JP4982951B2 - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP4982951B2 JP4982951B2 JP2005028451A JP2005028451A JP4982951B2 JP 4982951 B2 JP4982951 B2 JP 4982951B2 JP 2005028451 A JP2005028451 A JP 2005028451A JP 2005028451 A JP2005028451 A JP 2005028451A JP 4982951 B2 JP4982951 B2 JP 4982951B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- container
- humidity
- fuel cell
- electrolyte membrane
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、中空形状の電解質膜を有するセルモジュールを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell including a cell module having a hollow electrolyte membrane.
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された2つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。中でも、固体高分子電解質型燃料電池は、電解質として固体高分子電解質膜を用いる燃料電池であり、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。 A fuel cell directly converts chemical energy into electrical energy by supplying fuel and an oxidant to two electrically connected electrodes and causing the fuel to be oxidized electrochemically. Unlike thermal power generation, it is not subject to the Carnot cycle, so it exhibits high energy conversion efficiency. Among them, the solid polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that uses a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte, and has advantages such as easy miniaturization and operation at a low temperature. It is attracting attention as a power source for mobile objects.
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノードでは(1)式の反応が進行する。
H2 → 2H+ + 2e− ・・・(1)
(1)式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソードに到達する。そして、(1)式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell, when hydrogen is used as the fuel, the reaction of the formula (1) proceeds at the anode.
H 2 → 2H + + 2e − (1)
The electrons generated by the equation (1) reach the cathode after working with an external load via an external circuit. Then, the proton generated in the formula (1) moves by electroosmosis from the anode side to the cathode side in the solid polymer electrolyte membrane in a state of being hydrated with water.
また、酸素を酸化剤とした場合、カソードでは(2)式の反応が進行する。
4H+ + O2 + 4e− → 2H2O ・・・(2)
カソードで生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。
このように、燃料電池は水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。
Further, when oxygen is used as the oxidizing agent, the reaction of the formula (2) proceeds at the cathode.
4H + + O 2 + 4e − → 2H 2 O (2)
The water produced at the cathode mainly passes through the gas diffusion layer and is discharged to the outside.
As described above, the fuel cell is a clean power generation device having no emission other than water.
従来、固体高分子電解質型燃料電池としては主に、平面状の固体高分子電解質膜の一面にアノード及び他面にカソードとなる触媒層を設け、得られた平面状の膜・電極接合体の両側にさらにそれぞれガス拡散層を設け、最後に平面状のセパレータで挟みこむことによって作製される平型の単セルを、複数積層することで得られる燃料電池スタックを有するものが開発されてきた。 Conventionally, as a solid polymer electrolyte fuel cell, a catalyst layer serving as an anode and a cathode is provided on one surface of a planar solid polymer electrolyte membrane, and the resulting planar membrane / electrode assembly is obtained. There has been developed a fuel cell stack obtained by laminating a plurality of flat single cells prepared by further providing gas diffusion layers on both sides and finally sandwiching them with a planar separator.
固体高分子電解質型燃料電池の出力密度向上のために、固体高分子電解質膜としては非常に膜厚の薄いプロトン伝導性高分子膜が用いられている。この膜厚は100μm以下のものが主流であり、さらなる出力密度向上のためにさらに薄い電解質膜を用いたとしても、単セルの厚みを現在のものより劇的に薄くすることはできない。同様に、触媒層、ガス拡散層及びセパレータ等についてもそれぞれ薄膜化が進んでいるが、それらすべての部材の薄膜化によっても、単位体積当たりの出力密度の向上には限界がある。
また、前記セパレータには、通常、腐食性に優れたシート状のカーボン材料を用いる。このカーボン材料自体も高価であるが、さらに、平面状の膜・電極接合体の面全体にほぼ均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを行き渡らせるために、前記セパレータの面上には、通常、ガス流路となる溝を微細加工するので、その加工によって、セパレータは非常に高価になってしまい、燃料電池の製造原価を押し上げていた。
In order to improve the output density of the solid polymer electrolyte fuel cell, a proton conductive polymer membrane having a very thin film thickness is used as the solid polymer electrolyte membrane. The film thickness of 100 μm or less is the mainstream, and even if a thinner electrolyte membrane is used to further improve the power density, the thickness of the single cell cannot be dramatically reduced from the present one. Similarly, the catalyst layer, the gas diffusion layer, the separator, and the like have been made thinner, but there is a limit to the improvement of the output density per unit volume even by making all these members thinner.
In addition, a sheet-like carbon material having excellent corrosivity is usually used for the separator. This carbon material itself is also expensive. However, in order to distribute the fuel gas and the oxidant gas almost uniformly over the entire surface of the planar membrane / electrode assembly, a gas is usually provided on the surface of the separator. Since the groove to be the flow path is finely processed, the processing makes the separator very expensive, which increases the manufacturing cost of the fuel cell.
以上の問題の他にも、平型の単セルには、前記ガス流路から燃料ガス及び酸化剤ガスが漏れ出さないように積層された複数の単セルの周縁を確実にシールすることが技術的に難しいこと、平面状の膜・電極接合体のたわみや変形に起因して発電効率が低下してしまうことがあることなど、多くの問題がある。 In addition to the above problems, it is a technology to reliably seal the periphery of a plurality of unit cells stacked so that fuel gas and oxidant gas do not leak from the gas flow path in the flat unit cell. There are many problems such as difficulty in power generation and reduction in power generation efficiency due to deflection or deformation of the planar membrane / electrode assembly.
近年、中空状電解質膜の内面側と外面側にそれぞれ電極を設けたセルモジュールを基本的な発電単位とする固体高分子電解質型燃料電池が開発されている。(例えば、特許文献1〜4参照)。
通常このような中空形状のセルモジュールを有する燃料電池では、平型で使用されるセパレータに相当する部材は使用する必要がない。そして、その内面と外面とにそれぞれ異なった種類のガスを供給して発電するので、特別にガス流路を形成する必要もない。従って、その製造においては、製造コストの低減が見込まれる。さらに、セルモジュールが3次元形状であるので、平型の単セルに比べて体積に対する比表面積が大きくとれ、体積当たりの発電出力密度の向上が見込める。
In recent years, a solid polymer electrolyte fuel cell has been developed in which a cell module having electrodes on the inner surface side and outer surface side of a hollow electrolyte membrane is used as a basic power generation unit. (For example, see Patent Documents 1 to 4).
Usually, in a fuel cell having such a hollow cell module, it is not necessary to use a member corresponding to a separator used in a flat type. Since different types of gas are supplied to the inner surface and the outer surface for power generation, it is not necessary to form a gas flow path. Therefore, the manufacturing cost is expected to be reduced. Further, since the cell module has a three-dimensional shape, the specific surface area with respect to the volume can be increased as compared with the flat single cell, and the power generation output density per volume can be expected to be improved.
ところで、電解質膜としてプロトン伝導膜の一つである固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池においては、アノードで生じたプロトンは水と水和した状態で高分子電解質膜内をアノード側からカソード側へと移動するため、高分子電解質膜の含水率が低い状態ではプロトン伝導性が低下する。従って、高分子電解質膜の含水率を高い状態に保持し、乾燥を防止することが重要となる。また、高分子電解質膜の両面に形成された電極が乾燥していると電解質膜を高い湿潤状態に保つことができないため、電極も高い湿潤状態にする必要がある。
一方で、電極内に過度の水分が存在し、電極が水浸しの状態になると、電極内における反応ガスの拡散性が低下し、発電に必要な充分量の反応ガスが電極に供給されなくなり、燃料電池の発電性能が低下してしまう。
従って、固体高分子型燃料電池においては、電解質膜と電極を適度な湿潤状態に保つ必要がある。
By the way, in a polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane that is one of proton conducting membranes as an electrolyte membrane, protons generated at the anode are hydrated with water in the polymer electrolyte membrane. Since the polymer electrolyte membrane moves from the cathode side to the cathode side, proton conductivity decreases when the water content of the polymer electrolyte membrane is low. Therefore, it is important to keep the moisture content of the polymer electrolyte membrane high and prevent drying. In addition, if the electrodes formed on both sides of the polymer electrolyte membrane are dry, the electrolyte membrane cannot be kept in a high wet state, so that the electrode also needs to be in a high wet state.
On the other hand, if excessive moisture is present in the electrode and the electrode is in a water-immersed state, the diffusibility of the reaction gas in the electrode is reduced, and a sufficient amount of the reaction gas necessary for power generation is not supplied to the electrode. The power generation performance of the battery is reduced.
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to keep the electrolyte membrane and the electrode in a proper wet state.
中空状のセルモジュールは、上述したように比表面積が大きいことから、セルモジュールの外表面に設けられた電極から放出される水分量が特に多い。従って、電極や電解質膜が乾燥しやすく、燃料電池の発電性能が低下してしまう。
本発明は、中空セルモジュールを備えた燃料電池において、セルモジュールを取り囲む環境の湿度を燃料電池の発電に適した状態に調節することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
Since the hollow cell module has a large specific surface area as described above, the amount of water released from the electrode provided on the outer surface of the cell module is particularly large. Therefore, the electrode and the electrolyte membrane are easily dried, and the power generation performance of the fuel cell is lowered.
An object of the present invention is to provide a fuel cell having a hollow cell module, in which the humidity of the environment surrounding the cell module can be adjusted to a state suitable for power generation of the fuel cell.
本発明の燃料電池は、中空電解質膜と、当該中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールを備えた燃料電池であって、前記セルモジュールは、前記一対の電極のうち生成水を生成する電極を中空電解質膜の外面側に有し、且つ、水分不透過性の容器内に収容され、前記容器には、当該容器の内部空間の湿度を調節する湿度調節手段が備えられていることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising a cell module having a hollow electrolyte membrane and a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of the hollow electrolyte membrane, the cell module comprising the pair of electrodes. Among them, an electrode for generating generated water is provided on the outer surface side of the hollow electrolyte membrane, and is housed in a moisture-impermeable container, and the container has humidity adjusting means for adjusting the humidity of the internal space of the container. It is provided.
本発明の燃料電池は、中空形状のセルモジュールの外面側に生成水を生成する電極が設けられているが、セルモジュールが水分不透過性を有する容器内に収容されているため、セルモジュールの外面側に設けられた生成水を生成する電極から排出される水蒸気や水滴等の水分によって、容器内を高湿度状態に保持することが可能である。その結果、セルモジュールの電解質膜や電極は適度な湿潤状態に保持されるため、電解質膜の乾燥による燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。
しかも、セルモジュールが収容される容器には、当該容器の内部空間の湿度を調節することができる湿度調節手段が設けられているため、容器内の湿度が過度に高くなることを防止することができ、電極内に余剰の水分が滞留することによる発電性能の低下も防止される。
In the fuel cell of the present invention, an electrode for generating generated water is provided on the outer surface side of the hollow cell module. However, since the cell module is housed in a container having moisture impermeability, The inside of the container can be kept in a high humidity state by moisture such as water vapor or water droplets discharged from an electrode for generating generated water provided on the outer surface side. As a result, the electrolyte membrane and the electrode of the cell module are maintained in a moderately wet state, so that it is possible to prevent a decrease in power generation performance of the fuel cell due to drying of the electrolyte membrane.
Moreover, since the container in which the cell module is accommodated is provided with a humidity adjusting means capable of adjusting the humidity of the internal space of the container, it is possible to prevent the humidity in the container from becoming excessively high. It is possible to prevent a decrease in power generation performance due to excess water remaining in the electrode.
前記湿度調節手段の一形態例としては、前記容器の内部空間を外部空間と連通及び遮断することが可能な開閉窓が挙げられる。また、前記開閉窓の具体的な構成例としては、前記容器の外壁に沿ってスライドするシャッター部によって開閉され、前記開閉窓の開口部の面積を調節することが可能なものが挙げられる。 As an example of the humidity adjusting means, there is an opening / closing window capable of communicating and blocking the internal space of the container with the external space. In addition, as a specific configuration example of the opening / closing window, one that can be opened / closed by a shutter portion that slides along the outer wall of the container and that can adjust the area of the opening portion of the opening / closing window can be mentioned.
前記容器の内部空間の湿度は、当該容器の内部空間の湿度を検知する湿度検出手段を設け、当該湿度検出手段により検出された湿度に応じて調節することができる。前記湿度検出手段としては燃料電池の出力を検出する手段が挙げられ、当該出力検出手段により検出された出力に応じて、前記容器の内部空間の湿度を調節することができる。 The humidity of the internal space of the container can be adjusted according to the humidity detected by the humidity detection means by providing humidity detection means for detecting the humidity of the internal space of the container. Examples of the humidity detecting means include means for detecting the output of the fuel cell, and the humidity of the internal space of the container can be adjusted according to the output detected by the output detecting means.
本発明によれば、セルモジュールの湿潤状態を燃料電池の運転に適した状態に適宜調節することが可能であるため、セルモジュールの不適切な湿潤状態による燃料電池の発電性能への影響が少なく、優れた発電性能を示し、安定した電力を供給することが可能である。 According to the present invention, since the wet state of the cell module can be appropriately adjusted to a state suitable for the operation of the fuel cell, the influence of the inappropriate wet state of the cell module on the power generation performance of the fuel cell is small. It shows excellent power generation performance and can supply stable power.
本発明の燃料電池は、中空電解質膜と、当該中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールを備えた燃料電池であって、前記セルモジュールは、前記一対の電極のうち生成水を生成する電極を中空電解質膜の外面側に有し、且つ、水分不透過性の容器内に収容され、前記容器には、当該容器の内部空間の湿度を調節する湿度調節手段が備えられていることを特徴とするものである。 The fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising a cell module having a hollow electrolyte membrane and a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of the hollow electrolyte membrane, the cell module comprising the pair of electrodes. Among them, an electrode for generating generated water is provided on the outer surface side of the hollow electrolyte membrane, and is housed in a moisture-impermeable container, and the container has humidity adjusting means for adjusting the humidity of the internal space of the container. It is characterized by being provided.
以下、本発明の燃料電池を、電解質膜としてプロトン伝導膜の一種である固体高分子電解質膜を用いた場合を例に説明する。尚、ここでは、固体高分子電解質膜としてパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いている。 Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described by taking as an example a case where a solid polymer electrolyte membrane which is a kind of proton conducting membrane is used as an electrolyte membrane. Here, a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane is used as the solid polymer electrolyte membrane.
まず、図1、図2を用いて、本発明の燃料電池の一形態を説明する。図1は、本発明において用いられるセルモジュールの一形態例を示す図である。 First, an embodiment of the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an example of a cell module used in the present invention.
図1において、セルモジュール101は、チューブ状の電解質膜(パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜)1を有し、生成水を生成する電極(以下、第1の電極ということがある。本実施形態においてはカソード)2が電解質膜1の中空外面側に、生成水を生成する電極と対をなす他方の電極(以下、第2の電極ということがある。本実施形態においてはアノード)3が電解質膜1の中空内面側に形成されている。第2の電極(アノード)3の内側には、第2の電極に供給される反応ガスが流入する中空部(通常、水素ガス等の燃料ガスの流路)4が形成されている。第1の電極2及び第2の電極3には、集電体5,6がそれぞれ接続されており、集電体5,6の一端は出力端子として機能する。
1, the
図2は、セルモジュールを複数配列して収容した容器の一形態例を示す断面斜視図である。図2において、複数のセルモジュール101は、支持板(図示せず)により支持されて配列した状態で容器7内に収容されている。容器7内に収容された複数のセルモジュールは、カソード端子5(図示せず)及びアノード端子6(図示せず)を束ねて並列又は直列接続したセル群を構成している。容器7の内部空間は酸化剤ガス(一般的には、空気)供給源(図示せず)に、セルモジュール101の中空部4は燃料ガス(一般的には、水素ガス)供給源(図示せず)に連通しており、各電極2,3にそれぞれ反応ガスが供給されるようになっている。
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing an embodiment of a container in which a plurality of cell modules are arranged and accommodated. In FIG. 2, the plurality of
容器7は、水蒸気や水滴等の水分に対して不透過性を有している。但し、完全な水分不透過性でなくてもよく、当該容器7の内部空間と外部空間との湿度を異にすることができればよい。本実施形態においては、容器7は、当該容器7の内部空間に酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス流入口及び酸化剤ガス流出口、並びに、セルモジュール101の中空部4に燃料ガスを通流させる燃料ガス流入口及び燃料ガス流出口、並びに、開閉窓8(開口時)以外は、外部空間から遮断され、且つ、水分を実質的に透過させない材料で形成されている。
The container 7 is impermeable to moisture such as water vapor and water droplets. However, it does not have to be completely impermeable to water, and it is sufficient that the humidity of the internal space and the external space of the container 7 can be made different. In the present embodiment, the container 7 passes the fuel gas through the oxidant gas inlet and the oxidant gas outlet through which the oxidant gas flows into the internal space of the container 7 and the hollow portion 4 of the
本発明の燃料電池のセルモジュールは、中空形状の電解質膜1の外面側に生成水を生成する第1の電極(カソード)2が設けられているため、上記のような水分不透過性の容器7内に収容されると、第1の電極から排出される水分(第1の電極で生成した水分、反応ガスと共に電極に供給された水分、第2の電極からプロトンに随伴して移動してきた水分等)によって、容器7の内部空間の湿度が高く保持される。それに伴い、セルモジュールの電極や電解質膜の湿潤状態が高く保たれるため、電極や電解質膜の乾燥による燃料電池の発電性能の低下を防止することが可能である。このように本発明においては、セルモジュールの中空外面側に設けられた電極から排出される水分を利用してセルモジュール内の湿潤状態を高く保ち、セルモジュールの湿潤状態を発電に適した状態にすることができる。
また、本発明の燃料電池は、外部空間とある程度遮断された容器内にセルモジュールを収容することによって、セルモジュールの温度を保持することが可能となり、電極反応を安定させることができるという利点も有する。
Since the cell module of the fuel cell of the present invention is provided with the first electrode (cathode) 2 for generating generated water on the outer surface side of the hollow electrolyte membrane 1, the moisture impermeable container as described above is provided. 7, moisture discharged from the first electrode (water generated by the first electrode, water supplied to the electrode together with the reaction gas, and moved from the second electrode accompanying protons) The humidity of the internal space of the container 7 is kept high by moisture and the like. Accordingly, the wet state of the electrode and electrolyte membrane of the cell module is kept high, so that it is possible to prevent the power generation performance of the fuel cell from being lowered due to the drying of the electrode and electrolyte membrane. As described above, in the present invention, the wet state in the cell module is kept high by utilizing moisture discharged from the electrode provided on the hollow outer surface side of the cell module, and the wet state of the cell module is made suitable for power generation. can do.
The fuel cell of the present invention also has the advantage that the temperature of the cell module can be maintained and the electrode reaction can be stabilized by accommodating the cell module in a container that is somewhat blocked from the external space. Have.
本実施形態において、容器7は円柱状であるが、容器7の形状は特に限定されず、適宜設計すればよい。また、容器7を形成する材料は、水分不透過性を有しているものであれば特に限定されないが、収容されるセルモジュールの配列状態を保持、さらには必要に応じてセルモジュールを機械的衝撃から守ることができる強度を有するものであることが好ましい。また、固体高分子型燃料電池において、カソードで生成される生成水そのものは純水であるが、アノード側からプロトンに随伴して移動してきた水分子等と混合する結果、カソードから排出される水分は通常酸性を示すことから、耐食性に優れる材料であることが好ましい。具体的には、プラスチック、ステンレス鋼、金、Ti合金等が挙げられ、特に、ステンレス鋼、金、Ti合金が好ましい。ステンレス鋼としてはSUS316等、Ti合金としてはTiVa、TiSi2等が挙げられる。容器は単一の材料で形成されていても、複数の材料を組み合わせて形成されていてもよい。 In the present embodiment, the container 7 has a cylindrical shape, but the shape of the container 7 is not particularly limited, and may be appropriately designed. The material for forming the container 7 is not particularly limited as long as it has moisture impermeability, but the arrangement of the cell modules to be accommodated is maintained, and the cell modules are mechanically operated as necessary. It is preferable that it has the intensity | strength which can protect from an impact. Also, in the polymer electrolyte fuel cell, the water produced at the cathode itself is pure water, but the water discharged from the cathode as a result of mixing with water molecules etc. that have moved along with protons from the anode side. Since it usually shows acidity, it is preferably a material having excellent corrosion resistance. Specific examples include plastic, stainless steel, gold, Ti alloy, and stainless steel, gold, and Ti alloy are particularly preferable. The stainless steel SUS316 or the like, as the Ti alloy Tiva, TiSi 2, and the like. The container may be formed of a single material or a combination of a plurality of materials.
容器7には、当該容器7の内部空間の湿度を調節する湿度調節手段として、容器7の内部空間を外部空間と連通及び遮断することが可能な開閉窓8が設けられている。開閉窓8を閉じている場合、容器7の内部空間は高い湿度を保持することができる。一方、開閉窓8を開いている場合、容器7の内部空間は外部空間と連通し、水分を外部空間へと放出することによって湿度を下げることができる。
すなわち、容器7の内部空間の湿度が低く、セルモジュールを構成する電解質膜や電極が乾燥気味の場合には、開閉窓8を閉じることによって、容器内の湿度を高め、電解質膜や電極の湿潤状態を高くすることができる。一方、容器7内の湿度が過度に上昇し、電極に余剰の水分が滞留することで反応ガスの電極における拡散が妨げられる場合には、開閉窓8を開くことによって、容器内の湿度を下げ、電極を適度な湿潤状態にすることができる。
The container 7 is provided with an opening /
That is, when the humidity of the internal space of the container 7 is low and the electrolyte membrane or electrode constituting the cell module is dry, the humidity in the container is increased by closing the open /
以上のように、本発明の燃料電池によれば、開閉窓8のような湿度調節手段によって、セルモジュールを収容する容器内の湿度を調節することが可能であり、その結果、電解質膜や電極を燃料電池の発電に適した湿度に保つことができる。従って、本発明の燃料電池は、燃料電池の運転状態、外部空間の温度や湿度等に大きく影響されることなく、高い発電性能を示す。
As described above, according to the fuel cell of the present invention, it is possible to adjust the humidity in the container housing the cell module by the humidity adjusting means such as the open /
開閉窓8の開閉は、容器7の内部空間の湿度(相対湿度)が燃料電池の運転に適した状態となるように、容器7内の内部空間の露点を目安として、容器7の内部空間の湿度と共に、外部空間の湿度や温度に応じて、開閉時間、開閉の度合い等を調節すればよい。このとき、容器7の内部空間内を通流する反応ガスの拡散を阻害しないように窓の開閉を行うことが好ましい。
尚、本実施形態においては、セルモジュールの外面側に設けられた電極(カソード2)に供給される反応ガス(酸化剤ガス)が空気であることから、開閉窓8による容器内部空間の外部空間への開放によって、内部空間を通流する反応ガスと外部空間の空気とが混合することによる問題は生じない。また、本実施形態では外面側に設けられたカソードに空気が必要に応じて自由に供給されるため、電極反応成分である酸素の分圧が変化することもない。
The open /
In this embodiment, since the reaction gas (oxidant gas) supplied to the electrode (cathode 2) provided on the outer surface side of the cell module is air, the external space of the container internal space by the opening /
本発明の燃料電池において、加湿調節手段として容器に設けられる窓の構成は、窓の開閉により容器内の湿度を調節することができるものであればよく、図2に示したような開閉窓に限定されない。図2に示す本実施形態における開閉窓8は、容器7の外壁に沿ってスライドするシャッター部9によって開閉が可能な構造を有しており、シャッター部9のスライド距離によって開口部10の面積を調節することができるようになっている(図2−A〜2−C)。このような構造を有する開閉窓8は、窓を開閉するために必要な専有空間がほとんどないため、燃料電池の小型化を阻まない点で好ましい。
In the fuel cell of the present invention, the configuration of the window provided in the container as the humidification adjusting means may be any as long as the humidity in the container can be adjusted by opening and closing the window. It is not limited. The opening /
その他の開閉窓の構成としては、例えば、開き戸や折戸のようなシャッター部を備える構成であってもよいし、アコーディオン式に折りたためるシャッター部を備える構成であってもよい。また、図2のようなスライド式のシャッター部を備える構成において、シャッター部が複数から成り立つものであってもよいし、シャッター部のスライド方向も特に限定されない。また、窓の大きさは、特に限定されず、容器の大きさや燃料電池を使用する環境等に応じて適宜決定すればよい。
また、開閉窓8は容器7内の湿度を調節するための手段であるから、開閉窓8の開口部9は水分(水滴や水蒸気)が通過することができればよく、外部空間に対して完全に開口していなくてもよい。例えば、開口部が、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜や、ナイロン製の布、ガーゼのような水分半透過性の材料によって覆われている構成とすることもできる。
As another configuration of the opening / closing window, for example, a configuration including a shutter unit such as a hinged door or a folding door may be used, or a configuration including a shutter unit that can be folded in an accordion manner. Further, in the configuration including the sliding shutter unit as shown in FIG. 2, the shutter unit may be composed of a plurality, and the sliding direction of the shutter unit is not particularly limited. Further, the size of the window is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the size of the container, the environment in which the fuel cell is used, and the like.
Further, since the opening /
また、本発明においてセルモジュールが収容される容器内の湿度を調節する湿度調節手段は、上記のような開閉窓に限定されず、容器内の湿度を燃料電池の運転に適した状態に調節することができるものであればよい。 In the present invention, the humidity adjusting means for adjusting the humidity in the container in which the cell module is accommodated is not limited to the open / close window as described above, and the humidity in the container is adjusted to a state suitable for the operation of the fuel cell. Anything can be used.
容器7の内部空間の湿度は、湿度検知手段により検知し、これに応じて湿度調節手段により調節することができる。内部空間の湿度を検知する湿度検知手段としては、例えば、燃料電池の出力を検知する手段が挙げられる。ナフィオン(商品名、デュポン社製)に代表されるイオン交換に水分が必要な固体高分子電解質膜を用いた燃料電池の出力は、セルモジュール内の湿潤状態に対応して変化し、セルモジュールの湿潤状態と燃料電池の出力との関係は一義的であることから、燃料電池の出力に応じて、セルモジュールが収容された容器内の湿度を燃料電池の運転に適した状態にすることができる。燃料電池の出力に応じて容器内の湿度を調節する方法として、具体的には以下のような方法が挙げられる。まず、使用する燃料電池のセルモジュールの周囲の湿度と出力との関係を予め求め、マップを作成しておく。燃料電池の運転時には、出力をモニタリングし、上記マップを用いてモニタリングした出力に応じて湿度調節手段を作動させる。
以上のように燃料電池の出力に応じて湿度を調節することは、セルモジュールが収容される容器内をより確実に燃料電池の運転に適した湿度状態にすることができるため、燃料電池の発電性能を向上させる効果が高い。
The humidity of the internal space of the container 7 can be detected by the humidity detecting means and adjusted accordingly by the humidity adjusting means. Examples of the humidity detecting means for detecting the humidity of the internal space include means for detecting the output of the fuel cell. The output of a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane that requires water for ion exchange represented by Nafion (trade name, manufactured by DuPont) changes according to the wet state in the cell module. Since the relationship between the wet state and the output of the fuel cell is unambiguous, the humidity in the container in which the cell module is accommodated can be made suitable for the operation of the fuel cell according to the output of the fuel cell. . Specific examples of a method for adjusting the humidity in the container in accordance with the output of the fuel cell include the following methods. First, the relationship between the humidity around the cell module of the fuel cell to be used and the output is obtained in advance, and a map is created. During operation of the fuel cell, the output is monitored, and the humidity adjusting means is operated according to the monitored output using the map.
As described above, adjusting the humidity according to the output of the fuel cell can ensure that the inside of the container in which the cell module is accommodated is in a humidity state suitable for the operation of the fuel cell. Highly effective in improving performance.
その他の湿度検出手段としては、例えば、容器の内部空間の湿度を直接検知する手段、容器の内部空間を通流する反応ガス(本実施形態においては酸化剤ガス)の流出口における湿度を検知する手段等が挙げられる。セルモジュール内の湿度状態により近い状態であることから、容器の内部空間の湿度を直接検知することが好ましい。湿度を測定する方法としては、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂(商品名ナフィオン、デュポン社製、など)等の高分子感湿材やバイメタル等を用いた電気抵抗式湿度計や伸縮式湿度計等を用いることができる。 As other humidity detection means, for example, means for directly detecting the humidity of the internal space of the container, or the humidity at the outlet of the reaction gas (oxidant gas in this embodiment) flowing through the internal space of the container is detected. Means etc. are mentioned. Since the humidity is closer to the humidity in the cell module, it is preferable to directly detect the humidity in the internal space of the container. As a method of measuring the humidity, an electrical resistance hygrometer or a telescopic hygrometer using a polymer moisture sensitive material such as perfluorocarbon sulfonic acid resin (trade name Nafion, manufactured by DuPont, etc.) or bimetal is used. be able to.
以下、容器内に収容されるセルモジュールについて、詳しく説明する。
図1においては、中空電解質膜としてチューブ状の中空形状を有する電解質膜を用いているが、本発明における中空電解質膜とは、チューブ状に限られず、中空部を有し、当該中空部内に反応ガスを流入させることで内面側電極に電気化学反応に必要な反応成分を供給することができるものであればよい。
Hereinafter, the cell module accommodated in the container will be described in detail.
In FIG. 1, an electrolyte membrane having a tubular hollow shape is used as the hollow electrolyte membrane. However, the hollow electrolyte membrane in the present invention is not limited to a tubular shape, and has a hollow portion, and a reaction occurs in the hollow portion. What is necessary is just to be able to supply a reaction component required for an electrochemical reaction to the inner surface side electrode by flowing gas.
また、本実施形態では電解質膜として、プロトン伝導膜の一種である固体高分子電解質膜の一つであるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いて説明しているが、本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜ほど高いプロトン伝導性を有していない電解質膜を用いても、単位体積当たりの出力密度の高い燃料電池を得ることができる。固体高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の他、固体高分子型燃料電池の電解質膜に用いられているような材料を使用することができ、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂以外のフッ素系イオン交換樹脂、スルホン酸基を有するポリスチレン系陽イオン交換膜などのポリオレフィンのような炭化水素を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及び、リン酸基等のプロトン交換基のうちから一種を有するもの、特表平11−503262号公報などに開示されている、ポリベンズイミダゾール、ポリピリミジン、ポリベンゾオキサゾールなどの塩基性高分子に強酸をドープした塩基性高分子と強酸との複合体からなる固体ポリマー電解質等の高分子電解質が挙げられる。 In the present embodiment, a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane, which is one of solid polymer electrolyte membranes, which is a kind of proton conducting membrane, is described as an electrolyte membrane. However, the fuel cell of the present invention is hollow. Since it has a cell module having a shape, it can take a larger electrode area per unit volume than a fuel cell having a flat cell, so it does not have a higher proton conductivity than a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane. Even when an electrolyte membrane is used, a fuel cell having a high output density per unit volume can be obtained. As the solid polymer electrolyte membrane, perfluorocarbon sulfonic acid resin and materials used for the electrolyte membrane of solid polymer fuel cells can be used. For example, fluorine other than perfluorocarbon sulfonic acid resin can be used. One kind of proton exchange groups such as at least sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, and phosphoric acid groups, based on hydrocarbons such as polyolefins such as polystyrene ion exchange resins and polystyrene cation exchange membranes having sulfonic acid groups A complex of a basic polymer and a strong acid, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-503262, etc., in which a basic polymer such as polybenzimidazole, polypyrimidine, and polybenzoxazole is doped with a strong acid And polymer electrolytes such as solid polymer electrolytes.
このような電解質を用いた固体高分子電解質膜は、フィブリル状、繊布状、不繊布状、多孔質シートのパーフルオロカーボン重合体で補強することや、膜表面に無機酸化物あるいは金属をコーティングすることにより補強することもできる。また、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜としては、例えば米国デュポン社製ナフィオンや旭硝子社製フレミオン等の市販品もある。
また、プロトン伝導性の電解質膜としては、上記したような固体高分子電解質膜に限られず、リン酸水溶液を多孔質の電解質板に含浸させたものや、多孔質性ガラスからなるプロトン伝導体、ハイドロゲル化したリン酸塩ガラス、ナノ細孔を有する多孔質硝子の表面及び細孔内にプロトン伝導性官能基を導入した有機−無機ハイブリットプロトン伝導膜、無機金属繊維強化電解質ポリマー等を用いることができる。
A solid polymer electrolyte membrane using such an electrolyte should be reinforced with a perfluorocarbon polymer in the form of a fibril, a fabric, a non-fabric, or a porous sheet, or the membrane surface can be coated with an inorganic oxide or metal. It can also be reinforced. In addition, examples of the perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane include commercially available products such as Nafion manufactured by DuPont of the United States and Flemion manufactured by Asahi Glass.
In addition, the proton conductive electrolyte membrane is not limited to the solid polymer electrolyte membrane as described above, a porous electrolyte plate impregnated with a phosphoric acid aqueous solution, a proton conductor made of porous glass, Use hydrogelated phosphate glass, organic-inorganic hybrid proton conductive membrane with proton conductive functional groups introduced into the surface and pores of nanoporous glass, inorganic metal fiber reinforced electrolyte polymer, etc. Can do.
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の内面及び外面に設けられる各電極は、固体高分子型燃料電池に用いられているような電極材料を用いて形成することができる。通常は、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成された電極が用いられる。 Each electrode provided on the inner surface and the outer surface of the perfluorocarbon sulfonic acid resin film can be formed using an electrode material used in a polymer electrolyte fuel cell. Usually, an electrode configured by laminating a catalyst layer and a gas diffusion layer in order from the electrolyte membrane side is used.
触媒層は触媒粒を含み、触媒粒の利用効率を高めるためのプロトン伝導性物質を含んでいてもよく、プロトン伝導性物質としては上記電解質膜の材料として用いられるものを用いることができる。触媒粒としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、白金ほど触媒作用が大きくない触媒成分を用いても、単位体積当たりの出力密度が高い燃料電池を得ることができる。触媒成分としては、アノードにおける水素の酸化反応、カソードにおける酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスニウム(Os)、タングステン(W)、鉛(Pb)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)等の金属、又はそれらの合金から選択することができる。好ましくは、白金、及び白金と例えばルテニウムなど他の金属とからなる合金である。 The catalyst layer contains catalyst particles and may contain a proton conductive material for increasing the utilization efficiency of the catalyst particles. As the proton conductive material, those used as the material of the electrolyte membrane can be used. As the catalyst particles, catalyst particles in which a catalyst component is supported on a conductive material such as a carbon material such as carbonaceous particles or carbonaceous fibers are preferably used. Since the fuel cell of the present invention has a cell module having a hollow shape, the electrode area per unit volume can be made larger than that of a fuel cell having a flat cell. Even when components are used, a fuel cell having a high output density per unit volume can be obtained. The catalyst component is not particularly limited as long as it has a catalytic action for hydrogen oxidation reaction at the anode and oxygen reduction reaction at the cathode. For example, platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir) , Rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), tungsten (W), lead (Pb), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn) , Vanadium (V), molybdenum (Mo), gallium (Ga), aluminum (Al) and other metals, or alloys thereof. Preferable are platinum and an alloy made of platinum and another metal such as ruthenium.
ガス拡散層としては、炭素質粒子及び/又は炭素質繊維等の炭素材料を主成分とする導電性材料を用いることができる。炭素質粒子及び炭素質繊維の大きさは、ガス拡散層を製造する際の溶液中における分散性や得られるガス拡散層の排水性等を考慮して適宜最適なものを選択すればよい。電解質膜の内面及び外面に設けられる各電極の構成、電極に用いられる材料等は、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。ガス拡散層は、生成水など水分の排水性を高める点から、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、パーフルオロカーボンアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンポリマー、又はこれらの混合物等を含浸させたり、或いはこれらの物質を用いて撥水層を形成するなどして撥水加工することが好ましい。 As the gas diffusion layer, a conductive material mainly composed of a carbon material such as carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers can be used. The sizes of the carbonaceous particles and the carbonaceous fibers may be appropriately selected in consideration of the dispersibility in the solution when the gas diffusion layer is produced, the drainage property of the obtained gas diffusion layer, and the like. The configuration of each electrode provided on the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane, the material used for the electrode, and the like may be the same or different. The gas diffusion layer is impregnated with, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), perfluorocarbon alkoxyalkane, ethylene-tetrafluoroethylene polymer, or a mixture thereof from the viewpoint of enhancing the drainage of moisture such as generated water. It is preferable to carry out water repellent treatment by forming a water repellent layer using these substances.
チューブ状の電解質膜の内面及び外面に一対の電極を設ける方法は、特に限定されるものではない。例えば、まず、チューブ状の電解質膜を準備する。チューブ状の電解質膜を形成する方法としては特に限定されず、市販品のチューブ状に形成された電解質膜を用いてもよい。そして、当該チューブ状電解質膜の内面及び外面に、電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成し、当該二つの触媒層上に炭素質粒子及び/又は炭素質繊維を含む溶液を塗布・乾燥してガス拡散層を形成する方法が挙げられる。このとき、電解質膜の内面側に形成したガス拡散層の内面に中空部が存在するように触媒層とガス拡散層を形成する。
或いは、まず、炭素質粒子及び/又は炭素質繊維等の炭素材料を含み、チューブ状に形成されたもの(チューブ状炭素質)を第2の電極(アノード)のガス拡散層として用い、当該ガス拡散層の外面に電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成して第2の電極を作製し、次に、当該触媒層の外面に電解質を含む溶液を塗布・乾燥して電解質膜層、さらに当該電解質膜層の外面に第1の触媒層を形成し、当該第1の触媒層の外面に炭素材料を含む溶液を塗布・乾燥して第1のガス拡散層を形成する方法も挙げられる。また、チューブ状炭素質としては、例えば、炭素質粒子等の炭素材料とエポキシ及び/又はフェノール系樹脂を溶媒に分散させてチューブ状に成形し、熱硬化後、焼成することにより得られる。
The method of providing a pair of electrodes on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane is not particularly limited. For example, first, a tubular electrolyte membrane is prepared. It does not specifically limit as a method of forming a tubular electrolyte membrane, You may use the electrolyte membrane formed in the tube shape of a commercial item. Then, a solution containing electrolyte and catalyst particles is applied and dried on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane to form a catalyst layer, and carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers are contained on the two catalyst layers. The method of apply | coating and drying a solution and forming a gas diffusion layer is mentioned. At this time, the catalyst layer and the gas diffusion layer are formed so that a hollow portion exists on the inner surface of the gas diffusion layer formed on the inner surface side of the electrolyte membrane.
Alternatively, first, a carbon material such as carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers and formed into a tube shape (tubular carbonaceous material) is used as a gas diffusion layer of the second electrode (anode), and the gas A solution containing an electrolyte and catalyst particles is applied to the outer surface of the diffusion layer and dried to form a catalyst layer to produce a second electrode, and then a solution containing the electrolyte is applied to the outer surface of the catalyst layer and dried. The first catalyst layer is formed on the outer surface of the electrolyte membrane layer and the electrolyte membrane layer, and the first gas diffusion layer is formed by applying and drying a solution containing a carbon material on the outer surface of the first catalyst layer. The method of doing is also mentioned. The tubular carbonaceous material can be obtained, for example, by dispersing a carbon material such as carbonaceous particles and an epoxy and / or phenolic resin in a solvent to form a tubular shape, thermosetting, and firing.
尚、電解質膜、触媒層、ガス拡散層を形成する際に使用する溶媒は、分散及び/又は溶解する材料に応じて適宜選択すればよく、また、各層を形成する際の塗布方法についても、スプレー法、すくリー印刷法等種々の方法から適宜選択することができる。 In addition, the solvent used when forming the electrolyte membrane, the catalyst layer, and the gas diffusion layer may be appropriately selected according to the material to be dispersed and / or dissolved, and the coating method when forming each layer is also as follows. It can be appropriately selected from various methods such as spraying and screeching printing.
チューブ状のセルモジュールの内径及び外径、長さ等は、燃料電池に必要な出力、燃料電池を適用する機器等燃料電池の設計や運転条件に応じて適宜設計することができ、特に限定されるものではないが、チューブ状電解質膜の外径は0.01〜10mmであることが好ましく、0.1〜1mmであることがさらに好ましく、0.1〜0.5mmであることが特に好ましい。チューブ状電解質膜の外径が0.01mm未満のものは現時点では、技術的な問題で製造することが難しく、一方、その外径が10mmを超えるものでは、占有体積に対する表面積が小さくなることとなって、得られるセルモジュールの単位体積当たりの発電出力が小さくなってしまうので好ましくない。 The inner diameter, outer diameter, length, etc. of the tubular cell module can be appropriately designed according to the output required for the fuel cell, the design of the fuel cell such as the equipment to which the fuel cell is applied, and the operating conditions, and are particularly limited. Although not intended, the outer diameter of the tubular electrolyte membrane is preferably 0.01 to 10 mm, more preferably 0.1 to 1 mm, and particularly preferably 0.1 to 0.5 mm. . At present, it is difficult to manufacture a tubular electrolyte membrane having an outer diameter of less than 0.01 mm due to technical problems. On the other hand, when the outer diameter exceeds 10 mm, the surface area with respect to the occupied volume becomes small. This is not preferable because the power generation output per unit volume of the obtained cell module becomes small.
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜は、プロトン伝導性の向上の点からは薄いほうが好ましいが、あまりに薄すぎるとガスを隔離する機能が低下し、非プロトン水素の透過量が増大してしまう。しかしながら、従来の平型の燃料電池用単セルを積層した燃料電池と比べると、中空形状を有するセルモジュールを多数集めることにより作製された燃料電池では電極面積が大きくとれるので、やや厚みのある膜を用いた場合でも、充分な出力を示す。かかる観点から、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の厚みは、10〜100μmであり、より好ましくは50〜60μmであり、さらに好ましくは50〜55μmである。 The perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane is preferably thin from the viewpoint of improving proton conductivity, but if it is too thin, the function of isolating gas is lowered and the permeation amount of aprotic hydrogen is increased. However, in comparison with a conventional fuel cell in which flat cells for fuel cells are stacked, a fuel cell manufactured by collecting a large number of hollow cell modules can take a large electrode area. Even when is used, sufficient output is shown. From this viewpoint, the thickness of the perfluorocarbon sulfonic acid resin film is 10 to 100 μm, more preferably 50 to 60 μm, and still more preferably 50 to 55 μm.
また、上記したパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の外径と膜厚との好ましい範囲から、内径の好ましい範囲は0.01〜10mmであり、より好ましくは0.1〜1mmであり、さらに好ましくは0.1〜0.5mmである。
また、電解質膜の内面及び外面に設ける触媒層の厚みは1〜100μm程度、ガス拡散層の厚みは3〜10μm程度とすることが好ましい。
Moreover, from the preferable range of the outer diameter and film thickness of the above-mentioned perfluorocarbon sulfonic acid resin film, the preferable range of the inner diameter is 0.01 to 10 mm, more preferably 0.1 to 1 mm, and still more preferably 0. .1 to 0.5 mm.
The thickness of the catalyst layer provided on the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane is preferably about 1 to 100 μm, and the thickness of the gas diffusion layer is preferably about 3 to 10 μm.
本発明の燃料電池に用いられる中空形状を有するセルモジュールは、上記にて例示した構成に限られず、セルモジュールの機能を高めることを目的として触媒層及びガス拡散層以外の層を設けても良い。
また、集電体(5,6)の形態、材料は特に限定されない。集電体の材料としては、ステンレス等の金属の線材又は箔を例示することができ、例えば、カーボン系接着材やAgペースト等の導電性接着材により電極上に固定してもよい。
The cell module having a hollow shape used in the fuel cell of the present invention is not limited to the configuration exemplified above, and a layer other than the catalyst layer and the gas diffusion layer may be provided for the purpose of enhancing the function of the cell module. .
Moreover, the form and material of a collector (5, 6) are not specifically limited. Examples of the current collector material include a metal wire such as stainless steel or a foil. For example, the current collector may be fixed on the electrode with a conductive adhesive such as a carbon-based adhesive or an Ag paste.
燃料電池の使用状態におけるセルモジュールの配置状態は特に限定されず、その長手方向が重力方向に対して平行であっても、傾斜していても、若しくは垂直であってもよい。また、1つの容器内に収容されるセルモジュールの数、セルモジュール間の接続方法(並列接続、直列接続)等も特に限定されない。例えば、セルモジュールを複数配列して直列接続及び/又は並列接続したセル群を容器に収容し、このように容器内に収容されたセル群を複数接続(直列接続及び/又は並列接続)してセル集合体としたり、或いは、複数のセル群を直列接続及び/又は並列接続したセル集合体を一つの容器内に収容してもよい。 The arrangement state of the cell modules in the usage state of the fuel cell is not particularly limited, and the longitudinal direction may be parallel to, inclined, or perpendicular to the direction of gravity. Moreover, the number of cell modules accommodated in one container, the connection method (parallel connection, series connection) between cell modules, etc. are not specifically limited. For example, a plurality of cell modules are arranged and a group of cells connected in series and / or in parallel is accommodated in a container, and a plurality of cell groups accommodated in the container in this way are connected (series connection and / or parallel connection). A cell assembly may be used, or a cell assembly in which a plurality of cell groups are connected in series and / or in parallel may be accommodated in one container.
なお、図1に示した実施形態では、電解質膜として、プロトン伝導膜であるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いた構成をとるが、本発明の燃料電池において用いられる電解質膜は特に限定されるものではなく、プロトン伝導性のものであっても、水酸化物イオンや酸化物イオン(O2-)等その他のイオン伝導性のものであってもよい。水酸化物イオンや酸化物イオン(O2-)等その他のイオン伝導性を有する電解質としてはセラミックスを含むもの等が挙げられる。酸化物イオン伝導性の電解質膜を用いる場合には、カソード側で生成した酸化物イオンが電解質膜内を通過してアノード側に達し、水素と反応して水を生成すると同時に電子を放出する。従って、この場合、アノード側で生成水が生成するのでチューブ状電解質膜の外面側にアノードを設け、中空内には酸化剤ガスを流通させる構成とする。 In the embodiment shown in FIG. 1, a perfluorocarbon sulfonic acid resin film, which is a proton conducting film, is used as the electrolyte film, but the electrolyte film used in the fuel cell of the present invention is particularly limited. Instead, it may be proton-conductive or other ion-conductive such as hydroxide ions or oxide ions (O 2− ). Examples of other ion-conducting electrolytes such as hydroxide ions and oxide ions (O 2− ) include those containing ceramics. In the case of using an oxide ion conductive electrolyte membrane, oxide ions generated on the cathode side pass through the electrolyte membrane and reach the anode side, react with hydrogen to generate water and simultaneously release electrons. Therefore, in this case, since generated water is generated on the anode side, an anode is provided on the outer surface side of the tubular electrolyte membrane, and an oxidizing gas is circulated in the hollow.
101…セルモジュール
1…中空電解質膜(パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜)
2…第1の電極(カソード)
3…第2の電極(アノード)
4…中空部
5,6…集電体
7…容器
8…開閉窓
9…シャッター部
10…開口部
101 ... Cell module 1 ... Hollow electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane)
2 ... 1st electrode (cathode)
3. Second electrode (anode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ...
Claims (5)
5. The fuel cell according to claim 4, wherein the humidity detecting means is means for detecting the output of the fuel cell, and the humidity of the internal space of the container is adjusted according to the output detected by the output detecting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005028451A JP4982951B2 (en) | 2005-02-04 | 2005-02-04 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005028451A JP4982951B2 (en) | 2005-02-04 | 2005-02-04 | Fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006216405A JP2006216405A (en) | 2006-08-17 |
JP4982951B2 true JP4982951B2 (en) | 2012-07-25 |
Family
ID=36979437
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005028451A Expired - Fee Related JP4982951B2 (en) | 2005-02-04 | 2005-02-04 | Fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4982951B2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3731234B2 (en) * | 1996-02-15 | 2006-01-05 | 松下電器産業株式会社 | Polymer electrolyte fuel cell |
JP2001351659A (en) * | 2000-06-06 | 2001-12-21 | Honda Motor Co Ltd | Gas supply device for fuel cell |
GB2368967A (en) * | 2000-11-14 | 2002-05-15 | Secr Defence | System for the humidification of polymer electrolyte membrane fuel cells |
JP2004253359A (en) * | 2002-12-26 | 2004-09-09 | Sony Corp | Fuel cell and humidity control method of fuel cell |
US7229712B2 (en) * | 2003-03-07 | 2007-06-12 | Microcell Corporation | Fuel cell structures and assemblies |
US20040209133A1 (en) * | 2003-04-15 | 2004-10-21 | Hirsch Robert S. | Vapor feed fuel cell system with controllable fuel delivery |
-
2005
- 2005-02-04 JP JP2005028451A patent/JP4982951B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006216405A (en) | 2006-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2003105265A1 (en) | Liquid fuel feed type fuel cell | |
US8338328B2 (en) | Electrolytic solution and electrochemical device | |
JP2005251434A (en) | Fuel cell system, and control method of fuel cell | |
WO2008041472A1 (en) | Ion conductor and fuel cell | |
JP4945887B2 (en) | Cell module and solid polymer electrolyte fuel cell | |
JP4802458B2 (en) | Fuel cell | |
JP4982951B2 (en) | Fuel cell | |
JP2009037991A (en) | Moving body | |
WO2009119434A1 (en) | Fuel cell unit, fuel cell stack and electronic device | |
JP4839625B2 (en) | Fuel cell | |
JP4608958B2 (en) | Fuel cell | |
JP2009231195A (en) | Fuel cell and electronic device | |
JP4687406B2 (en) | Fuel cell | |
WO2006083038A1 (en) | Fuel cell | |
JP5339262B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008140563A (en) | Fuel cell | |
JP4934965B2 (en) | Cell module assembly and fuel cell | |
JP3946228B2 (en) | Fuel cell | |
JP2006216406A (en) | Cell module assembly and fuel cell | |
WO2009113524A1 (en) | Alkaline fuel cell | |
WO2013114801A1 (en) | Fuel cell | |
JP2007066702A (en) | Fuel cell | |
JP2005353490A (en) | Fuel cell | |
JP2006216409A (en) | Cell module assembly and fuel cell | |
JP2007066918A (en) | Power generation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110601 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110705 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120327 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120409 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150511 Year of fee payment: 3 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20120703 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20121030 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |