JPH01159965A - マトリックス形燃料電池 - Google Patents
マトリックス形燃料電池Info
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- JPH01159965A JPH01159965A JP62317147A JP31714787A JPH01159965A JP H01159965 A JPH01159965 A JP H01159965A JP 62317147 A JP62317147 A JP 62317147A JP 31714787 A JP31714787 A JP 31714787A JP H01159965 A JPH01159965 A JP H01159965A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
- H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
-
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- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はマトリックス形燃料電池、特に電解液を含浸
保持したマトリックス層に対する電解液の補給構造に関
する。
保持したマトリックス層に対する電解液の補給構造に関
する。
頭記したマトリックス形燃料電池は、周知のようにりん
酸等の電解液を含浸保持したマトリックス層と、該マト
リックス層を挟んで対向するアノード電極、カソード電
極とから成る単セルを、セパレータを介して多数個積層
して構成されている。
酸等の電解液を含浸保持したマトリックス層と、該マト
リックス層を挟んで対向するアノード電極、カソード電
極とから成る単セルを、セパレータを介して多数個積層
して構成されている。
また該燃料電池は単セルへの反応ガス供給の仕方により
リブ付き電極方式とリブ付セパレータ方式タイプに大別
される。
リブ付き電極方式とリブ付セパレータ方式タイプに大別
される。
ところでかかる燃料電池を長時間連続して運転した場合
には、マトリックス層に含浸保持されている電解液が電
池反応に伴う反応生成水とともに燃料電池に供給される
反応ガスにより飛散して燃料電池外に逸出し、これが原
因で電池内部抵抗の増加１反応ガスのクロスリーク等が
生じて電池特性の低下を来すことが知られており、その
対策として連続的ないし一定周期毎にマトリックス層へ
電解液を補給することが従来より一般に実施されている
。
には、マトリックス層に含浸保持されている電解液が電
池反応に伴う反応生成水とともに燃料電池に供給される
反応ガスにより飛散して燃料電池外に逸出し、これが原
因で電池内部抵抗の増加１反応ガスのクロスリーク等が
生じて電池特性の低下を来すことが知られており、その
対策として連続的ないし一定周期毎にマトリックス層へ
電解液を補給することが従来より一般に実施されている
。
一方、マトリックス層への電解液補給手段として、リブ
付電極方式のタイプに付いてリブ付電極基材のリブ部等
の一部を親水処理し、この親水処理部をリザーバとして
ここに電解液を含浸貯留させておき、ここから電極触媒
層の一部に設けた電解液連通路を通じてマトリックス層
に電解液を補給する方法、あるいはリブ付電極方式にお
ける電極基材の周縁端部、ないしはリブ付セパレータ方
式におけるセパレータの周縁端部にリザーバとなる電解
液補給溝を形成するとともに、該電解液補給溝とマトリ
ックス層の端部との間に直通の電解液連通路を設けて電
解液補給溝よりマトリックス層へ電解液を随時補給るす
方法等が従来より実施されている。
付電極方式のタイプに付いてリブ付電極基材のリブ部等
の一部を親水処理し、この親水処理部をリザーバとして
ここに電解液を含浸貯留させておき、ここから電極触媒
層の一部に設けた電解液連通路を通じてマトリックス層
に電解液を補給する方法、あるいはリブ付電極方式にお
ける電極基材の周縁端部、ないしはリブ付セパレータ方
式におけるセパレータの周縁端部にリザーバとなる電解
液補給溝を形成するとともに、該電解液補給溝とマトリ
ックス層の端部との間に直通の電解液連通路を設けて電
解液補給溝よりマトリックス層へ電解液を随時補給るす
方法等が従来より実施されている。
ところで前記した従来の電解液補給方式では次記のよう
な問題点がある。すなわちリブ付電極方式の電極基材に
親木処理部のリザーバを形成した上で電極触媒層に設け
た電極連通路を通じてマトリックス層へ電解液を補給す
る方式では、電池を長時間運転させた場合にはふっ素樹
脂等で撥水処理したリザーバ以外の電極基材領域にも次
第に電解液が浸透してしまい、この結果として電極基材
のガス拡散性が低下して電極の放電特性を低下させる。
な問題点がある。すなわちリブ付電極方式の電極基材に
親木処理部のリザーバを形成した上で電極触媒層に設け
た電極連通路を通じてマトリックス層へ電解液を補給す
る方式では、電池を長時間運転させた場合にはふっ素樹
脂等で撥水処理したリザーバ以外の電極基材領域にも次
第に電解液が浸透してしまい、この結果として電極基材
のガス拡散性が低下して電極の放電特性を低下させる。
また電極の製作面から見ても、電極基材の面上に電極触
媒層を成層させた後に、該電極触媒層に電解液連通路を
設ける必要があり、製作工程が複雑化して製作コスト高
を招く。
媒層を成層させた後に、該電極触媒層に電解液連通路を
設ける必要があり、製作工程が複雑化して製作コスト高
を招く。
またリブ付電極方式の電極基材、あるいはリブ付セパレ
ータ方式のセパレータに対してその周縁端部に電解液補
給溝のリザーバを設け、ここからマトリックス層へ直接
電解液を補給する方式では、電極触媒層の面域に電解液
連通路を設ける煩わしさがない反面、リザーバからの電
解液補給地点がマトリックス層の端部となる。しがもマ
トリックス層自体は電解液の保持性を高めるために緻密
な構造であることから、前記のようにマトリックス層の
端部より電解液補給を行うとすると、マトリックス層の
全面域に速やかに補給電解液を浸透させるのにかなりの
長時間を必要とし、特にマトリックス層の面積が大きい
大容量の燃料電池はどこの傾向が大となる。
ータ方式のセパレータに対してその周縁端部に電解液補
給溝のリザーバを設け、ここからマトリックス層へ直接
電解液を補給する方式では、電極触媒層の面域に電解液
連通路を設ける煩わしさがない反面、リザーバからの電
解液補給地点がマトリックス層の端部となる。しがもマ
トリックス層自体は電解液の保持性を高めるために緻密
な構造であることから、前記のようにマトリックス層の
端部より電解液補給を行うとすると、マトリックス層の
全面域に速やかに補給電解液を浸透させるのにかなりの
長時間を必要とし、特にマトリックス層の面積が大きい
大容量の燃料電池はどこの傾向が大となる。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的はマトリックス層への電解液補給が短時間で層内
全域へ均等に電解液を迅速に補給できるようにしたマト
リックス形燃料電池、特にその電解液補給構造を提供す
ることにある。
の目的はマトリックス層への電解液補給が短時間で層内
全域へ均等に電解液を迅速に補給できるようにしたマト
リックス形燃料電池、特にその電解液補給構造を提供す
ることにある。
上記問題点を解決するために、この発明によれば、マト
リックス層の面域に分散して電解液補給通路となる耐蝕
性のウィックを埋設し、かつ該ウィックの先端をマトリ
ックス層外に引出して電極基材、ないしセパレータの一
部に設けた電解液リザーバに連通させて構成するものと
する。
リックス層の面域に分散して電解液補給通路となる耐蝕
性のウィックを埋設し、かつ該ウィックの先端をマトリ
ックス層外に引出して電極基材、ないしセパレータの一
部に設けた電解液リザーバに連通させて構成するものと
する。
上記の構成で、ウィックは例えばシリコンカーバイド繊
維を材料とする撚糸で作られた網状体のものであり、マ
トリックス層を成形する工程で同時にマトリックス層内
に埋設される。また電解液リザーバはマトリックス層の
下側に位置する電極基材ないしセパレータに設けた電解
液補給溝であり、該溝内に貯留した電解液に前記ウィッ
クの先端が浸漬されている。
維を材料とする撚糸で作られた網状体のものであり、マ
トリックス層を成形する工程で同時にマトリックス層内
に埋設される。また電解液リザーバはマトリックス層の
下側に位置する電極基材ないしセパレータに設けた電解
液補給溝であり、該溝内に貯留した電解液に前記ウィッ
クの先端が浸漬されている。
かかる構成により、ウィックはマトリックス層の基材に
比べて遥かに毛管力が大きく、電解液の補給時にはウィ
ックを伝わって電解液リザーバ内の電解液が短時間でマ
トリックス層の全面域へ迅速に分散補給されるようにな
る。
比べて遥かに毛管力が大きく、電解液の補給時にはウィ
ックを伝わって電解液リザーバ内の電解液が短時間でマ
トリックス層の全面域へ迅速に分散補給されるようにな
る。
第１図、第２図はリブ付電極方式の燃料電池を実施対象
とした本発明実施例の構成断面図、およびその平面図、
第３図、第４図はそれぞれ実験結果による電解液補給時
間とマトリックス層のガス透過量、および燃料電池の開
回路電圧との関係を表した特性図を示すものであり、ま
ず第１図により電解液補給構造を説明する。
とした本発明実施例の構成断面図、およびその平面図、
第３図、第４図はそれぞれ実験結果による電解液補給時
間とマトリックス層のガス透過量、および燃料電池の開
回路電圧との関係を表した特性図を示すものであり、ま
ず第１図により電解液補給構造を説明する。
図において、１は耐電解液性、耐熱性、非導電性を有す
るシリコンカーバイド、あるいはりん酸ジルコニウム等
の粉末に撥水剤として少量のふっ素樹脂を加えて成形さ
れたマトリックス層、２゜３はそれぞれ多孔質のリブ付
電極基材４に電極触媒層５を成層して成るアノード電極
、カソード電極、６はセパレータ、７はマトリックス層
１の外周を包囲したシール部材であり、これらを積層し
て単セルが構成されている。なお４ａ、 ４ｂはそれぞ
れリブ付電極基材４のリブ間に画成された燃料ガス、酸
化剤ガスの反応ガス通路である。
るシリコンカーバイド、あるいはりん酸ジルコニウム等
の粉末に撥水剤として少量のふっ素樹脂を加えて成形さ
れたマトリックス層、２゜３はそれぞれ多孔質のリブ付
電極基材４に電極触媒層５を成層して成るアノード電極
、カソード電極、６はセパレータ、７はマトリックス層
１の外周を包囲したシール部材であり、これらを積層し
て単セルが構成されている。なお４ａ、 ４ｂはそれぞ
れリブ付電極基材４のリブ間に画成された燃料ガス、酸
化剤ガスの反応ガス通路である。
かかる燃料電池構造に対して本発明により、まずマトリ
ックス層１の下側に位置するカソード電極側のリブ付電
極基材４の端部には凹溝の電解液補給溝として成る電解
液リザーバ８が形成され、ここに９５〜１０５ｉｖｔ％
の高濃度なりん酸等の電解液９が収容されている。なお
電極基材４における電解液リザーバ８となる凹溝の周域
は撥水処理されており、また必要によりリザーバ８は電
池の外部より電解液を供給できるように構成されている
。
ックス層１の下側に位置するカソード電極側のリブ付電
極基材４の端部には凹溝の電解液補給溝として成る電解
液リザーバ８が形成され、ここに９５〜１０５ｉｖｔ％
の高濃度なりん酸等の電解液９が収容されている。なお
電極基材４における電解液リザーバ８となる凹溝の周域
は撥水処理されており、また必要によりリザーバ８は電
池の外部より電解液を供給できるように構成されている
。
一方、前記マトリックスＮ１には符号１０で示すウィッ
クがマトリックス層全面域に分散して層内に埋設されて
いる。このウィック１０は例えば０．１〜０．５μｍ程
度で繊維長１０〜２０ｍ１１１程度のシリコンカーバイ
ドの繊維を撚り合わせた太さ約１００μｍの撚糸を材料
に、この糸を縦横に粗く編んだものであり、かつウィッ
ク１０はその先端１０ａをマトリックス層１より側方に
引出して、前記した電解液リザーバ８内に貯留されてい
る電解液９に浸漬されている。
クがマトリックス層全面域に分散して層内に埋設されて
いる。このウィック１０は例えば０．１〜０．５μｍ程
度で繊維長１０〜２０ｍ１１１程度のシリコンカーバイ
ドの繊維を撚り合わせた太さ約１００μｍの撚糸を材料
に、この糸を縦横に粗く編んだものであり、かつウィッ
ク１０はその先端１０ａをマトリックス層１より側方に
引出して、前記した電解液リザーバ８内に貯留されてい
る電解液９に浸漬されている。
なお、マトリックス層１にウィック１０を埋設する方法
としては、例えばあらかじめ製作されたリブ付電極の触
媒層上に網状に編んだウィックを配置し、この状態でマ
トリックス層の材料であるシリコンカーバイドの微粉末
と少量のふっ素樹脂を含む分散混合液をスプレー法、あ
るいはブレード法等によりウィックを埋めるように塗布
し、さらに乾燥することによりウィック１０の埋設され
たマトリックス層１が得られる。
としては、例えばあらかじめ製作されたリブ付電極の触
媒層上に網状に編んだウィックを配置し、この状態でマ
トリックス層の材料であるシリコンカーバイドの微粉末
と少量のふっ素樹脂を含む分散混合液をスプレー法、あ
るいはブレード法等によりウィックを埋めるように塗布
し、さらに乾燥することによりウィック１０の埋設され
たマトリックス層１が得られる。
かかる構成により、マトリックス層１への電解液補給時
には、ウィック１０の毛管力でリザーバ８内より吸い上
げた電解液９がウィック１０を伝わってマトリックス層
１の層内全域へ速やかに浸透するようになる。
には、ウィック１０の毛管力でリザーバ８内より吸い上
げた電解液９がウィック１０を伝わってマトリックス層
１の層内全域へ速やかに浸透するようになる。
次に上記構成による電解液補給の効果を評価するために
、本発明者は前記実施例のウィック付きマトリックス層
を用いて組立てた単セルと、マトリックス層を挟んで上
方に位置する電極側のリブ付電極基材の端部に設けたリ
ザーバから直接マトリックス層の端部へ電解液を補給す
る従来構造による単セルとを供試電池として、リザーバ
よりマトリックス層へ電解液として１００ｗｔ％のりん
酸を補給した際の電解液補給時間と反応ガス通路を通じ
て外部より加圧供給した窒素ガスがアノード側からカソ
ード側へ透過するマトリックス層のガスクロス量との関
係を調べた。この実験結果を第３図に示す。なお図中の
特性線Ａは本発明実施例によるもの、特性線Ｂは従来構
造によるものである。
、本発明者は前記実施例のウィック付きマトリックス層
を用いて組立てた単セルと、マトリックス層を挟んで上
方に位置する電極側のリブ付電極基材の端部に設けたリ
ザーバから直接マトリックス層の端部へ電解液を補給す
る従来構造による単セルとを供試電池として、リザーバ
よりマトリックス層へ電解液として１００ｗｔ％のりん
酸を補給した際の電解液補給時間と反応ガス通路を通じ
て外部より加圧供給した窒素ガスがアノード側からカソ
ード側へ透過するマトリックス層のガスクロス量との関
係を調べた。この実験結果を第３図に示す。なお図中の
特性線Ａは本発明実施例によるもの、特性線Ｂは従来構
造によるものである。
この実験結果から明らかなように、従来構造では窒素ガ
ス圧力１００ｍｍ水柱でマトリックスを透過するガスク
ロス量は補給時間の経過とともに次第に減少するように
なるが、ガスクロス量がほぼＱｍ７！／ｍｉｎとなるの
に約２０〜２５時間を要したのに対し、本発明実施例の
構造では電解液補給開始直後よりガスクロス量が急激に
減少し、補給開始後１〜２時間で略ＯｍＡ／ｍｉｎとな
った。つまり極短時間でマトリックス層に電解液の補給
を完了できることが確認された。
ス圧力１００ｍｍ水柱でマトリックスを透過するガスク
ロス量は補給時間の経過とともに次第に減少するように
なるが、ガスクロス量がほぼＱｍ７！／ｍｉｎとなるの
に約２０〜２５時間を要したのに対し、本発明実施例の
構造では電解液補給開始直後よりガスクロス量が急激に
減少し、補給開始後１〜２時間で略ＯｍＡ／ｍｉｎとな
った。つまり極短時間でマトリックス層に電解液の補給
を完了できることが確認された。
次に同じ単セルの供試電池に付いて、アノード電極、カ
ソード電極側にそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガスを供給し
た状態での電解液補給時間と単セルの開回路電圧の経時
変化との関係を調べた。この結果を第４図に示す。なお
図中特性線Ｃ，Ｄはそれぞれ本発明、従来構造によるも
のを示す。すなわちこの実験結果からも、第３図のガス
透過量の経時変化と同様な傾向を示し、従来と比べて本
発明の構造により補給開始後に開回路電圧が短時間で急
速に立ち上がることが確認された。
ソード電極側にそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガスを供給し
た状態での電解液補給時間と単セルの開回路電圧の経時
変化との関係を調べた。この結果を第４図に示す。なお
図中特性線Ｃ，Ｄはそれぞれ本発明、従来構造によるも
のを示す。すなわちこの実験結果からも、第３図のガス
透過量の経時変化と同様な傾向を示し、従来と比べて本
発明の構造により補給開始後に開回路電圧が短時間で急
速に立ち上がることが確認された。
なお図示実施例はリブ付電極方式を対象に電極基材に電
解液リザーバを設けた例を示したが、リブ付セパレータ
方式のセパレータに電解液リザーバを設けても同様に実
施することができる。
解液リザーバを設けた例を示したが、リブ付セパレータ
方式のセパレータに電解液リザーバを設けても同様に実
施することができる。
以上述べたようにこの発明によれば、マトリックス層の
面域に分散して電解液補給通路となる耐蝕性のウィック
を埋設し、かつ該ウィックの先端をマトリックス層外に
引出して電極基材、ないしセパレータの一部に設けた電
解液リザーバに連通させて構成したことにより、マトリ
ックス層への電解液補給時にはウィックを介して電解液
をマトリックス層全域に迅速、かつ均一に分散補給させ
ることができる。
面域に分散して電解液補給通路となる耐蝕性のウィック
を埋設し、かつ該ウィックの先端をマトリックス層外に
引出して電極基材、ないしセパレータの一部に設けた電
解液リザーバに連通させて構成したことにより、マトリ
ックス層への電解液補給時にはウィックを介して電解液
をマトリックス層全域に迅速、かつ均一に分散補給させ
ることができる。
第１図、第２図はリブ付電極方式の燃料電池を対象とし
た本発明実施例の構成断面図、およびその平面図、第３
図１第４図はそれぞれ実験結果による電解液補給時間と
マトリックス層のガス透過量、および燃料電池の開回路
電圧との関係を表した特性図である。各図において、 １：マトリックス層、２ニアノード電極、３：カソード
電極、４：電極基材、５：電極触媒層、６：セパレータ
、８：電解液リザーバ、９：電解液、１０：ウィック、
１０ａ：ウィツクの先端。
た本発明実施例の構成断面図、およびその平面図、第３
図１第４図はそれぞれ実験結果による電解液補給時間と
マトリックス層のガス透過量、および燃料電池の開回路
電圧との関係を表した特性図である。各図において、 １：マトリックス層、２ニアノード電極、３：カソード
電極、４：電極基材、５：電極触媒層、６：セパレータ
、８：電解液リザーバ、９：電解液、１０：ウィック、
１０ａ：ウィツクの先端。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電解液を含浸保持したマトリックス層、電極基材に
触媒層を成層したアノード電極とカソード電極、および
セパレータの積層体として成るマトリックス形燃料電池
において、マトリックス層の面域に分散して電解液補給
通路となる耐蝕性のウィックを埋設し、かつ該ウィック
の先端をマトリックス層外に引出して電極基材、ないし
セパレータの一部に設けた電解液リザーバに連通させた
ことを特徴とするマトリックス形燃料電池。 ２）特許請求の範囲第１項記載のマトリックス形燃料電
池において、ウィックがシリコンカーバイド繊維を材料
としたものであることを特徴とするマトリックス形燃料
電池。 ３）特許請求の範囲第１項記載のマトリックス形燃料電
池において、電解液リザーバがマトリックス層の下側に
位置する電極基材ないしセパレータに設けた電解液補給
溝であり、該溝内に貯留した電解液にウィックの先端が
浸漬されていることを特徴とするマトリックス形燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62317147A JPH01159965A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | マトリックス形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62317147A JPH01159965A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | マトリックス形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01159965A true JPH01159965A (ja) | 1989-06-22 |
Family
ID=18084963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62317147A Pending JPH01159965A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | マトリックス形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01159965A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005216499A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
| US8348271B2 (en) | 2005-08-31 | 2013-01-08 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Printer with sheet sending mechanism |
-
1987
- 1987-12-15 JP JP62317147A patent/JPH01159965A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005216499A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
| US8348271B2 (en) | 2005-08-31 | 2013-01-08 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Printer with sheet sending mechanism |
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