JP2000149971A - 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

Publication number
JP2000149971A
JP2000149971A JP10320301A JP32030198A JP2000149971A JP 2000149971 A JP2000149971 A JP 2000149971A JP 10320301 A JP10320301 A JP 10320301A JP 32030198 A JP32030198 A JP 32030198A JP 2000149971 A JP2000149971 A JP 2000149971A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
fuel
hydrogen
fuel cell
membrane
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
JP10320301A
Other languages
English (en)
Inventor
Maki Ishizawa
真樹 石沢
Yukio Shitaya
幸夫 下谷
Toshio Matsushima
敏雄 松島
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP10320301A priority Critical patent/JP2000149971A/ja
Publication of JP2000149971A publication Critical patent/JP2000149971A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 コンプレッサ等の加圧手段を用いずに、無動
力で、純水を製造し、これを燃料と混合し燃料電池セル
に供給することにより、操作性に優れ、装置の小型化と
低コスト化を達成し、発電中の効率を向上させる固体高
分子電解質型燃料電池の提供。 【解決手段】 シート状の固体高分子電解質膜と、この
電解質膜の主両面のそれぞれに接合させた燃料電極膜お
よび酸化剤電極膜、その外側両面のそれぞれに燃料ガス
流路を有する燃料ガス用セパレータおよび酸化剤ガス流
路を有する酸化剤ガス用セパレータからなる燃料電池セ
ルが複数枚積層された固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、高圧水素を内蔵する高圧ボンベまたは水素吸蔵合
金タンク22と、精製すべき水が貯蔵された水容器11
とを有し、前記水容器は前記高圧水素の圧力によって多
孔質膜15に前記水を通過させて純水を精製し、純水を
水素とともに燃料ガス通路14に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子電解質型燃料
電池、さらに詳細には高圧水素ガスの圧力を利用して無
動力で加湿を行った後、燃料の燃料電池セルへの供給を
可能とする固体高分子電解質型燃料電池に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図1に、固体高分子型燃料電池セルの構
成を示す。この燃料電池セル8は、シート状の固体高分
子電解質膜1と、この電解質膜の主両面のそれぞれに接
合させたシート状の燃料電極膜2およびシート状の酸化
剤電極膜3、さらにその外側両面のそれぞれに燃料ガス
流路4を有する燃料ガス用セパレータ5および酸化剤ガ
ス流路7を有する酸化剤ガス用セパレータ6から構成さ
れ、この燃料電池セル8が複数枚積層され、燃料電池積
層体9を構成していた。ここで、燃料ガス流路4より水
素の供給を受けた燃料電極膜2では、水素が電子を放出
し水素イオンとなるとともに、電子を外部負荷に送る。
水素イオンは、固体高分子電解質膜1を通り、酸化剤電
極膜3で、酸化剤ガス流路7より空気等の供給により、
酸素と反応し、外部負荷を経た電子を受け取り水を生成
する。水は、酸化剤ガス流路7を経て、外部に放出され
る。
【0003】このような、燃料電池セル内の電池反応に
おいて、固体高分子電解質膜1は、常に湿潤状態にある
必要があるが、水素イオンが燃料電極から酸化剤電極へ
移動する際、水も水素イオンと共に移動して、燃料電極
側の固体高分子電解質膜の水が不足状態となり、反応が
進行しづらくなっていた。このため、燃料である水素に
水を混合し、加湿状態として燃料ガスを供給することと
し、常に固体高分子電解質膜1を湿潤状態を保つことと
していた。
【0004】従来の、燃料である水素と水を混合して燃
料電池セルに供給する固体高分子電解質型燃料電池の構
成の第1の例を図4に示す。水素は、燃料ガスタンク1
2から、また純水が水タンク11から混合器13へ送ら
れ、水素と純水が混合器13で混合され燃料電池セル積
層体9内の燃料ガス流路4へ供給されていた。混合され
る水は、不純物イオンが燃料電極膜2に混入すると著し
く電池反応が阻害されるため、純水が用いられていた。
【0005】また、従来の純水を必要としないで、燃料
である水素と水を混合して燃料電池セルに供給する燃料
電池の第2の構成例を図5に示す。この従来例では、水
タンクに水道水等の一般水を使用しており、加圧手段1
4と微細孔を有する浸透膜(多孔質膜)15が設けられ
ている。加圧手段14により一般水に圧力をかけると微
細孔を有する浸透膜15から純水が製造され、この純水
を混合器13に供給する構成となっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、第1の従
来例の燃料電池においては、発電の都度、純水を用意し
なければならないという欠点を有していた。純水は、長
期間にわたり保存しておくと、容器等からの不純物の混
入や、大気中からの有機物等の混入があり純度が低下す
るため、発電の直前に製造する必要があり、そのための
稼働が必要となり、操作性を著しく阻害していた。ま
た、純水を必要としない第2の従来例については、新た
にコンプレッサ等の加圧手段が必要となり、起動時には
それを動作させるための蓄電池等の電力が必要となり、
起動後燃料電池からその電力を賄う場合に置いても負荷
に供給する電力の一部を加圧手段に供給しなければなら
ず、発電効率を低下させるという欠点を有していた。
【0007】本発明の目的は上記欠点を解決するため
に、燃料ガスの圧力を利用し、コンプレッサ等の加圧手
段を用いずに、無動力で、純水を製造し、これを燃料と
混合し燃料電池セルに供給することにより、操作性に優
れ、装置の小型化と低コスト化を達成し、発電中の効率
を向上させる固体高分子電解質型燃料電池を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、シート状の固体高分子電解質膜と、この電
解質膜の主両面のそれぞれに接合させた燃料電極膜およ
び酸化剤電極膜、さらにその外側両面のそれぞれに燃料
ガス流路を有する燃料ガス用セパレータおよび酸化剤ガ
ス流路を有する酸化剤ガス用セパレータからなる燃料電
池セルが複数枚積層された固体高分子電解質型燃料電池
において、高圧水素を内蔵する高圧ボンベまたは水素吸
蔵合金タンクと、精製すべき水が貯蔵された水容器とを
有し、前記水容器は前記高圧水素の圧力によって多孔質
膜に前記水を通過させて純水を精製し、形成された純水
を水素とともに燃料ガス通路に供給するようになってい
ることを特徴とする。
【0009】すなわち本発明による燃料電池によれば、
前記高圧水素が多孔性膜を有する水容器を加圧し、多孔
性膜から排出される水と前記高圧水素ボンベまたは水素
吸蔵合金タンクから圧力調整器を介して減圧された水素
とが混合され、前記燃料ガス流路に供給されることを特
徴とする。また、前記酸化剤電極膜から生成する水が前
記酸化剤ガス流路を経て、前記多孔性膜を有する水容器
に供給されることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明は、固体高分子電解質型燃料電池におい
て、燃料ガスの圧力を利用し、コンプレッサ等の加圧手
段を用いずに、無動力で、純水を製造し、これを燃料と
混合し燃料電池セルに供給することを主要な特徴とし、
従来の技術とは、純水、コンプレッサ等の加圧手段等を
必要とせずに、純水を燃料電池セルに供給できる点が異
なる。
【0011】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図2は本発明の一実施例を示す図であり、図
2を用いて本発明の第1の実施例について説明する。本
発明においては、図1に示したシート状の固体高分子電
解質膜1と、この電解質膜の主両面のそれぞれに接合さ
せたシート状の燃料電極膜2およびシート状の酸化剤電
極膜3、さらにその外側両面のそれぞれに燃料ガス流路
4を有する燃料ガス用セパレータ5および酸化剤ガス流
路7を有する酸化剤ガス用セパレータ6からなる燃料電
池セル8が複数枚積層された燃料電池セル積層体9、水
タンク(水容器)11、水素ボンベ22、混合器13、
圧力調整器16より構成されている。
【0012】水素ボンベ22内には、高圧状態に圧縮さ
れた水素が充填されている。通常、市販の高圧水素ボン
ベ内の水素は、150kg/cm2に加圧されているた
め、浸透膜15が動作可能な2〜10kg/cm2の圧
力となるよう圧力調整器16で水素圧力を調整する。水
素圧力2kg/cm2未満では、一般水から純水を製造
する際の、製造速度が低下し、10kg/cm2を越え
ると浸透膜が破損の恐れがあるため、この範囲内にある
ことが好ましい。
【0013】なお、本実施例では、燃料ガスタンクとし
て水素ボンベを用いているが、浸透膜に加圧できる程度
の内圧を有する水素吸蔵合金タンクを用いても良い。浸
透膜15は、孔径5〜50Åを有する高分子膜を専ら用
いる。50Åを越える孔径の浸透膜では、水道中に含ま
れるカルシウムイオン、ナトリウムイオン、塩素イオン
等が通過してしまうため、純水を製造できず、また5Å
未満では純水の製造速度が極端に低下するため、この範
囲の孔径を有する浸透膜が好ましい。
【0014】高分子膜の材質は、ポリスルホン、ポリ塩
化ビニル、ポリプロピレンオキサイド等が好適に用いら
れるが、本発明は、これに制約されず水道水等の一般水
を加圧し、これに含まれる各種イオンを透過せずに、純
水を製造可能な多孔性膜であればよい。このような多孔
性膜としては、浸透膜の他に半透膜、多孔性膜、水分離
膜等を用いることができる。一般水を加圧した後の水素
は、流量調整器17を経てさらに減圧され、混合器13
で浸透膜15から排出される不純物イオン等を含まない
純水と混合された後、燃料電池積層体9中の燃料ガス流
路4に供給すればよい。水素と空気中の酸素等との燃料
電池積層体での発電反応の進行により、酸化剤電極膜3
中で水が生成する。この生成水は、酸化剤ガス流路7を
経て、一般水に戻すことにより、補給水として利用する
ことができる。一般水への還流方法としては、水素を水
タンクに導入するための配管中にインジェクタ方式の噴
射ノズル18等を用いればよい。
【0015】このような方式を用いれば、高圧水素中に
水を導入させることができ、水タンク内へ補給水を供給
することができる。この酸化剤ガス流路7を経た水は、
不純物成分が配管中からのイオン等のみの、純度の高い
水であるため発電中水タンク内の不純物イオンの濃度が
増加することなく、長時間安定に純水を燃料電池セル積
層体9に供給させ、長時間の発電を可能とさせる。な
お、酸化剤ガス流路7からの配管長が極めて短く、配管
からの不純物イオンの混入が無い場合は、生成水を直接
混合器13に導いて良い。
【0016】次に、本発明の第2の実施例について図3
を用いて説明する。本実施例では、水素ボンベから圧力
調整器16を介して、水タンク内の圧力を一定に保つと
ための配管と、また水素ボンベから圧力調整器19、流
量調整器20を介して水素を混合器に供給配管とを別々
に設けている。
【0017】本実施例では、浸透膜15からの純水製造
量を圧力調整器16により、また水素供給量を圧力調整
器19及び流量調整器20により別々に制御できること
から、水素と純水の混合割合を精度良く制御できるとい
う利点を有する。また、発電により生成した水を水タン
ク11へ補給水として供給するには、圧力調整器16を
一端閉じ、大気圧に戻してから間欠的に水タンク内に供
給すればよい。また、実施例1と同様に酸化剤ガス流路
7からの配管長が極めて短く、配管からの不純物イオン
の混入が無い場合は、生成水を直接混合器13に導いて
良い。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
の固体高分子電解質型燃料電池に比べ、あらかじめ純水
を用意する必要が無く、または純水を製造するための動
力が必要なくなることから、発電の容易性及び発電中の
効率を向上させた、固体高分子電解質型燃料電池を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体高分子電解質型の燃料電池セル及び燃料電
池セル積層体の構成を示す説明図。
【図2】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第1の
実施例についての構成説明図。
【図3】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第2の
実施例についての構成説明図。
【図4】従来の固体高分子電解質型燃料電池の第1の従
来例についての構成説明図。
【図5】従来の固体高分子電解質型燃料電池の第2の従
来例についての構成説明図。
【符号の説明】
1 固体高分子電解質膜 2 燃料電極膜 3 酸化剤電極膜 4 燃料ガス流路 5 燃料ガス用セパレータ 6 酸化剤ガス用セパレータ 7 酸化剤ガス流路 8 燃料電池セル 9 燃料電池セル積層体 11 水タンク 12 燃料ガスタンク 13 混合器 14 加圧手段 15 浸透膜 16 圧力調整器 17 圧力調整器 18 噴射ノズル 19 圧力調整器 20 流量調整器 22 水素ボンベ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 敏雄 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 BA14 MM09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状の固体高分子電解質膜と、この
    電解質膜の主両面のそれぞれに接合させた燃料電極膜お
    よび酸化剤電極膜、さらにその外側両面のそれぞれに燃
    料ガス流路を有する燃料ガス用セパレータおよび酸化剤
    ガス流路を有する酸化剤ガス用セパレータからなる燃料
    電池セルが複数枚積層された固体高分子電解質型燃料電
    池において、高圧水素を内蔵する高圧ボンベまたは水素
    吸蔵合金タンクと、精製すべき水が貯蔵された水容器と
    を有し、前記水容器は前記高圧水素の圧力によって多孔
    質膜に前記水を通過させて純水を精製し、形成された純
    水を水素とともに燃料ガス通路に供給するようになって
    いることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記高圧水素が多孔
    性膜を有する水容器を加圧し、多孔性膜から排出される
    純水と前記高圧水素ボンベまたは水素吸蔵合金タンクか
    ら圧力調整器を介して減圧された水素とが混合され、前
    記燃料ガス流路に供給されることを特徴とする固体高分
    子電解質型燃料電池。
  3. 【請求項3】 請求項1及び2において、前記酸化剤電
    極膜から生成する水が前記酸化剤ガス流路を経て、前記
    多孔性膜を有する水容器に供給されることを特徴とする
    固体高分子電解質型燃料電池。
JP10320301A 1998-11-11 1998-11-11 固体高分子電解質型燃料電池 Pending JP2000149971A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10320301A JP2000149971A (ja) 1998-11-11 1998-11-11 固体高分子電解質型燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10320301A JP2000149971A (ja) 1998-11-11 1998-11-11 固体高分子電解質型燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000149971A true JP2000149971A (ja) 2000-05-30

Family

ID=18119977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10320301A Pending JP2000149971A (ja) 1998-11-11 1998-11-11 固体高分子電解質型燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000149971A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100380077B1 (ko) * 2000-10-26 2003-04-11 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 냉각수 정화 모쥴
JP2006185895A (ja) * 2004-09-16 2006-07-13 Seiko Instruments Inc 燃料電池システム
KR100837957B1 (ko) 2006-12-08 2008-06-13 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100380077B1 (ko) * 2000-10-26 2003-04-11 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 냉각수 정화 모쥴
JP2006185895A (ja) * 2004-09-16 2006-07-13 Seiko Instruments Inc 燃料電池システム
KR100837957B1 (ko) 2006-12-08 2008-06-13 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5338412A (en) Electrochemical device for removal and regeneration of oxygen and method
US20070243442A1 (en) Fuel Cell
US20030138679A1 (en) Fuel cartridge and reaction chamber
JP2009512142A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジ
US9537169B2 (en) Electrochemical device comprising composite bipolar plate and method of using the same
WO2002058168A3 (en) Procedure for starting up a fuel cell system using a fuel purge
JP2003132924A (ja) 直接メタノール形燃料電池システム
CN101295796B (zh) 燃料电池系统
JP3623409B2 (ja) 燃料電池
JP2003317755A (ja) 燃料供給装置およびそれを用いた燃料電池システム
JP2000149971A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
US3375140A (en) Fuel cell with hydrogen purification means and process of using same
US20080020263A1 (en) Fuel cell
JP2002137905A (ja) ガス精製装置およびこれを用いた燃料電池
JPS61188866A (ja) 燃料電池系装置の燃料供給装置
US3540932A (en) Method of supplying gas in liquid electrolyte to electrochemical cell
JP2005353603A (ja) 燃料電池システムおよび有機燃料
JP2001276555A (ja) 酸素分離膜モジュールおよびこれを用いた燃料電池
JP2005317436A (ja) 燃料電池システムおよび機器
EP3471184A1 (en) Method for operating solid oxide fuel cell
JP2018063864A (ja) 不活性ガス供給方法および燃料電池システム
US20220029195A1 (en) Electrochemical cell
JP2006156014A (ja) 燃料電池用燃料シート及び燃料電池用燃料シート包装体並びに燃料電池用燃料シートを用いた燃料電池発電システム
CN109888440B (zh) 高比功率金属空气电池系统
EP4170761A1 (en) Vapor-fed rechargeable direct liquid hydrogen carrier fuel cell