JPS63972A - 燃料電池構造 - Google Patents

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〕 本発明は燃料電池に係り、特に、メタノールを燃料とし
、硫酸水溶液を電解質とする酸性な解貿型メタノール燃
料電池の構成方法に関する。

〔従来の技術〕

燃料電池は、高い発電効率が期待でき、騒音，振動が少
なく、排ガスもクリーンであるため，新発電方式として
期待されている。特に，液体メタノールを燃料とする酸
性電解質型メタノール燃料電池（以下メタノール燃料電
池）は、常圧かつ比較的低温（約６０℃）で運転され、
小型化も容易であるため、可搬型移動用電源としてのひ
ろい用途が期待され、活発な研究開発が進められている
。

本電池は、一般に、メタノール極、電解質（陽イオン交
換膜と硫酸）、空気極で単位電池が構成され、単位電池
をセパレータ（メタノール極及び空気極はそれぞれ燃料
及び酸化剤を供給する流路を確保すると同時に単位電池
を電気的に接続する）を介して多数積層して構成する．
具体的な電池の構成方法に関しては、例えば、特公昭４
ｇ　−　２８８７５号公報に示されている。本方式の電
池ではメタノール極及び空気極にそれぞれ、アノライト
（本電池において、メタノールは硫酸との混合水溶液と
してメタノール極に供給する。この水溶液を以下アノラ
イトと称する．）及び空気を供給すると、両極でそれぞ
れ以下の反応が生じ メタノール極　ＣＨｇＯＩ｛　＋　ＨＺＯ→ＣＯ２　＋
　６Ｈ＋　＋　６８−″空気ｔＪｉ　　　　　６Ｈ＋＋
３／２０ｘ＋６ｅ−＋３ＨｚＯ電力を取り出すことがで
きる。結局、全反応式は、ＣＨｓＯＨ＋ＨｚＯ＋３／２
０ｚ→ＣＯｘ＋３ＨｘＯとなる。

上式から明らかなように、空気極では水が生成し、これ
は、運転温度が通常６０℃程度に選定されることから、
未反応の空気（酸素）とともに電池系外へ排出される。

ところで，上式から明らかとなる水の収支の量的関係は
、反応にのみ注目した原理的なものであり、実際の電池
ではさらに複雑で、実験的に決定すべき事項である．発
明者らの検討によると、燃料、酸化剤及び水の収支は、
運転条件、使用材料等にも依るが、例えば、アノライト
としてＣＨａＯＨＩＭ　，硫酸１．５Ｍの水溶液をメタ
ノール極に供給し、空気極には空気を空気極１　ａｍ”
あたり５ｍΩ／ｍｉｎの速度で供給し，温度６０’Ｃで
運転した場合、前記反応式の表現を借りると，以下のよ
うになる． Ｃ　Ｈ　ｓ　Ｏ　Ｈ　＋　４　．　１　Ｍ　ｘ○＋１．
５０ｚ→Ｃ　Ｏｚ＋　６　．　Ｌ　Ｈ２０ 以上から、本電池では、大量の水の供給と排出に対して
十分な考慮がなされなければならないことが分かる．特
に、排出されるべき水の大部分は空気ＦＩｉ（室）に存
在し，これのスムーズな系外への排出が重要な技術課題
となる。この運転条件下における空気室からの排出ガス
の露点は、空気極に乾燥空気を供給した場合でも５６℃
程度であり、わずかの排ガスの温度低下が，空気室にお
ける水の凝縮による空気流路の閉塞、さらには、それに
起因する種々のトラブル発生の原因となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の技術的課題に対して，空気の流れ方向は下降流と
し、電池内で生成した凝縮水の電池外への排出を容量と
する方法が考えられるが、空気室出口における排ガスと
これより低温の外気との接触による凝縮水生成の問題に
ついては完全ではない。　本発明の目的は，空気室排出
ガス中の水分の，電池内及び電池出口における凝縮を防
止し、凝縮に伴って生起される空気流れの阻害，電解液
の流出等の問題を回避することができる燃料電池を提供
することにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は、電池空気室の排ガス出口部に排ガス共通ダ
クトを設け、この共通ダクトをアノライトで保温するこ
とにより達成される。

〔作用〕

本発明では、電池から排出された排ガスが、電池外でも
アノライトにより保温され，ｔｓ点以下に冷却されるこ
とがなく、空気室出口における凝縮水の生成とそれに起
因するトラブルが回避される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

１は電池本体であり、空気極２．ｌＭＷとしてのイオン
交換膜３，メタノール極４からなる単位電池を多数ｆｉ
層してなり、各車電池の空気極側には酸化剤としての空
気を流通させるための空気室５，メタノール極側には燃
料としてのアノライトを流通させるためのメタノール室
６を設けてある。

発電にあたって，各空気室にはブロア７により給気共通
ダクト８を通じて空気が分配供給され、排ガスは排気共
通ダクト９に集められた後、外部に放出される。一方、
アノライトは、アノライトタンク１０から液送ボンプ１
１により各メタノール室に分配供給され，室外へ出たア
ノライトは反応生成物であるＣ　Ｏ　ｘガスを分離後、
ダクト１２を通って再び７ノライトタンク１０に戻る。

排気共通ダクト９はアノライトタンク１０と互いに接し
て設けられ、排ガスはアノライト温度に保温された共通
ダクト９を通って外部へ排出される．通常，アノライト
温度は運転中の電池本体温度とほとんど等しいため、各
空気室から排気共通ダクトに排出された排ガスは露点以
下に低下することが無く空気室出口における結露及び結
露による空気流通阻害が防止できる。

第２図は、本発明の他の実施例である。本図において，
排気共通ダクト９とアノライトタンク１０は共通の容器
を仕切板１１で仕切ることにより形成される６また、排
気共通ダクト９は電池本体の低面に接して設けられ、ア
ノライトタンク１０は，さらに、その下部に位置する．
仕切板１１は、水平面に対して傾斜をもち，かつ、開孔
部をもつ排気共通ダクト部とアノライトタンク部が連通
している。本構造では、排ガスの結露が防止できること
はもとより、排ガス中のミストを仕切板１１で集め、液
体をアノライトタンク１ｏに戻し、排ガスのみを外部へ
排出することができる．本構造は、運転起動時でアノラ
イトが十分に昇温されておらず，従って排ガスがアノラ
イトで冷却されて結露する場合、凝縮水を排気共通ダク
トから除いてアノライトタンクへ戻す効果もある。

第３図は本発明のさらに他の実施例である。本図におい
て、排気共通ダクト９はアノライトタンク１０の内部に
収められる。本構造では排気共通ダクトの保温効果は大
きく，従って、本発明の目的とする排ガスの空気室出口
における結露防止効果もより確実である。

本発明の方法と従来の電池性能を比較すると以下の様で
あった。

白金とルテニウムを担持した炭素粉末とポリテトラフル
オ口エチレンを混合して得たペーストをカーボンペーパ
ーに塗布し、還元雰囲気で焼成して得た空気極と、白金
を担持した炭素粉末とポリテトラフルオ口エチレンを混
合して得たペーストをカーボンペーパーに塗布し、空気
中で焼成して得たメタノール極と、陽イオン交換膜で単
位電池を構成し，二十組の単位電池をカーボン製セパレ
ータ（空気及びアノライトの流路を確保するとともに単
電池を電気的に接続する）を介して積層して、電池本体
を構成した．電極面績は空気極，メタノール極とも１２
０ｃｍｚとした．以上の電池本体に第１図に示した本発
明の方法により排気共通ダクトとアノライトタンクを設
けた。アノライト（　Ｃ　Ｈ　ａ○Ｈ１ｍｏＱ／Ｑ，　
ＨｚＳＯ４１．５ｍｏＱ／Ｑの水溶液）を電池本体のメ
タノール室に循環、空気を１０Ω／ｗｉｎの流量で空気
室に供給，温度を６０℃とし，負荷電流を電子負荷装置
で７．２Ａ（６０ｍＡ／ｃ＋ｎ２）一定に調節して運転
して得た出力電圧と運転時間の関係を第４図のＡに示し
た。第４図から明らかなように、出力電圧として７，６
ｖ（単位電池あたり０．３８Ｖ）が得られ、この値は五
十時間の運転を通して，測定誤差範囲内で、一定であっ
た。

全く同じ仕様で構成した電池本体に，第２図に示した方
法で，排気共通ダクト及びアノライトタンクを設け、上
記と同一運転条件で運耘して得た出力電圧と運転時間の
関係を第４図のＢに示した。

さらに，第３図の方法で、アノライトタンク内に排気共
通ダクトを設け、同様の検討をして得た結果を第４図の
Ｃに示す。図から明らかなように、何れの場合にも、電
池出力電圧は極めて安定したものであった． 一方、本発明の方法に依らず，すなわち、排気共通ダク
トをアノライトで保温することなく、同一仕様の電池を
同一条件で運転して得た結果が第４図のＤである。この
構造の場合、運転開始直後から電圧の低下が認められ、
低下割合は時間の経過につれて増大した。運転中に電池
本体の空気室出口を目視で観察したところ，凝縮水の生
成が認められた。ここから、凝縮水の生成が各室空気へ
の不均一な空気の分配，あるいは、空気流だの経時的変
化，さらには、電解質の流出を引き起こし、電池出力低
下に至ったことが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、空気室出口における排ガスの結露と、
それに基因する空気流路の閉塞、電解質の流出などの障
害が防止され，メタノール燃料電池の安定した運転が可
能となる． 第５図及び第６図，第７図に、さらに本発明の他の実施
例を示す。第５図は、空気極，メタノール極及びセバレ
ータを収める枠体の平面図である。

枠本体１３には、空気極，メタノール極，セパレータを
収める中央切欠部１４，中央切欠部１４の全周にわたっ
て設けられたセパレータ固定溝１５，積層時に連通孔を
形成すべく設けられた給気孔１６，排気孔１７，給アノ
ライト孔１８，徘アノライト孔１９が、さらに，精層時
にアノライトタンクを構成するアノライトタンク孔２０
が設けてある。給アノライト孔１８及びアノライトタン
ク孔２０は徘気孔１７に隣接して位置する。アノライト
タンク孔以外の孔は全て小溝２１で中央切欠部１４とつ
ながり、電池組立時の空気室への空気の給排出とメタノ
ール室へのアノライトの給排出を可能とする。本枠体を
使用して積層電池を構成した場合の断面図を第６図，第
７図に示す。両図において枠本体１３毎にその中央切欠
部に空気極２，セパレータ２２，メタノール極３が収め
られ，これを単位として，イオン交換ｇ２３を介して，
多数積層して単位電池が構成される． また、第６図で枠本体の給気孔１６により給気連通孔が
、排気孔１７により排気連通孔が，アノライトタンク孔
１８により７ノライトタンクがそれぞれ構成される。同
様に，第７図において、排アノライト孔１９により排ア
ノライト連通孔が、給アノライト孔１８により給アノラ
イト連通孔が、アノライトタンク孔１８によりアノライ
トタンクが構成される。

以上の方法によれば、特に排気共通ダクトや７ノライト
タンクを設けることなく，電気本体の積層と同時に、排
気連通孔（排気共通ダクト）をアノライトタンクに隣接
して形成することができ、排ガスの空気室出口部におけ
る結露を防止することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は，本発明の一実施例の電池の構成図，
第３図は、本発明の方法による電池の斜視図、第４図は
，本発明の電池及び従来電池における出力電圧と運転時
間の関係図、第５図は、本発明の方法による電池に使用
される枠体の平面図，第６図及び第７図は，第５図に示
した枠体を用いた積ｐ！ｊ電池の断面図である。 ，イ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電池空気室の排気ガス出口部に、排ガス共通ダクト
   を設け、前記排ガス共通ダクトをアノライトで保温した
   ことを特徴とする燃料電池構造。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記排ガス共通ダ
   クトとアノライトタンクを互いに隣接して設けることを
   特徴とする燃料電池構造。 ３、特許請求の範囲第１項において、一つの容器を仕切
   ることにより前記排ガス共通ダクトとアノライトタンク
   を形成し、前記排ガス共通ダクトを電池本体に接して設
   け、、前記アノライトタンクはその下部に位置し、前記
   仕切板は水平面に対して傾斜角を持ち、かつ、開孔部を
   設けたことを特徴とする燃料電池構造。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記共通ダクトを
   アノライトタンク内に収めたことを特徴とする燃料電池
   構造。 ５、特許請求の範囲第１項において、排ガス共通ダクト
   とアノライトタンクを、電極、セパレータを収めるべき
   枠体の切欠部を連通させることにより形成したことを特
   徴とする燃料電池構造。