[發明專利]燃料電池的穿透損耗的測定方法及測定裝置

無效

• 申請號: 200680052788.4
• 申請日: 2006-03-28
• 公開（公告）號: CN101427409A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 平重貴之;加茂友一
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10;G01N27/416
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李 帆

技術領域

本發明涉及一種對燃料電池用膜電極接合體的新的穿透損耗測定方法。還涉及一種基于該測定方法的測定裝置。還涉及一種基于該測定方法的各種的應用設備。

背景技術

近年來，作為替代鋰離子二次電池的攜帶設備用電源，正在期待將甲醇用于燃料的直接型甲醇燃料電池DMFC(Direct?Methanol?FuelCell)，并以實用化為目標進行了積極地開發。

DMFC的發電部分的結構為，在質子導電性的固體高分子電解質膜的表面、背面上配置有陰極催化劑層及陽極催化劑層。將這種結構稱作膜電極接合體MEA(Membrane?Electrode?Assembly)。陰極催化劑層及陽極催化劑層為承載催化劑的碳和固體高分子電解質適度混合而成的基體，在碳上的催化劑和固體高分子電解質及反應物質接觸的三相界面中進行電極反應。另外，碳的連接為電子的通道，固體高分子電解質的連接成為質子的通道。

DMFC在陽極催化劑層及陰極催化劑層分別發生(1)及(2)式表示的反應，并輸出電。

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-????????(1)

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O?????????????????(2)

合并(1)(2)的整體的反應式如下式。

CH₃OH+3/2O₂→CO₂+H₂O??????????????(3)

DMFC理論上可保持鋰離子二次電池約10倍的能量密度。但是現狀為與鋰離子二次電池相比，MEA的輸出功率低，未能達到實用的程度。

為提高MEA的輸出功率，在改良作為構成材料的催化劑及電解質膜，使MEA結構最佳化方面進行了探討。尤其是已掌握了通過電解質膜的改良來提高MEA的輸出功率的鑰匙。作為對電解質膜所要求的性能，可舉出：(1)質子電導率高、(2)甲醇透過量低兩個方面。(1)的質子電導率與電解質膜的電阻有關。質子電導率低時電阻增大，導致輸出功率下降。(2)的甲醇透過量與陽極的甲醇透過電解質膜到達陰極的所謂“穿透”有關。到達陰極的甲醇在陰極催化劑上和氧進行化學反應產生熱。由于該穿透導致陰極的過電壓增大，MEA的輸出功率下降。將因穿透引起的輸出電壓的降低量稱為“穿透損耗”。

作為穿透量的測定方法有(i)利用Gottesfeld法的透過電流密度測定(文獻J.Electrochem.Soc.，147(2)466(2000))、(ii)利用氣相色譜法的甲醇透過系數測定、(iii)利用液相色譜法的甲醇透過系數測定等。

利用(i)的方法時，由于電極反應與DMFC的電極反應不同，不能估計作為MEA的輸出電壓的降低量的穿透損耗。即變成測定和實際的DMFC反應式不同的反應的電流。

另外，在(ii)、(iii)中，由膜厚及時間等算出甲醇透過系數來比較甲醇穿透量的大小。

甲醇透過電流及甲醇透過系數成為穿透量的指示，但與穿透損耗的關系不明，不能估計穿透損耗為怎樣的程度。

如上所述，在實際的燃料電池中，雖然穿透損耗是決定輸出功率的重要因素，但到目前為止，沒有直接測定的方法，因此，以其它的穿透量為指示。而且，測定的透過電流密度及透過系數有多大意義并不清楚。例如：即使將這些值設定在1/2，穿透損耗也不一定成為1/2。

發明內容

本發明是鑒于以上情況而開發的，目的在于提供一種可以直接測定甲醇穿透損耗的新穎的測定方法。

一種測定方法，其用電壓評價甲醇對膜電極接合體的穿透量，所述膜電極接合體為還原氧化氣體的陰極催化劑層及氧化甲醇水溶液的陽極催化劑層介由質子導電性的固體高分子電解質膜配置而成。

附圖說明

第1圖為表示本發明的測定方法的流程的圖；

第2圖為表示本發明的電壓變化的曲線圖；

第3圖為表示本發明的測定裝置的圖；

第4圖～第6圖為表示本發明的燃料電池的圖；

第7圖～第14圖為表示本發明的實施例或比較例的曲線圖。

具體實施方式

利用附圖對本發明采用的具體實施方式進行詳細地敘述。

本實施方式提供一種測定方法，其特征在于，對甲醇燃料電池用MEA，由陰極催化劑層未受甲醇穿透的影響的電壓和陰極催化劑層受甲醇穿透的影響的電壓之差來測定穿透損耗。