JP2964520B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JP2964520B2 JP2964520B2 JP2022742A JP2274290A JP2964520B2 JP 2964520 B2 JP2964520 B2 JP 2964520B2 JP 2022742 A JP2022742 A JP 2022742A JP 2274290 A JP2274290 A JP 2274290A JP 2964520 B2 JP2964520 B2 JP 2964520B2
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- air
- air electrode
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池に関し、特に電極配置に係り、
電池部材の腐食を防止することに関するものである。
電池部材の腐食を防止することに関するものである。
第３図は例えば特開昭59−151771号公報に示された従
来の燃料電池の破断面斜視図であり、図において、
（１）は電解質を含む電解質マトリックス、（２）およ
び（３）は電解質マトリックス（１）を挟持する空気極
および燃料極である。（４）および（５）は各々の電極
に空気および燃料を供給するガス流路である。（６）は
ガス流路を形成するとともに両ガスが混合しないように
分離するガス分離板である。この構成を単位として複数
個積層して燃料電池は構成される。
来の燃料電池の破断面斜視図であり、図において、
（１）は電解質を含む電解質マトリックス、（２）およ
び（３）は電解質マトリックス（１）を挟持する空気極
および燃料極である。（４）および（５）は各々の電極
に空気および燃料を供給するガス流路である。（６）は
ガス流路を形成するとともに両ガスが混合しないように
分離するガス分離板である。この構成を単位として複数
個積層して燃料電池は構成される。
次に動作について説明する。例ばH2（水素）を含む燃
料ガス流路（５）に供給すると燃料極（３）ではH2→2H
+＋2e-で示される電気化学反応でH+（水素イオン）とe-
（電子）を生じる。H+は電解質マトリックス（１）中の
電解質中を移動し空気極（２）へ、一方e-は外部電気回
路を通じ空気極（２）へ移動する。空気極（２）では供
給される空気中のO2（酸素）と1/2O2＋2H+＋2e-→H2Oな
る電気化学反応を生じる。燃料と空気を供給し続けるか
ぎり、上記反応で外部電気回路で電気エネルギーを取り
出すことができる。
料ガス流路（５）に供給すると燃料極（３）ではH2→2H
+＋2e-で示される電気化学反応でH+（水素イオン）とe-
（電子）を生じる。H+は電解質マトリックス（１）中の
電解質中を移動し空気極（２）へ、一方e-は外部電気回
路を通じ空気極（２）へ移動する。空気極（２）では供
給される空気中のO2（酸素）と1/2O2＋2H+＋2e-→H2Oな
る電気化学反応を生じる。燃料と空気を供給し続けるか
ぎり、上記反応で外部電気回路で電気エネルギーを取り
出すことができる。
従来の燃料電池では第３図のように空気極（２）が燃
料の供給のない（あるいはH+の供給のない）空気極ガス
流路端部まで延長されているので燃料（あるいはH+）の
供給のない部分では電流が流れず、同部分の空気極
（２）および同部分に接するガス分離板（６）の電位が
高くなり、同部分の空気極（２）およびガス分離板
（６）が腐食する問題があり、信頼性が低いものであっ
た。
料の供給のない（あるいはH+の供給のない）空気極ガス
流路端部まで延長されているので燃料（あるいはH+）の
供給のない部分では電流が流れず、同部分の空気極
（２）および同部分に接するガス分離板（６）の電位が
高くなり、同部分の空気極（２）およびガス分離板
（６）が腐食する問題があり、信頼性が低いものであっ
た。
また、特開昭62−232864号公報にはこの腐食防止の一
手段としてガス分離板の改良をはかろうとしているが、
前述のように空気極の寸法・配置に改善がなければ、電
位（電気化学的電位）が高く耐食性を満たす具体的な材
料はないと考えられる。しかも、空気極の同部分の防食
に対しては効果が期待されないという問題があった。
手段としてガス分離板の改良をはかろうとしているが、
前述のように空気極の寸法・配置に改善がなければ、電
位（電気化学的電位）が高く耐食性を満たす具体的な材
料はないと考えられる。しかも、空気極の同部分の防食
に対しては効果が期待されないという問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになさ
れたもので、信頼性の高い燃料電池を得ることを目的と
する。
れたもので、信頼性の高い燃料電池を得ることを目的と
する。
この発明に係る燃料電池は、電解質マトリックスと、
この電解質マトリックスを挟む空気極及び燃料極と、こ
の空気極及び燃料極を挟む一対のプレートと、上記空気
極側のプレートに、所定方向に沿って設けられた空気供
給用の溝と、上記燃料極側のプレートに、上記空気供給
用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料供給用の溝
とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マトリックス
を介して上記燃料極と対向するように、上記空気極を上
記燃料極より小さな寸法にしたものである。
この電解質マトリックスを挟む空気極及び燃料極と、こ
の空気極及び燃料極を挟む一対のプレートと、上記空気
極側のプレートに、所定方向に沿って設けられた空気供
給用の溝と、上記燃料極側のプレートに、上記空気供給
用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料供給用の溝
とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マトリックス
を介して上記燃料極と対向するように、上記空気極を上
記燃料極より小さな寸法にしたものである。
この発明における燃料電池では、電解質マトリックス
と、この電解質マトリックスを挟む空気極及び燃料極
と、この空気極及び燃料極を挟む一対のプレートと、上
記空気極側のプレートに、所定方向に沿って設けられた
空気供給用の溝と、上記燃料極側のプレートに、上記空
気供給用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料供給
用の溝とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マトリ
ックスを介して上記燃料極と対向するように、上記空気
極を上記燃料極より小さな寸法にしたので、空気極全面
に燃料あるいはH+の供給がなされ、負荷電流が流れるア
クティブ部分となることにより、酸化される物質の供給
と電位が低く保たれ空気極およびこれに接するガス分離
板の腐食が防止される。
と、この電解質マトリックスを挟む空気極及び燃料極
と、この空気極及び燃料極を挟む一対のプレートと、上
記空気極側のプレートに、所定方向に沿って設けられた
空気供給用の溝と、上記燃料極側のプレートに、上記空
気供給用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料供給
用の溝とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マトリ
ックスを介して上記燃料極と対向するように、上記空気
極を上記燃料極より小さな寸法にしたので、空気極全面
に燃料あるいはH+の供給がなされ、負荷電流が流れるア
クティブ部分となることにより、酸化される物質の供給
と電位が低く保たれ空気極およびこれに接するガス分離
板の腐食が防止される。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（１）は電解質を含む電解質マトリック
ス、（21）および（３）は電解質マトリックスを挟持す
る空気極および燃料極である。特に、空気極（21）（厳
密には触媒層部分）は燃料極（３）（厳密には触媒層部
分）より小さく構成され、空気極（21）が、燃料（ある
いはH+）の供給される供給範囲よりも小さくなるように
している。（４）および（５）は各々の電極に空気およ
び燃料を供給するガス流路で、これらの流路は互いに異
なる方向に沿って形成されている。（６）は複合ガス分
離板で、板の両面を流れるガスの混合を防ぐ緻密層（6
a）、板の端部よりガスの漏れを防ぐ端部緻密部（6
b）、およびガス供給の溝形成するとともに内部をガス
を通過させ電極ガス供給を果す多孔部（6c）より構成さ
れる。（７）は、空気極（21）の端部に位置し隙間を埋
め積層部材を支持するスペーサである。（８）は電極の
両端部に位置し供給ガスが外部へ漏れるのを防ぐ層間シ
ールである。以上の構造を単位として複数個積層して燃
料電池は構成される。
１図において、（１）は電解質を含む電解質マトリック
ス、（21）および（３）は電解質マトリックスを挟持す
る空気極および燃料極である。特に、空気極（21）（厳
密には触媒層部分）は燃料極（３）（厳密には触媒層部
分）より小さく構成され、空気極（21）が、燃料（ある
いはH+）の供給される供給範囲よりも小さくなるように
している。（４）および（５）は各々の電極に空気およ
び燃料を供給するガス流路で、これらの流路は互いに異
なる方向に沿って形成されている。（６）は複合ガス分
離板で、板の両面を流れるガスの混合を防ぐ緻密層（6
a）、板の端部よりガスの漏れを防ぐ端部緻密部（6
b）、およびガス供給の溝形成するとともに内部をガス
を通過させ電極ガス供給を果す多孔部（6c）より構成さ
れる。（７）は、空気極（21）の端部に位置し隙間を埋
め積層部材を支持するスペーサである。（８）は電極の
両端部に位置し供給ガスが外部へ漏れるのを防ぐ層間シ
ールである。以上の構造を単位として複数個積層して燃
料電池は構成される。
燃料電池の動作について説明する。空気極（21）を燃
料極（３）における燃料が供給される供給範囲（ここで
は、燃料極（３）の全面）内に限定しているので、負荷
電流も流れ正常な電池反応が行われ、空気極（21）の電
位（電気化学的電位）は低く保たれる。スペーサ部およ
び同部の接するガス分離板（６）部分は、電解液から分
離されておりまた、電極触媒も存在しないので電気化学
的に独立しており高い電位（電気化学的電位）にさらさ
れることがない。このため空気極およびガス分離板の空
気極ガス流路端部の腐食は防止される。
料極（３）における燃料が供給される供給範囲（ここで
は、燃料極（３）の全面）内に限定しているので、負荷
電流も流れ正常な電池反応が行われ、空気極（21）の電
位（電気化学的電位）は低く保たれる。スペーサ部およ
び同部の接するガス分離板（６）部分は、電解液から分
離されておりまた、電極触媒も存在しないので電気化学
的に独立しており高い電位（電気化学的電位）にさらさ
れることがない。このため空気極およびガス分離板の空
気極ガス流路端部の腐食は防止される。
第２図に電池内部、電位の一例について説明を加え
る。図中（９）は正常な空気極（21）の分極曲線、（1
0）は正常な燃料極（３）の分極曲線である。（11）は
燃料（あるいはH+）が欠乏した場合の燃料極（３）の分
極曲線である。（12）は電池の端子電圧に相当する。正
常動作部では空気極（21）の電位はＡで示す部分にあり
通常0.8V（VS.RHE）程度以下に保てば実用的に腐食する
ことはない。燃料（あるいはH+）が欠乏した空気極（2
1）部分はＢで示す高い電位に、また電流が流れない空
気極（21）部分ではＣで示す高い電位になるため腐食が
生じるが、上記実施例では第２図中のB,Cの電位になる
部分をなくしたので腐食が生じなくなる。
る。図中（９）は正常な空気極（21）の分極曲線、（1
0）は正常な燃料極（３）の分極曲線である。（11）は
燃料（あるいはH+）が欠乏した場合の燃料極（３）の分
極曲線である。（12）は電池の端子電圧に相当する。正
常動作部では空気極（21）の電位はＡで示す部分にあり
通常0.8V（VS.RHE）程度以下に保てば実用的に腐食する
ことはない。燃料（あるいはH+）が欠乏した空気極（2
1）部分はＢで示す高い電位に、また電流が流れない空
気極（21）部分ではＣで示す高い電位になるため腐食が
生じるが、上記実施例では第２図中のB,Cの電位になる
部分をなくしたので腐食が生じなくなる。
なお、実施例では従来例における空気極（21）相当部
を空気極（２）とスペーサ（７）に分けて示したが、例
えば空気極（21）が基材と触媒層からなるような場合に
は、基材をそのまま端部まで延長した形とし前記実施例
のスペーサ（７）相当部を電解質が浸み込まない揆水性
のある材料を電極触媒層の厚さと一致させて設置しても
よい。
を空気極（２）とスペーサ（７）に分けて示したが、例
えば空気極（21）が基材と触媒層からなるような場合に
は、基材をそのまま端部まで延長した形とし前記実施例
のスペーサ（７）相当部を電解質が浸み込まない揆水性
のある材料を電極触媒層の厚さと一致させて設置しても
よい。
以上のように、この発明による燃料電池は、電解質マ
トリックスと、この電解質マトリックスを挟む空気極及
び燃料極と、この空気極及び燃料極を挟む一対のプレー
トと、上記空気極側のプレートに所定方向に沿って設け
られた空気供給用の溝と、上記燃料極側のプレートに上
記空気供給用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料
供給用の溝とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マ
トリックスを介して上記燃料極と対向するように、上記
空気極を上記燃料極より小さな寸法にしているので、空
気供給用の溝の端部等、燃料の供給のない部分に空気極
が形成されず、空気極全面に燃料あるいはH+の供給をす
ることができ、その結果、空気極およびガス分離板の電
位が低く抑えられ、この部分での腐食を防止でき、燃料
電池を長時間安定に動作させることができる。
トリックスと、この電解質マトリックスを挟む空気極及
び燃料極と、この空気極及び燃料極を挟む一対のプレー
トと、上記空気極側のプレートに所定方向に沿って設け
られた空気供給用の溝と、上記燃料極側のプレートに上
記空気供給用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料
供給用の溝とを備え、上記空気極の各部が上記電解質マ
トリックスを介して上記燃料極と対向するように、上記
空気極を上記燃料極より小さな寸法にしているので、空
気供給用の溝の端部等、燃料の供給のない部分に空気極
が形成されず、空気極全面に燃料あるいはH+の供給をす
ることができ、その結果、空気極およびガス分離板の電
位が低く抑えられ、この部分での腐食を防止でき、燃料
電池を長時間安定に動作させることができる。
第１図はこの発明の一実施例による燃料電池を示す斜視
図、第２図はこの発明に係る電池内部の電位についての
説明図、第３図は従来の燃料電池をます破断面斜視図で
ある。 図において、（１）は電解質マトリックス、（21）は空
気極、（３）は燃料極である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
図、第２図はこの発明に係る電池内部の電位についての
説明図、第３図は従来の燃料電池をます破断面斜視図で
ある。 図において、（１）は電解質マトリックス、（21）は空
気極、（３）は燃料極である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電解質マトリックスと、 この電解質マトリックスを挟む空気極及び燃料極と、 この空気極及び燃料極を挟む一対のプレートと、 上記空気極側のプレートに、所定方向に沿って設けられ
た空気供給用の溝と、上記燃料極側のプレートに、上記
空気供給用の溝と異なる方向に沿って設けられた燃料供
給用の溝と を備え、 上記空気極の各部が上記電解質マトリックスを介して上
記燃料極と対向するように、上記空気極を上記燃料極よ
り小さな寸法にすることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022742A JP2964520B2 (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022742A JP2964520B2 (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03226972A JPH03226972A (ja) | 1991-10-07 |
| JP2964520B2 true JP2964520B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=12091163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022742A Expired - Fee Related JP2964520B2 (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2964520B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4503994B2 (ja) * | 2003-11-28 | 2010-07-14 | 株式会社東芝 | 固体高分子型燃料電池 |
-
1990
- 1990-02-01 JP JP2022742A patent/JP2964520B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03226972A (ja) | 1991-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |