JPH01100868A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH01100868A
JPH01100868A JP62254652A JP25465287A JPH01100868A JP H01100868 A JPH01100868 A JP H01100868A JP 62254652 A JP62254652 A JP 62254652A JP 25465287 A JP25465287 A JP 25465287A JP H01100868 A JPH01100868 A JP H01100868A
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雅弘 市村
Tetsuo Take
武 哲夫
Takaharu Akuto
阿久戸 敬治
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    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸素イオン導電形電解質と水素イオン導電形
電解質とを合せ持つ構造を有する固体電解質型燃料電池
に関する。
〔従来の技術〕
従来の固体電解質型燃料電池を第5図に斜視図として示
す。第5図において、符号51は水素イオン導電形ある
いは酸素イオン導電形固体電解質、56は燃料極、54
は空気極、55は燃料室、56は空気室を意味する。第
5図に示すように1種類の固体電解質51の両側に燃料
極55と空気極54t−配置した構成を基本としている
。一般に電解質としてはY、 o、等で安定化したZr
O2のような酸素イオン導電形の電解質が使用されてい
る。この種の電池では、空気極で酸素が電極から電子を
受は堰り酸素イオンとなシ、電解質中を移動して燃料極
上で電子を放出しながら水素と反応して水となる。した
がって、燃料ガスの出口からは使用されなかった水素に
水蒸気が混入したガスが排出されるため、特に水素ガス
のみを燃料とする燃料電池においては、燃料の効率的利
用を目的に燃料電池から出てきた燃料を繰返し使用する
ような燃料電池を構成しようとした場合、水蒸気の除去
法が大きな問題になっていた。
これを解決する方法としては、Yb、O,を固溶した1
3rOe03のような水素イオン導′亀形の電解質を使
用した燃料電池が考えられる。この種の電池では、燃料
極で水素が電極に電子を放出して水素イオンとなり電解
質中を移動して空気極上で電子を受は取りながら酸素と
反応して水となる。したがって、生成した水蒸気は空気
極側に排出されるため、燃料ガス中には水蒸気が混入す
ることがなく、上記の目的には適している。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、燃料電池の起電力は、発生した水蒸気分圧が高
くなるほど低下するため、この水蒸気の除去の良否が電
池性能に影響を与える。従来の上記2方式の燃料電池は
いずれも、燃料ガスあるいは空気の流量を電池反応に必
要な量よシも大きくすることにより、電極上に発生した
水蒸気を排出しているため、装置の小形化、良質な(高
温の)排熱利用の点で問題があった。
本発明は以上のような従来の構造の固体電解質形燃料電
池の欠点を除去するためのものであシ、その目的は起電
力低下の原因となる水蒸気の除去を簡単にしかも効率良
く行うことが可能で、これによシ、高効率で小形の燃料
電池を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明を概説すれば、本発明は燃料電池に関する発明で
あって、固体電解質型燃料電池において、空気極に接す
る部分を酸素イオン導電形の電解質とし、燃料極に接す
る部分の電解質を水素イオン導電形の電解質とし、両型
解質が接する部分は、発電に伴って発生する水蒸気を電
池外に排出するための空孔を設けた構造を有することを
特徴とする。
本発明は、固体電解質形燃料電池において、酸素イオン
導電形、水素イオン導電形の221類の固体電解質を使
用し、発電に伴って発生する水蒸気を、燃料及び空気の
流路とは別の場所から専用に排出できる構造を持つこと
を最も主要な特徴とする。
従来の固体電解質形燃料電池では、酸素イオン導電形、
水素イオン導電形のいずれか一方のみを電解質に使用し
ている点が本発明と異なシ、従来の前者の場合燃料ガス
中に発生した水蒸気が混入し、従来の後者の場合燃料電
池の空気極側の排ガス中に水蒸気が混入するため、小形
で高効率の燃料電池を実現することができなかった。本
発明では、これらの問題点を解決し、発生し九本蒸気の
みを専用に、利用あるいは除去処理をすることができる
本発明における空孔の設は方としては、両型解質が接す
る面において、両型解質にまたがって孔を設ける方法が
ある。
その代シに、発電に伴って発生した水蒸気が十分通過で
きるよう連続した空隙を有し且つ導電性を有する多孔体
を介して、両型解質が接するような構造としてもよい。
該多孔体は、水素の接触酸化反応の触媒であってよい°
。例えば、該多孔体は、N1粉末焼結体、N1繊維焼結
体、あるいは発泡状N1の形態であってよい。
また、多孔体の表面には、水素の接触酸化反応の触媒が
担持されていてもよい。
前記した水素の接触酸化反応の触媒の例としては、ニッ
ケル、銀、金あるいは酸化チタンが挙げられる。
そして、これら空孔からの水蒸気排出孔には、水蒸気冷
却装置を接続しておくことが好ましい。
前記酸素イオン導電形電解質の例としては、ZrO2、
Hf01 、 Th02 、0e01のうちのいずれか
を主成分とし、これにアルカリ土類金属の酸化物である
Oak、 8rO,あるいは希土類元素の酸化、物であ
る120m m日c202 * yblos 、 La
d o、 、 N(1203。
G(1,0,中のいずれかを含むものが挙げられる。
また、水素イオン導電形電解質の例としては、ペロブス
カイト形酸化物であるE3rCe03あるbはBa0e
03を主成分とし、これに希土類元素の酸化物であるY
2O2# 5010* # Yb10S m La10
3mIJd、O,、Gd2O2中のいずれかを含むもの
が挙げられる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例1 第1図は本発明の1実施例を示す概念図であシ、そのう
ち第1−1図は斜視図、第1−2図は第1−1図の八−
五′断面図である。各図において、符号3は燃料極、1
は水素イオン導電形の固体電解質、2は酸素イオン導電
形の固体電解質、4は空気極、5は燃料室、6は空気室
、7は水蒸気排出孔を意味する。
本発明の燃料電池の1例として、1に8rOs03のO
sの一部をYt)で置換したもの、2に(ZrOl)嗜
、et (Y bz Os )t< am、3 K N
i、41c LaB6 S r41 MnO3を使用し
たものがある。入口よ〕燃料室5に入った燃料の水素は
燃料極3の表面で電子を放出し水素イオンの形で電解室
中を燃料電池中心部に向かって移動する。出口からは燃
料極で消費されなかった水素のみが排出される。一方、
入口よシ空気室6に入った空気中の酸素は空気極4の表
面で電子を受は取り酸素イオンの形で電解質中を中心に
向かって移動する。両イオンは燃料電池の中心部の酸素
イオン導電形電解質と水素イオン導電形電解質とが接す
る部分で反応して水蒸気とな)、両型解質の接触面に適
当な間隔で設けられた排出孔7を通シ燃料電池外に排出
される。
実施例2 第2図は本発明の別の実施例を示す斜視図である。第2
図において符号21は水素イオン導電形固体電解質、2
2は酸素イオン導電形固体電解質、23は燃料極、24
は空気極、25は燃料室、26は空気室、27は水蒸気
排出孔、28は導電性多孔体を意味する。28は導電性
を有しまた連続した孔を有する多孔体であ)例えば、N
1焼結体、発泡M1である。この多孔体は水素イオン導
電形電解質21及び酸素イオン導電形電解質22との間
にあシミ気的に接続されている。この多孔体は、単に発
電によシ生じた水蒸気を電池外部に排出するための流路
としての役目を果たすだけでなく、酸素と水素とが反応
する場所を広げることにより、効率良く電池反応を進行
させている。すなわち、第1図の実施例では、酸素イオ
ノと水素イオンが反応する場所は、水蒸気排出孔近傍の
内篭解質接触界面に限られること、排出孔の数を増やす
のにも製造上限度があることから、十分な電池特性が得
られない場合があると考えられる。第2図の実施例では
、酸素イオンは反応相手である水素イオンと直接接しな
くても、空孔表面で電子を放出して酸素ガスとなること
ができる。電子は導電性の多孔体の中を移動して他の場
所で水素イオンと結合して水素ガスを生成することがで
きる。このようにして生成した酸素ガスと水素ガスは反
応して水蒸気になる。この実施例では多孔体に水素の接
触酸化反応に活性のあるN1を使用しているため、酸素
と水素が反応して水蒸気を生成する電池反応を速めるた
め、電池の性能を一層向上することができる。
実施例3 WJs図は本発明の別の実施例を示す断面因である。第
3図において、符号31は水素イオン導電形固体電解質
、32は酸素イオン導電形固体電解質、33は燃料極、
54は空気極、37は水蒸気排出孔、38は導電性多孔
体、39は水素の接触酸化反応の触媒を意味する。69
は導電性を有する多孔体38の表面に担持された水素の
接触酸化反応の触媒であり、発生した気体状の水素及び
酸素とが容易に反応して水を生成させるためのものであ
る。
実施例4 第4図は本発明の別の実施例を示した配置図であシ、符
号41は燃料電池、42は水蒸気冷却装置、47は水蒸
気排出孔t−意味する。この例では水蒸気排出孔に水蒸
気冷却装置を接続した。この構成により、生成した水蒸
気を効率良く回収、除去できる。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように、1つの固体電解質型燃料
電池に酸素イオン導電形固体電解質及び水素イオン導電
形電解質の両者を使用することによシ、生成する水蒸気
を専用の排出孔から取出し、利用あるいは処理すること
ができる。
これによシ、燃料中に水蒸気が混入して燃料の再利用を
妨げるといったことも無くなり、水蒸気を排出させる目
的で燃料あるいは空気の流′1kt−大きくする必要も
なくなる。更に、水蒸気排出孔に冷却装置を取付けた本
発明の燃料電池は、電池性能に悪影響のある水蒸気分圧
を有効に低減するばかりでなく、生成した水蒸気を簡単
に純水の形で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
第1−1図は本発明の1実施例の斜視図、第1−2図は
第1−1−〇ムーA′断面図、第2図は本発明の1実施
例の斜視図、第3図は本発明の1実施例の断面図、第4
図は本発明の1実施例を示した配置図、そして第5図は
従来の固体電解質型燃料電池の斜視図である。 1.21.31・・・水素イオン導電形固体電解質、2
,22.32・・・酸素イオン等電形固体電解質、51
・・・水素づオン導電形あるいは酸素イオン導電形固体
電解質、3.25,33.53・・・燃料極、4,24
,54.54・・・空気極、5゜25.55・・・燃料
室、6.26.56・・・空気呈、。 7.27,37.47・・・水蒸気排出孔、28゜38
・・・導電性多孔体、59・・・水素の接触酸化反応の
触媒、41・・・燃料電池、42・・・水蒸気冷却装置 第 2 図 第 3 図 84図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、固体電解質型燃料電池において、空気極に接する部
    分を酸素イオン導電形の電解質とし、燃料極に接する部
    分の電解質を水素イオン導電形の電解質とし、両電解質
    が接する部分は、発電に伴つて発生する水蒸気を電池外
    に排出するための空孔を設けた構造を有することを特徴
    とする燃料電池。 2、該構造が、発電に伴つて発生した水蒸気が十分通過
    できるよう連続した空隙を有し且つ導電性を有する多孔
    体を介して、両電解質が接する構造である特許請求の範
    囲第1項に記載の燃料電池。 3、該多孔体が、水素の接触酸化反応の触媒である特許
    請求の範囲第2項に記載の燃料電池4、該多孔体の表面
    には、水素の接触酸化反応の触媒が担持されている特許
    請求の範囲第2項に記載の燃料電池。 5、水蒸気排出孔には、水蒸気冷却装置が接続されてい
    る特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載
    の燃料電池。
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