JPS63110555A - 燃料電池の積層体 - Google Patents

燃料電池の積層体

Info

Publication number
JPS63110555A
JPS63110555A JP61255693A JP25569386A JPS63110555A JP S63110555 A JPS63110555 A JP S63110555A JP 61255693 A JP61255693 A JP 61255693A JP 25569386 A JP25569386 A JP 25569386A JP S63110555 A JPS63110555 A JP S63110555A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
fiber
condensed water
water
molds
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61255693A
Other languages
English (en)
Inventor
Saburo Yasukawa
安川 三郎
Toshio Ogawa
敏雄 小川
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
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP61255693A priority Critical patent/JPS63110555A/ja
Publication of JPS63110555A publication Critical patent/JPS63110555A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • 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
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池の積層体に係り、特に、メタノール燃
料電池等の低温作動型燃料電池の空気流路内で結露する
生成水による空気閉塞を回避し。
高電流密度下での電池性能を向上するのに好適な燃料電
池の積層体に関する。
〔従来の技術〕
メタノール燃料電池の原理は、第2図に示すように、電
解質層1を介して■極の空気極2と○極の燃料極3があ
り、それぞれ空気並びに燃料が供給される空気室4およ
び燃料室5を備えている。
空気室には空気6が供給され、酸宏の一部が消費され、
水分が生成して水蒸気となる。この排出ガス7中の水蒸
気は、電池外で冷却され一部の凝結水11は回収される
。一方、燃料室5にはメタノール燃料8が供給され、余
剰のメタノール9は循環して戻される。このとき、燃料
極3では、メタノールが消費され、炭酸ガス10が生成
される。
すなわち、この燃料電池を安定に連続発電させるには、
反応物である空気(酸宏)および燃料(メタノール)を
過不足なく随時供給し、反応生成物でる水蒸気および炭
酸ガスを迅速に除去してやる必要がある。
特に、常圧、100℃以下で作動する燃料電池では、反
応で生成される水蒸気が結露しないようにし、ガス状の
まま系外に排出させることが安定運転の最も重要なポイ
ントとなる。
何故ならば、水蒸気が電池積層スタック内で結露すると
、空気極での結露の場合には、限界電流密度を低下させ
、電池性能を著しく低下させ、また、空気流通ダクトで
の結露の場合には、酸化剤である空気の偏流の原因とな
り、積層電池スタックの性能が不安定となる。
最も簡単な結露フリーの方法は、酸化剤である空気を大
量に流してやることである。しかし、過剰に空気を流す
と、冷却効果が過大となって電池乾燥して体積が収縮し
、電池内部抵抗が増大して電池性能を著しく低下させる
。特に、電池の寿命に対し、この電解液の乾燥2体積収
縮は極めて重要な因子となるため、電池性能からは結露
フリーとなる最少空気量近傍での運転が好ましい。
更に、通常、メタノール燃料電池等では、可搬型の移動
電源としての用途が大であり、小型、軽量化が極めて重
要となる。このためには1発電に必要な水を生成水の回
収より得るのが最も得策である。生成水の回収率は、排
ガス流量と冷却温度で決まり、流入空気流量が少な、<
、排ガスの相対湿度が大である程、回収率は良くなる。
このように、電池性能および生成水回収率からも流入空
気は必要最小限である事が好ましい、しかし、実際の積
層電池では空気の偏流並びに温度の不均一分布が避けら
れず、局所的に生成水が結露してしまい、空気閉塞を起
こしてしまう問題については考慮されないでいた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
、°ネ記従来技術の問題は、結露した生成水が空気°流
路(セパレータ溝上並びに排出出口部など)に付看し、
玉状に成長し空気流路を閉塞させてしまうためであり、
この成長する結露水を液状のまま電池外に除去させてや
る点について考慮されていなかった。
第3図は、従来構造の積層電池スタックの断面図である
電解質層1の両側を多孔基材から成る空気極2および燃
料極3で挟んだものを単位セルとし、燃料流通ダクト4
1および空気流通ダクト42を設けたセパレータ4を介
し数セル積層し、この両端を端部片面セパレータ5.集
電板6を介して締め板7で締付け、積層電池スタックと
したものである。
空気は図面の上方から下方に向は空気流通ダクト42を
流れるが、この供給空気によって発電に必要な酸素を過
不足なく供給してやり、かつ、反応生成物である水蒸気
を迅速に排出してやる必要がある。しかし、これらの積
層電池スタックでは偏流並びに温度不均一性は避けられ
ず、空気流量が少なく、また、温度の低い局部的な場所
で流入空気で充分水蒸気を除去できず、一部の水蒸気が
空気流通ダクト42内で結露する。この結露水は発電時
間と共に蓄積され、水玉状となり、空気流通ダクトを閉
塞させてしまい、積層電池性能は不安定となる。
第4図は、実電池スタックで起こった結露水の溜水箇所
を示したものである。溜水の起こりやすい箇所は図中A
、B、Cの三点であり、それぞれ次の事が原因さ考えれ
る。場所Aは、空気通路の中程で発生するものであり、
この場合は、電解質層の欠陥(イオン交換膜のピンホー
ルなど)に寄因した漏水量の増大によることが多い。ま
た、端部の場所Bは、中央部に較べ温度が低く、結露し
やすくなるためである。更に出口の場所Cでは、電池温
度より低い外気に直接ふれ、急冷されるために起こる結
露である。更に、積層セルでは偏流があるため、空気流
入量の少ないダクトで、この結露が加速される。
これら結露水の対策は、第−法としては結露させぬ(結
露の原因を取除く)法、また、第二法としてこの結露水
が空気流れの阻害とならぬ構造とする法の二法である。
しかし、前述の結露の原因となっている電解質層のピン
ホール欠陥、温度不均一性、偏流等は皆無とする事がで
きぬ事、また、結露フリー化の流入空気増大法では、生
成水回収率が大幅に減少する事などから、第−法は充分
でなく、生成水を少ない流量で結露させ生成水回収率が
大で、結露水を迅速に除去し、空気流れを阻害すること
のない第二法が良い。
本発明の目的は、積層電池スタック内の結露水を迅速に
外部に排出することができ、少ない空気流量でも結露水
による空気閉塞を起こすことなく高性能で性能が安定し
たものとすることのできる燃料電池の積層体を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、生成水結露の起こる空気流通ダクト並びに
排出空気出口に、結露水を吸収する無機繊維成形物を介
在させ、結露水が水玉状に増大し、空気流路を閉塞する
ことのないように、結露水を迅速に系外へ排出すること
により達成される。
〔作用〕
空気流路内の凝結は、流路断面内では温度の低い場所に
つき、通常セパレータ並びに端部出口パッキング表面に
付着する。従って、このセパレータ表面および端部出口
パッキング表面を親水性の無機繊維成形物(不織布1紙
、糸)で被うことにより、凝結結露水は無機繊維成形物
に吸収されるため、結露水は成長し水玉状になる事なく
系外に排出される。このため、結露水による空気閉塞が
起こることがない。
〔実施例〕
以下、本発明を第1図、第5図に示した実施例および第
6図を用いて詳細に説明する。
第1図は、本発明の燃料電池の積層体の一実施例を示す
断面図である。
電解質WJ1を空気極2および燃料極3が挟んだ単位セ
ルを空気流通溝41および燃料流通溝42の付いたセパ
レータ4を介し数セル積層する構造は第3図に示す従来
例と同じであるが、本発明は、空気流通溝41内に結露
水吸収用の繊維成形体(この例では、無機繊維シート;
日本無機繊維社製)を介在された処に特徴をもつ。この
繊維成形体に吸収された結露水は空気出口マニホルド8
に沿い捕集される。捕集された結露(生成)水は再度。
反応促進並びに冷却用に使用される。ここで、繊維成形
体は、電池運転温度およびミスト状で排出される電解液
に耐えうる親水性材質であれば良い。
通常、容易に入手ではるものは有機繊維系では、フェノ
ール布織布(日本カイノール社製)など無機繊維系では
、ガラス繊維シート、SiC布織布。
炭素繊維シート等がある。更に、局所的な凝結水を吸収
排出する場合は、これら繊維材の紐及至糸でも良い。
第5図は、第1図に示す積層体の単セル要素の構成を示
す図である。空気極2およびセパレータ4の間に無機繊
維紙5をセパレータの空気流通溝に空気極之より長く空
気排出側に飛び出す構造が好ましい。何故なら、吸収さ
れた水が繊維紙の下方端部で水玉状となり、下方で落下
収集される際、セパレータ等との長さが等しいと、この
端部にできる水玉で空気出口を閉じてしまうからである
第6図は、第1図に示す本発明の積層電池と第3図に示
す従来構造の積層電池との電池性能の経時変化を示す、
従来例では、運転3.0 (hr)を過ぎる頃から電池
性能は不安定となり、空気閉塞不良特有の息つき不安定
状態を起こして失速してしまうのに対し、本発明例では
100 (hr)以上も安定に連続運転できでいる事が
判る。
第7図は、積層電池スタックの電池性能の空気流量依存
性を示したもである。空気流量が多く70 (Q /w
in)以上の場合には、不実施例、従来例共空気流量増
大で触媒層乾燥により性能が低くなる。空気流量を少な
くしていくと、従来例の積層電池では早めに電池性能が
低下しており、生成水回収率が20(%)程となる流量
の約30 (Q/l1lin )程では、へ割程の性能
に低下してしまっており、生成水回収率の向上と性能向
上を共に満足するのは難しい事が判る。
これに対して、本実施例の積層電池では、生成水回収率
の良好な空気流量30 (Il/min )以下の空気
流量でも電池性能を維持しており、電池性能を落とすこ
となく生成水を回収することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、積層電池スタック内の結露水による空
気閉塞を防止できるので、積層電池スタック性能の長期
安定化を図ることができ、更に、従来の1/3程の少な
い空気流量で運転できるので、空気ブロアの補機電力損
も1/3に低減でき。
生成水回収率も約三倍に向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池積層体の一実施例の断面図、
第2図はメタノール燃料電池の原理図。 第3図は従来の燃料電池積層体の断面図、第4図は第3
図の単セルの拡大断面図、第5図は本発明の燃料電池の
vL層体の構成図、第6図は積層電池性能の経時変化特
性図、第7図は積層電池性能の空気流量依存性の結果を
示す図である。 1・・・電解質層、2・・・空気極、3・・・燃料極、
4・・・セパレータ、5・・・無機繊維紙、6・・・集
電板、7・・・締め板、8・・・空気出口マニホールド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、空気を酸化剤とし空気極で水を生成するセルと、前
    記セルを挟み酸化剤と燃料とをしやへいするセパレータ
    を積層した燃料電池の積層体において、 前記空気極と前記セパレータの間に、三次元構成の親水
    性の繊維組成体を設けた事を特徴とする燃料電池の積層
    体。 2、特許請求の範囲第1項において、前記繊維組成体が
    、無機繊維シートであることを特徴とする燃料電池の積
    層体。
JP61255693A 1986-10-29 1986-10-29 燃料電池の積層体 Pending JPS63110555A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61255693A JPS63110555A (ja) 1986-10-29 1986-10-29 燃料電池の積層体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61255693A JPS63110555A (ja) 1986-10-29 1986-10-29 燃料電池の積層体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63110555A true JPS63110555A (ja) 1988-05-16

Family

ID=17282320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61255693A Pending JPS63110555A (ja) 1986-10-29 1986-10-29 燃料電池の積層体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63110555A (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995022179A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische zelle
EP0655167A4 (en) * 1992-08-13 1995-11-02 H Power Corp ELECTRIC HYDROGEN CELL.
WO2001061775A3 (en) * 2000-02-17 2002-08-22 Nedstack Holding B V Water removal in pem fuel cells
WO2002086995A2 (de) * 2001-04-19 2002-10-31 Forschungszentrum Jülich GmbH Brennstoffzelle sowie verfahren zum betreiben derselben
WO2003015205A1 (en) * 2001-08-09 2003-02-20 Motorola, Inc. A Corporation Of The State Of Delaware Direct methanol fuel cell including a water recovery and recirculation system
WO2002049138A3 (en) * 2000-12-15 2003-08-21 Motorola Inc Direct methanol fuel cell including integrated flow field
EP1349225A1 (en) * 2002-02-15 2003-10-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell with reactant humidification in manifolds
US6660423B2 (en) * 2000-12-15 2003-12-09 Motorola, Inc. Direct methanol fuel cell including a water management system and method of fabrication
JP2007512431A (ja) * 2003-12-01 2007-05-17 アルセロール フランス 鋼ストリップを冷却する方法及び装置
WO2009078864A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-25 Utc Power Corporation Fuel cells and methods for reducing blockage of channels of fuel cells
KR101156530B1 (ko) * 2005-11-02 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 직접액체 연료전지

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655167A4 (en) * 1992-08-13 1995-11-02 H Power Corp ELECTRIC HYDROGEN CELL.
WO1995022179A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische zelle
WO2001061775A3 (en) * 2000-02-17 2002-08-22 Nedstack Holding B V Water removal in pem fuel cells
CN100438182C (zh) * 2000-12-15 2008-11-26 摩托罗拉公司 包括集成流场的直接甲醇燃料电池
WO2002049138A3 (en) * 2000-12-15 2003-08-21 Motorola Inc Direct methanol fuel cell including integrated flow field
US6660423B2 (en) * 2000-12-15 2003-12-09 Motorola, Inc. Direct methanol fuel cell including a water management system and method of fabrication
WO2002049136A3 (en) * 2000-12-15 2004-01-08 Motorola Inc Direct methanol fuel cell including a water management system
WO2002086995A3 (de) * 2001-04-19 2002-12-27 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle sowie verfahren zum betreiben derselben
WO2002086995A2 (de) * 2001-04-19 2002-10-31 Forschungszentrum Jülich GmbH Brennstoffzelle sowie verfahren zum betreiben derselben
WO2003015205A1 (en) * 2001-08-09 2003-02-20 Motorola, Inc. A Corporation Of The State Of Delaware Direct methanol fuel cell including a water recovery and recirculation system
US6696195B2 (en) 2001-08-09 2004-02-24 Motorola, Inc. Direct methanol fuel cell including a water recovery and recirculation system and method of fabrication
EP1349225A1 (en) * 2002-02-15 2003-10-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell with reactant humidification in manifolds
US7553575B2 (en) 2002-02-15 2009-06-30 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell humidification system and method
JP2007512431A (ja) * 2003-12-01 2007-05-17 アルセロール フランス 鋼ストリップを冷却する方法及び装置
KR101156530B1 (ko) * 2005-11-02 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 직접액체 연료전지
WO2009078864A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-25 Utc Power Corporation Fuel cells and methods for reducing blockage of channels of fuel cells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8304123B2 (en) Ambient pressure fuel cell system employing partial air humidification
KR101398779B1 (ko) 내한성이 향상된 연료전지용 가습기
JP5563646B2 (ja) 燃料電池用の加湿装置、及びその運転方法
CA1309127C (en) Solid polymer electrolyte fuel cell system with porous plate evaporative cooling
CA2281369C (en) Fuel cell stack
JP4543440B2 (ja) 水直噴型燃料電池システム
CN103069222B (zh) 燃料电池加湿器
JPWO2004107490A1 (ja) 加湿装置
JPS63110555A (ja) 燃料電池の積層体
JP2007095432A (ja) 燃料電池および燃料電池システム
CN102170004A (zh) 被动排水装置
JP2004139854A (ja) 燃料電池
CN113228359A (zh) 用于燃料电池的膜加湿器
CA2616650C (en) Modified fuel cells with internal humidification and/or temperature control systems
JPH07245116A (ja) 燃料電池
US7871732B2 (en) Single reactant gas flow field plate PEM fuel cell
KR101258325B1 (ko) 연료 전지용 분리기 플레이트 구성
US7067209B2 (en) High temperature reactant recycling for PEM fuel cell humidification
JP7092946B2 (ja) マルチチャンネル中空糸膜を含む燃料電池用膜加湿器
JP4000971B2 (ja) 燃料電池システム
KR101800056B1 (ko) 위크에 의하여 증진된 물 통로가 구비된 증발 냉각식 연료 전지
JP2004039483A (ja) 燃料電池
JP2010015805A (ja) 燃料電池
RU2289177C2 (ru) Топливный элемент
JPH1032011A (ja) 固体高分子型燃料電池