JP2008053193A - 水素−空気/固体高分子電解質型可逆セル用の電極触媒とそれを用いた可逆セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Pt黒とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)との混合体からなる可逆セル用の電極触媒用粉末を、混合体中のPTFE含有量が6.9〜8.0重量%の範囲内となるように用意し、この電極触媒用粉末を、IrまたはIr酸化物の粉末とを、金属の重量割合にして、Pt:Ir=80〜90:20〜10となるように組み合わせ、ナフィオンの分散液と混合したスラリーで電極−電解質膜接合体(MEA)をつくる。このMEAを使用して可逆セルを組み立てる。
【選択図】 図4
Description
水素極上の反応:H2→2H++2e
酸素極上の反応:(1/2)O2+2H++2e−→H2O
反応中に、水素イオンは、電解質膜内を水素極側から酸素極側に向かって移動する。一方、水電解モードで運転したときの電極反応はつぎのとおりであって、
水素極上の反応:2H++2e→H2
酸素極上の反応:H2O→(1/2)O2+2H++2e−
セルの外部から酸素室内に水を供給しながら、直流を印加することによって水素と酸素とを発生させる。反応に伴い、水素イオンは電解質膜内を、酸素極室側から水素極室側に向かって移動する。
水素流量:100ml/分
酸素流量:100ml/分(空気の場合は500ml/分)
相対湿度:99〜100%
セル温度80℃
の条件で運転し、評価した。水電解性能も、同様に80℃で運転し、その運転条件下における、電流−電圧特性を測定して評価した。
燃料電池発電効率:εFC=△G/△H=nFEFC/△H0 353
水電解効率: εWE=△H0 353/△G=△H0 353/nFEWE
往復変換効率: εTOTAL=εFC×εWE=EFC/EWE
ここで、F:ファラデー定数(C)、△H0 353:284.038kJ/mol、n=2
(1)純酸素を使用した場合には、電極触媒粉末中のPTFEの含有量が6.7〜8.0wt.%の範囲にわたって、性能に大きな差異は見られない。
(2)空気を使用した場合には、6.7wt.%のPTFEを含有する電極触媒を使用した酸素極では、電流密度400mA/cm2における発電効率が40%以下であり、これより高い電流密度域での運転はできなかった。
(3)空気を使用した場合でも、PTFE含有量を増大させれば、特性が大きく向上し、700mA/cm2もの高電流密度においても、運転可能になる。発電特性は、PTFE含有量に対して、7.0wt.%付近を極大とする、強い依存性を有する。
(4)結局、酸素極に酸素を供給した場合と空気を供給した場合とで、電極触媒粉末中のPTFEの含有量と発電特性との関係は大きく異なり、1wt.%程度のPTFE量の変動で特性に差異があることがわかった。この差は、従来の酸素極の特性からは予想することができなかった。
Claims (4)
- 白金黒とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とからなる水素−空気/固体高分子電解質型可逆セル用の電極触媒であって、その混合体中のPTFE含有量を6.9〜8.0重量%の範囲内としたことを特徴とする電極触媒粉末。
- 請求項1に記載の電極触媒粉末とイリジウムまたはその酸化物の粉末とを、金属の重量割合にして、Pt:Ir=80〜90:20〜10となるように混合してなる水素−空気固体高分子型可逆セルの空気極用混合触媒。
- 請求項2に記載の混合触媒を用いてなる空気極を有する固体高分子型可逆セル用の電極−電解質膜接合体(MEA)。
- 請求項3に記載のMEAを構成部分とする固体高分子電解質型の水電解・燃料電池可逆セル。
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