional matrix is also shown for comparison. The curve (a) in FIG. 4 shows the characteristics of the single cell using the matrix 6 , the curve (b) shows the characteristics of the single cell using the matrix 8 , and the curve (c) shows the characteristics of the single cell using the conventional matrix. is there.

【0019】図4から、3層構造としたマトリックス
を用いた方が、厚さがやや大きくなる分だけ内部抵抗が
増し、2層構造のマトリックスを用いた場合より端子
電圧は僅かに低くなるが、本発明のマトリックスを用い
セルは、従来に比べて長時間安定な特性を持続すること
がわかる。
From FIG. 4, the matrix 8 having a three-layer structure is shown.
The use of the above-mentioned method increases the internal resistance by a slightly larger thickness and the terminal voltage is slightly lower than the case of using the two-layer structure matrix 6. However, a cell using the matrix of the present invention is In comparison, it can be seen that the stable characteristics are maintained for a long time.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上、実施例で述べたように、本発明の
マトリックスは、 燐酸保持層として作用する層と、電子絶縁層として
作用する層を形成した複合体とする。 燐酸保持層と電子絶縁層との2層構成とし、電子絶
縁層を空気電極側に設ける。
As described above in the examples, the matrix of the present invention is a composite having a layer acting as a phosphoric acid retaining layer and a layer acting as an electronic insulating layer. The phosphoric acid retaining layer and the electronic insulating layer are two-layered, and the electronic insulating layer is provided on the air electrode side.

【0021】 燐酸保持層を上下の電子絶縁層で挟む
3層構成とする。 ことにより、燐酸保持層として作用する層の少なくとも
一方の主面上に、電子絶縁層として作用する層を形成し
た複合体としたために、マトリックスの燐酸の保持性が
低下するのを防ぎ、またPTFE量を少なくしているの
で、電子絶縁層にひび割れが入ったとしても、燐酸保持
層に十分な燐酸が保持される構造となっているので、ガ
スのクロスオーバーが発生する可能性は低く、安定な電
池の運転を行なうことができる。
The phosphoric acid retaining layer has a three-layer structure in which the upper and lower electronic insulating layers are sandwiched. As a result, since the composite having the layer acting as the electron insulating layer formed on at least one main surface of the layer acting as the phosphoric acid retaining layer, the retention of phosphoric acid in the matrix is prevented from being lowered, and the PTFE is prevented. Since the amount is small, even if the electronic insulating layer is cracked, the structure is such that sufficient phosphoric acid is retained in the phosphoric acid retaining layer, so the possibility of gas crossover is low and stable. It can operate various batteries.

【0022】また、燐酸保持層と電子絶縁層との2層構
成のマトリックスでは、電子絶縁層を空気電極側に設け
るようにしたために、燐酸による濡れに対して、より敏
感な空気電極側への燐酸の移動が抑制され、触媒層が燐
酸で過剰に濡れるのを防ぐことができる。さらに、電子
絶縁層で燐酸保持層を挟む3層構成では、マトリックス
からの燐酸が移動し難くなる。
Further, in the matrix having a two-layer structure of the phosphoric acid holding layer and the electron insulating layer, the electron insulating layer is provided on the air electrode side, so that the air electrode side, which is more sensitive to wetting by phosphoric acid, is formed on the air electrode side. The movement of phosphoric acid is suppressed, and the catalyst layer can be prevented from being excessively wetted with phosphoric acid. Furthermore, in the three-layer structure in which the phosphoric acid retaining layer is sandwiched by the electronic insulating layers, phosphoric acid from the matrix becomes difficult to move.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による2層構成のマトリックスを示す部
分模式断面図
FIG. 1 is a partial schematic sectional view showing a matrix having a two-layer structure according to the present invention.

【図2】本発明による2層構成のマトリックスを用いた
単セルの部分模式断面図
FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view of a single cell using a two-layer matrix according to the present invention.

【図3】本発明による3層構成のマトリックスを用いた
単セルの部分模式断面図
FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of a single cell using a matrix having a three-layer structure according to the present invention.

【図4】本発明によるマトリックスと従来のマトリック
スとの比較で示したセル端子電圧の経時変化を示す線図
FIG. 4 is a diagram showing changes over time in cell terminal voltage, which is shown in comparison between a matrix according to the present invention and a conventional matrix.

【図5】燐酸型燃料電池の単セルの構造を示す部分模式
断面図
FIG. 5 is a partial schematic sectional view showing the structure of a single cell of a phosphoric acid fuel cell.

【符号の説明】 燃料電極 1a カーボン基材 1b 触媒層 2 マトリックス 空気電極 3a カーボン基材 3b 触媒層 4 シリコンカーバイド 4a シリコンカーバイド 5 PTFE マトリックス 6a 燐酸保持層 6b 電子絶縁層 7 ファーネスブラック マトリックス[Explanation of Codes] 1 fuel electrode 1a carbon base material 1b catalyst layer 2 matrix 3 air electrode 3a carbon base material 3b catalyst layer 4 silicon carbide 4a silicon carbide 5 PTFE 6 matrix 6a phosphoric acid retaining layer 6b electronic insulating layer 7 furnace black 8 matrix

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料電極と空気電極に挟持された燐酸型燃
料電池のマトリックスであって、燐酸保持層と電子絶縁
層とからなり、前記燐酸保持層の少なくとも一方の主面
に形成した前記電子絶縁層を前記空気電極側に配置する
ことを特徴とする燐酸型燃料電池のマトリックス。
1. A matrix of a phosphoric acid fuel cell sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, comprising a phosphoric acid retaining layer and an electronic insulating layer, wherein the electrons are formed on at least one main surface of the phosphoric acid retaining layer. A phosphoric acid fuel cell matrix, wherein an insulating layer is disposed on the air electrode side.
【請求項2】請求項1記載のマトリックスにおいて、燃
料電極側に配置する燐酸保持層と、空気電極側に配置す
る電子絶縁層との2層からなることを特徴とする燐酸型
燃料電池のマトリックス。
2. The matrix of a phosphoric acid fuel cell according to claim 1, comprising two layers, a phosphoric acid retaining layer arranged on the fuel electrode side and an electronic insulating layer arranged on the air electrode side. .
【請求項3】請求項1記載のマトリックスにおいて、燐
酸保持層の上下両主面に電子絶縁層を形成した3層から
なることを特徴とする燐酸型燃料電池のマトリックス。
3. The matrix of a phosphoric acid fuel cell according to claim 1, which is composed of three layers in which electron insulating layers are formed on both upper and lower main surfaces of a phosphoric acid retaining layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004327057A (en) * 2003-04-21 2004-11-18 Toyota Motor Corp Fuel cell electrode and fuel cell using the same

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