JP2792626B2 - 燃料電池装置およびその電解質補給方法 - Google Patents
燃料電池装置およびその電解質補給方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、簡便かつ効果的に電解質の補給を行なう
ことにより長期にわたり安定した運転が行なえるような
燃料電池装置の構造に関するものである。 〔従来の技術〕 第４図は溶融炭酸塩形の燃料電池装置として一般的な
構造の一例を、一部切欠いて示す斜視図である。この種
の燃料電池装置は、酸化ガス側電極（１）、燃料ガス側
電極（２）、これら電極（１），（２）の間に介装され
た電解質層（３）などにより構成された燃料電池単体
（４）（以下、「単電池」という）をセパレータ部材
（７）を介して積層してなる積層体（５）を有してい
る。そして、積層体（５）の（＋）側端部および（−）
側端部には、（＋）側端部材（6a）及び（−）側端部材
（6b）がそれぞれ重合されている。上記（＋）側及び
（−）側端部材（6a），（6b）ならびにセパレータ部材
（７）は不透気性を有し、酸化ガス側電極（１）及び燃
料ガス側電極（２）各々に反応ガスを供給する反応ガス
流路（81a），（81b）を形成し、また電子伝導性を有し
ており、単電池（４）を電気的に直列に接続する機能を
有する。積層体（５）の側面部には酸化ガス及び燃料ガ
スを各々の反応ガス流路（81a），（81b）に分配供給
（又は排出）するためのガスマニホルド（8a），（8b）
を備えている。積層体（５）とガスマニホルド（8a），
（8b）との当接部にはガスケツト（９）が介装されてい
る。なお、図中、矢印Ａは酸化ガスの流れを、矢印Ｂは
燃料ガスの流れを示す。 また、第５図は例えば特開昭61−24159号公報に示さ
れた、電解質を外部より電解質層（３）に補給するため
の補給パイプ（10）を設けた電解質補給用セパレータ部
材（7a）である。第４図における燃料電池装置において
は、セパレータ部材（７）として電解質補給用セパレー
タ部材（7a）を用いることにより、外部より電解質の補
給が可能な燃料電池装置を得ることができる。 次に動作について説明する。 溶融炭酸塩形燃料電池における電解質層（３）は、化
学的に安定で且つ電気絶縁性を有した素材（例えばLiAl
O2）よりなる多孔質構造に電解質として動作する物質
（例えばLiKCO3）を保持せしめたもので、電池の電解質
層として機能すると同時に、燃料ガス側電極に供給され
る燃料ガスと酸化ガス側電極に供給される酸化ガスとが
混合するのを防ぐガス分離層としても機能する。何らか
の理由により電解質層（３）中の電解質量が不足する
と、電池の内部抵抗が増大し電池特性が低下すると共
に、過度に不足する場合にはガス分離機能が不十分とな
り燃料ガスと酸化ガスの一部混合により燃料電池の運転
が難しくなる。 現実の溶融炭酸塩形燃料電池においては、電池の動作
に伴い電解質が電解質層より消失してゆくため、上述し
た理由に基づき電解質の不足が燃料電池の寿命を制限す
る結果となる。一例として、単電池試験では電池の寿命
が例えば10,000時間程度、積層電池試験では例えば5,00
0時間程度となつている。従つて何らかの手段により電
解質層中の電解質の不足を抑えることが、燃料電池の長
寿命化、特性向上にとつて不可欠である。 単電池の寿命試験における電解質の補給の効果につい
ては、本発明者らの実験においても、第６図に示すよう
に確認されている。即ち、同試験において、運転開始か
ら3,200時間及び5,500時間経過した時点で電解質の補給
を行つたが、電解質の補給により内部抵抗が大きく減少
し、且つ電池特性が改善し、本手法が有効であることが
確認された。 しかし乍ら、第５図に示すように、個々のセパレータ
部材（7a）に電解質を補給する補給パイプ（10）を設
け、外部より個々の単電池（４）の電解質層（３）へ直
接電解質を補給するようにした従来装置においては、上
記第６図に示した試験結果と同様、良好な電解質補給の
効果は認められるが、積層体の構造を著るしく複雑にす
ることは避けられない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の燃料電池装置は以上のように構成されているの
で、積層体の構造が極めて複雑で積層体の薄層化が難し
く、コストも高く、また個々の単電池に各々電解質を補
給してやらねばならないため補給動作も煩雑になる、な
どの欠点があつた。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、簡素な構造で簡便に電解質の補給を行え、
長期に亘り安定して良好な特性で動作が行なえる燃料電
池装置およびその電解質補給方法を得ることを目的とす
る。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る燃料電池装置は、電解質補給手段によ
り積層体の（＋）側端部に位置する燃料電池単体の電解
質層に補給された電解質は、積層体の側面とガスマニホ
ールドとの間に介在されたイオン導電性材料からなるガ
スケットが電解質に濡れて隣接する燃料電池単体の電解
質層相互を連結することにより構成されるイオン伝導性
の連結ブリッジを介して電気化学的な駆動力により
（−）側端部に向けて輸送されて、積層体の各燃料電池
単体の電解質層に順次補給されるようにしたものであ
る。 また、この発明の燃料電池装置の電解質補給方法は、
電解質補給手段により積層体の（＋）側端部に位置する
燃料電池単体の電解質層に補給された電解質を、積層体
の側面とガスマニホールドとの間に介在されたイオン導
電性材料からなるガスケットが電解質に濡れて隣接する
燃料電池単体の電解質層相互を連結することにより構成
されるイオン伝導性の連結ブリッジを介して、電気化学
的な駆動力により（−）側端部に向けて輸送して、積層
体の各燃料電池単体の電解質層に順次補給するようにし
たものである。 〔作用〕 この発明における燃料電池装置およびその電解質補給
方法では、電解質補給手段により、最も電解質の不足の
生じ易い電位的に最も（＋）側の燃料電池単体にのみ電
解質を補給することにより、その燃料電池単体において
電解質の不足が生じるのが防がれる。さらに、上記電解
質補給手段により電位的に最も（＋）側の燃料電池単体
の電解質層に供給された電解質は、電解質の有する性質
に従い電気化学的反応により連結ブリッジを介して自律
的に順次（−）側の燃料電池単体の電解質層へ輸送さ
れ、全ての燃料電池単体の電解質層に電解質が補給され
る。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（14）は電位的に最も（＋）側に位置する
単電池（4a）に電解質を補給するための電解質補給手段
である。第１図におけるガスケット（９）は本来的には
積層体（５）−マニホールド（８）間ガスシール部のガ
ス気密性を達成するためのものである。溶融炭酸塩型燃
料電池の場合、動作温度が600〜700℃と高く、ガスケッ
ト（９）の材料としては、セラミック系材料に限られ、
一般的には例えばジルコニア粉末等に電解質を含有した
ものであり、結果的にはガスケット（９）はイオン伝導
性を多少なりとも有せざるを得ない。また電位的に最も
（＋）側に位置する（図中最上部に位置する）単電池
（4a）に隣接した（＋）側端部材（6a）には電解質補給
パイプ（10）が設けられており、このパイプ（10）に電
解質を補給することにより、酸化ガス側電極（１）を介
して電解質層（３）に電解質を補給することができ、電
解質補給手段（14）として機能する。本発明に特徴的な
電解質補給機能を備えた（＋）側端部材（6a）を第２図
に示す。電解質補給パイプ（10）は端部材（6a）に設け
た補給孔（11）と連なつており、酸化ガス流路より酸化
ガス側電極（１）を介して電解質層（３）に電解質が補
給される。なお、電解質（例えばLiKCO3）は通常低温域
（例えば室温付近）では固体であるため、電解質を粉
状、粒状にし電解質補給パイプ（10）に供給し電解質補
給パイプ（10）に振動を与えたり、または電解質補給パ
イプ（10）を加熱し電解質の融点以上に保ち電解質を液
化することにより、更には液化した電解質が重力の作用
に従い流下し易いように電解質補給パイプ（10）、補給
孔（11）に傾斜をつけるなどの手段により、より容易に
電解質の補給を行うことができる。 本発明における電解質補給手段（14）により、電池積
層体において電位的に最も（＋）側に位置する単電池に
補給された電解質は電池積層体において最も電解質の欠
乏が起こり易い最も（＋）側に位置する単電池において
電解質の欠乏を効果的に防ぎ、従つて電解質の欠乏が電
位的に（−）側に隣接する単電池に伝播することも防
ぐ。また補給された電解質は、積層体の構造において不
可避的に生じるイオン伝導性を有し連結ブリッジとして
機能する部分、例えばガスケット（９）を介して他の単
電池にも一部順次伝播されるため、長期的には各単電池
に個々に電解質を補給した場合と同様の効果が得られ
る。 ところで電解質が電解質層（３）より消失する主要な
要因として次に示す４つをあげることができる。 電解質の蒸発 電池構成部材との腐食反応による消費 間隙への電解質のしみ出し 局所的な単電池の生成による電気化学的な電解質の
移動 本発明者らは、電解質の消費量と各消失因子との関
係、各因子の機構などを調べるため寿命試験後の複数の
電池につき電池内部の電解質含有量の分布を測定し次に
示す知見を得た。 単電池試験における電解質消失の主要な原因は局所
的な短絡電流の生成による電解質の輸送である。（例え
ば全消失量のうち50−60％程度が電気化学的な電解質の
輸送による消失である。） 電池積層体における電解質の消失速度は単電池に比
し大きい。これはマニホルドのガスケツトがイオン導電
性を有するため複数の単電池の電解質層をブリツジで連
結したことと同等となり、単電池に比べより多くの短絡
電池が形成され、マニホルドのガスケツトを介して電解
質の輸送が行なわれるからである。 この結果として、電解質の消失に基づく電解質の不
足、電池特性の低下は、電池積層体を構成する複数の単
電池の中で電位的に最も（＋）側の単電池において最初
に見られ、次いで順次その現象が（−）側に隣接する単
電池にも伝播していく。 この発明は、上記知見をもとに鋭意検討を重ねた結果
なされたものであり、電解質の輸送に基づく（＋）側端
部の単電池の電解質の欠乏、および（−）側に隣接する
単電池への電解質の欠乏の伝播を効果的に防ぐことが可
能となった。その際、電解質補給パイプ（10）および補
給孔（11）に代表される電解質補給手段（14）は、積層
体の（＋）側の単電池についてのみ設ければよく、電解
質を他の全ての単電池にも導くための個別の補給パイプ
あるいは補給孔は不要であり、従来例に比べて補給構造
を大幅に簡略化できる。 なお、上記実施例では電解質補給手段（14）として、
電解質補給パイプ（10）と補給孔（11）とを用いて電解
質を補給する通路を形成し電解質を外部より補給する構
造の一例を示したが、これに限定されるものではなく、
例えば電池積層体の内部に当初より過剰に電解質を保持
させておき、必要に応じて電解質を燃料電池単体（4a）
に供給するような、電解質リザーバを用いた構造であつ
ても良い。第３図に電解質リザーバ（12）を（＋）側端
部材（6a）に設けた構造の一例を示す。図において、多
孔構造である電解質保持剤（13）に当初保持された電解
質は、電解質層（３）の電解質が欠乏するに従い電解質
層（３）に移動する。このような電解質層（３）中の電
解質の欠乏に伴い電解質リザーバ（12）からの電解質の
移動は、例えば電解質保持材（13）の細孔分布を電解質
層（３）の細孔分布よりも大きい細孔にしてやるなどの
手法により、毛管力を利用することにより行うことがで
きることは周知のとおりである。なお、この実施例では
電解質リザーバ（12）及び電解質保持材（13）によつて
電解質補給手段（14）を構成している。 また、電位的に最も（＋）側の単電池（4a）に補給さ
れた電解質は積層体の構造において不可避的に生じるイ
オン伝導性を有する部分の影響により最終的には電位的
に最も（−）側の単電池に輸送されるため、長期的には
最も（−）側の単電池において電解質が過剰となる。従
つて本発明を実施する際には電位的に最も（−）側の単
電池において過剰となる電解質を吸収するような構造を
併せて採用することは望ましい。このことは具体的には
最も（−）側の単電池において、燃料ガス側電極、酸化
ガス側電極の少くともいずれか片方の電極に電解質を吸
収保持する電解質リザーバを設けてやつたり、または
（−）側端部材に上記電解質リザーバを設けることによ
り容易に達成できる。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、燃料電池積層体の
最も電解質の不足の生じ易い電位的に最も（＋）側の単
電池（燃料電池単体）にのみ電解質を補給する電解質補
給手段を設け、各燃料電池単体に酸化ガスおよび燃料ガ
スを供給するガスマニホールドを積層体の側面にイオン
導電性材料からなるガスケットを介在させて取り付け、
最も（＋）側の単電池の電解質層に補給された電解質
が、ガスケットが電解質に濡れて隣接する単電池の電解
質層相互を連結することにより構成されるイオン伝導性
の連結ブリッジを介して電気化学的な駆動力により隣接
する（−）側の単電池の電解質層に順次補給されるよう
にしたので、簡単な構造で且つ容易に効果的に電解質の
補給を行なうことができ、長期に亘り良好な特性が維持
できる燃料電池装置およびその電解質補給方法を得るこ
とができる。
ことにより長期にわたり安定した運転が行なえるような
燃料電池装置の構造に関するものである。 〔従来の技術〕 第４図は溶融炭酸塩形の燃料電池装置として一般的な
構造の一例を、一部切欠いて示す斜視図である。この種
の燃料電池装置は、酸化ガス側電極（１）、燃料ガス側
電極（２）、これら電極（１），（２）の間に介装され
た電解質層（３）などにより構成された燃料電池単体
（４）（以下、「単電池」という）をセパレータ部材
（７）を介して積層してなる積層体（５）を有してい
る。そして、積層体（５）の（＋）側端部および（−）
側端部には、（＋）側端部材（6a）及び（−）側端部材
（6b）がそれぞれ重合されている。上記（＋）側及び
（−）側端部材（6a），（6b）ならびにセパレータ部材
（７）は不透気性を有し、酸化ガス側電極（１）及び燃
料ガス側電極（２）各々に反応ガスを供給する反応ガス
流路（81a），（81b）を形成し、また電子伝導性を有し
ており、単電池（４）を電気的に直列に接続する機能を
有する。積層体（５）の側面部には酸化ガス及び燃料ガ
スを各々の反応ガス流路（81a），（81b）に分配供給
（又は排出）するためのガスマニホルド（8a），（8b）
を備えている。積層体（５）とガスマニホルド（8a），
（8b）との当接部にはガスケツト（９）が介装されてい
る。なお、図中、矢印Ａは酸化ガスの流れを、矢印Ｂは
燃料ガスの流れを示す。 また、第５図は例えば特開昭61−24159号公報に示さ
れた、電解質を外部より電解質層（３）に補給するため
の補給パイプ（10）を設けた電解質補給用セパレータ部
材（7a）である。第４図における燃料電池装置において
は、セパレータ部材（７）として電解質補給用セパレー
タ部材（7a）を用いることにより、外部より電解質の補
給が可能な燃料電池装置を得ることができる。 次に動作について説明する。 溶融炭酸塩形燃料電池における電解質層（３）は、化
学的に安定で且つ電気絶縁性を有した素材（例えばLiAl
O2）よりなる多孔質構造に電解質として動作する物質
（例えばLiKCO3）を保持せしめたもので、電池の電解質
層として機能すると同時に、燃料ガス側電極に供給され
る燃料ガスと酸化ガス側電極に供給される酸化ガスとが
混合するのを防ぐガス分離層としても機能する。何らか
の理由により電解質層（３）中の電解質量が不足する
と、電池の内部抵抗が増大し電池特性が低下すると共
に、過度に不足する場合にはガス分離機能が不十分とな
り燃料ガスと酸化ガスの一部混合により燃料電池の運転
が難しくなる。 現実の溶融炭酸塩形燃料電池においては、電池の動作
に伴い電解質が電解質層より消失してゆくため、上述し
た理由に基づき電解質の不足が燃料電池の寿命を制限す
る結果となる。一例として、単電池試験では電池の寿命
が例えば10,000時間程度、積層電池試験では例えば5,00
0時間程度となつている。従つて何らかの手段により電
解質層中の電解質の不足を抑えることが、燃料電池の長
寿命化、特性向上にとつて不可欠である。 単電池の寿命試験における電解質の補給の効果につい
ては、本発明者らの実験においても、第６図に示すよう
に確認されている。即ち、同試験において、運転開始か
ら3,200時間及び5,500時間経過した時点で電解質の補給
を行つたが、電解質の補給により内部抵抗が大きく減少
し、且つ電池特性が改善し、本手法が有効であることが
確認された。 しかし乍ら、第５図に示すように、個々のセパレータ
部材（7a）に電解質を補給する補給パイプ（10）を設
け、外部より個々の単電池（４）の電解質層（３）へ直
接電解質を補給するようにした従来装置においては、上
記第６図に示した試験結果と同様、良好な電解質補給の
効果は認められるが、積層体の構造を著るしく複雑にす
ることは避けられない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の燃料電池装置は以上のように構成されているの
で、積層体の構造が極めて複雑で積層体の薄層化が難し
く、コストも高く、また個々の単電池に各々電解質を補
給してやらねばならないため補給動作も煩雑になる、な
どの欠点があつた。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、簡素な構造で簡便に電解質の補給を行え、
長期に亘り安定して良好な特性で動作が行なえる燃料電
池装置およびその電解質補給方法を得ることを目的とす
る。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る燃料電池装置は、電解質補給手段によ
り積層体の（＋）側端部に位置する燃料電池単体の電解
質層に補給された電解質は、積層体の側面とガスマニホ
ールドとの間に介在されたイオン導電性材料からなるガ
スケットが電解質に濡れて隣接する燃料電池単体の電解
質層相互を連結することにより構成されるイオン伝導性
の連結ブリッジを介して電気化学的な駆動力により
（−）側端部に向けて輸送されて、積層体の各燃料電池
単体の電解質層に順次補給されるようにしたものであ
る。 また、この発明の燃料電池装置の電解質補給方法は、
電解質補給手段により積層体の（＋）側端部に位置する
燃料電池単体の電解質層に補給された電解質を、積層体
の側面とガスマニホールドとの間に介在されたイオン導
電性材料からなるガスケットが電解質に濡れて隣接する
燃料電池単体の電解質層相互を連結することにより構成
されるイオン伝導性の連結ブリッジを介して、電気化学
的な駆動力により（−）側端部に向けて輸送して、積層
体の各燃料電池単体の電解質層に順次補給するようにし
たものである。 〔作用〕 この発明における燃料電池装置およびその電解質補給
方法では、電解質補給手段により、最も電解質の不足の
生じ易い電位的に最も（＋）側の燃料電池単体にのみ電
解質を補給することにより、その燃料電池単体において
電解質の不足が生じるのが防がれる。さらに、上記電解
質補給手段により電位的に最も（＋）側の燃料電池単体
の電解質層に供給された電解質は、電解質の有する性質
に従い電気化学的反応により連結ブリッジを介して自律
的に順次（−）側の燃料電池単体の電解質層へ輸送さ
れ、全ての燃料電池単体の電解質層に電解質が補給され
る。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（14）は電位的に最も（＋）側に位置する
単電池（4a）に電解質を補給するための電解質補給手段
である。第１図におけるガスケット（９）は本来的には
積層体（５）−マニホールド（８）間ガスシール部のガ
ス気密性を達成するためのものである。溶融炭酸塩型燃
料電池の場合、動作温度が600〜700℃と高く、ガスケッ
ト（９）の材料としては、セラミック系材料に限られ、
一般的には例えばジルコニア粉末等に電解質を含有した
ものであり、結果的にはガスケット（９）はイオン伝導
性を多少なりとも有せざるを得ない。また電位的に最も
（＋）側に位置する（図中最上部に位置する）単電池
（4a）に隣接した（＋）側端部材（6a）には電解質補給
パイプ（10）が設けられており、このパイプ（10）に電
解質を補給することにより、酸化ガス側電極（１）を介
して電解質層（３）に電解質を補給することができ、電
解質補給手段（14）として機能する。本発明に特徴的な
電解質補給機能を備えた（＋）側端部材（6a）を第２図
に示す。電解質補給パイプ（10）は端部材（6a）に設け
た補給孔（11）と連なつており、酸化ガス流路より酸化
ガス側電極（１）を介して電解質層（３）に電解質が補
給される。なお、電解質（例えばLiKCO3）は通常低温域
（例えば室温付近）では固体であるため、電解質を粉
状、粒状にし電解質補給パイプ（10）に供給し電解質補
給パイプ（10）に振動を与えたり、または電解質補給パ
イプ（10）を加熱し電解質の融点以上に保ち電解質を液
化することにより、更には液化した電解質が重力の作用
に従い流下し易いように電解質補給パイプ（10）、補給
孔（11）に傾斜をつけるなどの手段により、より容易に
電解質の補給を行うことができる。 本発明における電解質補給手段（14）により、電池積
層体において電位的に最も（＋）側に位置する単電池に
補給された電解質は電池積層体において最も電解質の欠
乏が起こり易い最も（＋）側に位置する単電池において
電解質の欠乏を効果的に防ぎ、従つて電解質の欠乏が電
位的に（−）側に隣接する単電池に伝播することも防
ぐ。また補給された電解質は、積層体の構造において不
可避的に生じるイオン伝導性を有し連結ブリッジとして
機能する部分、例えばガスケット（９）を介して他の単
電池にも一部順次伝播されるため、長期的には各単電池
に個々に電解質を補給した場合と同様の効果が得られ
る。 ところで電解質が電解質層（３）より消失する主要な
要因として次に示す４つをあげることができる。 電解質の蒸発 電池構成部材との腐食反応による消費 間隙への電解質のしみ出し 局所的な単電池の生成による電気化学的な電解質の
移動 本発明者らは、電解質の消費量と各消失因子との関
係、各因子の機構などを調べるため寿命試験後の複数の
電池につき電池内部の電解質含有量の分布を測定し次に
示す知見を得た。 単電池試験における電解質消失の主要な原因は局所
的な短絡電流の生成による電解質の輸送である。（例え
ば全消失量のうち50−60％程度が電気化学的な電解質の
輸送による消失である。） 電池積層体における電解質の消失速度は単電池に比
し大きい。これはマニホルドのガスケツトがイオン導電
性を有するため複数の単電池の電解質層をブリツジで連
結したことと同等となり、単電池に比べより多くの短絡
電池が形成され、マニホルドのガスケツトを介して電解
質の輸送が行なわれるからである。 この結果として、電解質の消失に基づく電解質の不
足、電池特性の低下は、電池積層体を構成する複数の単
電池の中で電位的に最も（＋）側の単電池において最初
に見られ、次いで順次その現象が（−）側に隣接する単
電池にも伝播していく。 この発明は、上記知見をもとに鋭意検討を重ねた結果
なされたものであり、電解質の輸送に基づく（＋）側端
部の単電池の電解質の欠乏、および（−）側に隣接する
単電池への電解質の欠乏の伝播を効果的に防ぐことが可
能となった。その際、電解質補給パイプ（10）および補
給孔（11）に代表される電解質補給手段（14）は、積層
体の（＋）側の単電池についてのみ設ければよく、電解
質を他の全ての単電池にも導くための個別の補給パイプ
あるいは補給孔は不要であり、従来例に比べて補給構造
を大幅に簡略化できる。 なお、上記実施例では電解質補給手段（14）として、
電解質補給パイプ（10）と補給孔（11）とを用いて電解
質を補給する通路を形成し電解質を外部より補給する構
造の一例を示したが、これに限定されるものではなく、
例えば電池積層体の内部に当初より過剰に電解質を保持
させておき、必要に応じて電解質を燃料電池単体（4a）
に供給するような、電解質リザーバを用いた構造であつ
ても良い。第３図に電解質リザーバ（12）を（＋）側端
部材（6a）に設けた構造の一例を示す。図において、多
孔構造である電解質保持剤（13）に当初保持された電解
質は、電解質層（３）の電解質が欠乏するに従い電解質
層（３）に移動する。このような電解質層（３）中の電
解質の欠乏に伴い電解質リザーバ（12）からの電解質の
移動は、例えば電解質保持材（13）の細孔分布を電解質
層（３）の細孔分布よりも大きい細孔にしてやるなどの
手法により、毛管力を利用することにより行うことがで
きることは周知のとおりである。なお、この実施例では
電解質リザーバ（12）及び電解質保持材（13）によつて
電解質補給手段（14）を構成している。 また、電位的に最も（＋）側の単電池（4a）に補給さ
れた電解質は積層体の構造において不可避的に生じるイ
オン伝導性を有する部分の影響により最終的には電位的
に最も（−）側の単電池に輸送されるため、長期的には
最も（−）側の単電池において電解質が過剰となる。従
つて本発明を実施する際には電位的に最も（−）側の単
電池において過剰となる電解質を吸収するような構造を
併せて採用することは望ましい。このことは具体的には
最も（−）側の単電池において、燃料ガス側電極、酸化
ガス側電極の少くともいずれか片方の電極に電解質を吸
収保持する電解質リザーバを設けてやつたり、または
（−）側端部材に上記電解質リザーバを設けることによ
り容易に達成できる。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、燃料電池積層体の
最も電解質の不足の生じ易い電位的に最も（＋）側の単
電池（燃料電池単体）にのみ電解質を補給する電解質補
給手段を設け、各燃料電池単体に酸化ガスおよび燃料ガ
スを供給するガスマニホールドを積層体の側面にイオン
導電性材料からなるガスケットを介在させて取り付け、
最も（＋）側の単電池の電解質層に補給された電解質
が、ガスケットが電解質に濡れて隣接する単電池の電解
質層相互を連結することにより構成されるイオン伝導性
の連結ブリッジを介して電気化学的な駆動力により隣接
する（−）側の単電池の電解質層に順次補給されるよう
にしたので、簡単な構造で且つ容易に効果的に電解質の
補給を行なうことができ、長期に亘り良好な特性が維持
できる燃料電池装置およびその電解質補給方法を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による燃料電池装置の要部
を一部切欠いて示す斜視図、第２図は第１図に示す
（＋）側端部材の詳細を示す斜視図、第３図はこの発明
の他の実施例の要部を示す斜視図、第４図は従来の燃料
電池装置の要部を一部切欠いて示す斜視図、第５図は従
来の電解質補給手段の一例を示す斜視図、第６図は単電
池において電解質の補給が電池特性に及ぼす影響を調べ
た寿命試験結果を示す特性図である。 図において、（１）は酸化ガス側電極、（２）は燃料ガ
ス側電極、（３）は電解質層、（４）は燃料電池単体
（単電池）、（５）は積層体、（6a）は（＋）側端部
材、（6b）は（−）側端部材、（７）はセパレータ部
材、（14）は電解質補給手段である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
を一部切欠いて示す斜視図、第２図は第１図に示す
（＋）側端部材の詳細を示す斜視図、第３図はこの発明
の他の実施例の要部を示す斜視図、第４図は従来の燃料
電池装置の要部を一部切欠いて示す斜視図、第５図は従
来の電解質補給手段の一例を示す斜視図、第６図は単電
池において電解質の補給が電池特性に及ぼす影響を調べ
た寿命試験結果を示す特性図である。 図において、（１）は酸化ガス側電極、（２）は燃料ガ
ス側電極、（３）は電解質層、（４）は燃料電池単体
（単電池）、（５）は積層体、（6a）は（＋）側端部
材、（6b）は（−）側端部材、（７）はセパレータ部
材、（14）は電解質補給手段である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
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(56)参考文献 特開 昭62−180966（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−217958（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−89150（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−84577（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−98265（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．電解質層と、この電解質層の一方の側に設けられた
酸化ガス側電極と、上記電解質層の他方の側に設けられ
た燃料ガス側電極とを有する燃料電池単体をセパレータ
部材を介して積層した積層体、この積層体の積層方向の
（＋）側端部および（−）側端部にそれぞれ設けられた
（＋）側端部材および（−）側端部材、上記積層体の
（＋）側端部に位置する燃料電池単体にのみ電解質を補
給するように設けられた電解質補給手段、上記積層体の
側面にイオン導電性材料からなるガスケットを介在させ
て取り付けられ、各燃料電池単体に酸化ガスおよび燃料
ガスを供給するガスマニホールドを備え、 上記電解質補給手段により上記積層体の（＋）側端部に
位置する燃料電池単体の電解質層に補給された電解質
は、上記ガスケットが電解質に濡れて隣接する燃料電池
単体の電解質層相互を連結することにより構成されるイ
オン伝導性の連結ブリッジを介して電気化学的な駆動力
により（−）側端部に向けて輸送されて、上記積層体の
各燃料電池単体の電解質層に順次補給されるようにした
ことを特徴とする燃料電池装置。 ２．電解質補給手段は、（＋）側端部材の内部に設けら
れた電解質リザーバであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池装置。 ３．電解質補給手段は、（＋）側端部材に設けられた電
解質を補給するための通路を備えたものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池装置。 ４．電解質補給手段は、電位的に最も（＋）側である燃
料電池単体の燃料ガス側電極および酸化ガス側電極の少
なくとも一方に設けられた電解質リザーバであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池装置。 ５．複数の燃料電池単体のなかで電位的に最も（−）側
である燃料電池単体、または（−）側端部材は、余剰の
電解質を収蔵する機能を有した電解質リザーバを備えた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
いずれかに記載の燃料電池装置。 ６．電解質層、この電解質層の一方の側に設けられた酸
化ガス側電極および上記電解質層の他方の側に設けられ
た燃料ガス側電極を有する燃料電池単体をセパレータ部
材を介して積層した積層体と、この積層体の積層方向の
（＋）側端部および（−）側端部にそれぞれ設けられた
（＋）側端部材および（−）側端部材と、上記積層体の
側面にイオン導電性材料からなるガスケットを介在させ
て取り付けられ、各燃料電池単体に酸化ガスおよび燃料
ガスを供給するガスマニホールドとを備えた燃料電池装
置の電解質補給方法において、 電解質補給手段により上記積層体の（＋）側端部に位置
する燃料電池単体にのみ電解質を補給し、 上記電解質補給手段により上記積層体の（＋）側端部に
位置する燃料電池単体の電解質層に補給された電解質
を、上記ガスケットが電解質に濡れて隣接する燃料電池
単体の電解質層相互を連結することにより構成されるイ
オン伝導性の連結ブリッジを介して、電気化学的な駆動
力により（−）側端部に向けて輸送して、上記積層体の
各燃料電池単体の電解質層に順次補給するようにしたこ
とを特徴とする燃料電池装置の電解質補給方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62277496A JP2792626B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 燃料電池装置およびその電解質補給方法 |
| US07/265,815 US4898793A (en) | 1987-11-04 | 1988-11-01 | Fuel cell device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62277496A JP2792626B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 燃料電池装置およびその電解質補給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01120772A JPH01120772A (ja) | 1989-05-12 |
| JP2792626B2 true JP2792626B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=17584407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62277496A Expired - Lifetime JP2792626B2 (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | 燃料電池装置およびその電解質補給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792626B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10026207A1 (de) * | 2000-05-26 | 2001-12-06 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung mit Elekrolytreservoir |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59217958A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-08 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | マトリツクス型燃料電池の電解質補給装置 |
| JPS6098265U (ja) * | 1983-12-12 | 1985-07-04 | 三菱電機株式会社 | 積層形燃料電池 |
| JPS62180966A (ja) * | 1986-02-03 | 1987-08-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池の電解液含浸方法 |
| JPH0652667B2 (ja) * | 1987-09-28 | 1994-07-06 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池 |
| JPH0652656B2 (ja) * | 1987-09-30 | 1994-07-06 | 株式会社日立製作所 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
-
1987
- 1987-11-04 JP JP62277496A patent/JP2792626B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01120772A (ja) | 1989-05-12 |
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