JPH06260186A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH06260186A JPH06260186A JP5044195A JP4419593A JPH06260186A JP H06260186 A JPH06260186 A JP H06260186A JP 5044195 A JP5044195 A JP 5044195A JP 4419593 A JP4419593 A JP 4419593A JP H06260186 A JPH06260186 A JP H06260186A
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- electrode
- supply groove
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】電解質リザ−バ−プレ−トからマトリックスへ
の電解質補給量の過不足を排除することにより、燃料電
池の特性を改善することにある。 【構成】電解質を保持したマトリックス１４と、その表
面に電極触媒層が密着するようにそれぞれ多孔質電極基
材に支持された燃料電極１１および酸化剤電極１５と、
少なくともいずれか一方の電極の反マトリックス側に積
層されて電解質を保持するリザ−バ−プレ−ト１６と、
マトリックスとリザ−バ−プレ−トとの間に位置してマ
トリックスで不足する電解質をリザ−バ−プレ−ト側か
ら補給する電解質補給通路３１とを備えたものにおい
て、互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔ｄ1,ｄ2,
ｄ3 等を電極内の温度分布に対応して高温部側（反応ガ
スの入口側）で狭く，低温部側（反応ガスの出口側）で
広く形成する。
の電解質補給量の過不足を排除することにより、燃料電
池の特性を改善することにある。 【構成】電解質を保持したマトリックス１４と、その表
面に電極触媒層が密着するようにそれぞれ多孔質電極基
材に支持された燃料電極１１および酸化剤電極１５と、
少なくともいずれか一方の電極の反マトリックス側に積
層されて電解質を保持するリザ−バ−プレ−ト１６と、
マトリックスとリザ−バ−プレ−トとの間に位置してマ
トリックスで不足する電解質をリザ−バ−プレ−ト側か
ら補給する電解質補給通路３１とを備えたものにおい
て、互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔ｄ1,ｄ2,
ｄ3 等を電極内の温度分布に対応して高温部側（反応ガ
スの入口側）で狭く，低温部側（反応ガスの出口側）で
広く形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マトリックスおよび
リザ−バ−プレ−トと、両者に連通する電解質補給通路
とを備えた燃料電池、ことにその電解質補給通路の構造
に関する。
リザ−バ−プレ−トと、両者に連通する電解質補給通路
とを備えた燃料電池、ことにその電解質補給通路の構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３はリブ付電極を用いたりん酸型燃料
電池を展開して示す斜視図、図４はリブ付電極を用いた
従来のりん酸型燃料電池の要部を模式化して示す断面図
である。図において、りん酸型燃料電池（単位セル）２
は、電解質９としてのりん酸を保持したマトリックス１
４を挟んでその両側に燃料電極１１および酸化剤電極
（以下空気電極とも呼ぶ）１５を配した構造となってお
り、燃料電極１１はガス透過性の電極基材１１Ａのマト
リックス側の面に電極触媒層１１Ｂを設けたものからな
り、空気電極１５も同様に電極基材１５Ａと電極触媒層
１５Ｂとで構成される。電極基材１１Ａ，１５Ａはそれ
ぞれ燃料ガスの供給溝１２および空気の供給溝１３を備
え、電極基材１１Ａ，１５Ａいずれか一方または両方の
溝側には、電解質補給装置としての電解質リザ−バ−プ
レ−ト１６が積層され、運転中に減少するマトリックス
１４中のりん酸の不足分を、電解質リザ−バ−プレ−ト
１６が保持する電解質９としてのりん酸を電極基材に形
成した電解質補給通路２１を介して補給するよう構成さ
れる。
電池を展開して示す斜視図、図４はリブ付電極を用いた
従来のりん酸型燃料電池の要部を模式化して示す断面図
である。図において、りん酸型燃料電池（単位セル）２
は、電解質９としてのりん酸を保持したマトリックス１
４を挟んでその両側に燃料電極１１および酸化剤電極
（以下空気電極とも呼ぶ）１５を配した構造となってお
り、燃料電極１１はガス透過性の電極基材１１Ａのマト
リックス側の面に電極触媒層１１Ｂを設けたものからな
り、空気電極１５も同様に電極基材１５Ａと電極触媒層
１５Ｂとで構成される。電極基材１１Ａ，１５Ａはそれ
ぞれ燃料ガスの供給溝１２および空気の供給溝１３を備
え、電極基材１１Ａ，１５Ａいずれか一方または両方の
溝側には、電解質補給装置としての電解質リザ−バ−プ
レ−ト１６が積層され、運転中に減少するマトリックス
１４中のりん酸の不足分を、電解質リザ−バ−プレ−ト
１６が保持する電解質９としてのりん酸を電極基材に形
成した電解質補給通路２１を介して補給するよう構成さ
れる。
【０００３】電解質補給通路２１は、はっ水性を有する
電極基材１１Ａ，１１Ｂに形成された親水性通路２２お
よび電極触媒層を貫通する導液孔２３で構成され、図の
場合、その長手方向が燃料ガス通路１２，酸化剤通路１
３に並行するよう、かつ互いに隣接する電解質補給通路
間に一定の間隔（距離）を保つよう形成される。また、
電解質補給通路２１を反応ガス供給溝１２，１３に直交
する方向に形成した燃料電池も知られている。
電極基材１１Ａ，１１Ｂに形成された親水性通路２２お
よび電極触媒層を貫通する導液孔２３で構成され、図の
場合、その長手方向が燃料ガス通路１２，酸化剤通路１
３に並行するよう、かつ互いに隣接する電解質補給通路
間に一定の間隔（距離）を保つよう形成される。また、
電解質補給通路２１を反応ガス供給溝１２，１３に直交
する方向に形成した燃料電池も知られている。
【０００４】このように構成された単位セル２は、通常
隣接する単位セル２相互間にガス不透過性のセパレ−ト
板１９を配して複数層積層されて積層燃料電池（スタッ
ク）を構成し、スタックの四方の側壁面に気密に取り付
けた２対のマニホ−ルドを介して燃料ガス供給溝１２に
は燃料ガスを，酸化剤供給溝１３には酸化剤としての空
気を供給することにより、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間
で電気化学反応に基づく発電が行われる。
隣接する単位セル２相互間にガス不透過性のセパレ−ト
板１９を配して複数層積層されて積層燃料電池（スタッ
ク）を構成し、スタックの四方の側壁面に気密に取り付
けた２対のマニホ−ルドを介して燃料ガス供給溝１２に
は燃料ガスを，酸化剤供給溝１３には酸化剤としての空
気を供給することにより、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間
で電気化学反応に基づく発電が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５は運転中における
燃料電池（単位セル）の面方向の電流密度分布を示す模
式図であり、単位セル２への燃料ガスおよび酸化剤の供
給方向を図の矢印方向とした場合、平均値等電流密度線
１０１を１としてその倍率で示す電流密度分布は、燃料
ガスおよび酸化剤ガスの入口部分，詳しくは水素濃度の
高い燃料ガスと酸素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに
直交して供給される図の左下部分で高く、これに対向す
る図の右上部分で低くなる特性を有する。
燃料電池（単位セル）の面方向の電流密度分布を示す模
式図であり、単位セル２への燃料ガスおよび酸化剤の供
給方向を図の矢印方向とした場合、平均値等電流密度線
１０１を１としてその倍率で示す電流密度分布は、燃料
ガスおよび酸化剤ガスの入口部分，詳しくは水素濃度の
高い燃料ガスと酸素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに
直交して供給される図の左下部分で高く、これに対向す
る図の右上部分で低くなる特性を有する。
【０００６】図６は運転中における燃料電池（単位セ
ル）の面方向の温度分布を示す模式図であり、単位セル
２への燃料ガスおよび酸化剤の供給方向を図の矢印方向
とした場合、平均温度の等温度線１０２を±０°C とし
てその温度差で示す温度分布は、燃料ガスおよび酸化剤
ガスの入口部分，詳しくは水素濃度の高い燃料ガスと酸
素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給され
る図の左下部分で高く、これに対向する図の右上部分で
低い特性を示し、温度分布，電流密度分布ともに、反応
ガス（燃料ガスおよび酸化剤）中の反応活性化物質（水
素および酸素）濃度に依存する性質があることを示して
いる。
ル）の面方向の温度分布を示す模式図であり、単位セル
２への燃料ガスおよび酸化剤の供給方向を図の矢印方向
とした場合、平均温度の等温度線１０２を±０°C とし
てその温度差で示す温度分布は、燃料ガスおよび酸化剤
ガスの入口部分，詳しくは水素濃度の高い燃料ガスと酸
素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給され
る図の左下部分で高く、これに対向する図の右上部分で
低い特性を示し、温度分布，電流密度分布ともに、反応
ガス（燃料ガスおよび酸化剤）中の反応活性化物質（水
素および酸素）濃度に依存する性質があることを示して
いる。
【０００７】一方、燃料電池２は発電運転中、酸化剤電
極１５の電極触媒層１５Ｂ側に電気化学反応に基づく水
が生成し、水蒸気化した水分が酸化剤通路１３または燃
料通路１２内放出され、反応済の酸化剤または燃料ガス
（オフガス）とともに系外に排出される。この時、生成
水中にりん酸が溶け込んでオフガスとともに排出される
ために、マトリックス１４中のりん酸が徐々に減少して
りん酸液が不足する。図７はマトリックス中の電解質減
少速度の運転温度依存性を示す模式図であり、運転温度
の上昇に比例してマトリックス中の電解質減少速度が急
増する特性を示している。
極１５の電極触媒層１５Ｂ側に電気化学反応に基づく水
が生成し、水蒸気化した水分が酸化剤通路１３または燃
料通路１２内放出され、反応済の酸化剤または燃料ガス
（オフガス）とともに系外に排出される。この時、生成
水中にりん酸が溶け込んでオフガスとともに排出される
ために、マトリックス１４中のりん酸が徐々に減少して
りん酸液が不足する。図７はマトリックス中の電解質減
少速度の運転温度依存性を示す模式図であり、運転温度
の上昇に比例してマトリックス中の電解質減少速度が急
増する特性を示している。
【０００８】従来の燃料電池においては前述のように、
マトリックス中の電解質の減少を補うために、あらかじ
めりん酸を含ませたカ−ボンペ−パ−等で形成される電
解質リザ−バ−プレ−ト１６を積層するとともに、一対
の電極１１，１５の両方または一方側にはっ水処理しな
い親水性通路２２および導液孔２３の直列体からなる電
解質補給通路２１を設け、マトリックス１４で生ずる電
解質の不足分を補給通路２１を介して電解質リザ−バ−
プレ−ト１６側から補給するよう構成されている。
マトリックス中の電解質の減少を補うために、あらかじ
めりん酸を含ませたカ−ボンペ−パ−等で形成される電
解質リザ−バ−プレ−ト１６を積層するとともに、一対
の電極１１，１５の両方または一方側にはっ水処理しな
い親水性通路２２および導液孔２３の直列体からなる電
解質補給通路２１を設け、マトリックス１４で生ずる電
解質の不足分を補給通路２１を介して電解質リザ−バ−
プレ−ト１６側から補給するよう構成されている。
【０００９】図８は燃料電池の従来の電解質補給通路の
配置を模式化して示す平面図であり、酸化剤通路１３
側，燃料ガス通路１２側双方の電解質補給通路２１が、
電流密度分布および温度分布に関係なく電解質補給通路
相互の間隔ｄを一定間隔に保って形成されている。従っ
て、例えば電解質補給通路相互の間隔ｄを平均電流密
度，平均温度における電解質の補給量を基準に決めたと
すれば、高電流密度部分および高温部分で電解質の補給
量が不足し、この部分における燃料電池の特性が低下す
るという問題が発生する。また、低電流密度部分および
低温部分では必要とする電解質の補給量に対して過剰な
面積の親水性通路２２が存在することになり、電解質の
通路である親水性通路２２が電解質によってガス拡散性
が阻害されるため、低温部で親水性通路の面積が過剰に
広いことによって電極触媒層への反応活物質の供給が阻
害され、この部分における燃料電池の特性が一層低下す
る。その結果、燃料電池１の高温部では電解質の補給量
不足が原因で電池特性が低下し、低温部では反応ガス中
の反応活物質の濃度の低下に親水性通路面積の過剰な分
布による反応ガスの供給障害が重なることにより電池特
性が低下するという問題が発生する。
配置を模式化して示す平面図であり、酸化剤通路１３
側，燃料ガス通路１２側双方の電解質補給通路２１が、
電流密度分布および温度分布に関係なく電解質補給通路
相互の間隔ｄを一定間隔に保って形成されている。従っ
て、例えば電解質補給通路相互の間隔ｄを平均電流密
度，平均温度における電解質の補給量を基準に決めたと
すれば、高電流密度部分および高温部分で電解質の補給
量が不足し、この部分における燃料電池の特性が低下す
るという問題が発生する。また、低電流密度部分および
低温部分では必要とする電解質の補給量に対して過剰な
面積の親水性通路２２が存在することになり、電解質の
通路である親水性通路２２が電解質によってガス拡散性
が阻害されるため、低温部で親水性通路の面積が過剰に
広いことによって電極触媒層への反応活物質の供給が阻
害され、この部分における燃料電池の特性が一層低下す
る。その結果、燃料電池１の高温部では電解質の補給量
不足が原因で電池特性が低下し、低温部では反応ガス中
の反応活物質の濃度の低下に親水性通路面積の過剰な分
布による反応ガスの供給障害が重なることにより電池特
性が低下するという問題が発生する。
【００１０】この発明の目的は、マトリックスへの電解
質補給量の過不足を排除することにより、燃料電池の特
性を改善することにある。
質補給量の過不足を排除することにより、燃料電池の特
性を改善することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、電解質を保持したマトリックス
と、その表面に電極触媒層が密着するようにそれぞれ多
孔質電極基材に支持された燃料電極および酸化剤電極
と、少なくともいずれか一方の電極の反マトリックス側
に積層されて電解質を保持する電解質リザ−バ−プレ−
トと、前記マトリックスと電解質リザ−バ−プレ−トと
の間に位置する電極に形成されてマトリックスで不足す
る電解質を電解質リザ−バ−プレ−ト側から補給する電
解質補給通路とを備えたものにおいて、互いに隣接する
電解質補給通路相互の間隔を前記電極内の温度分布に対
応して高温部側で狭く低温部側で広く形成してなるもの
とする。
に、この発明によれば、電解質を保持したマトリックス
と、その表面に電極触媒層が密着するようにそれぞれ多
孔質電極基材に支持された燃料電極および酸化剤電極
と、少なくともいずれか一方の電極の反マトリックス側
に積層されて電解質を保持する電解質リザ−バ−プレ−
トと、前記マトリックスと電解質リザ−バ−プレ−トと
の間に位置する電極に形成されてマトリックスで不足す
る電解質を電解質リザ−バ−プレ−ト側から補給する電
解質補給通路とを備えたものにおいて、互いに隣接する
電解質補給通路相互の間隔を前記電極内の温度分布に対
応して高温部側で狭く低温部側で広く形成してなるもの
とする。
【００１２】また、電解質補給通路が燃料ガス供給溝に
沿って形成され、その互いに隣接する電解質補給通路相
互の間隔を前記燃料ガス供給溝に直交する方向に形成さ
れた酸化剤供給溝の酸化剤入口側で狭く出口側で広く形
成してなるものとする。さらに、電解質補給通路が酸化
剤供給溝に沿って形成され、その互いに隣接する電解質
補給通路相互の間隔を前記酸化剤供給溝に直交する方向
に形成された燃料ガス供給溝の燃料ガス入口側で狭く出
口側で広く形成してなるものとする。
沿って形成され、その互いに隣接する電解質補給通路相
互の間隔を前記燃料ガス供給溝に直交する方向に形成さ
れた酸化剤供給溝の酸化剤入口側で狭く出口側で広く形
成してなるものとする。さらに、電解質補給通路が酸化
剤供給溝に沿って形成され、その互いに隣接する電解質
補給通路相互の間隔を前記酸化剤供給溝に直交する方向
に形成された燃料ガス供給溝の燃料ガス入口側で狭く出
口側で広く形成してなるものとする。
【００１３】さらにまた、電解質補給通路が酸化剤供給
溝，燃料ガス供給溝のいずれかに直交して形成され、そ
の互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔が前記供給
溝の反応ガス入口側で狭く出口側で広く形成されてなる
ものとする。
溝，燃料ガス供給溝のいずれかに直交して形成され、そ
の互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔が前記供給
溝の反応ガス入口側で狭く出口側で広く形成されてなる
ものとする。
【００１４】
【作用】この発明において、互いに隣接する電解質補給
通路相互の間隔を電極内の温度分布に対応して高温部側
で狭く低温部側で広く形成するよう構成したことによ
り、電解質リザ−バ−プレ−トから電解質補給通路を介
してマトリックスに補給する電解質の量を、反応温度依
存性を有するマトリックス中の電解質減少速度に比例す
るよう制御する機能が得られ、従って高温部で電解質の
補給量が不足することによって生ずる燃料電池の特性低
下を阻止することができるとともに、低温部分で親水性
通路が過剰に存在して電極触媒層への反応活物質の供給
を阻害するという問題を回避し、これに起因する燃料電
池の特性低下を阻止することができる。
通路相互の間隔を電極内の温度分布に対応して高温部側
で狭く低温部側で広く形成するよう構成したことによ
り、電解質リザ−バ−プレ−トから電解質補給通路を介
してマトリックスに補給する電解質の量を、反応温度依
存性を有するマトリックス中の電解質減少速度に比例す
るよう制御する機能が得られ、従って高温部で電解質の
補給量が不足することによって生ずる燃料電池の特性低
下を阻止することができるとともに、低温部分で親水性
通路が過剰に存在して電極触媒層への反応活物質の供給
を阻害するという問題を回避し、これに起因する燃料電
池の特性低下を阻止することができる。
【００１５】また、燃料ガス供給溝に沿って形成された
電解質補給通路相互の間隔を、燃料ガス供給溝に直交す
る方向に形成された酸化剤供給溝の酸化剤入口側で狭く
出口側で広く形成するか、あるいは酸化剤供給溝に沿っ
て形成された電解質補給通路相互の間隔を酸化剤供給溝
に直交する方向に形成された燃料ガス供給溝の燃料ガス
入口側で狭く出口側で広く形成すれば、電解質補給通路
の密度分布を水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃度の高い
酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反応ガスの
入口部分で高く、上記とは逆の出口部分で低くできるの
で、電解質の補給量の分布を燃料電池の温度分布および
電流密度分布に比例させ、電解質リザ−バ−プレ−トか
らマトリックスへの電解質の補給量をマトリックスの電
解質減少速度に合わせて過不足なく供給する機能が得ら
れる。
電解質補給通路相互の間隔を、燃料ガス供給溝に直交す
る方向に形成された酸化剤供給溝の酸化剤入口側で狭く
出口側で広く形成するか、あるいは酸化剤供給溝に沿っ
て形成された電解質補給通路相互の間隔を酸化剤供給溝
に直交する方向に形成された燃料ガス供給溝の燃料ガス
入口側で狭く出口側で広く形成すれば、電解質補給通路
の密度分布を水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃度の高い
酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反応ガスの
入口部分で高く、上記とは逆の出口部分で低くできるの
で、電解質の補給量の分布を燃料電池の温度分布および
電流密度分布に比例させ、電解質リザ−バ−プレ−トか
らマトリックスへの電解質の補給量をマトリックスの電
解質減少速度に合わせて過不足なく供給する機能が得ら
れる。
【００１６】さらにまた、電解質補給通路が酸化剤供給
溝，燃料ガス供給溝のいずれかに直交して形成され、そ
の互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔を供給溝の
反応ガス入口側で狭く出口側で広く形成すれば、電解質
補給通路の密度分布を水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃
度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反
応ガスの入口部分で高く、上記とは逆の出口部分で低く
できるので、電解質の補給量の分布を燃料電池の温度分
布および電流密度分布に比例させ、電解質リザ−バ−プ
レ−トからマトリックスへの電解質の補給量をマトリッ
クスの電解質減少速度に合わせて過不足なく供給する機
能が得られる。
溝，燃料ガス供給溝のいずれかに直交して形成され、そ
の互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔を供給溝の
反応ガス入口側で狭く出口側で広く形成すれば、電解質
補給通路の密度分布を水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃
度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反
応ガスの入口部分で高く、上記とは逆の出口部分で低く
できるので、電解質の補給量の分布を燃料電池の温度分
布および電流密度分布に比例させ、電解質リザ−バ−プ
レ−トからマトリックスへの電解質の補給量をマトリッ
クスの電解質減少速度に合わせて過不足なく供給する機
能が得られる。
【００１７】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池の要部を模
式化して示す断面図、図２は実施例における電解質補給
通路の配置を模式化して示す平面図であり、従来技術と
同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複
した説明を省略する。図において、燃料電池（単位セ
ル）３０は、その燃料電極１１の電極基材層１１Ａに形
成された親水性通路３２と、電極触媒層１１Ｂに形成さ
れた導液孔３３とで構成される電解質補給通路３１を備
え、その親水性通路３２は、燃料ガス供給溝１２に沿っ
て形成され、その互いに隣接する電解質補給通路相互の
間隔ｄ1,ｄ2,ｄ3 等が燃料ガス供給溝に直交する方向に
形成された酸化剤供給溝１３の酸化剤入口１３Ａ側で狭
く出口側で広く形成される。また、酸化剤電極１５の電
極基材層１５Ａに形成された親水性通路３２と、電極触
媒層１５Ｂに形成された導液孔３３とで構成される電解
質補給通路３１は、その親水性通路３２が酸化剤供給溝
１３に沿って形成され、その互いに隣接する電解質補給
通路相互の間隔は、酸化剤供給溝に直交する方向に形成
された燃料ガス供給溝１２の燃料ガス入口１２Ａ側で狭
く出口側で広くなるよう、燃料電極側のそれと同様に不
等間隔で形成される。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池の要部を模
式化して示す断面図、図２は実施例における電解質補給
通路の配置を模式化して示す平面図であり、従来技術と
同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複
した説明を省略する。図において、燃料電池（単位セ
ル）３０は、その燃料電極１１の電極基材層１１Ａに形
成された親水性通路３２と、電極触媒層１１Ｂに形成さ
れた導液孔３３とで構成される電解質補給通路３１を備
え、その親水性通路３２は、燃料ガス供給溝１２に沿っ
て形成され、その互いに隣接する電解質補給通路相互の
間隔ｄ1,ｄ2,ｄ3 等が燃料ガス供給溝に直交する方向に
形成された酸化剤供給溝１３の酸化剤入口１３Ａ側で狭
く出口側で広く形成される。また、酸化剤電極１５の電
極基材層１５Ａに形成された親水性通路３２と、電極触
媒層１５Ｂに形成された導液孔３３とで構成される電解
質補給通路３１は、その親水性通路３２が酸化剤供給溝
１３に沿って形成され、その互いに隣接する電解質補給
通路相互の間隔は、酸化剤供給溝に直交する方向に形成
された燃料ガス供給溝１２の燃料ガス入口１２Ａ側で狭
く出口側で広くなるよう、燃料電極側のそれと同様に不
等間隔で形成される。
【００１８】このように形成された燃料電池（単位セ
ル）３０において、その電解質補給通路３１の配列は図
２に等温度線１０２を重ねて示すように、電解質補給通
路の分布密度が水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃度の高
い酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反応ガス
の入口部分，すなわち高温部分で高く、上記とは逆の出
口部分，すなわち低温部分で低くなるので、電解質の補
給量の分布を燃料電池の温度分布および電流密度分布に
一致させることができる。その結果、電解質リザ−バ−
プレ−ト１６から電解質補給通路３１を介してマトリッ
クス１４に補給する電解質の量を、反応温度依存性を有
するマトリックス中の電解質減少速度に比例するよう制
御する機能が得られ、従って高温部で電解質の補給量が
不足することによって生ずる燃料電池の特性低下を阻止
する効果が得られる。
ル）３０において、その電解質補給通路３１の配列は図
２に等温度線１０２を重ねて示すように、電解質補給通
路の分布密度が水素濃度の高い燃料ガスと酸素濃度の高
い酸化剤（空気）が互いに直交して供給される反応ガス
の入口部分，すなわち高温部分で高く、上記とは逆の出
口部分，すなわち低温部分で低くなるので、電解質の補
給量の分布を燃料電池の温度分布および電流密度分布に
一致させることができる。その結果、電解質リザ−バ−
プレ−ト１６から電解質補給通路３１を介してマトリッ
クス１４に補給する電解質の量を、反応温度依存性を有
するマトリックス中の電解質減少速度に比例するよう制
御する機能が得られ、従って高温部で電解質の補給量が
不足することによって生ずる燃料電池の特性低下を阻止
する効果が得られる。
【００１９】また、電極基材に形成する親水性通路３２
は他の部分に比べてはっ水性が低くガス拡散性が劣る
が、電解質補給通路の密度分布を温度分布によって生ず
る電解質補給量の過不足を補うに必要な最小密度に抑制
できるので、残りの電極面積を発電に有効に利用して効
率の良い発電を行える効果が得られる。さらに、反応活
物質濃度が高く，これが原因で電流密度が高い高温部で
は電解質補給通路が占める面積が大きいことによって電
極反応が抑制され、逆に反応活物質濃度が低く，これが
原因で電流密度が低い低温部では電解質補給通路が占め
る面積が小さいことによって電極反応が活性化されるの
で、全体として電極反応を均等化し，電極面内の温度差
を縮小することが可能となり、電池特性の低下を伴うこ
となく燃料電池を安定して運転できる利点が得られる。
は他の部分に比べてはっ水性が低くガス拡散性が劣る
が、電解質補給通路の密度分布を温度分布によって生ず
る電解質補給量の過不足を補うに必要な最小密度に抑制
できるので、残りの電極面積を発電に有効に利用して効
率の良い発電を行える効果が得られる。さらに、反応活
物質濃度が高く，これが原因で電流密度が高い高温部で
は電解質補給通路が占める面積が大きいことによって電
極反応が抑制され、逆に反応活物質濃度が低く，これが
原因で電流密度が低い低温部では電解質補給通路が占め
る面積が小さいことによって電極反応が活性化されるの
で、全体として電極反応を均等化し，電極面内の温度差
を縮小することが可能となり、電池特性の低下を伴うこ
となく燃料電池を安定して運転できる利点が得られる。
【００２０】さらに、電解質補給通路３１が酸化剤供給
溝，燃料ガス供給溝のいずれか一方または両方に直交し
て形成される場合には、互いに隣接する電解質補給通路
相互の間隔を供給溝の反応ガス入口側で狭く出口側で広
く形成するよう構成することにより、前述の実施例と同
様に、電解質補給通路の密度が水素濃度の高い燃料ガス
と酸素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給
される反応ガスの入口部分で高く、上記とは逆の出口部
分で低くなるので、電解質の補給量の分布を燃料電池の
温度分布および電流密度分布に比例させ、電解質リザ−
バ−プレ−トからマトリックスへの電解質の補給量をマ
トリックスの電解質減少速度に合わせて過不足なく供給
できる利点が得られる。
溝，燃料ガス供給溝のいずれか一方または両方に直交し
て形成される場合には、互いに隣接する電解質補給通路
相互の間隔を供給溝の反応ガス入口側で狭く出口側で広
く形成するよう構成することにより、前述の実施例と同
様に、電解質補給通路の密度が水素濃度の高い燃料ガス
と酸素濃度の高い酸化剤（空気）が互いに直交して供給
される反応ガスの入口部分で高く、上記とは逆の出口部
分で低くなるので、電解質の補給量の分布を燃料電池の
温度分布および電流密度分布に比例させ、電解質リザ−
バ−プレ−トからマトリックスへの電解質の補給量をマ
トリックスの電解質減少速度に合わせて過不足なく供給
できる利点が得られる。
【００２１】
【発明の効果】この発明は前述のように、マトリックス
と電解質リザ−バ−プレ−トとの間に位置し、マトリッ
クスで不足する電解質をリザ−バ−プレ−ト側から補給
する電解質補給通路相互の間隔を、電極内の温度分布に
対応して高温部側で狭く低温部側で広くするよう構成し
た。その結果、電解質の補給量を反応温度依存性を有す
るマトリックス中の電解質減少速度に比例するよう制御
することが可能となり、電解質補給通路の間隔を等間隔
に保持した従来の燃料電池で問題となった、高温部で電
解質の補給量が不足することによって生ずる燃料電池の
特性低下を阻止できるとともに、電解質補給通路が電極
面に占める面積を燃料電池の温度分布に対応して最小限
に縮小し、残りの電極面積を電極反応に有効に活用でき
るので、マトリックスへの電解質補給量および電極触媒
層への反応ガスの供給量の過不足が緩和され、これに起
因する電池特性の低下が無く、優れた発電特性とその安
定性を有する燃料電池を提供することができる。
と電解質リザ−バ−プレ−トとの間に位置し、マトリッ
クスで不足する電解質をリザ−バ−プレ−ト側から補給
する電解質補給通路相互の間隔を、電極内の温度分布に
対応して高温部側で狭く低温部側で広くするよう構成し
た。その結果、電解質の補給量を反応温度依存性を有す
るマトリックス中の電解質減少速度に比例するよう制御
することが可能となり、電解質補給通路の間隔を等間隔
に保持した従来の燃料電池で問題となった、高温部で電
解質の補給量が不足することによって生ずる燃料電池の
特性低下を阻止できるとともに、電解質補給通路が電極
面に占める面積を燃料電池の温度分布に対応して最小限
に縮小し、残りの電極面積を電極反応に有効に活用でき
るので、マトリックスへの電解質補給量および電極触媒
層への反応ガスの供給量の過不足が緩和され、これに起
因する電池特性の低下が無く、優れた発電特性とその安
定性を有する燃料電池を提供することができる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池の要部を模式
化して示す断面図
化して示す断面図
【図２】実施例における電解質補給通路の配置を模式化
して示す平面図
して示す平面図
【図３】リブ付電極を用いたりん酸型燃料電池を展開し
て示す斜視図
て示す斜視図
【図４】リブ付電極を用いた従来のりん酸型燃料電池の
要部を模式化して示す断面図
要部を模式化して示す断面図
【図５】運転中における燃料電池（単位セル）の面方向
の電流密度分布を示す模式図
の電流密度分布を示す模式図
【図６】運転中における燃料電池（単位セル）の面方向
の温度分布を示す模式図
の温度分布を示す模式図
【図７】マトリックス中の電解質減少速度の運転温度依
存性を示す模式図
存性を示す模式図
【図８】燃料電池の従来の電解質補給通路の配置を模式
化して示す平面図
化して示す平面図
２ 燃料電池（単位セル） ９ 電解質（りん酸） １１ 燃料電極 １２ 燃料ガス供給溝 １２Ａ 燃料ガス入口 １３ 酸化剤供給溝 １３Ａ 酸化剤入口 １４ マトリックス １５ 酸化剤電極 １６ 電解質リザ−バ−プレ−ト １９ セパレ−ト板 ２１ 電解質補給通路 ２２ 親水性通路 ２３ 導液孔 ３０ 燃料電池（単位セル） ３１ 電解質補給通路 ３２ 親水性通路 ３３ 導液孔 ｄ 電解質補給通路相互の間隔（距離）
Claims (4)
- 【請求項１】電解質を保持したマトリックスと、その表
面に電極触媒層が密着するようにそれぞれ多孔質電極基
材に支持された燃料電極および酸化剤電極と、少なくと
もいずれか一方の電極の反マトリックス側に積層されて
電解質を保持する電解質リザ−バ−プレ−トと、前記マ
トリックスと電解質リザ−バ−プレ−トとの間に位置す
る電極に形成されてマトリックスで不足する電解質をリ
ザ−バ−プレ−ト側から補給する電解質補給通路とを備
えたものにおいて、互いに隣接する電解質補給通路相互
の間隔を前記電極内の温度分布に対応して高温部側で狭
く低温部側で広く形成してなることを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項２】電解質補給通路が燃料ガス供給溝に沿って
形成され、その互いに隣接する電解質補給通路相互の間
隔が前記燃料ガス供給溝に直交する方向に形成された酸
化剤供給溝の酸化剤入口側で狭く出口側で広く形成され
てなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】電解質補給通路が酸化剤供給溝に沿って形
成され、その互いに隣接する電解質補給通路相互の間隔
が前記酸化剤供給溝に直交する方向に形成された燃料ガ
ス供給溝の燃料ガス入口側で狭く出口側で広く形成され
てなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項４】電解質補給通路が酸化剤供給溝，燃料ガス
供給溝のいずれかに直交して形成され、その互いに隣接
する電解質補給通路相互の間隔が前記供給溝の反応ガス
入口側で狭く出口側で広く形成されてなることを特徴と
する請求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5044195A JPH06260186A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5044195A JPH06260186A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260186A true JPH06260186A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=12684799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5044195A Pending JPH06260186A (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06260186A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006107866A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Denso Corp | 燃料電池システム |
-
1993
- 1993-03-05 JP JP5044195A patent/JPH06260186A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006107866A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Denso Corp | 燃料電池システム |
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