JP4285522B2 - 燃料電池セル、燃料電池セルスタック、燃料電池装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
酸素極に供給された酸素はイオン(O2-)となり固体酸化物型電解質を透過し燃料極に到達する。O2-は燃料極に供給された燃料ガスを酸化し電子を放出する。ここで、燃料ガスは主に水素ガスであり、例えばメタノール等の水素原子を組成中に含む燃料を改質した水素ガスや副生成物の一酸化炭素が用いられる。
また、出力電圧を高める必要がある場合には、複数の発電セルを直列に接続することも行われる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の携帯型の燃料電池セルであって、前記一対の辺のうち一方の辺に隣接する部分が、前記一対の辺のうち一方の辺と段差なく設けられていることを特徴とする。
ポンプ3は、燃料容器2内の混合液を吸引して、断熱パッケージ10内の気化部4に送液するものである。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
H2+CO2→H2O+CO …(2)
生成した改質ガスは発電セル8に送出される。
酸素極83には、酸素極セパレータ85の酸素供給流路87を介して空気が送られる。
酸素極83では空気中の酸素とカソード出力電極21bより供給される電子により、次式(3)に示すように酸素イオンが生成される。
O2+4e-→2O2- …(3)
固体酸化物電解質81は酸素イオンの透過性を有し、酸素極83で生成された酸素イオンを透過させて燃料極82に到達させる。
H2+O2-→H2O+2e- …(4)
CO+O2-→CO2+2e- …(5)
熱交換器42,62内の排出流路を通過した排気ガス1及び排気ガス2は、断熱パッケージ10外へ放出される。
図3は断熱パッケージ10の斜視図であり、図4は断熱パッケージ10の内部構造を示す透視図であり、図5は図4の断熱パッケージ10の内部構造を下側から見た斜視図であり、図6は図3のVI−VI矢視断面図である。図3に示すように、断熱パッケージ10の一つの壁面を気化部4に備えられた気化器41の入口、連結部5、アノード出力電極21a、カソード出力電極21Bが貫通している。
なお、連結部5の断熱パッケージ10を貫通する部分には、電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,8aが断熱パッケージ10と導通しないように絶縁処理が施されている。
連結部5,7には発電セル8の酸素極83に供給する空気の供給流路51,71、燃料電池部20から排出される排気ガス1の排出流路52a,72a、排気ガス2の排出流路52b,72bが設けられている。また、連結部5には気化部4から改質部6に送出される気体燃料の供給流路53が設けられ、連結部7には改質部6から発電セル8の燃料極82に送出される改質ガスの供給流路73が設けられている。
燃料供給流路86,酸素供給流路87の高さ(各流路に対応する部分における、燃料極82と燃料極セパレータ84との隙間、および、酸素極83と酸素極セパレータ85との隙間)は500μm以下である。なお、燃料供給流路86,酸素供給流路87は矩形状であればよく、正方形状に限らない。
また、燃料供給流路86,酸素供給流路87の高さを500μm以下とすることで、壁面効果が大きくなるため、改質ガス、空気が矩形状の燃料供給流路86,酸素供給流路87の全域に均一に広がり、改質ガスや空気を燃料極82や酸素極83全体に均一に供給することができる。
図19(d)および(e)に示すように、必要に応じて、燃料ガスおよび空気中の酸素の流れを大きく妨げない位置に1つ以上の隔壁を設けてもよい。
また、燃料および空気中の酸素を全体に均一に供給するため、図19(a)〜(e)に示したように、流路は、流入部と流出部とを結ぶ線分に対して線対称、または、この線分の中点に対して点対称であることが好ましいが、必ずしも厳密に対称とする必要はない。
図20(a)は発電セルのスタック構造の変形例を示す模式図であり、図20(b)は図20(a)の回路図である。図20では、燃料極、固体酸化物電解質、酸素極からなる3つの単電池180,280,380を直列に接続して用いられているが、中央の単電池280は他の2つの単電池180,380とは積層方向が異なっている。
隔壁材90は矩形枠状に配置され、対角の位置に改質ガスの流入部94a、流出部94bが設けられた矩形状の燃料供給流路94を燃料極182,282の間に形成する。
隔壁材90は絶縁体からなる絶縁枠91の両面に導体からなるインターコネクト92,93が設けられてなる。インターコネクト92は燃料極182と、インターコネクト93は燃料極282とそれぞれ当接する。
隔壁材190は矩形枠状に配置され、対角の位置に空気の流入部194a、流出部194bが設けられた矩形状の酸素供給流路194を酸素極283,383の間に形成する。
隔壁材190は絶縁体からなる絶縁枠191の両面に導体からなるインターコネクト192,193が設けられてなる。インターコネクト192は酸素極283と、インターコネクト193は酸素極383とそれぞれ当接する。
燃料供給流路86及び燃料供給流路94は改質ガスを供給する図示しない改質ガス供給路に接続される。燃料供給流路86,94に改質ガスが供給されることで、燃料極182,282,382に改質ガスが供給される。
セルスタック800を約500〜1000℃程度に加熱した状態で改質ガス、空気を供給することで、上述の電気化学反応が生じ、セルスタック800による発電が行われる。
8 発電セル
10 断熱パッケージ(断熱容器)
20 燃料電池部
80 単電池
81 固体酸化物電解質(電解質)
82 燃料極
83 酸素極
84 燃料極セパレータ
85 酸素極セパレータ
86,94 燃料供給流路
87,194 酸素供給流路
100 電子機器
800 セルスタック
Claims (7)
- 電解質の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が形成された単電池と、
燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料供給流路が前記燃料極との間に形成された燃料供給手段と、
酸素極側に配置され、前記酸素極に酸素を供給する酸素供給流路が前記酸素極との間に形成された酸素供給手段とを備える携帯型の燃料電池セルにおいて、
前記燃料供給流路または前記酸素供給流路のうち少なくとも一方が、略矩形状であり、且つ、ガスの流入部および流出部を結ぶ線分に対して線対称、または、前記線分の中点に対して点対称であり、前記燃料極および前記燃料供給手段、または、前記酸素極および前記酸素供給手段のうち前記少なくとも一方の供給流路を画定する少なくとも一方の電極および少なくとも一方の供給手段は、前記少なくとも一方の電極における前記少なくとも一方の供給手段との対向面がその全体に亘って平坦であり且つ前記少なくとも一方の供給手段における前記少なくとも一方の電極との対向面がその全体に亘って平坦であり、前記少なくとも一方の電極と前記少なくとも一方の供給手段との間の隙間が前記少なくとも一方の供給流路の全体に亘って500μm以下であることを特徴とする携帯型の燃料電池セル。 - 前記少なくとも一方の供給流路は、前記ガスの流入方向に沿って延在するとともに前記ガスの流入部の両端を画定する一対の辺のうち一方の辺に隣接する部分が、前記ガスの流入方向から直進する方向に沿った形状であり、前記一対の辺のうち他方の辺に隣接する部分が、前記ガスの流入方向に垂直な方向に沿った形状であることを特徴とする請求項1に記載の携帯型の燃料電池セル。
- 前記一対の辺のうち一方の辺に隣接する部分が、前記一対の辺のうち一方の辺と段差なく設けられていることを特徴とする請求項2に記載の携帯型の燃料電池セル。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の携帯型の燃料電池セルを複数積層してなることを特徴とする携帯型の燃料電池セルスタック。
- 複数の前記携帯型の燃料電池セルの燃料供給流路同士、または、酸素供給流路同士が、互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の携帯型の燃料電池セルスタック。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の携帯型の燃料電池セル、または、請求項4または5に記載の携帯型の燃料電池セルスタックを備えることを特徴とする携帯型の燃料電池装置。
- 請求項6に記載の携帯型の燃料電池装置を備えることを特徴とする携帯型の電子機器。
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