JPH06231793A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH06231793A JPH06231793A JP5017317A JP1731793A JPH06231793A JP H06231793 A JPH06231793 A JP H06231793A JP 5017317 A JP5017317 A JP 5017317A JP 1731793 A JP1731793 A JP 1731793A JP H06231793 A JPH06231793 A JP H06231793A
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- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
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- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解質膜を湿潤化するために必要な水素極側
における燃料水素の加湿方法および空気極（又は酸素
極）側における空気（又は酸素）の加湿方法として有効
な方法を提供する。 【構成】 固体高分子電解質膜２を配した燃料電池にお
いて、ガスセパレータ１が導電性を有する親水性多孔質
体とすると共に、当該ガスセパレータ１の内部に冷却水
流路６を形成し、親水性多孔体が有する水の輸送特性
（毛管作用）を利用し、水素極へ水を供給し、空気極か
らの水を排出する。
における燃料水素の加湿方法および空気極（又は酸素
極）側における空気（又は酸素）の加湿方法として有効
な方法を提供する。 【構成】 固体高分子電解質膜２を配した燃料電池にお
いて、ガスセパレータ１が導電性を有する親水性多孔質
体とすると共に、当該ガスセパレータ１の内部に冷却水
流路６を形成し、親水性多孔体が有する水の輸送特性
（毛管作用）を利用し、水素極へ水を供給し、空気極か
らの水を排出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質膜を
用いる固体高分子電解質膜型燃料電池に関し、特に当該
電解質膜を湿潤化するために必要な水素極側における燃
料水素の加湿方法および空気極（又は酸素極）側におけ
る空気（又は酸素）の加湿方法として有効な新しい方法
を提案するものである。
用いる固体高分子電解質膜型燃料電池に関し、特に当該
電解質膜を湿潤化するために必要な水素極側における燃
料水素の加湿方法および空気極（又は酸素極）側におけ
る空気（又は酸素）の加湿方法として有効な新しい方法
を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体高分子電解質膜を有する燃料
電池においては、固体高分子電解質膜はカチオン交換膜
で、飽和状態まで含水することで最大のプロトン導電性
を示すことが知られている。すなわち、当該電解質膜と
しては、例えば、スルホン酸基を有するポリスチレン系
の陽イオン交換膜、フロロカーボンスルホン酸とポリビ
ニリデンフロライドを混合した膜、パーフロロカーボン
スルホン酸膜などが知られているが、これらの電解質膜
はその分子構造中にプロトン交換基があり、飽和状態ま
でに水を湿潤させることによって、良好なプロトン導電
性（常温において比抵抗が略２０Ω・cm以下）を示し、
電解質膜として作用する。
電池においては、固体高分子電解質膜はカチオン交換膜
で、飽和状態まで含水することで最大のプロトン導電性
を示すことが知られている。すなわち、当該電解質膜と
しては、例えば、スルホン酸基を有するポリスチレン系
の陽イオン交換膜、フロロカーボンスルホン酸とポリビ
ニリデンフロライドを混合した膜、パーフロロカーボン
スルホン酸膜などが知られているが、これらの電解質膜
はその分子構造中にプロトン交換基があり、飽和状態ま
でに水を湿潤させることによって、良好なプロトン導電
性（常温において比抵抗が略２０Ω・cm以下）を示し、
電解質膜として作用する。
【０００３】このための加湿方法として文献等に示され
ている方式の例を以下に列挙する。
ている方式の例を以下に列挙する。
【０００４】（タイプＩ） 直接水添加方式（ＵＳ−Pa
t. No.3061658 ） 空気および燃料水素ガスにそれぞれ直接液体状の水を添
加する。
t. No.3061658 ） 空気および燃料水素ガスにそれぞれ直接液体状の水を添
加する。
【０００５】（タイプII） 外部加湿器設置方式（E.A.
Ticianelli et al：J.Electrochem;Soc.,Vol.135.P.220
9(1988)参照） 燃料電池に空気および燃料水素を供給する前に、それぞ
れの供給ラインに加湿器を設けて、各ガスを加湿する。
Ticianelli et al：J.Electrochem;Soc.,Vol.135.P.220
9(1988)参照） 燃料電池に空気および燃料水素を供給する前に、それぞ
れの供給ラインに加湿器を設けて、各ガスを加湿する。
【０００６】（タイプIII) 撥水性多孔質利用方式（特
開平４−９５３５７号公報） 撥水性多孔質体に溝を凹状に設け、当該凹部を流水路と
し、上の開口部は直接セルに接触するようにして、水を
セルに供給する。
開平４−９５３５７号公報） 撥水性多孔質体に溝を凹状に設け、当該凹部を流水路と
し、上の開口部は直接セルに接触するようにして、水を
セルに供給する。
【０００７】（タイプIV） 親水性多孔質利用方式（特
開平１−３０９２６３号公報，特開平４−１２４６２号
公報） （１）親水性多孔体の断面を凸凹状としたプレートを形
成し、当該プレートの凸部の先端をアノード部に接触さ
せ、また当該凹部の空間部は、水素の流路とし、当該プ
レートに水を供給することによって、電解質膜の湿潤状
態を保持する。一方、カソード部でも同様に断面が凸凹
状の親水性多孔体プレートを、次の凸凹面とカソード電
極面と接触させ、凹部の空間を空気の流路とし、凸部の
先端を通じて、電極部に生成する反応水を毛管作用によ
って電極部から除去しかつ凹部の中央部内表面まで輸
送、さらに当該内表面から前述の空気中に蒸発してセル
外に排出する。（特開平１−３０９２６３号公報参
照）。
開平１−３０９２６３号公報，特開平４−１２４６２号
公報） （１）親水性多孔体の断面を凸凹状としたプレートを形
成し、当該プレートの凸部の先端をアノード部に接触さ
せ、また当該凹部の空間部は、水素の流路とし、当該プ
レートに水を供給することによって、電解質膜の湿潤状
態を保持する。一方、カソード部でも同様に断面が凸凹
状の親水性多孔体プレートを、次の凸凹面とカソード電
極面と接触させ、凹部の空間を空気の流路とし、凸部の
先端を通じて、電極部に生成する反応水を毛管作用によ
って電極部から除去しかつ凹部の中央部内表面まで輸
送、さらに当該内表面から前述の空気中に蒸発してセル
外に排出する。（特開平１−３０９２６３号公報参
照）。
【０００８】（２）次に、特開平４−１２４６２号公報
で提示されている例は、セルの外部に水の供給ポットお
よび水のトラップをそれぞれ設置し、親水性多孔質のプ
レートを用いて、前記の水供給ポットからアノード電極
への水の供給ならびにカソード電極から前記の水トラッ
プまでの反応生成水を排出する方式である。
で提示されている例は、セルの外部に水の供給ポットお
よび水のトラップをそれぞれ設置し、親水性多孔質のプ
レートを用いて、前記の水供給ポットからアノード電極
への水の供給ならびにカソード電極から前記の水トラッ
プまでの反応生成水を排出する方式である。
【０００９】上述のように、固体高分子型燃料電池にお
ける水の管理方式には、種々の方法が提案されている
が、それぞれに一長一短があることを以下に述べる。
ける水の管理方式には、種々の方法が提案されている
が、それぞれに一長一短があることを以下に述べる。
【００１０】タイプＩは、電極部に直接水を添加するこ
とから、特に反応水が生成するカソード側において、水
の供給過剰となり、空気相（又は酸素ガス相）とカソー
ドとの間に水膜を形成し、酸素の拡散を妨害して性能が
低下すると共に、適当水量のコントロールが困難であ
る。
とから、特に反応水が生成するカソード側において、水
の供給過剰となり、空気相（又は酸素ガス相）とカソー
ドとの間に水膜を形成し、酸素の拡散を妨害して性能が
低下すると共に、適当水量のコントロールが困難であ
る。
【００１１】タイプIIは、加湿器がセル外に別途必要で
あること、加湿水がセルに至る配管中で凝縮しないよう
配管の保温が必要であること、水蒸気の形態で加湿する
ため、これに要する熱的負担が大きいことなどが問題で
ある。
あること、加湿水がセルに至る配管中で凝縮しないよう
配管の保温が必要であること、水蒸気の形態で加湿する
ため、これに要する熱的負担が大きいことなどが問題で
ある。
【００１２】タイプIII は、アノード側のセパレータが
水供給用と水素供給用の２段構造となって複雑であるこ
と、またカソード側は特に工夫された点はなく、反応水
の排出を空気に同伴するのみであるから、水の排出性能
が不足することが懸念される。
水供給用と水素供給用の２段構造となって複雑であるこ
と、またカソード側は特に工夫された点はなく、反応水
の排出を空気に同伴するのみであるから、水の排出性能
が不足することが懸念される。
【００１３】タイプIVの（１）は、アノード側での水の
供給をポンプの水圧調整で制御するとしているが、負荷
に追従して過不足なく水の供給量を制御するのは困難で
あること、またカソード側での水の排出を空気に同伴す
るのみであるから、タイプIII と同様に特に高負荷時に
水の排出性能が不足することが考えられる。
供給をポンプの水圧調整で制御するとしているが、負荷
に追従して過不足なく水の供給量を制御するのは困難で
あること、またカソード側での水の排出を空気に同伴す
るのみであるから、タイプIII と同様に特に高負荷時に
水の排出性能が不足することが考えられる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前述したような従来技
術では、水の供給過程および水の排出過程において、次
のような問題点を有している。
術では、水の供給過程および水の排出過程において、次
のような問題点を有している。
【００１５】まず、アノード側への水の供給過程におい
ては、以下（１）〜（３）の問題がある。 （１）水の供給量がセル内で不均一となること。たとえ
ば、タイプIVの（２）の例でも供給ポットから、セルの
アノード電極部に至る距離が長いことから、水の供給量
に分布がつく。 （２）セルの負荷に応じて、最適な水供給量をコントロ
ールすることが困難であること。 （３）水をスチームの形態で供給する時は熱経済性が不
良となること、また水供給量の制御機器を高度化するこ
とで設備費が高価になること。などが挙げられる。
ては、以下（１）〜（３）の問題がある。 （１）水の供給量がセル内で不均一となること。たとえ
ば、タイプIVの（２）の例でも供給ポットから、セルの
アノード電極部に至る距離が長いことから、水の供給量
に分布がつく。 （２）セルの負荷に応じて、最適な水供給量をコントロ
ールすることが困難であること。 （３）水をスチームの形態で供給する時は熱経済性が不
良となること、また水供給量の制御機器を高度化するこ
とで設備費が高価になること。などが挙げられる。
【００１６】次に、カソード側での反応水の排出過程に
おいては、以下（４）〜（６）の問題がある。 （４）水の排出速度が、空気入口近傍、セル中央部、空
気出口近傍の順で小さくなるため、電解質膜は空気入口
近傍で乾き気味、空気出口近傍では水没気味となり、セ
ル全面が有効に発電に寄与できないこと。 （５）空気出口近傍においても、所定の発電密度に見合
う水の排出速度を得ようとすると、空気流量を増大させ
ることが必要となるが、これは同時に空気利用率の低
下、空気供給動力費の増大を招くこと。 （６）セルの大型化に伴なって、益々反応水の排水能力
に分布が形成されるため、セルのスケールアップに限界
があること。などが挙げられる
おいては、以下（４）〜（６）の問題がある。 （４）水の排出速度が、空気入口近傍、セル中央部、空
気出口近傍の順で小さくなるため、電解質膜は空気入口
近傍で乾き気味、空気出口近傍では水没気味となり、セ
ル全面が有効に発電に寄与できないこと。 （５）空気出口近傍においても、所定の発電密度に見合
う水の排出速度を得ようとすると、空気流量を増大させ
ることが必要となるが、これは同時に空気利用率の低
下、空気供給動力費の増大を招くこと。 （６）セルの大型化に伴なって、益々反応水の排水能力
に分布が形成されるため、セルのスケールアップに限界
があること。などが挙げられる
【００１７】そこで、本発明は、上述のような従来技術
の欠点を解消することであり、セルの発電密度に追従し
て適度な水の供給、排出が可能な自己制御性を備え、直
接に水を均一に供給でき、また反応水を均一に排出でき
る、固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。
の欠点を解消することであり、セルの発電密度に追従し
て適度な水の供給、排出が可能な自己制御性を備え、直
接に水を均一に供給でき、また反応水を均一に排出でき
る、固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る固体高分子電解質型燃料電池の構成は、固体高
分子電解質膜を配した燃料電池において、ガスセパレー
タが導電性を有する親水性多孔質体とすると共に、当該
ガスセパレータの内部に冷却水流路を形成したことを特
徴とする。
明に係る固体高分子電解質型燃料電池の構成は、固体高
分子電解質膜を配した燃料電池において、ガスセパレー
タが導電性を有する親水性多孔質体とすると共に、当該
ガスセパレータの内部に冷却水流路を形成したことを特
徴とする。
【００１９】すなわち導電性のすぐれた親水性多孔体
（たとえば、親水性多孔質カーボン）が有する毛管作用
（ウィック作用）を利用して、アノード電極への水の供
給、カソード電極からの反応水の排出を行なうものであ
る。すなわち、多孔体の細孔が水で濡れて細孔内に充満
する場合に、当該水が多孔体を抜け出さないための、多
孔体の両端にかかる最大の差圧ΔＰ（保水圧）は下記
「数１」のようになる。
（たとえば、親水性多孔質カーボン）が有する毛管作用
（ウィック作用）を利用して、アノード電極への水の供
給、カソード電極からの反応水の排出を行なうものであ
る。すなわち、多孔体の細孔が水で濡れて細孔内に充満
する場合に、当該水が多孔体を抜け出さないための、多
孔体の両端にかかる最大の差圧ΔＰ（保水圧）は下記
「数１」のようになる。
【００２０】
【数１】
【００２１】一例として、表面が良く濡れるとし（ｃｏ
ｓθ≒１．０）、ｒc ＝１μｍとし、１００℃におけ
る、上記の保水圧を求めてみるとΔＰ＝１．１４ａｔｍ
となる。すなわち、細孔径１μｍの親水性多孔体は、一
端が水中に接触しているときは、その毛管作用でヘッド
差１．１４ａｔｍの所までは、当該多孔体の他端まで水
を輸送できる能力を有することになる。ただし、水源か
ら輸送先までの距離は短かい方が良いのは、当然であ
る。このため当該多孔体の内部に冷却水の流路を設け、
冷却と同時に水の供給又は水の排出を可能としたもので
ある。
ｓθ≒１．０）、ｒc ＝１μｍとし、１００℃におけ
る、上記の保水圧を求めてみるとΔＰ＝１．１４ａｔｍ
となる。すなわち、細孔径１μｍの親水性多孔体は、一
端が水中に接触しているときは、その毛管作用でヘッド
差１．１４ａｔｍの所までは、当該多孔体の他端まで水
を輸送できる能力を有することになる。ただし、水源か
ら輸送先までの距離は短かい方が良いのは、当然であ
る。このため当該多孔体の内部に冷却水の流路を設け、
冷却と同時に水の供給又は水の排出を可能としたもので
ある。
【００２２】
【実施例】本発明の実施態様を示す図１および図２を用
いて、本発明の内容を説明する。図１，２において、中
央部の２は固体高分子電解質膜であり、当該膜の左側に
は、反応層４Ａと拡散層３Ａから成る水素側電極が接合
され、当該膜の右側も同様に反応層４Ｂと拡散層３Ｂか
ら成る空気側電極が接合されている。次に、これらの両
電極の外側には、いわゆるガスセパレータというデバイ
ス１を、前記の両電極に接触して配置する。
いて、本発明の内容を説明する。図１，２において、中
央部の２は固体高分子電解質膜であり、当該膜の左側に
は、反応層４Ａと拡散層３Ａから成る水素側電極が接合
され、当該膜の右側も同様に反応層４Ｂと拡散層３Ｂか
ら成る空気側電極が接合されている。次に、これらの両
電極の外側には、いわゆるガスセパレータというデバイ
ス１を、前記の両電極に接触して配置する。
【００２３】図１において、ガスセパレータ１は、導電
性の親水性多孔質で作られた空気極側構成要素１Ａと水
素極側構成要素１Ｂとを導電性の接合層５を介して合体
することで構成し、当該セパレータ１の中央部空間は、
水の流路６となし、また当該セパレータの図中右側凸部
９Ａは水素極側の拡散層３Ａに接触させ、同様に左側凸
部９Ｂは、空気極側の拡散層３Ｂに接触させることによ
ってセパレータ１と前記セルとの間に形成される空間７
および８を、それぞれ水素の流路７、空気（又は酸素）
の流路８となす。
性の親水性多孔質で作られた空気極側構成要素１Ａと水
素極側構成要素１Ｂとを導電性の接合層５を介して合体
することで構成し、当該セパレータ１の中央部空間は、
水の流路６となし、また当該セパレータの図中右側凸部
９Ａは水素極側の拡散層３Ａに接触させ、同様に左側凸
部９Ｂは、空気極側の拡散層３Ｂに接触させることによ
ってセパレータ１と前記セルとの間に形成される空間７
および８を、それぞれ水素の流路７、空気（又は酸素）
の流路８となす。
【００２４】図１において、所定温度の冷却水を前記の
水の流路６に流すと、水は親水性多孔体であるガスセパ
レータ構成要素１Ｂの毛管作用によって多孔体中を右側
に輸送されて当該セパレータ構成要素１Ｂの右側外表面
に到達し、一部は水素の流路壁にて蒸発し、流通してい
る水素を加湿したのち、また残りの部分は直接に、拡散
層３Ａ続いて反応層４Ａを経由して拡散し、前述の固体
高分子電解質膜２の左面に到達して、当該電解質膜２を
湿潤状態に保つ。
水の流路６に流すと、水は親水性多孔体であるガスセパ
レータ構成要素１Ｂの毛管作用によって多孔体中を右側
に輸送されて当該セパレータ構成要素１Ｂの右側外表面
に到達し、一部は水素の流路壁にて蒸発し、流通してい
る水素を加湿したのち、また残りの部分は直接に、拡散
層３Ａ続いて反応層４Ａを経由して拡散し、前述の固体
高分子電解質膜２の左面に到達して、当該電解質膜２を
湿潤状態に保つ。
【００２５】セルが発電状態にあるときは、水素は当該
反応層４Ａの触媒作用で解離したのち、プロトン状態
（Ｈ+ ）で当該電解質膜２の中を前述の水を配位して移
動し、右側の空気極側反応層４Ｂに到達し、ここで外部
電気回路を通じて流入する電子（ｅ- ）、ならびに空気
（又は酸素）の流路８から拡散によって流入してくる酸
素（Ｏ2 ）と反応することによって水を生成する。すな
わち、上述の電極部での反応をまとめると、次のように
なる。
反応層４Ａの触媒作用で解離したのち、プロトン状態
（Ｈ+ ）で当該電解質膜２の中を前述の水を配位して移
動し、右側の空気極側反応層４Ｂに到達し、ここで外部
電気回路を通じて流入する電子（ｅ- ）、ならびに空気
（又は酸素）の流路８から拡散によって流入してくる酸
素（Ｏ2 ）と反応することによって水を生成する。すな
わち、上述の電極部での反応をまとめると、次のように
なる。
【００２６】・水素極側反応層４Ａにおいて、 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- ・空気極側反応層４Ｂにおいて、 ２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋１／２Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ 上述の過程で生成した水と前述の電解質膜中をプロトン
と共に移動した透過水の一部が、空気極側反応層４Ｂに
とり込まれることになるが、連続的に発電状態を継続す
るためには、これら反応生成水と透過水を当該反応層４
Ｂから排出する必要がある。
と共に移動した透過水の一部が、空気極側反応層４Ｂに
とり込まれることになるが、連続的に発電状態を継続す
るためには、これら反応生成水と透過水を当該反応層４
Ｂから排出する必要がある。
【００２７】再び図１において、当該反応層４Ｂの内部
に存在する水は、右方向に拡散の上、空気側拡散層３Ｂ
を経由して、親水性多孔体であるガスセパレータ構成要
素（空気極側）１Ａの左側表面に到達する。ここで、再
びガスセパレータ構成要素１Ａの毛管作用（ウイック作
用）によって水は１Ａ内を移動し、流路６の中を流れる
冷却水に合流して、セル外に排出される。前述のような
水の移動メカニズムにより、連続的かつ自己制御的に水
の供給排出が可能となるため、安定したセルの発電状態
を得ることができる。
に存在する水は、右方向に拡散の上、空気側拡散層３Ｂ
を経由して、親水性多孔体であるガスセパレータ構成要
素（空気極側）１Ａの左側表面に到達する。ここで、再
びガスセパレータ構成要素１Ａの毛管作用（ウイック作
用）によって水は１Ａ内を移動し、流路６の中を流れる
冷却水に合流して、セル外に排出される。前述のような
水の移動メカニズムにより、連続的かつ自己制御的に水
の供給排出が可能となるため、安定したセルの発電状態
を得ることができる。
【００２８】次に、図１に示した例では、水の流路６に
水が流通していない万一の場合を想定すると、ガスセパ
レータの水素極側と空気極側が、ガスセパレータ１の細
孔を通じて連通し、その結果水素と空気との混合により
爆発性混合気を形成する恐れがある。この問題を解消す
るためには、水が流通していることを確認後、ガスを流
通させるような手順を厳守するか、もしくは図２に示す
ように、ガスセパレータ構成要素１Ａと１Ｂの間に、ガ
スが透過しない導電性の隔壁１０を介入させてガスセパ
レータ１を構成するのが確実な対策となる。図２の例で
は、水の流路６Ａ，６Ｂ内に、それぞれ冷却水を流すこ
ととなる。
水が流通していない万一の場合を想定すると、ガスセパ
レータの水素極側と空気極側が、ガスセパレータ１の細
孔を通じて連通し、その結果水素と空気との混合により
爆発性混合気を形成する恐れがある。この問題を解消す
るためには、水が流通していることを確認後、ガスを流
通させるような手順を厳守するか、もしくは図２に示す
ように、ガスセパレータ構成要素１Ａと１Ｂの間に、ガ
スが透過しない導電性の隔壁１０を介入させてガスセパ
レータ１を構成するのが確実な対策となる。図２の例で
は、水の流路６Ａ，６Ｂ内に、それぞれ冷却水を流すこ
ととなる。
【００２９】［試験例］図１に示した本発明の実施態様
に基づく試験例を、表１に示す。
に基づく試験例を、表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１の例は、水素の利用率をほぼ７５％、
空気の利用率はほぼ５０％となるように、それぞれの供
給量を設定してセルの発電性能を測定したもので、ほぼ
狙い通りの発電性能が確認されていることから、本発明
で提案した水の供給・排出法が有効であることが判っ
た。
空気の利用率はほぼ５０％となるように、それぞれの供
給量を設定してセルの発電性能を測定したもので、ほぼ
狙い通りの発電性能が確認されていることから、本発明
で提案した水の供給・排出法が有効であることが判っ
た。
【００３２】
【発明の効果】以上実施例と共に説明したように、本発
明は、導電性を有する親水性多孔質体を材料としてガス
セパレータを構成し、当該セパレータの内部に冷却水用
の流路を設けることによって、水素極側での加湿、また
空気極側からの水の排出を連続的かつ自動的に実施でき
るようにしたものである。特に、下記の効果が特徴的で
ある。 （１）水素極側での加湿過程で、水素の流路にドレン
（水）が混在しないため、気液混相とならず、均一な水
素ガスの分配が可能である。 （２）同様に空気極側にも、水はガスセパレータの毛管
作用で排出されるので、気液混相とならず、均一な空気
の分配が可能である。 （３）さらに、両極側とも雰囲気は水の飽和蒸気で充満
されているため、電解質膜が常に湿潤状態に保たれるた
め、セルの発電能力が十分に発揮できる。
明は、導電性を有する親水性多孔質体を材料としてガス
セパレータを構成し、当該セパレータの内部に冷却水用
の流路を設けることによって、水素極側での加湿、また
空気極側からの水の排出を連続的かつ自動的に実施でき
るようにしたものである。特に、下記の効果が特徴的で
ある。 （１）水素極側での加湿過程で、水素の流路にドレン
（水）が混在しないため、気液混相とならず、均一な水
素ガスの分配が可能である。 （２）同様に空気極側にも、水はガスセパレータの毛管
作用で排出されるので、気液混相とならず、均一な空気
の分配が可能である。 （３）さらに、両極側とも雰囲気は水の飽和蒸気で充満
されているため、電解質膜が常に湿潤状態に保たれるた
め、セルの発電能力が十分に発揮できる。
【図１】本発明の第１実施例に係る固体高分子電解質膜
型燃料電池の構成図である。
型燃料電池の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る燃料電池の構成図で
ある。
ある。
１ ガスセパレータ １Ａ ガスセパレータ構成要素（空気極側） １Ｂ ガスセパレータ構成要素（水素極側） ２ 固体高分子電解質膜 ３Ａ 水素極側拡散層（アノード側拡散層） ３Ｂ 空気極側拡散層（カソード側拡散層） ４Ａ 水素極側反応層（アノード触媒層） ４Ｂ 空気極側反応層（カソード触媒層） ５ 上記１Ａと１Ｂの接合層（導電性） ６，６Ａ，６Ｂ 水の流路 ７ 水素の流路 ８ 空気（又は酸素）の流路 ９Ａ 水素極側凸部（アノード側凸部） ９Ｂ 空気極側凸部（カソード側凸部） １０ 導電性の隔壁
Claims (1)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を配した燃料電池に
おいて、ガスセパレータが導電性を有する親水性多孔質
体とすると共に、当該ガスセパレータの内部に冷却水流
路を形成したことを特徴とする固体高分子電解質膜型燃
料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017317A JPH06231793A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017317A JPH06231793A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231793A true JPH06231793A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=11940647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5017317A Withdrawn JPH06231793A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH06231793A (ja) |
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| Date | Code | Title | Description |
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