JP2002008706A - アルカリ型燃料電池 - Google Patents
アルカリ型燃料電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素ガス改質器や水素貯蔵手段等の大型設備
を必要とせず、簡便に純水な燃料水素ガスを供給でき、
従来より装置構成の小型化・簡略化が可能となったアル
カリ型燃料電池の提供。 【解決手段】 苛性アルカリ電解質相を間に挟む酸素極
および水素極と、前記水素極へ燃料水素ガスを供給する
水素供給手段と、前記酸素極へ酸化剤を供給する酸素供
給手段とを備えたアルカリ型燃料電池であって、前記水
素ガス供給手段は、苛性アルカリ水溶液とケイ素とが供
給されてこれらの接触反応により水素ガスを発生する反
応室を有するものである。
を必要とせず、簡便に純水な燃料水素ガスを供給でき、
従来より装置構成の小型化・簡略化が可能となったアル
カリ型燃料電池の提供。 【解決手段】 苛性アルカリ電解質相を間に挟む酸素極
および水素極と、前記水素極へ燃料水素ガスを供給する
水素供給手段と、前記酸素極へ酸化剤を供給する酸素供
給手段とを備えたアルカリ型燃料電池であって、前記水
素ガス供給手段は、苛性アルカリ水溶液とケイ素とが供
給されてこれらの接触反応により水素ガスを発生する反
応室を有するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、苛性アルカリ水溶
液を電解液とした水素−酸素反応を行う燃料電池に関す
るものである。
液を電解液とした水素−酸素反応を行う燃料電池に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、外部から燃料及び酸化剤を送り込
み続けることによって連続的に電気エネルギーが得られ
る燃料電池が、その高効率と性能によって着目されてい
る。燃料電池としては、アルカリ型、リン酸型、溶融炭
酸塩型、固体電解質型、固体高分子型などがあるが、な
かでも、苛性アルカリ水溶液を電解液として水素−酸素
燃料電池反応を示すアルカリ型燃料電池は、低温作動型
の燃料電池としては高い発電効率を持つことが知られて
いる。
み続けることによって連続的に電気エネルギーが得られ
る燃料電池が、その高効率と性能によって着目されてい
る。燃料電池としては、アルカリ型、リン酸型、溶融炭
酸塩型、固体電解質型、固体高分子型などがあるが、な
かでも、苛性アルカリ水溶液を電解液として水素−酸素
燃料電池反応を示すアルカリ型燃料電池は、低温作動型
の燃料電池としては高い発電効率を持つことが知られて
いる。
【０００３】このアルカリ型燃料電池は、作動温度が６
０℃〜８０℃と低温であり、一般的に、多孔質電極構成
材である金属又は炭素からなる負極および正極と両極を
隔てる電解液とで構成されるものであり、外部から負極
（水素極）へ燃料水素ガスが、正極（酸素極）へ酸素が
それぞれ供給されるものである。
０℃〜８０℃と低温であり、一般的に、多孔質電極構成
材である金属又は炭素からなる負極および正極と両極を
隔てる電解液とで構成されるものであり、外部から負極
（水素極）へ燃料水素ガスが、正極（酸素極）へ酸素が
それぞれ供給されるものである。
【０００４】即ち、水素極では、供給された水素ガスが
電極細孔内の反応点で電極に添加された触媒に吸着され
活性な水素原子となり、この水素原子が同じ電極の反対
側から細孔を通じて反応点に達した水酸イオンと反応し
て水となって一個の電子が電極へ送られる。
電極細孔内の反応点で電極に添加された触媒に吸着され
活性な水素原子となり、この水素原子が同じ電極の反対
側から細孔を通じて反応点に達した水酸イオンと反応し
て水となって一個の電子が電極へ送られる。
【０００５】一方、酸素極では、水素極で取り出された
電子が外部回路を介して該電極に到達し、外部から供給
されて電極細孔内の反応点に達して触媒に吸着された酸
素分子が電極から２個の電子を受け取って電解液からの
水と反応して過酸化水素イオンと水酸イオンを生成し、
この過酸化水素イオンが分解して水酸イオンと酸素とな
る。酸素は再び電極反応に利用され、水酸イオンは先に
水素極で消費された電解液中の水酸イオンを補充するこ
ととなり、電解液中を移動して水素極に達することで全
体の回路を形成する。従って電池全体では水素と酸素と
から水が生成する反応が行われることとなる。
電子が外部回路を介して該電極に到達し、外部から供給
されて電極細孔内の反応点に達して触媒に吸着された酸
素分子が電極から２個の電子を受け取って電解液からの
水と反応して過酸化水素イオンと水酸イオンを生成し、
この過酸化水素イオンが分解して水酸イオンと酸素とな
る。酸素は再び電極反応に利用され、水酸イオンは先に
水素極で消費された電解液中の水酸イオンを補充するこ
ととなり、電解液中を移動して水素極に達することで全
体の回路を形成する。従って電池全体では水素と酸素と
から水が生成する反応が行われることとなる。
【０００６】以上のようなアルカリ型燃料電池では、多
孔質電極構成材中のある点で水素分子または酸素分子と
電解質とが接触を保って電気化学反応が行われ、この多
孔性電極構成材は、燃料ガスと電極液との電気化学的反
応に関与する電気を導電する役目を持つガス電極であ
る。
孔質電極構成材中のある点で水素分子または酸素分子と
電解質とが接触を保って電気化学反応が行われ、この多
孔性電極構成材は、燃料ガスと電極液との電気化学的反
応に関与する電気を導電する役目を持つガス電極であ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなアルカリ型燃料電池においては、電解液中に炭酸
ガスが入ると、水と反応して炭酸イオンが発生して電極
反応が妨げられるという問題が生じる。従って、従来か
らアルカリ型燃料電池においては燃料ガスとして純粋な
水素ガスが水素極へ供給されることが必須であり、水素
ガスの供給インフラの設備が必要とされてきた。
ようなアルカリ型燃料電池においては、電解液中に炭酸
ガスが入ると、水と反応して炭酸イオンが発生して電極
反応が妨げられるという問題が生じる。従って、従来か
らアルカリ型燃料電池においては燃料ガスとして純粋な
水素ガスが水素極へ供給されることが必須であり、水素
ガスの供給インフラの設備が必要とされてきた。
【０００８】従って、燃料電池の設置と共に、水素製造
装置や精製装置、また、精製した水素を液体、気体状態
で貯蔵する手段だけでなく、燃料ガスを管理・調整する
ための周辺機器等も必要であり、実質的に稼働可能な燃
料電池システムではその大型化、複雑化の傾向は避けら
れず、過大な初期投資を必要とする。
装置や精製装置、また、精製した水素を液体、気体状態
で貯蔵する手段だけでなく、燃料ガスを管理・調整する
ための周辺機器等も必要であり、実質的に稼働可能な燃
料電池システムではその大型化、複雑化の傾向は避けら
れず、過大な初期投資を必要とする。
【０００９】また、このような燃料電池について輸送用
もしくは携帯用に構成しようとすると、水素ガス改質器
や水素吸蔵合金による水素貯蔵手段などを必要とし、実
用的なものを実現するのは非常に困難である。
もしくは携帯用に構成しようとすると、水素ガス改質器
や水素吸蔵合金による水素貯蔵手段などを必要とし、実
用的なものを実現するのは非常に困難である。
【００１０】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、水素
ガス改質器や水素貯蔵手段等の大型設備を必要とせず、
簡便に純粋な水素ガスを供給でき、装置構成の小型化・
簡略化を可能とするアルカリ型燃料電池を提供すること
にある。
ガス改質器や水素貯蔵手段等の大型設備を必要とせず、
簡便に純粋な水素ガスを供給でき、装置構成の小型化・
簡略化を可能とするアルカリ型燃料電池を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るアルカリ型燃料電池
は、苛性アルカリ電解質相を間に挟む酸素極および水素
極と、前記水素極へ燃料水素ガスを供給する水素供給手
段と、前記酸素極へ酸化剤を供給する酸素供給手段とを
備えたアルカリ型燃料電池であって、前記水素ガス供給
手段は、苛性アルカリ水溶液とケイ素とが供給されてこ
れらの接触反応により水素ガスを発生する反応室を有す
るものである。
め、請求項１に記載の発明に係るアルカリ型燃料電池
は、苛性アルカリ電解質相を間に挟む酸素極および水素
極と、前記水素極へ燃料水素ガスを供給する水素供給手
段と、前記酸素極へ酸化剤を供給する酸素供給手段とを
備えたアルカリ型燃料電池であって、前記水素ガス供給
手段は、苛性アルカリ水溶液とケイ素とが供給されてこ
れらの接触反応により水素ガスを発生する反応室を有す
るものである。
【００１２】また、請求項２に記載の発明に係るアルカ
リ型燃料電池は、請求項１に記載のアルカリ型燃料電池
において、前記反応室に供給される苛性アルカリ水溶液
は、前記電解質用苛性アルカリと同種のものである。
リ型燃料電池は、請求項１に記載のアルカリ型燃料電池
において、前記反応室に供給される苛性アルカリ水溶液
は、前記電解質用苛性アルカリと同種のものである。
【００１３】また、請求項３に記載の発明に係るアルカ
リ型燃料電池は、請求項１に記載のアルカリ型燃料電池
において、前記酸素極と電解質相と水素極とによって、
酸素極を内側、水素極を外側に配したチューブ状積層体
が形成され、前記水素ガス供給手段は、前記チューブ状
積層体の外側を囲む反応室を有し、前記酸素供給手段
は、前記チューブ状積層体の内側に酸素ガスを供給する
手段を有するものである。
リ型燃料電池は、請求項１に記載のアルカリ型燃料電池
において、前記酸素極と電解質相と水素極とによって、
酸素極を内側、水素極を外側に配したチューブ状積層体
が形成され、前記水素ガス供給手段は、前記チューブ状
積層体の外側を囲む反応室を有し、前記酸素供給手段
は、前記チューブ状積層体の内側に酸素ガスを供給する
手段を有するものである。
【００１４】本発明においては、ケイ素と苛性アルカリ
から水素が発生することを利用し、苛性アルカリ水溶液
とケイ素が供給されて接触反応により水素を発生する反
応室を設けることにより、水素極への簡便な水素ガス供
給を可能とする。このアルカリ型燃料電池の作動温度で
ある６０〜８０℃という温度条件は、ケイ素と苛性アル
カリとの反応で水素ガスを発生する反応温度としても適
温であり、効率の良い燃料水素ガスの供給源となり得
る。
から水素が発生することを利用し、苛性アルカリ水溶液
とケイ素が供給されて接触反応により水素を発生する反
応室を設けることにより、水素極への簡便な水素ガス供
給を可能とする。このアルカリ型燃料電池の作動温度で
ある６０〜８０℃という温度条件は、ケイ素と苛性アル
カリとの反応で水素ガスを発生する反応温度としても適
温であり、効率の良い燃料水素ガスの供給源となり得
る。
【００１５】この反応室は、電池の水素極付近または水
素極表面に設けられ、電池電極内で水素を製造でき、し
かも、この苛性アルカリとケイ素との反応では、発生す
る水素ガスは水素のみであって、電解質に悪影響を及ぼ
す二酸化炭素や触媒被毒物質である一酸化炭素・硫黄等
の副生成ガスは発生しないため、電池外部に水素ボンベ
や水素製造、改質のための装置や水素貯蔵器などの大型
装置を必要とせず、従来の燃料電池に対して装置構成の
小型化、簡略化が可能となる。
素極表面に設けられ、電池電極内で水素を製造でき、し
かも、この苛性アルカリとケイ素との反応では、発生す
る水素ガスは水素のみであって、電解質に悪影響を及ぼ
す二酸化炭素や触媒被毒物質である一酸化炭素・硫黄等
の副生成ガスは発生しないため、電池外部に水素ボンベ
や水素製造、改質のための装置や水素貯蔵器などの大型
装置を必要とせず、従来の燃料電池に対して装置構成の
小型化、簡略化が可能となる。
【００１６】また、請求項２に記載したように、水素製
造用に反応室に供給される苛性アルカリ水溶液を電解質
用苛性アルカリと同種のものとすれば、電解液の苛性ア
ルカリをケイ素との反応に共用でき、これによってさら
に装置の簡略化が図れる。
造用に反応室に供給される苛性アルカリ水溶液を電解質
用苛性アルカリと同種のものとすれば、電解液の苛性ア
ルカリをケイ素との反応に共用でき、これによってさら
に装置の簡略化が図れる。
【００１７】本発明の燃料電池によれば、ケイ素が実質
的な燃料水素源であり、従来水素発生源として用いられ
てきた引火性の液体に対して殆ど無害な固形物であるケ
イ素は、燃料源として保管、運搬が容易で取り扱いが簡
便な画期的なものである。
的な燃料水素源であり、従来水素発生源として用いられ
てきた引火性の液体に対して殆ど無害な固形物であるケ
イ素は、燃料源として保管、運搬が容易で取り扱いが簡
便な画期的なものである。
【００１８】なお、本発明のアルカリ型燃料電池におい
ては、反応室が水素電極に接するように構成すれば良
く、これを実現する構成としては、例えば請求項３に記
載したように、酸素極と電解質相と水素極とによって、
酸素極を内側、水素極を外側に配したチューブ状積層体
を形成し、このチューブ状積層体の外側を囲むように反
応室を設置する構成が簡便である。具体的には、反応浴
槽に前記チューブ状積層体を浸漬する構成とすれば良
い。この場合、チューブ状積層体の内側に酸素供給管等
で酸素ガス（酸素を含む気体であれば良く、例えば空
気）を導入すれば、酸素極に連続的に酸素を供給でき
る。
ては、反応室が水素電極に接するように構成すれば良
く、これを実現する構成としては、例えば請求項３に記
載したように、酸素極と電解質相と水素極とによって、
酸素極を内側、水素極を外側に配したチューブ状積層体
を形成し、このチューブ状積層体の外側を囲むように反
応室を設置する構成が簡便である。具体的には、反応浴
槽に前記チューブ状積層体を浸漬する構成とすれば良
い。この場合、チューブ状積層体の内側に酸素供給管等
で酸素ガス（酸素を含む気体であれば良く、例えば空
気）を導入すれば、酸素極に連続的に酸素を供給でき
る。
【００１９】また、通常の電池構成としては、一対の水
素極・酸素極からなる単セルを積層型に重ねた電池群構
造をとるのが一般的であるが、上記の如きチューブ状積
層体を単セルとする場合、各単セル毎に反応室を設置す
る必要なく互いに繋がれて複数個の単セルを同一の反応
浴槽内に設置できるので、電池群構造において装置構成
を簡略化でき、装置全体の大きさも小さく抑えることが
できる。
素極・酸素極からなる単セルを積層型に重ねた電池群構
造をとるのが一般的であるが、上記の如きチューブ状積
層体を単セルとする場合、各単セル毎に反応室を設置す
る必要なく互いに繋がれて複数個の単セルを同一の反応
浴槽内に設置できるので、電池群構造において装置構成
を簡略化でき、装置全体の大きさも小さく抑えることが
できる。
【００２０】なお、本発明における水素発生源として用
いるケイ素は、反応性の向上や反応室の小型化という観
点から、粉末状のものを用いるのが望ましい。また、電
極部材としては、従来からアルカリ型燃料電池に用いら
れている多孔質部材で、アルカリ溶液に対する耐食性と
高電導性を備えたニッケル等の金属や炭素が同様に採用
できる。
いるケイ素は、反応性の向上や反応室の小型化という観
点から、粉末状のものを用いるのが望ましい。また、電
極部材としては、従来からアルカリ型燃料電池に用いら
れている多孔質部材で、アルカリ溶液に対する耐食性と
高電導性を備えたニッケル等の金属や炭素が同様に採用
できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態として、
電解液に水酸化カリウム水溶液、燃料ガスの酸素源に空
気、水素発生源に苛性アルカリ水溶液とケイ素粉末との
接触反応を利用したアルカリ型燃料電池を、図１の単セ
ル概略断面図に示す。
電解液に水酸化カリウム水溶液、燃料ガスの酸素源に空
気、水素発生源に苛性アルカリ水溶液とケイ素粉末との
接触反応を利用したアルカリ型燃料電池を、図１の単セ
ル概略断面図に示す。
【００２２】本実施形態によるアルカリ型燃料電池１
は、一対の着色ポリ塩化ビニル製セパレータ７間に、酸
素極２と水素極３とその間に挟まれるマトリックス４と
が積層状態で配置されてなるものである。
は、一対の着色ポリ塩化ビニル製セパレータ７間に、酸
素極２と水素極３とその間に挟まれるマトリックス４と
が積層状態で配置されてなるものである。
【００２３】酸素極２は、純ニッケル多孔質板に白金黒
１ｍｇ／ｃｍ２ を塗布し、ポリテトラフルオロエチレ
ンでコーテイングしたものであり、水素極３は、カーボ
ン基板に白金１ｍｇ／ｃｍ２ を塗布したものである。
また、マトリックス４は、不導体膜に水酸化カリウム１
規定溶液を含浸させたものである。
１ｍｇ／ｃｍ２ を塗布し、ポリテトラフルオロエチレ
ンでコーテイングしたものであり、水素極３は、カーボ
ン基板に白金１ｍｇ／ｃｍ２ を塗布したものである。
また、マトリックス４は、不導体膜に水酸化カリウム１
規定溶液を含浸させたものである。
【００２４】水素極３の背面側（酸素極２と反対側）は
反応室５となっており、この反応室５内には、電解液と
同じ水酸化カリウム１規定溶液が供給されており、この
反応室５内へケイ素粉末６を供給混合して接触反応を生
じせしめることにより、水素が生成され、水素ガスが水
素極３へ供給されるのである。この燃料電池１におい
て、動作温度は６０〜７０℃であり、またケイ素粉末６
は水酸化カリウム１規定溶液１０ｍｌに対して０．５ｇ
を混合した。
反応室５となっており、この反応室５内には、電解液と
同じ水酸化カリウム１規定溶液が供給されており、この
反応室５内へケイ素粉末６を供給混合して接触反応を生
じせしめることにより、水素が生成され、水素ガスが水
素極３へ供給されるのである。この燃料電池１におい
て、動作温度は６０〜７０℃であり、またケイ素粉末６
は水酸化カリウム１規定溶液１０ｍｌに対して０．５ｇ
を混合した。
【００２５】以上の電池構成において、発電を行い、そ
の性能評価を行った。まず、電流密度（横軸：ｍＡ／ｃ
ｍ２ ）に対する電圧値（Ｖ）および出力密度（ｍＷ／
ｃｍ ２ ）を測定し、結果を図２の線図に示した。この
燃料電池１による起電力は０．９９Ｖであり、最大出力
密度は７．８ｍＷ／ｃｍ２ であった。
の性能評価を行った。まず、電流密度（横軸：ｍＡ／ｃ
ｍ２ ）に対する電圧値（Ｖ）および出力密度（ｍＷ／
ｃｍ ２ ）を測定し、結果を図２の線図に示した。この
燃料電池１による起電力は０．９９Ｖであり、最大出力
密度は７．８ｍＷ／ｃｍ２ であった。
【００２６】また、放電電流２．４ｍＡ／ｃｍ２ とい
う条件でこの燃料電池１の端子電圧を経時的に測定した
ところ、図３の線図に示すと通り、比較的安定した電圧
が維持されていた。以上の結果から、本実施形態による
電池構成で発電可能であることが確認できた。
う条件でこの燃料電池１の端子電圧を経時的に測定した
ところ、図３の線図に示すと通り、比較的安定した電圧
が維持されていた。以上の結果から、本実施形態による
電池構成で発電可能であることが確認できた。
【００２７】即ち、上記の如く、燃料水素ガス供給源と
して、苛性アルカリ水溶液とケイ素との水素生成反応が
行われる反応室を電池内に備えるという簡便な構成で、
外部に水素ボンベや水素製造装置等の設備を用いること
なく、純粋な水素ガスの供給が得られる小型のアルカリ
型燃料電池が実現できた。本アルカリ型燃料電池におい
ては、電極触媒の高性能化によってさらに出力を高める
ことができると考えられる。
して、苛性アルカリ水溶液とケイ素との水素生成反応が
行われる反応室を電池内に備えるという簡便な構成で、
外部に水素ボンベや水素製造装置等の設備を用いること
なく、純粋な水素ガスの供給が得られる小型のアルカリ
型燃料電池が実現できた。本アルカリ型燃料電池におい
ては、電極触媒の高性能化によってさらに出力を高める
ことができると考えられる。
【００２８】次に、本発明の第２の実施形態として、上
記第１の実施形態で示した平板形状のものとは異なる円
筒形状に構成したアルカリ型燃料電池の単セル構造を図
４の概略断面図に示す。
記第１の実施形態で示した平板形状のものとは異なる円
筒形状に構成したアルカリ型燃料電池の単セル構造を図
４の概略断面図に示す。
【００２９】本実施形態による燃料電池１１は、酸素極
１２と水素極１３と、これら両極間にはさまれるマトリ
ックス１４とによって、酸素極１２を内側、水素極１３
を外側に配したチューブ状積層体を形成し、該チューブ
状積層体を、チューブ開口上端部を突出するように苛性
アルカリ水溶液１５が満たされた略円筒形状の苛性アル
カリ浴１７内に浸漬状態で設置することによって構築さ
れたものである。
１２と水素極１３と、これら両極間にはさまれるマトリ
ックス１４とによって、酸素極１２を内側、水素極１３
を外側に配したチューブ状積層体を形成し、該チューブ
状積層体を、チューブ開口上端部を突出するように苛性
アルカリ水溶液１５が満たされた略円筒形状の苛性アル
カリ浴１７内に浸漬状態で設置することによって構築さ
れたものである。
【００３０】この苛性アルカリ浴１７内へケイ素粉末１
６を投入することによって、苛性アルカリとケイ素との
反応で水素ガスが発生する。即ち、苛性アルカリ浴１７
内が本発明の反応室であり、前記チューブ状積層体の苛
性アルカリ浴１７内への浸漬状態によって水素極１３は
反応室に囲まれることとなる。
６を投入することによって、苛性アルカリとケイ素との
反応で水素ガスが発生する。即ち、苛性アルカリ浴１７
内が本発明の反応室であり、前記チューブ状積層体の苛
性アルカリ浴１７内への浸漬状態によって水素極１３は
反応室に囲まれることとなる。
【００３１】従って、苛性アルカリ浴１７内で苛性アル
カリとケイ素粉末１６との接触反応によって発生した水
素ガスは、気泡１８となって苛性アルカリ浴１７内を上
昇ち、水素極１３の外側表面に付着して燃料ガスとして
使用される。この燃料電池１１では苛性アルカリ浴１７
内の苛性アルカリ水溶液１５が、マトリックス１４に含
浸される電解液として共用されるものである。
カリとケイ素粉末１６との接触反応によって発生した水
素ガスは、気泡１８となって苛性アルカリ浴１７内を上
昇ち、水素極１３の外側表面に付着して燃料ガスとして
使用される。この燃料電池１１では苛性アルカリ浴１７
内の苛性アルカリ水溶液１５が、マトリックス１４に含
浸される電解液として共用されるものである。
【００３２】一方、チューブ状積層体の内部壁面は、酸
素極１２の表面からなるものであり、チューブ状積層体
内部空間に、酸素ガスとして空気を送り込むことによっ
て、酸素極１３への酸素供給が行える。例えば、空気供
給源から延びる酸素供給管１９の開口先端部を、チュー
ブ状積層体内部に挿入し、空気を送り出して酸素供給管
１９からチューブ状積層体の内底部に向けて吹き出させ
れば、チューブ状積層体の内壁面、即ち酸素極１３の表
面に沿った空気の流れを形成することができ、酸素供給
を続けることができる。
素極１２の表面からなるものであり、チューブ状積層体
内部空間に、酸素ガスとして空気を送り込むことによっ
て、酸素極１３への酸素供給が行える。例えば、空気供
給源から延びる酸素供給管１９の開口先端部を、チュー
ブ状積層体内部に挿入し、空気を送り出して酸素供給管
１９からチューブ状積層体の内底部に向けて吹き出させ
れば、チューブ状積層体の内壁面、即ち酸素極１３の表
面に沿った空気の流れを形成することができ、酸素供給
を続けることができる。
【００３３】以上のように、本実施形態によれば、電池
周辺に水素ボンベや水素製造装置、また水素ガスの改質
器や貯蔵容器等の専用の大型設備を必要とせず、純粋な
水素ガスが容易に供給され得る小型のアルカリ型燃料電
池が構築できる。
周辺に水素ボンベや水素製造装置、また水素ガスの改質
器や貯蔵容器等の専用の大型設備を必要とせず、純粋な
水素ガスが容易に供給され得る小型のアルカリ型燃料電
池が構築できる。
【００３４】なお、上記一対の酸素極１２と水素極１３
とを外部回路で結んで単セル構造が得られるが、複数の
単セルからなる電池群構造を構築する場合、上記チュー
ブ状積層体を単セルとすると、図５に示すように、複数
のチューブ状積層体２０を直列に繋ぎ、同一の苛性アル
カリ浴２７に浸漬状態で設置するという簡単な構成で容
易に電池群を構築することができる。この場合、酸素供
給管２９は、同一の空気供給源から分岐させて各チュー
ブ状積層体２０内部に挿入すれば良い。
とを外部回路で結んで単セル構造が得られるが、複数の
単セルからなる電池群構造を構築する場合、上記チュー
ブ状積層体を単セルとすると、図５に示すように、複数
のチューブ状積層体２０を直列に繋ぎ、同一の苛性アル
カリ浴２７に浸漬状態で設置するという簡単な構成で容
易に電池群を構築することができる。この場合、酸素供
給管２９は、同一の空気供給源から分岐させて各チュー
ブ状積層体２０内部に挿入すれば良い。
【００３５】このような電池群構造では、反応室である
苛性アルカリ浴２７は、単セルとしての各チューブ状積
層体２０に共有のものである。また、本実施形態におい
ては、各単セルに均等に水素気泡２８が供給付着するよ
うに、図５（ａ）の横断面図に示すように、各チューブ
状積層体２０を苛性アルカリ浴２７の中心軸に対して同
心円上に等角度間隔に配置すると共に苛性アルカリ浴２
７内の中心位置に撹拌翼３０を設け、緩やかに撹拌を行
うものとした。
苛性アルカリ浴２７は、単セルとしての各チューブ状積
層体２０に共有のものである。また、本実施形態におい
ては、各単セルに均等に水素気泡２８が供給付着するよ
うに、図５（ａ）の横断面図に示すように、各チューブ
状積層体２０を苛性アルカリ浴２７の中心軸に対して同
心円上に等角度間隔に配置すると共に苛性アルカリ浴２
７内の中心位置に撹拌翼３０を設け、緩やかに撹拌を行
うものとした。
【００３６】さらに、長時間に亘って発電を続けるため
には、水素ガス原料であるケイ素粉末２６の供給を継続
することが必要である。そこで、本実施形態では、撹拌
翼３０を支持し、苛性アルカリ浴２７上のモータＭの回
転軸に連動して回転駆動する撹拌軸３１を筒形状とし、
その上端開口をケイ素粉末の投入口３３とすることによ
り、ケイ素粉末２６の連続供給を可能とした。
には、水素ガス原料であるケイ素粉末２６の供給を継続
することが必要である。そこで、本実施形態では、撹拌
翼３０を支持し、苛性アルカリ浴２７上のモータＭの回
転軸に連動して回転駆動する撹拌軸３１を筒形状とし、
その上端開口をケイ素粉末の投入口３３とすることによ
り、ケイ素粉末２６の連続供給を可能とした。
【００３７】以上のように、本実施形態のアルカリ型燃
料電池では、複数個のチューブ状積層体２０を一つの苛
性アルカリ浴２７中に浸漬するという簡便な構成で電池
群構造を構築できる。従って、実質的にはシステムの大
きさは用いるチューブ状積層体２０の個数に応じた苛性
アルカリ浴２７のサイズによって決定されるため、電池
群構造とした場合のシステム全体のサイズ増大や複雑化
は極めて小さいものである。
料電池では、複数個のチューブ状積層体２０を一つの苛
性アルカリ浴２７中に浸漬するという簡便な構成で電池
群構造を構築できる。従って、実質的にはシステムの大
きさは用いるチューブ状積層体２０の個数に応じた苛性
アルカリ浴２７のサイズによって決定されるため、電池
群構造とした場合のシステム全体のサイズ増大や複雑化
は極めて小さいものである。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のアルカリ
型燃料電池によれば、水素ガス改質器や水素貯蔵手段等
の大型設備を必要とせず、簡便に純水な燃料水素ガスを
供給でき、装置構成を従来に比べ格段に小型化・簡略化
することができるという効果がある。
型燃料電池によれば、水素ガス改質器や水素貯蔵手段等
の大型設備を必要とせず、簡便に純水な燃料水素ガスを
供給でき、装置構成を従来に比べ格段に小型化・簡略化
することができるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施形態によるアルカリ型燃料
電池の単セル構造を示す概略縦断面図である。
電池の単セル構造を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の燃料電池における性能評価の結果を示す
線図であり、電流密度（横軸：ｍＡ／ｃｍ２ ）に対す
る電圧値（縦軸：Ｖ）および出力密度（縦軸：ｍＷ／ｃ
ｍ２ ）をそれぞれ示したものである。
線図であり、電流密度（横軸：ｍＡ／ｃｍ２ ）に対す
る電圧値（縦軸：Ｖ）および出力密度（縦軸：ｍＷ／ｃ
ｍ２ ）をそれぞれ示したものである。
【図３】図１の燃料電池における端子電圧（縦軸：Ｖ）
の時間（横軸：分）変化を示す線図である。
の時間（横軸：分）変化を示す線図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるアルカリ型燃料
電池の単セル構造を示す概略縦断面図である。
電池の単セル構造を示す概略縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるアルカリ型燃料
電池の概略構成図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は
縦断面図である。
電池の概略構成図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は
縦断面図である。
１，１１：燃料電池（単セル構造） ２，１２，２２：酸素極 ２，１３，２３：水素極 ４，１４，２４：マトリックス ５，１５，２５：苛性アルカリ溶液 ６，１６，２６：ケイ素粉末 ７：セパレータ １７，２７：苛性アルカリ浴 １８，２８：水素気泡 １９，２９：酸素供給管 ２０：チューブ状積層体（単セル） ２１：燃料電池（電池群構造） ３０：撹拌翼 ３１：撹拌軸 ３２：ケイ素粉末投入口 Ｍ：モータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月２８日（２０００．６．２
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
フロントページの続き (72)発明者 清水 多可美 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内 (72)発明者 澤田 昌人 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内 Ｆターム(参考） 5H026 AA03 CV02 5H027 AA03 BA00
Claims (3)
- 【請求項１】 苛性アルカリ電解質相を間に挟む酸素極
および水素極と、前記水素極へ燃料水素ガスを供給する
水素供給手段と、前記酸素極へ酸化剤を供給する酸素供
給手段とを備えたアルカリ型燃料電池であって、 前記水素ガス供給手段は、苛性アルカリ水溶液とケイ素
とが供給されてこれらの接触反応により水素ガスを発生
する反応室を有することを特徴とするアルカリ型燃料電
池。 - 【請求項２】 前記反応室に供給される苛性アルカリ水
溶液は、前記電解質用苛性アルカリと同種のものである
ことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ型燃料電
池。 - 【請求項３】 前記酸素極と電解質相と水素極とによっ
て、酸素極を内側、水素極を外側に配したチューブ状積
層体が形成され、 前記水素ガス供給手段は、前記チューブ状積層体の外側
を囲む反応室を有し、前記酸素供給手段は、前記チュー
ブ状積層体の内側に酸素ガスを供給する手段を有するこ
とを特徴とするアルカリ型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000186101A JP2002008706A (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | アルカリ型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000186101A JP2002008706A (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | アルカリ型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002008706A true JP2002008706A (ja) | 2002-01-11 |
Family
ID=18686324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000186101A Pending JP2002008706A (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | アルカリ型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002008706A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083821A2 (en) * | 2004-02-24 | 2005-09-09 | Ener1, Inc. | Alkaline electrolyte fuel cells with improved hydrogen-oxygen supply system |
| JP2008156679A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Just Thokai:Kk | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| US7493765B2 (en) * | 2003-03-25 | 2009-02-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hydrogen production method and apparatus and engine employing hydrogen production apparatus |
| JP2010182589A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US8735007B2 (en) | 2007-05-25 | 2014-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and operation method therefor |
-
2000
- 2000-06-21 JP JP2000186101A patent/JP2002008706A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7493765B2 (en) * | 2003-03-25 | 2009-02-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hydrogen production method and apparatus and engine employing hydrogen production apparatus |
| WO2005083821A2 (en) * | 2004-02-24 | 2005-09-09 | Ener1, Inc. | Alkaline electrolyte fuel cells with improved hydrogen-oxygen supply system |
| WO2005083821A3 (en) * | 2004-02-24 | 2006-01-19 | Ener1 Inc | Alkaline electrolyte fuel cells with improved hydrogen-oxygen supply system |
| JP2008156679A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Just Thokai:Kk | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| US8735007B2 (en) | 2007-05-25 | 2014-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and operation method therefor |
| JP2010182589A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
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