JPH03129673A - 燃料電池の単電池 - Google Patents
燃料電池の単電池Info
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- JPH03129673A JPH03129673A JP1266538A JP26653889A JPH03129673A JP H03129673 A JPH03129673 A JP H03129673A JP 1266538 A JP1266538 A JP 1266538A JP 26653889 A JP26653889 A JP 26653889A JP H03129673 A JPH03129673 A JP H03129673A
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Classifications
-
- 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
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- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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〕
本発明は、燃料電池、特にりん酸型燃料電池のガス透過
性の電極基材を有するリブ付電極方式の単電池の構造に
関する。
性の電極基材を有するリブ付電極方式の単電池の構造に
関する。
燃料電池は供給される水素を含む燃料ガスと酸素を含む
酸化剤ガスとにより電気化学反応を起こして発電するも
のであり、その基本構成をなす単電池、例えばりん酸型
燃料電池の単電池は第２図に示す構造を有している。図
において１はりん酸電解質を含浸するマトリックス、２
は燃料極触媒層、３は酸化剤極触媒層であり、燃料極、
酸化剤極触媒層２，３はマトリックス１を挾持している
。
酸化剤ガスとにより電気化学反応を起こして発電するも
のであり、その基本構成をなす単電池、例えばりん酸型
燃料電池の単電池は第２図に示す構造を有している。図
において１はりん酸電解質を含浸するマトリックス、２
は燃料極触媒層、３は酸化剤極触媒層であり、燃料極、
酸化剤極触媒層２，３はマトリックス１を挾持している
。
なお燃料極触媒層２には電解質をマド１１ツクス１に補
給する補給孔４が設けられている。
給する補給孔４が設けられている。
５．６はそれぞれ燃料極触媒層２と酸化剤極触媒層３と
に接する多孔質カーボンからなる燃料極。
に接する多孔質カーボンからなる燃料極。
酸化剤極用電極基材であり、燃料極用電極基劇５には凹
状の燃料ガスの流路５ａ、ｍ他剤極用電極基材６には流
路５ａに直交する方向に凹状の酸化剤ガスの流路６ａと
が設けられている。燃料極。
状の燃料ガスの流路５ａ、ｍ他剤極用電極基材６には流
路５ａに直交する方向に凹状の酸化剤ガスの流路６ａと
が設けられている。燃料極。
酸化剤極用電極基材５，６にはりん酸電解質の濡れを防
止するためにふっ素樹脂系の分散液を一定貴塗布して撥
水性を持たせ、燃料ガスや酸化剤ガスの透過性を良好に
保持している。なお、燃料極用電極基材５にはマド１１
ツクス１にりん酸電解質を補給するために燃料極触媒層
２の補給孔４に連通ずる電解質リザーバ７を局部的に設
けている。
止するためにふっ素樹脂系の分散液を一定貴塗布して撥
水性を持たせ、燃料ガスや酸化剤ガスの透過性を良好に
保持している。なお、燃料極用電極基材５にはマド１１
ツクス１にりん酸電解質を補給するために燃料極触媒層
２の補給孔４に連通ずる電解質リザーバ７を局部的に設
けている。
なお、電解質リザーバ７はふっ素樹脂系の分散液を塗布
せずに親水性を持たせている。
せずに親水性を持たせている。
８は燃料極、酸化剤極用電極基材５，６に接して配設さ
れるセパレータであり、上記のマトリックスｌ、燃料極
および酸化剤極触媒層２，３、電極基材５，６からなる
単電池間の燃料ガスと酸化剤ガスとを分離している。
れるセパレータであり、上記のマトリックスｌ、燃料極
および酸化剤極触媒層２，３、電極基材５，６からなる
単電池間の燃料ガスと酸化剤ガスとを分離している。
このような構造により燃料ガスを燃料極用′ｄＬ極基材
５の流路５ａ、酸化剤ガスを酸化剤極用電極基材６の流
路６ａに通流し、燃料ガスを多孔質の燃料極用基材５を
、一方酸化剤ガスを多孔質の酸化剤極用電極基材６を透
過させてそれぞれ燃料極触媒層２と酸化剤触媒層３に供
給することにより、単電池は電気化学反応を起こして発
電する。
５の流路５ａ、酸化剤ガスを酸化剤極用電極基材６の流
路６ａに通流し、燃料ガスを多孔質の燃料極用基材５を
、一方酸化剤ガスを多孔質の酸化剤極用電極基材６を透
過させてそれぞれ燃料極触媒層２と酸化剤触媒層３に供
給することにより、単電池は電気化学反応を起こして発
電する。
ところで上記の単電池の発電時の電圧は低いので、通常
燃料電池は第１図に示すように単電池を積層してなるセ
ルスタックを備えている。図において１１は単電池であ
り、所要の電圧を得る数量のものが積層されている。１
２は冷却管１３が貫通する冷却板であり、単電池１１を
複数積み１１ｆ２るごとに冷却板１２を介挿し、燃料電
池発電時発生する熱を冷却管１３を通流する冷却媒体に
より除熱して運転温度を保持する。
燃料電池は第１図に示すように単電池を積層してなるセ
ルスタックを備えている。図において１１は単電池であ
り、所要の電圧を得る数量のものが積層されている。１
２は冷却管１３が貫通する冷却板であり、単電池１１を
複数積み１１ｆ２るごとに冷却板１２を介挿し、燃料電
池発電時発生する熱を冷却管１３を通流する冷却媒体に
より除熱して運転温度を保持する。
このようなセルスタックに図示しないマニホールドを介
してセルスタック内の単ＩＩＣ池１１に燃料ガスと酸化
剤ガスとを矢印の方向に電極基材５，６の燃料ガス、酸
化剤ガスの流路５ａ、６ａに通流することにより各単電
池は電気化学反応を起こして発電し、セルスタックから
所要の電圧の電力を取出すことができる。
してセルスタック内の単ＩＩＣ池１１に燃料ガスと酸化
剤ガスとを矢印の方向に電極基材５，６の燃料ガス、酸
化剤ガスの流路５ａ、６ａに通流することにより各単電
池は電気化学反応を起こして発電し、セルスタックから
所要の電圧の電力を取出すことができる。
上記のりん酸型燃料電池においては、通常燃料ガスと酸
化剤ガスにはそれぞれ反応成分である水素と酸素以外に
反応に寄与しないカスを含んでいる。したがって燃料電
池の発電の際の電気化学反応時、燃料ガスと酸化剤ガス
はその中に含まれる水素と酸素のみが消費されるため、
１１ｔ極基材の流路を流れてそれぞれ燃料極、酸化剤極
触媒層に供給される燃料ガスと酸化剤ガスとは電極基材
の流路の入口から順次反応に寄与しないガスの分圧が増
し、水素や酸素の分圧は減少する。
化剤ガスにはそれぞれ反応成分である水素と酸素以外に
反応に寄与しないカスを含んでいる。したがって燃料電
池の発電の際の電気化学反応時、燃料ガスと酸化剤ガス
はその中に含まれる水素と酸素のみが消費されるため、
１１ｔ極基材の流路を流れてそれぞれ燃料極、酸化剤極
触媒層に供給される燃料ガスと酸化剤ガスとは電極基材
の流路の入口から順次反応に寄与しないガスの分圧が増
し、水素や酸素の分圧は減少する。
ところで反応ガス中の水素や酸素公正と電池発電時の出
力電圧とは第３図に示すように比例関係があり、水素や
酸素分圧が低ければ出力電圧も低くなる。したがって単
電池内では水素と酸素との少なくとも一方の分圧の高い
燃料ガスや酸化剤ガス入口部は出力電圧が高く、出口に
向って徐々に出力電圧が低下し、単電池内で電位差が生
じる。
力電圧とは第３図に示すように比例関係があり、水素や
酸素分圧が低ければ出力電圧も低くなる。したがって単
電池内では水素と酸素との少なくとも一方の分圧の高い
燃料ガスや酸化剤ガス入口部は出力電圧が高く、出口に
向って徐々に出力電圧が低下し、単電池内で電位差が生
じる。
このような電位差により、電圧が高い部分は単電池内が
等電位になるようにローカル’ｃ流が流れたり、あるい
は第４図に示す電流電位曲線に従って負荷電流が増すた
め、局部的な劣化が進むという欠点がある。
等電位になるようにローカル’ｃ流が流れたり、あるい
は第４図に示す電流電位曲線に従って負荷電流が増すた
め、局部的な劣化が進むという欠点がある。
本発明の目的は、単電池内の水素や酸素分圧の高い反応
ガス入口部に１１！流が集中するのを防止して入口付近
の局部的な劣化を防ぐことのできる燃料電池の単電池を
提供することである。
ガス入口部に１１！流が集中するのを防止して入口付近
の局部的な劣化を防ぐことのできる燃料電池の単電池を
提供することである。
上記課題を解決するために、本発明によれば電解質を含
浸するマトリックスと、このマトリックスを挾持する燃
料極触媒層および酸化剤極触媒層と、燃料極触媒層に接
し、この触媒層に供給する水素を含む燃料ガスの流路を
有するガス透過性の電極基材および酸化剤極触媒層に接
し、この触媒層に供給する酸素を含む酸化剤ガスの流路
を有するガス透過性の電極基材とからなる燃料電池の単
電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方
が流れる前記電極基材の入口側から出口側に向って１１
１次電極基材のガス透過性を高くするものとする。
浸するマトリックスと、このマトリックスを挾持する燃
料極触媒層および酸化剤極触媒層と、燃料極触媒層に接
し、この触媒層に供給する水素を含む燃料ガスの流路を
有するガス透過性の電極基材および酸化剤極触媒層に接
し、この触媒層に供給する酸素を含む酸化剤ガスの流路
を有するガス透過性の電極基材とからなる燃料電池の単
電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方
が流れる前記電極基材の入口側から出口側に向って１１
１次電極基材のガス透過性を高くするものとする。
燃料電池の単電池においてはガス透過性の電極基材を透
過して燃料極、酸化剤極触媒層に供給される燃料ガスや
酸化剤ガスの反応ガス中の水素や酸素の量により出力電
圧は異なる。すなわち透過する反応ガスのｆ過量により
出力電圧は異なる。
過して燃料極、酸化剤極触媒層に供給される燃料ガスや
酸化剤ガスの反応ガス中の水素や酸素の量により出力電
圧は異なる。すなわち透過する反応ガスのｆ過量により
出力電圧は異なる。
この反応ガスの透過量と出力電圧との関係は第５図に示
す比例関係があり、反応ガスの透過量が多くなる種出力
電圧は増加する。したがって反応ガスが流れる電極基材
の入口側から出口側に向って順次ガス透過性を高く、す
なわち反応ガスの透過量を高くすることにより、反応ガ
ス入口付近の電圧が高くなるのを緩和して単電池の出力
電圧が均一化され、単電池には局部的な劣化が生じない
。
す比例関係があり、反応ガスの透過量が多くなる種出力
電圧は増加する。したがって反応ガスが流れる電極基材
の入口側から出口側に向って順次ガス透過性を高く、す
なわち反応ガスの透過量を高くすることにより、反応ガ
ス入口付近の電圧が高くなるのを緩和して単電池の出力
電圧が均一化され、単電池には局部的な劣化が生じない
。
前記のガス透過性を変える手段は水素や酸素濃度の高い
燃料ガス、酸化剤ガスの場合に適用されるものであり、
水素と酸素濃度の一方が低い、例えば酸素含有率の低い
空気を酸化剤ガスに使用する場合、空気透過量を同じに
したため酸化剤極触媒層に与える＃Ｉ索量が変化しても
、発生電圧に与える影響が小ざく、したがって酸化剤極
用電極基材には入口側から出口側に向ってガス透過性を
高くする必要はない。
燃料ガス、酸化剤ガスの場合に適用されるものであり、
水素と酸素濃度の一方が低い、例えば酸素含有率の低い
空気を酸化剤ガスに使用する場合、空気透過量を同じに
したため酸化剤極触媒層に与える＃Ｉ索量が変化しても
、発生電圧に与える影響が小ざく、したがって酸化剤極
用電極基材には入口側から出口側に向ってガス透過性を
高くする必要はない。
以下本発明の実施例について説明する。単電池の燃料極
、酸化剤極用電極基材のガス透過性を、燃料ガスや酸化
剤ガスの反応ガスの流れの入口側から出口側に向って順
次高くする。このようなガス透過性の変化を与えるため
には撥水性を持たせるためのふっ素樹脂系の分散液の塗
布量を反応ガスの流れの入口側が多く、出口側に向って
順次少なくなるようにする。
、酸化剤極用電極基材のガス透過性を、燃料ガスや酸化
剤ガスの反応ガスの流れの入口側から出口側に向って順
次高くする。このようなガス透過性の変化を与えるため
には撥水性を持たせるためのふっ素樹脂系の分散液の塗
布量を反応ガスの流れの入口側が多く、出口側に向って
順次少なくなるようにする。
第６図は上記の手段により反応ガスの入口から出口間に
おけるガス透過量の変化を示す図であり、図から反応ガ
ス透過量は電極基材の反応ガス入口から出口に向って順
次増加していることが理解される。
おけるガス透過量の変化を示す図であり、図から反応ガ
ス透過量は電極基材の反応ガス入口から出口に向って順
次増加していることが理解される。
したがって上記のような手段により反応ガス出口に向う
程反応ガス透過量は増加するので、反応ガス入口側の電
圧が従来技術による分圧特性による電圧より低くなり、
この結果単電池に発生する電圧が均一化される。
程反応ガス透過量は増加するので、反応ガス入口側の電
圧が従来技術による分圧特性による電圧より低くなり、
この結果単電池に発生する電圧が均一化される。
なお、酸化剤ガスとして空気を使用する時には、前述の
ように空気透過量を変化させる必要がないので、ガス透
過性を入口側から出口側に向って高くする必要はない。
ように空気透過量を変化させる必要がないので、ガス透
過性を入口側から出口側に向って高くする必要はない。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば電極基
材の燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方の反応ガ
スが流れる入口側から出口側に向って順次反応ガスの透
過性を高くしたことにより、電極基材を透過するガス透
過量は入口側から出口側に向って順次多くなるので、発
生電圧が均一化され、電極の局部的な負荷集中を防ぎ、
これに伴って局部的な劣化を防ぎ、電池の寿命が長くな
るという効果がある。
材の燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方の反応ガ
スが流れる入口側から出口側に向って順次反応ガスの透
過性を高くしたことにより、電極基材を透過するガス透
過量は入口側から出口側に向って順次多くなるので、発
生電圧が均一化され、電極の局部的な負荷集中を防ぎ、
これに伴って局部的な劣化を防ぎ、電池の寿命が長くな
るという効果がある。
第１図は燃料電池の単電池を積層したセルスタックの部
分斜視図、第２図は第１図の単電池の部分断面図、ＷＪ
３図は反応ガス中の水素または酸素分圧と電池出力電圧
を示す図、第４図は単電池における出力電圧と負荷ＷＬ
流との関係を示す図、第５図は電極基材を透過する反応
ガス透過量と電池出力電圧との関係を示す図、第６図は
本発明の実施例による反応ガス流路の入口から出口まで
における電極基材を透過する反応ガス透過量を示す区で
ある。 １：ブト１１ツクス、２：燃料極触媒層、３：酸化剤極
触媒層、５：燃料極用電極基材、６：酸化剤極用電極基
材、１１：単電池。 Ｏ→ 反仄・ガス中／１木禿（醒索）４つＬ１第 図 第 図 Ｏ→反ん・力′又：＆：Ａ−を 第 図 第 図
分斜視図、第２図は第１図の単電池の部分断面図、ＷＪ
３図は反応ガス中の水素または酸素分圧と電池出力電圧
を示す図、第４図は単電池における出力電圧と負荷ＷＬ
流との関係を示す図、第５図は電極基材を透過する反応
ガス透過量と電池出力電圧との関係を示す図、第６図は
本発明の実施例による反応ガス流路の入口から出口まで
における電極基材を透過する反応ガス透過量を示す区で
ある。 １：ブト１１ツクス、２：燃料極触媒層、３：酸化剤極
触媒層、５：燃料極用電極基材、６：酸化剤極用電極基
材、１１：単電池。 Ｏ→ 反仄・ガス中／１木禿（醒索）４つＬ１第 図 第 図 Ｏ→反ん・力′又：＆：Ａ−を 第 図 第 図
Claims (1)
- １）電解質を含浸するマトリックスと、このマトリック
スを挾持する燃料極触媒層および酸化剤極触媒層と、こ
の燃料極触媒層に接し、この触媒層に供給する水素を含
む燃料ガスの流路を有するガス透過性の電極基材および
酸化剤極触媒層に接し、この触媒層に供給する酸素を含
む酸化剤ガスの流路を有するガス透過性の電極基材とか
らなる燃料電池の単電池において、前記燃料ガスと酸化
剤ガスとの少なくとも一方が流れる前記電極基材の入口
側から出口側に向つて順次電極基材のガス透過性を高く
したことを特徴とする燃料電池の単電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266538A JPH03129673A (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 燃料電池の単電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266538A JPH03129673A (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 燃料電池の単電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03129673A true JPH03129673A (ja) | 1991-06-03 |
Family
ID=17432257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1266538A Pending JPH03129673A (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 燃料電池の単電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03129673A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03276568A (ja) * | 1990-03-27 | 1991-12-06 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池用の有底多孔質支持管の製造方法 |
-
1989
- 1989-10-13 JP JP1266538A patent/JPH03129673A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03276568A (ja) * | 1990-03-27 | 1991-12-06 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池用の有底多孔質支持管の製造方法 |
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