JP2821625B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JP2821625B2 JP2821625B2 JP1232602A JP23260289A JP2821625B2 JP 2821625 B2 JP2821625 B2 JP 2821625B2 JP 1232602 A JP1232602 A JP 1232602A JP 23260289 A JP23260289 A JP 23260289A JP 2821625 B2 JP2821625 B2 JP 2821625B2
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- Japan
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- fuel
- flow path
- electrode
- oxygen
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解質層の一方の面に酸素極をかつ他方の
面に燃料極を付設した固体電解質型セルを、前記酸素極
が酸素含有ガス流路にかつ前記燃料極が燃料流路に臨む
状態で設け、炭化水素系と水蒸気の反応で発生した水素
と一酸化炭素を前記燃料極に供給する燃料改質手段を設
けた固体電解質型燃料電池、詳しくは燃料改質手段の改
良に関する。
面に燃料極を付設した固体電解質型セルを、前記酸素極
が酸素含有ガス流路にかつ前記燃料極が燃料流路に臨む
状態で設け、炭化水素系と水蒸気の反応で発生した水素
と一酸化炭素を前記燃料極に供給する燃料改質手段を設
けた固体電解質型燃料電池、詳しくは燃料改質手段の改
良に関する。
従来、燃料流路からの排ガスの一部を燃料流路に再循
環させ、メタンなどの炭化水素系燃料と循環排ガス中の
水蒸気の反応で水素と一酸化炭素を発生させ、その水素
と一酸化炭素の混合ガスを燃料極に供給するように構成
していた。
環させ、メタンなどの炭化水素系燃料と循環排ガス中の
水蒸気の反応で水素と一酸化炭素を発生させ、その水素
と一酸化炭素の混合ガスを燃料極に供給するように構成
していた。
しかし、水蒸気濃度が低い排ガスを再循環させる構成
では、排ガス循環量が大量になるために、排ガス再循環
用装置が大型で複雑になり、経済性、設置面、製作面か
ら一層の改良の余地があった。
では、排ガス循環量が大量になるために、排ガス再循環
用装置が大型で複雑になり、経済性、設置面、製作面か
ら一層の改良の余地があった。
本発明の目的は、燃料改質手段の合理的な改良によっ
て、装置全体を十分に安価で小型で簡単なものに改造で
きるようにすると共に、燃料改質を効率良く実現できる
ようにする点がある。
て、装置全体を十分に安価で小型で簡単なものに改造で
きるようにすると共に、燃料改質を効率良く実現できる
ようにする点がある。
本発明の特徴構成は、 炭化水素系燃料と水蒸気の反応で発生した水素と一酸
化炭素を固体電解質型セルの燃料極に供給するための燃
料改質手段を形成するに、前記燃料極に臨む燃料流路
に、その内部で前記炭化水素系燃料と水蒸気の反応が生
じるように燃料供給路と水蒸気供給路をエジェクターに
より接続すると共に、前記水蒸気供給路に接続したエジ
ェクターノズルからの噴出蒸気流により前記燃料供給路
の炭化水素系燃料を吸引するように前記エジェクターを
形成したことにあり、その作用・効果は次の通りであ
る。
化炭素を固体電解質型セルの燃料極に供給するための燃
料改質手段を形成するに、前記燃料極に臨む燃料流路
に、その内部で前記炭化水素系燃料と水蒸気の反応が生
じるように燃料供給路と水蒸気供給路をエジェクターに
より接続すると共に、前記水蒸気供給路に接続したエジ
ェクターノズルからの噴出蒸気流により前記燃料供給路
の炭化水素系燃料を吸引するように前記エジェクターを
形成したことにあり、その作用・効果は次の通りであ
る。
固体電解質型セルを用いた燃料電池においては、燃料
極に臨む燃料流路の温度が1000℃程度の高温になること
を有効利用し、燃料供給路と水蒸気供給路を燃料流路に
接続して、燃料流路でメタンなどの炭化水素系燃料と水
蒸気を反応させ、その反応で生じた水素と一酸化炭素を
燃料極に供給し、固体電解質型セルで起電力を発生させ
るように構成したのである。
極に臨む燃料流路の温度が1000℃程度の高温になること
を有効利用し、燃料供給路と水蒸気供給路を燃料流路に
接続して、燃料流路でメタンなどの炭化水素系燃料と水
蒸気を反応させ、その反応で生じた水素と一酸化炭素を
燃料極に供給し、固体電解質型セルで起電力を発生させ
るように構成したのである。
つまり、発電部を燃料改質装置に兼用するために、燃
料流路に水蒸気供給路を接続することによって、前述従
来技術よりも、水蒸気供給のための設備経路を十分に低
減でき、装置全体を十分に小型化でき、装置構成を十分
に簡略化できる。
料流路に水蒸気供給路を接続することによって、前述従
来技術よりも、水蒸気供給のための設備経路を十分に低
減でき、装置全体を十分に小型化でき、装置構成を十分
に簡略化できる。
しかも、エジェクターの作用によって噴出蒸気流によ
り炭化水素系燃料を吸引させ、水蒸気と炭化水素燃料の
混合気を燃料流路に吹込むから、炭化水素系燃料と水蒸
気の反応を効率良く実現でき、燃料改質効果を十分に上
げられる。
り炭化水素系燃料を吸引させ、水蒸気と炭化水素燃料の
混合気を燃料流路に吹込むから、炭化水素系燃料と水蒸
気の反応を効率良く実現でき、燃料改質効果を十分に上
げられる。
更に、エジェクターの吸引作用により炭化水素系燃料
を燃料流路に供給するから、燃料供給路の供給圧を低下
でき、炭化水素系燃料用加圧供給装置の設備費及び運転
費を安価にできると共にメンテナンスを簡単にできる。
を燃料流路に供給するから、燃料供給路の供給圧を低下
でき、炭化水素系燃料用加圧供給装置の設備費及び運転
費を安価にできると共にメンテナンスを簡単にできる。
その結果、燃料改質手段を有する固体電解質型燃料電
池を、十分な製造コスト低減で安価に、かつ十分な小型
化により設置面で有利なものにして、かつ、運転経費が
安くて燃料改質性能が優れたものにして提供できるよう
になった。
池を、十分な製造コスト低減で安価に、かつ十分な小型
化により設置面で有利なものにして、かつ、運転経費が
安くて燃料改質性能が優れたものにして提供できるよう
になった。
次に、第１図ないし第４図により実施例を示す。
四角形の板状電解質層（１）の一方の面に膜状又は板
状酸素極（２）をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極
（３）を、夫々全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼
付けた状態で付設して、酸素極（２）と燃料極（３）か
ら起電力を得るための固体電解質型の燃料電池のセル
（Ｃ）を形成してある。
状酸素極（２）をかつ他方の面に膜状又は板状燃料極
（３）を、夫々全面又はほぼ全面にわたって一体的に貼
付けた状態で付設して、酸素極（２）と燃料極（３）か
ら起電力を得るための固体電解質型の燃料電池のセル
（Ｃ）を形成してある。
電解質層（１）は、３モル％程度のYtを固溶させた正
方晶のZrO2、その他適当なものから成り、酸素極（２）
はLaMnO3、その他適当なものから成り、燃料極（３）は
NiとZrO2のサーメット、その他適当なものから成る。
方晶のZrO2、その他適当なものから成り、酸素極（２）
はLaMnO3、その他適当なものから成り、燃料極（３）は
NiとZrO2のサーメット、その他適当なものから成る。
セル（Ｃ）において、一対の突条部（4a）を有する導
電性セパレータ（４）を酸素極（２）側のみに付設し
て、突条部（4a）を全長にわたって酸素極（２）に貼付
け、酸素極（２）とセパレータ（４）の間の隙間を酸素
含有ガス流路（５）に形成してある。
電性セパレータ（４）を酸素極（２）側のみに付設し
て、突条部（4a）を全長にわたって酸素極（２）に貼付
け、酸素極（２）とセパレータ（４）の間の隙間を酸素
含有ガス流路（５）に形成してある。
セパレータ（４）は、酸化と還元に対する耐食性に優
れたLaCrO3、その他適当なものから成る。
れたLaCrO3、その他適当なものから成る。
酸素含有ガス流路（５）において、熱歪みを吸収でき
る柔軟な導電体（７）を、ほぼ等間隔で平行に、かつ、
酸素極（２）とセパレータ（４）に密着させて設け、酸
素極（２）からセル端子としてのセパレータ（４）への
電気通路の断面積を大きくしてある。
る柔軟な導電体（７）を、ほぼ等間隔で平行に、かつ、
酸素極（２）とセパレータ（４）に密着させて設け、酸
素極（２）からセル端子としてのセパレータ（４）への
電気通路の断面積を大きくしてある。
導電体（７）は耐熱性、耐酸化性に優れたLaMnO3やNi
基合金やCo基合金のフェルト状材、その他適当なものか
ら成る。
基合金やCo基合金のフェルト状材、その他適当なものか
ら成る。
多数のセル（Ｃ）を縦向き姿勢でかつ左右に並ぶ状態
で、隔壁（8a）ないし（8d）で形成した燃料流路（９）
の内部に配置し、セル（Ｃ）どうしの間夫々に、燃料流
路（９）を形成するための導電体（10）を並設し、セル
（Ｃ）全ての燃料極（３）を燃料流路（９）に臨ませる
と共に、セル（Ｃ）全てを導電体（10）で直列に接続し
てある。
で、隔壁（8a）ないし（8d）で形成した燃料流路（９）
の内部に配置し、セル（Ｃ）どうしの間夫々に、燃料流
路（９）を形成するための導電体（10）を並設し、セル
（Ｃ）全ての燃料極（３）を燃料流路（９）に臨ませる
と共に、セル（Ｃ）全てを導電体（10）で直列に接続し
てある。
隔壁（8a）ないし（8d）はセラミックス等の電気絶縁
性、高温断熱性の材料から成る。
性、高温断熱性の材料から成る。
導電体（10）は熱歪みを吸収できる柔軟な材料、例え
ば還元に対する耐食性に優れたNiのフェルト状材、その
他適当なものから成る。
ば還元に対する耐食性に優れたNiのフェルト状材、その
他適当なものから成る。
セル（Ｃ）内の酸素含有ガス流路（５）夫々の入口に
対して、隔壁（8a），（11）で燃料流路（９）の下方に
形成した酸素含有ガス供給路（13）を接続し、かつ、出
口に対して隔壁（8b），（14）で燃料流路（９）の上方
に形成した排気路（15）を接続してある。
対して、隔壁（8a），（11）で燃料流路（９）の下方に
形成した酸素含有ガス供給路（13）を接続し、かつ、出
口に対して隔壁（8b），（14）で燃料流路（９）の上方
に形成した排気路（15）を接続してある。
酸素含有ガス供給路（13）の下方に形成した燃料供給
路（16）に燃料流路（９）を、ベンチュリー管状の通路
（17a）で接続し、水蒸気供給路（21）に接続したエジ
ェクターノズル（17b）を通路（17a）の入口に臨ませ、
エジェクターノズル（17b）からの噴出蒸気流により燃
料供給路（16）のメタンなどの炭化水素系燃料を吸引す
るためのエジェクター（17）を形成し、そして、燃料流
路（９）の出口を排気路（15）に接続してある。つま
り、エジェクター（17）によって炭化水素系燃料と水蒸
気の混合気を燃料流路（９）に吹込み、燃料流路（９）
の内部において炭化水素系燃料と水蒸気の反応で水素と
一酸化炭素を発生させて、その水素と一酸化炭素を燃料
極（３）に供給するように構成してある。
路（16）に燃料流路（９）を、ベンチュリー管状の通路
（17a）で接続し、水蒸気供給路（21）に接続したエジ
ェクターノズル（17b）を通路（17a）の入口に臨ませ、
エジェクターノズル（17b）からの噴出蒸気流により燃
料供給路（16）のメタンなどの炭化水素系燃料を吸引す
るためのエジェクター（17）を形成し、そして、燃料流
路（９）の出口を排気路（15）に接続してある。つま
り、エジェクター（17）によって炭化水素系燃料と水蒸
気の混合気を燃料流路（９）に吹込み、燃料流路（９）
の内部において炭化水素系燃料と水蒸気の反応で水素と
一酸化炭素を発生させて、その水素と一酸化炭素を燃料
極（３）に供給するように構成してある。
要するに、酸素含有ガス流路（５）に空気、酸素富化
空気、酸素などの酸素含有ガスを供給すると共に、燃料
流路（９）に炭化水素系燃料と水蒸気を供給し、燃料流
路（９）を燃料改質に利用して、セル（Ｃ）夫々におい
て電解質層（１）の作用で電力を発生させ、直列接続し
た多数のセル（Ｃ）から電力を回収するように構成して
ある。
空気、酸素などの酸素含有ガスを供給すると共に、燃料
流路（９）に炭化水素系燃料と水蒸気を供給し、燃料流
路（９）を燃料改質に利用して、セル（Ｃ）夫々におい
て電解質層（１）の作用で電力を発生させ、直列接続し
た多数のセル（Ｃ）から電力を回収するように構成して
ある。
燃料流路（９）と酸素含有ガス供給路（13）を区画す
る隔壁（8a）の凹部（12）に、セル（Ｃ）の下端部を挿
入載置すると共に、燃料流路（９）と排気路（15）を区
画する隔壁（8b）に、セル（Ｃ）の上端側を抜差し自在
に貫通させてある。
る隔壁（8a）の凹部（12）に、セル（Ｃ）の下端部を挿
入載置すると共に、燃料流路（９）と排気路（15）を区
画する隔壁（8b）に、セル（Ｃ）の上端側を抜差し自在
に貫通させてある。
つまり、セル（Ｃ）と隔壁（8a）の間での漏れに対す
るシールを、セル（Ｃ）の自重による隔壁（8a）との密
接維持で施して、炭化水素系燃料と酸素含有ガスの混合
によるトラブルを防止し、セル（Ｃ）の上下方向への熱
変形を自由に許容して、セル（Ｃ）や隔壁（8a），（8
b）の破壊を防止するように構成してある。
るシールを、セル（Ｃ）の自重による隔壁（8a）との密
接維持で施して、炭化水素系燃料と酸素含有ガスの混合
によるトラブルを防止し、セル（Ｃ）の上下方向への熱
変形を自由に許容して、セル（Ｃ）や隔壁（8a），（8
b）の破壊を防止するように構成してある。
次に別実施例を説明する。
固体電解質型セル（Ｃ）の具体構造や配置や取付構成
は適当に変更でき、例えば下記（イ）ないし（ニ）項の
構成を利用できる。
は適当に変更でき、例えば下記（イ）ないし（ニ）項の
構成を利用できる。
（イ） セル（Ｃ）において燃料極（３）の値のみにセ
パレータ（４）を付設して、燃料極（３）とセパレータ
（４）の間に燃料流路（９）を形成し、多数のセル
（Ｃ）を縦向き姿勢でかつ左右に並ぶ状態で、酸素含有
ガス流路（５）の内部に配置し、セル（Ｃ）同士の間夫
々に酸素含有ガス流路（５）を形成してもよい。
パレータ（４）を付設して、燃料極（３）とセパレータ
（４）の間に燃料流路（９）を形成し、多数のセル
（Ｃ）を縦向き姿勢でかつ左右に並ぶ状態で、酸素含有
ガス流路（５）の内部に配置し、セル（Ｃ）同士の間夫
々に酸素含有ガス流路（５）を形成してもよい。
（ロ） セパレータ（４）との間に酸素含有ガス流路
（５）又は燃料流路（９）を形成したセル（Ｃ）の多数
を、横向き姿勢でかつ上下に並ぶ状態で、燃料流路
（９）又は酸素含有ガス流路（５）の内部に配置し、セ
ル（Ｃ）同士の間夫々に燃料流路（９）又は酸素含有ガ
ス流路（５）を形成してもよい。
（５）又は燃料流路（９）を形成したセル（Ｃ）の多数
を、横向き姿勢でかつ上下に並ぶ状態で、燃料流路
（９）又は酸素含有ガス流路（５）の内部に配置し、セ
ル（Ｃ）同士の間夫々に燃料流路（９）又は酸素含有ガ
ス流路（５）を形成してもよい。
（ハ） 酸素極（２）とセパレータ（４）の間に形成し
た酸素含有ガス流路（５）、及び、燃料極（３）とセパ
レータ（４）の間に形成した燃料流路（９）における導
電体（７）又は（10）の配置数は適当変更でき、また、
導電体（７）又は（10）を省略してもよい。
た酸素含有ガス流路（５）、及び、燃料極（３）とセパ
レータ（４）の間に形成した燃料流路（９）における導
電体（７）又は（10）の配置数は適当変更でき、また、
導電体（７）又は（10）を省略してもよい。
（ニ） セパレータ（４）の突条部（4a）を板状電解質
層（１）に貼付けてもよく、また、セパレータ（４）に
おいて平板状の主要部と突条部（4a）を別体にして貼付
けてもよい。
層（１）に貼付けてもよく、また、セパレータ（４）に
おいて平板状の主要部と突条部（4a）を別体にして貼付
けてもよい。
セル（Ｃ）の間の導電体（７）又は（10）を省略して
もよい。
もよい。
酸素含有ガス流路（５）に対する給気及び排気のため
の流路構成、燃料流路（９）に対する燃料供給路（16）
と水蒸気供給路（21）の接続構成や排気のための流路構
成は適当に変更でき、例えば、酸素含有ガス流路（５）
と燃料流路（９）に各別の排気路を接続してもよい。
の流路構成、燃料流路（９）に対する燃料供給路（16）
と水蒸気供給路（21）の接続構成や排気のための流路構
成は適当に変更でき、例えば、酸素含有ガス流路（５）
と燃料流路（９）に各別の排気路を接続してもよい。
エジェクター（17）の具体構造は適当に変更でき、例
えば隔壁とは別体に形成しても良い。
えば隔壁とは別体に形成しても良い。
燃料供給源は、例えば天然ガス供給要の配管やタンク
など、いかなるものでもよく、又、水蒸気供給源は、例
えば燃料電池の廃熱回収用ボイラーなど、いかなるもの
でもよい。
など、いかなるものでもよく、又、水蒸気供給源は、例
えば燃料電池の廃熱回収用ボイラーなど、いかなるもの
でもよい。
多数のセル（Ｃ）を並設して成るユニットの複数を電
気的に直列又は並列接続して設けてもよい。
気的に直列又は並列接続して設けてもよい。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
図面は本発明の実施例を示し、第１図は断面図、第２図
は第１図のII−II矢視図、第３図は第１図のIII−III矢
視図、第４図はセルの分解斜視図である。 （１）……電解質層、（２）酸素極、 （３）……燃料極、（５）……酸素含有ガス流路、 （９）……燃料流路、（16）……燃料供給路、 （17）……エジェクター、（17a）……エジェクターノ
ズル、（21）……水蒸気供給路、（Ｃ）……セル。
は第１図のII−II矢視図、第３図は第１図のIII−III矢
視図、第４図はセルの分解斜視図である。 （１）……電解質層、（２）酸素極、 （３）……燃料極、（５）……酸素含有ガス流路、 （９）……燃料流路、（16）……燃料供給路、 （17）……エジェクター、（17a）……エジェクターノ
ズル、（21）……水蒸気供給路、（Ｃ）……セル。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】電解質層（１）の一方の面に酸素極（２）
をかつ他方の面に燃料極（３）を付設した固体電解質型
セル（Ｃ）を、前記酸素極（２）が酸素含有ガス流路
（５）にかつ前記燃料極（３）が燃料流路（９）に臨む
状態で設け、炭化水素系燃料と水蒸気の反応で発生した
水素と一酸化炭素を前記燃料極（３）に供給する燃料改
質手段を設けた固体電解質型燃料電池であって、 前記燃料改質手段を形成するに、前記燃料極（３）に臨
む燃料流路（９）に、その内部で前記炭化水素系燃料と
水蒸気の反応が生じるように燃料供給路（16）と水蒸気
供給路（21）をエジェクター（17）により接続すると共
に、前記水蒸気供給路（21）に接続したエジェクターノ
ズル（17b）からの噴出蒸気流により前記燃料供給路（1
6）の炭化水素系燃料を吸引するように前記エジェクタ
ー（17）を形成してある固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232602A JP2821625B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232602A JP2821625B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0395868A JPH0395868A (ja) | 1991-04-22 |
| JP2821625B2 true JP2821625B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=16941929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1232602A Expired - Lifetime JP2821625B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2821625B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007809B2 (ja) * | 1995-03-29 | 2000-02-07 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池 |
| JP3923627B2 (ja) * | 1997-11-25 | 2007-06-06 | 株式会社東芝 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
-
1989
- 1989-09-07 JP JP1232602A patent/JP2821625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0395868A (ja) | 1991-04-22 |
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