JPS58103784A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS58103784A
JPS58103784A JP56201626A JP20162681A JPS58103784A JP S58103784 A JPS58103784 A JP S58103784A JP 56201626 A JP56201626 A JP 56201626A JP 20162681 A JP20162681 A JP 20162681A JP S58103784 A JPS58103784 A JP S58103784A
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JP
Japan
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electrolyte
matrix
electrode
fuel
communication hole
Prior art date
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Pending
Application number
JP56201626A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenzo Ishii
石井 謙「あ」
Shinpei Matsuda
松田 臣平
Toshiki Kahara
俊樹 加原
Seiji Takeuchi
瀞士 武内
Jinichi Imahashi
甚一 今橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58103784A publication Critical patent/JPS58103784A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H01M8/04283Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池、特に、電力用の燃料電池に関する
ものである。
燃料および酸化剤よシミ気エネルギーを生成する燃料電
池は古くから知られている技術である。
燃料電池は、燃料極、燃料極よシ装置された酸化剤極、
これらの電極間にそれらに接触して配置された電解質、
集電板を兼用するセパレータおよび燃料極、酸化剤極と
セパレータとの間に形成された燃料ガス、酸化剤ガス用
のガス流路を基本構成としている。そして、電解質には
、固体、溶融ペースト、自由に流動する液体、あるいは
、マトリックス内に保持された液体がある。このうち、
マトリックスに保持された電解質を用いる燃料電池は多
くの用途に適している。
しかし、このようなマトリックス内に保持された水性電
解質を使用する燃料電池を最適条件で作動させるために
は、マトリックスはある特性を有するものでなければな
らない。例えば、マトリックスは親水性であり、また、
マトリックスは燃料電池内におけるガスの交差や混合を
阻止するよう連続的であり、ピンホールや割れのないも
のが要求され、さらに、マトリックスは通常1mm以下
の厚さに形成されるが、内部抵抗を小さくするため可能
な限如薄<シ、マトリックスが触媒層と密に接触する必
要がある。また、電流分布を一様にするために、マトリ
ックス厚さが一様で、かつマトリックスの細孔の寸法が
均一であることが望ましく、マトリックス材料は熱的化
学的に安定で、経済的でなければならない。このような
性質を有するマトリックスに電解質を含浸させて電極と
組合せ、電池を組み立てた場合、長時間安定した性能を
得ることが期待できる。
しかし、マトリックスおよび電極は多孔質であシ、常に
燃料ガスおよび酸化剤ガスが電極基質内を流れておシ、
長時間運転の間には、電解質が蒸発によシ喪失し、電池
性能が劣化する問題があった。
この問題を除去するために、電極基材に開けた孔を介し
てセパレータのガス路から電解質をマトリックスに含浸
させる方法、および、セルを縦型とし、電池上部に設け
た電解質通路および上部電解質部を介して電解質をマト
リックスに含浸させる方法が提案されている。しかし、
前者の方法では、電解質含浸時、電極基材に電解質が付
着し、ガス拡散を妨げ、電池出力を低下させる欠点があ
り、また、後者の方法では、電池上部に設けた電解質部
よ如含浸させるため、大形電極の場合、含浸時間が長く
かかる欠点がある。
本発明はこれらの問題点を除去し、電池外部よシマトリ
ックスに電解質を容易に供給することができ、安定な性
能と長寿命を有する燃料電池の提供することを目的とし
、燃料極と酸化剤極の一対の電極の間に電解質を保持す
るマトリックスを配設して構成されている単電池を、一
対の電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する波路を
有するセパレータを介して積層してなる燃料電池におい
て1セパレータの燃料極側および酸化剤極側の少なくと
も一方に畦Jis買供給用溝を設け、この電解質供給用
溝とマトリックスとを醒極内に位置する電解質連通孔を
介して遵通后せ、電解液連通孔および鉦厨買・洪縮用商
の電惨に対する■に撥水性層が設けてりることを第1の
特徴とし、さらに前述の′屯S質連通孔を燃料価、マト
リックス、rfl化剤イ魅およびセパレーク金J!!通
して設けられている亀iW * iWi路を介して連通
ずるセパレータに設けられた’am買溜Vこ連通させて
めることを第2の特徴とするものでめる。
本発明は、セパレータに電解質供給用溝を設けることに
よp1セパレータ、燃料価、マトリックスおよび酸化剤
極を連通ずる通路と、セパレータ縁部に設け′#、、亀
解質電解を連通させ、電解質供給用溝を介して、電解質
量からマ) IJラックスへ解質を供給できるようにし
て、吸湿、蒸発によるマトリックス内の電解質量の変化
を吸収し、マトリックス内に常に一定の電解質を保持す
ることを可能にしたものである。
以下、実施例について説明する。
第1〜第3図は一実施例の燃料電池の構造を示すもので
、同一部分には同一符号が付しである。
この実施例は、燃料に水素リッチガス、酸化剤に空気中
の酸素を用い、′電解質にリン酸型燃料電池に関するも
ので、第1図は部分断面図、第2図および第3図は、そ
れぞれ異なる壁部の平面図ケ示している。この図で、1
はマトリックスで、シリコンカーバイドとポリテトラフ
ルオルエチレンとの混線物、或いはフェノール樹脂布な
どが用いられる。2は燃料極購材2aと燃料惨触媒鳩2
bよシなる燃料極、3は酸化剤極基材3aと改化剤俤触
媒+173bよりなる酸化剤極である。このマトリック
ス1と燃料極2および酸化剤極3とよシなる単電池がセ
パレータ4を介して必要数i*1−される。
セパレータ4は燃料極2側には燃料供給用ガス路5およ
び電解質供給用溝6が、また、酸化剤極3側には酸化剤
供給用ガス路7および′I!屏質溜8がそれぞれ設けら
れ、電解質量8と電解質供給用溝6とは′lf解賀が連
通する構造となっている。9は種層′岨池の縁部に設け
られ、積層電池をiX通ずる電解質通路で、電池積層後
に電解質を各電池へ供給するための通路となる。10は
セパレータ4に設けられている電解質供給用溝6とマト
リックス1との間で#IL;解質を連通させるだめ燃料
極2に設けられている電解質連通孔11はシールである
このような構成の燃料電池において、電解質を供給する
場合には、電解質通路9に電解質を満たし、各′電池の
゛岨解質溜8に溢れさせ、電解質量8に′を解質を満た
す。岨解質溜8を満たした電解質は、電解質供給用@6
に入シ、電解質連通孔10を通してマトリックス1に供
給される。この場合、電解質が燃料極基材2aを湿潤す
るのを防ぐためには、燃料極基材2aに、例えば、ポリ
テトラフルオルエチレンを塗布して撥水化すればよい。
さらに電解質補給圧力によシ燃料極基材2aに電解質が
入る場合、電解質補給単位となる電池積層数を少なくし
電解質補給圧力を下げればよい。そして、電解質を電解
質供給用溝6に充満させた後、電解jJ7i通路9から
電解質を除去し、電解質による液短絡を防ぐ、この時、
電解質量8からも電解質(9) が除去されるが、性能に影餐を及ぼすことはない。
以上のように構成された燃料電池においては、吸湿によ
シマ) IJソックス内の電解質量が増加した場合、余
剰分は電解質連通孔10を通して、電解質供給用溝6に
溢れ、さらに、゛亀鱗簀涌8に溢れ、亀#質溜8内に貯
蔵される。また、蒸発によシマトリックス1内の′電解
質が不足する揚付は、不足分は’IILM質連通孔10
を通して電解質供給用溝6より補給される。従って、マ
トリックス1内の電解質量は常に一足に保たれ、電池性
能を安定化するとともに、吸湿時の余剰の電解jxを貯
蔵するようになっているので、燃料極触媒NjI2bお
よび酸化剤極触媒#3bを過剰に濡らすことがなくなり
、電極性能を安定化する。さらに、電解質供給用溝6内
の電解質が減少した場合、電解質通路9全通して電解質
を補充すればよく、電解質不足による電池性能低下はな
くなる。しかも、′電解質連通孔10は、マトリックス
1の電解質吸込み能力に応じて位置を決定できるので、
電′ps質のマトリックスへの浸透は充分な速度で行な
うことができ(10) る。また’、11f解質供給用#6を設け、セパレータ
4内の電解質供給路を限定したので、電解質供給路に電
極基材が濡らされることがなく、ガスの拡散が妨げられ
ることがないなどの効果がある。
第4図は、他の実施例の断面を示すもので、との冥施例
は、を解質溜8、′a電解質供給用溝および電解質連通
孔10内に繊維12を充填しである点が第1図の実施例
と異なっている。この繊維12は、その毛管力によシ亀
解質の含浸速度を向上させるとともに、%解質の分布を
一様ならしめる効果がある。
そして、ここで用いる繊維12には、シリコンカーバイ
ト繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、フェノール樹脂繊
維などが用いられる。また、繊維の代りに、他の親水性
材料、例えば、シリコンカーバイド粉末、カーボン粉末
を結着剤、例えば、ボIJ fドラフルオルエチレン、
ポリイミドで結着したものを用いることもでき、同等の
効果を得ることができる。さらに、例えば、カーボンシ
ート。
シリコンカーバイド焼結体のような多孔性シート(11
) を用いてもよい。また、さらに、マトリックス材料と同
一材料を用いてもよいが、この場合には、マトリックス
1、電解質連1PU孔10、′!1f、屏質洪給用溝6
、および、亀s質溜8中で用いる材料の小孔の間に、マ
トリックス1中で用いる材料の小孔を最小とし、菫m質
遵通孔10、電解質供給用溝6、奄解質溜8の順に大き
くなっている関係がある場合が望ましい。すなわち、こ
のようにすることによって、毛管力に差がつけられると
、この毛管力の差により、マ) IJラックス内の1!
解質量はよ多安定に保たれることになる。また、電解質
量8および′亀解買供耐用溝6の繊維12は、毛管力が
前述の範囲であれば省略可能である。
第5図は、他の実施例の断面を示すもので、この実施例
が第1図の夾/iり0と異なるところは、電解質通路9
(9a、9b)および篭屏宵溜8が、電池の両縁部に設
けられている点である。このように構成されている場合
には、′醒薯質補給速度を大きくすることができるとと
もに、最初の充填時に、一方の電解質通路9aから供給
し、他方の電(12) 解質通路9bから溢れ出させるようにすれば、電解質の
充填を確実に行なうことができる。
以上の第1〜第5図の実施例においては、燃料極に’i
[解質供給用溝を設けた場合について説明したが、酸化
剤極に設けてもよく、さらに、燃料極、酸化剤極の両方
に設けてもよい。
以上の如く、本発明は、電池外部よりマトリックスに電
解質を容易に供給することができ、安定な性能と長寿命
を有する燃料電池の提供を可能とするもので、産業上の
効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池の一実施例の要部断面図、第
2図および第3図は、第1図のそれぞれ異なる要部の平
面図、第4図および第5図は、それぞれ異なる他の実施
例の要部断面図である。 1・・・マトリックス、2・・・燃料極、3・・・酸化
剤極、4・・・セパレータ、5・・・燃料供給用ガス路
、6・・・電解質供給用溝、7・・・酸化剤供給用ガス
路、訃・・電解質部、9・・・電解質通路、10.10
a、IQb冶 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1゜燃料極と酸化剤極の一対の電極の間に電解質を保持
    するマトリックスを配設して構成されている単電池を、
    前記一対の電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
    流路を肩するセパレータを介して積層してなる燃料′電
    池において、前記セパレータの燃料極側および酸化剤極
    側の少なくとも一方に電解質供給用溝を設け、該電解質
    供給用溝と前記マトリックスとを電極内に位置する電解
    質連通孔を介して連通させ、前記電解液連通孔および前
    記電解質供給用溝の前記電極に対する面に倣水性層が設
    けであることを特徴とする燃料電池。 2、前記′fItL屏質供給剛質供給用溝錦の内部に親
    水性繊維、親水性粉末と結着剤との混線物、多孔性シー
    トおよびマトリックス材料の倒れかを充填されている%
    肝趙求の範囲第1項記載の燃料′畦池。 3、前記電解質連通孔が、その内部に、親水性拐料およ
    びマトリックス材料の倒れかを充填されている特許請求
    の範囲第1項または第2項記載の燃料電池。 4゜前記電解質連通孔が、その内部に、親水性材料粉末
    と結着剤との混線物を充填されている特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の燃料電池。 5、燃料極と酸化剤極の一対の電極の間に電解質を保持
    するマトリックスを配設して構成されている単電池を前
    記一対の電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する流
    路を有するセパレータを介して積層してなる燃料電池に
    おいて、前記セパレータの燃料極側および酸化剤極側の
    少なくとも一方に電解質供給用溝を設け、該電解質供給
    用溝と前記マ) IJラックスを電極内に位置する電解
    質連通孔を介して連通させ、かつ該電解質連通孔を前記
    燃料極、前記マ) IJソックス前記酸化剤極および前
    記セパレータを連通して設けられている電解質通路を介
    して前記セパレータに設けられた篭解質溜に連通させ、
    前記電解液連通孔および前記電解質供給用溝の前記電極
    に対する面に撥水性j−が設けであることを特徴とする
    燃料電池。 6、前記電解質供給用溝が、その溝の内部に親水性繊維
    、親水性粉末と結着剤との混線物、多孔性シートおよび
    マトリックス材料の何れかを充填されている特許請求の
    範囲第5項記載の燃料電池。 7、前記電解質連通孔が、その内部に、親水性材料およ
    びマトリックス材料の何れかを充填されている特許請求
    の範囲第5項または第6項記載の燃料11池。 8、前記電解質連通孔が、その内部に、親水性材料粉末
    と結着剤との混線物を充填されている特許請求の範囲第
    5項または第6項記載の燃料電池。 9、前記電解質部が、その内部に親水性繊維、親水性粉
    末と結着剤との混線物、多孔性シートおよびマトリック
    ス材料の何れかを充填されている特許請求の範囲第5項
    から第8項までの何れか一項記載の燃料電池。 10、前記マトリックス、前記電解質連通孔、前記電解
    質供給用溝、前記電解質部の電解質保持力が、マトリッ
    クスが最大で、電解質連通孔、電解質供給用溝、電解質
    部の順に小さくなっている特許請求の範囲第5項から第
    9項までの倒れが一項記載の燃料電池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58163180A (ja) * 1982-03-23 1983-09-27 Mitsubishi Electric Corp 積層形燃料電池
JPS62180964A (ja) * 1986-02-03 1987-08-08 Toshiba Corp 燃料電池
JPS63155562A (ja) * 1986-12-10 1988-06-28 エンバイロンメンタル・エナジー・システムズ・インコーポレイテッド 燃料電池積層構造

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