JPH0247061B2 - - Google Patents
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- JPH0247061B2 JPH0247061B2 JP58226579A JP22657983A JPH0247061B2 JP H0247061 B2 JPH0247061 B2 JP H0247061B2 JP 58226579 A JP58226579 A JP 58226579A JP 22657983 A JP22657983 A JP 22657983A JP H0247061 B2 JPH0247061 B2 JP H0247061B2
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Classifications
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- 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
- H01M8/02—Details
-
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は燃料電池特にアルカリマトリツクス型
水素−酸素燃料電池の改良に係り、その目的とす
るところは電池の放電生成物である水を過不足な
く系外へ除去し得る方法を提供せんとするにあ
る。
水素−酸素燃料電池の改良に係り、その目的とす
るところは電池の放電生成物である水を過不足な
く系外へ除去し得る方法を提供せんとするにあ
る。
アルカリマトリツクス型水素−酸素燃料電池は
電解液となる水酸化カリウム水溶液を保持させた
シート状のアスベストマトリツクスの両面に金、
白金、銀あるいはパラジウムブラツクを触媒とす
る正極と負極とを密着させ、電極の背面にはそれ
ぞれ酸化剤となる酸素と燃料となる水退とを供給
するためのガス室を有する構造からなつている。
電解液となる水酸化カリウム水溶液を保持させた
シート状のアスベストマトリツクスの両面に金、
白金、銀あるいはパラジウムブラツクを触媒とす
る正極と負極とを密着させ、電極の背面にはそれ
ぞれ酸化剤となる酸素と燃料となる水退とを供給
するためのガス室を有する構造からなつている。
電池の起電反応は次のとおりである。
正極で１／202＋H2O＋2e→2HO- …(1)
負極でH2＋2OH-→2H2O＋2e …(2)
全体で１／2O2＋H2→H2O …(3)
(3)式から明らかなように、この電池では電極反
応の進行に伴ない水が生成するので、電池を安定
して作動させるためには生成水を系外へ迅速に除
去しなければならない。
応の進行に伴ない水が生成するので、電池を安定
して作動させるためには生成水を系外へ迅速に除
去しなければならない。
(2)式から明らかなように、水の生成は負極側で
起るので、生成水の除去は負極側で行なうのが好
ましく、一般に負極背面から水素ガス流中へ蒸発
させる方法がとられる。
起るので、生成水の除去は負極側で行なうのが好
ましく、一般に負極背面から水素ガス流中へ蒸発
させる方法がとられる。
この時、生成した水だけが蒸発して電解液の水
が蒸発しないようにするために、水素は電解液の
飽和水蒸気圧と同じ水蒸気圧を持つように湿度調
整された後、電池に供給される。
が蒸発しないようにするために、水素は電解液の
飽和水蒸気圧と同じ水蒸気圧を持つように湿度調
整された後、電池に供給される。
一方、水の生成量は1Amin当り、5.6mgで、そ
の生成速度は電池に流れる電流に比例する。従つ
て電池の負荷電流が急激に変動する場合、例えば
5A／ｄm2の小さな放電電流密度から突然35A／
ｄm2の大電流での放電に移行した場合、水の生成
速度は28mg／ｄm2．minから196mg／ｄm2．min
へ急激に増大する。負荷背面からの水の蒸発速度
が水生成速度に追いつかない場合には、電解液量
が増大しやがて正・負両電極に細孔から電解液が
漏出することになる。
の生成速度は電池に流れる電流に比例する。従つ
て電池の負荷電流が急激に変動する場合、例えば
5A／ｄm2の小さな放電電流密度から突然35A／
ｄm2の大電流での放電に移行した場合、水の生成
速度は28mg／ｄm2．minから196mg／ｄm2．min
へ急激に増大する。負荷背面からの水の蒸発速度
が水生成速度に追いつかない場合には、電解液量
が増大しやがて正・負両電極に細孔から電解液が
漏出することになる。
従来、上記の負荷変動に伴なう電解液量の変化
を補償するために、電解液貯蔵板と称される電解
液を保持させた多孔性焼結ニツケル板を負極の背
面に密着させ、マトリツクス中の電解液と貯蔵板
中の電解液とを負極の細孔を通じて連通させると
いう方法が提案されている。
を補償するために、電解液貯蔵板と称される電解
液を保持させた多孔性焼結ニツケル板を負極の背
面に密着させ、マトリツクス中の電解液と貯蔵板
中の電解液とを負極の細孔を通じて連通させると
いう方法が提案されている。
かかる構成の電池では、負荷が急激に増大して
水の蒸発速度が生成速度に追いつかなくなると、
マトリツクス中の増加した電解液が負極の細孔を
通つて電解液貯蔵板へ移動する。そして、負荷が
小さくなつて水の蒸発速度が生成速度を上まわる
ようになると、マトリツクス中の電解液量が減少
してくるので、今度は貯蔵中の電解液が負極の細
孔を通つてマトリツクスの方へ移動する。
水の蒸発速度が生成速度に追いつかなくなると、
マトリツクス中の増加した電解液が負極の細孔を
通つて電解液貯蔵板へ移動する。そして、負荷が
小さくなつて水の蒸発速度が生成速度を上まわる
ようになると、マトリツクス中の電解液量が減少
してくるので、今度は貯蔵中の電解液が負極の細
孔を通つてマトリツクスの方へ移動する。
このように電解液貯蔵板は電池の急激な負荷変
動に伴なう電解液の体積変化を補償する働きをす
る。
動に伴なう電解液の体積変化を補償する働きをす
る。
しかし、貯蔵板の背後には水素が流れているた
め貯蔵板中の電解液が飛沫となつて水素ガス中に
混入することは避けられないうえ、大きな負荷が
長時間続くような場合には、貯蔵板が電解液で充
満し、やがて貯蔵板から電解液が漏出することに
なる。かかる現象は電解液の濃度を低下させ、電
池電圧の劣化をひき起す。更に、かかる電池では
生成水が電解液と共にマトリツクスから貯蔵板
へ、あるいは貯蔵板からマトリツクスへ移動する
のでマトリツクス中の電解液濃度は刻々変化す
る。それ故再現性のよい安定した放電電圧を得る
ことはむずかしい。
め貯蔵板中の電解液が飛沫となつて水素ガス中に
混入することは避けられないうえ、大きな負荷が
長時間続くような場合には、貯蔵板が電解液で充
満し、やがて貯蔵板から電解液が漏出することに
なる。かかる現象は電解液の濃度を低下させ、電
池電圧の劣化をひき起す。更に、かかる電池では
生成水が電解液と共にマトリツクスから貯蔵板
へ、あるいは貯蔵板からマトリツクスへ移動する
のでマトリツクス中の電解液濃度は刻々変化す
る。それ故再現性のよい安定した放電電圧を得る
ことはむずかしい。
本発明は、従来アルカリマトリツクス型水素−
酸素燃料電池がもつ上述の如き欠点を除去せんと
するものである。即ち、本発明は水吸収板と称す
べき、電解液を保持しない多孔性焼結ニツケル板
を負極背面に密着させて配し、電解液と負極との
界面で生成する水だけを該水吸収板に吸いとるこ
とにより、電解液の体積変化を防がんとするもの
である。
酸素燃料電池がもつ上述の如き欠点を除去せんと
するものである。即ち、本発明は水吸収板と称す
べき、電解液を保持しない多孔性焼結ニツケル板
を負極背面に密着させて配し、電解液と負極との
界面で生成する水だけを該水吸収板に吸いとるこ
とにより、電解液の体積変化を防がんとするもの
である。
なお、生成水は一旦水吸収板に吸いとられた
後、該吸収板から水素ガス流中へ蒸発し、未反応
水素ガスと共に系外へ排出される。
後、該吸収板から水素ガス流中へ蒸発し、未反応
水素ガスと共に系外へ排出される。
以下、本発明の一実施例を図面に沿つて詳述す
る。
る。
第１図は本発明にかかるアルカリマトリツクス
型水素−酸素燃料電池の単セル基本構造図であ
り、図に於いて、１及び２は銀−パラジウムブラ
ツクをポリ４フツ化エチレンを結着剤として100
メツシユニツケル網に糊塗した厚さ0.3mmの正極
及び負極、３は電解液となる30wt％水酸化カリ
ウム水溶液を保持させた厚さ0.5mmのアスベスト
マトリツクス、４は負極２の背面に位置し、負極
側の片面に水素ガスの通路となる凹部５と該凹部
並びに負極へ水素ガスを供給するための貫通孔６
とを有する多孔性焼結ニツケル板からなる厚さ１
mmの水吸収板、７及び７′はニツケルエキスパン
ド網からなる集電網、８及び８′はステンレスス
チール板からなる集電板、９及び９′は電池温度
を一定に保つために冷媒が流されるポリサルフオ
ン樹脂製のクーラントプレートである。酸素ガス
室１０は行きどまりになつていて、酸素ガスは消
費された量だけが供給される。一方、水素ガス室
１１には、電解液の30％水酸化カリウム水溶液の
飽和水蒸気圧に等しい水蒸気圧を持つように、湿
度調整された水素ガスが供給され、その一部は水
吸収板４の貫通孔６及び水素ガス通路５を通つて
負極２へ供給される。
型水素−酸素燃料電池の単セル基本構造図であ
り、図に於いて、１及び２は銀−パラジウムブラ
ツクをポリ４フツ化エチレンを結着剤として100
メツシユニツケル網に糊塗した厚さ0.3mmの正極
及び負極、３は電解液となる30wt％水酸化カリ
ウム水溶液を保持させた厚さ0.5mmのアスベスト
マトリツクス、４は負極２の背面に位置し、負極
側の片面に水素ガスの通路となる凹部５と該凹部
並びに負極へ水素ガスを供給するための貫通孔６
とを有する多孔性焼結ニツケル板からなる厚さ１
mmの水吸収板、７及び７′はニツケルエキスパン
ド網からなる集電網、８及び８′はステンレスス
チール板からなる集電板、９及び９′は電池温度
を一定に保つために冷媒が流されるポリサルフオ
ン樹脂製のクーラントプレートである。酸素ガス
室１０は行きどまりになつていて、酸素ガスは消
費された量だけが供給される。一方、水素ガス室
１１には、電解液の30％水酸化カリウム水溶液の
飽和水蒸気圧に等しい水蒸気圧を持つように、湿
度調整された水素ガスが供給され、その一部は水
吸収板４の貫通孔６及び水素ガス通路５を通つて
負極２へ供給される。
この電池を放電すると、各々の電極で酸素及び
水素が消費されると同時に、電解液と負極２との
界面で水が生成する。それ故、マトリツクス中の
電解液は体積膨脹して電極の細孔から漏出しよう
とするが、水吸収板４がキヤピラリー効果で電解
液の増加分を吸いとるので、電解液が体積変化す
ることはない。ここで注目すべきは、水吸収板に
吸いとられる液体は電解液の最外端部、つまり、
生成したばかりの水だけである点である。また、
水の生成速度に比し多孔性焼結ニツケル板の水吸
収速度が極めて速いので、水は生成するやいなや
吸収板に吸いとられ、生成速度の変化、換言すれ
ば負荷変動に関係なく電解液の体積や濃度は常に
一定に保たれる点である。
水素が消費されると同時に、電解液と負極２との
界面で水が生成する。それ故、マトリツクス中の
電解液は体積膨脹して電極の細孔から漏出しよう
とするが、水吸収板４がキヤピラリー効果で電解
液の増加分を吸いとるので、電解液が体積変化す
ることはない。ここで注目すべきは、水吸収板に
吸いとられる液体は電解液の最外端部、つまり、
生成したばかりの水だけである点である。また、
水の生成速度に比し多孔性焼結ニツケル板の水吸
収速度が極めて速いので、水は生成するやいなや
吸収板に吸いとられ、生成速度の変化、換言すれ
ば負荷変動に関係なく電解液の体積や濃度は常に
一定に保たれる点である。
更に、一旦吸収板に吸いとられた水はその後水
素ガス中へ蒸発するわけであるが、この蒸発はガ
スとの接触表面積が極めて大きい多孔板から、し
かも純水の蒸発であるため、その速度は極めて速
く、吸収板が水で充満することはない。
素ガス中へ蒸発するわけであるが、この蒸発はガ
スとの接触表面積が極めて大きい多孔板から、し
かも純水の蒸発であるため、その速度は極めて速
く、吸収板が水で充満することはない。
このように本発明にかかる電池に於ては、生成
水は迅速に水吸収板に吸いとられ電解液の体積や
濃度が変化することはないので、再現性のよい安
定した電圧が得られると同時に、水吸収板中に電
解液が含まれないので、水素ガス中に電解液の飛
沫が混入することもない。
水は迅速に水吸収板に吸いとられ電解液の体積や
濃度が変化することはないので、再現性のよい安
定した電圧が得られると同時に、水吸収板中に電
解液が含まれないので、水素ガス中に電解液の飛
沫が混入することもない。
次に本発明の効果を確かめるために、電極作用
面積が1dm2の第１図に示すような電池を組立て
放電試験した結果について述べる。
面積が1dm2の第１図に示すような電池を組立て
放電試験した結果について述べる。
第２図は電池温度を80℃とし、80℃での湿度が
71.7％になるように加湿した水素を800c.c.／min
の速度で供給しながら20Aで100時間の定電流放
電をした時の電池電圧の推移を示す図であるが、
非常に安定した電圧が得られ、本発明の水吸収板
が有効に作用していることが立証された。
71.7％になるように加湿した水素を800c.c.／min
の速度で供給しながら20Aで100時間の定電流放
電をした時の電池電圧の推移を示す図であるが、
非常に安定した電圧が得られ、本発明の水吸収板
が有効に作用していることが立証された。
第３図は上記電池を5Aで20分、20Aで20分の
放電を繰返す負荷変動試験結果であり、電池電圧
は急激な負荷変動に対しても極めて鋭敏に応答
し、かつ各々の放電電流での電圧は非常に安定し
ていた。
放電を繰返す負荷変動試験結果であり、電池電圧
は急激な負荷変動に対しても極めて鋭敏に応答
し、かつ各々の放電電流での電圧は非常に安定し
ていた。
また、いずれの試験に於ても、未反応水素ガス
と共に電池から排出された水は完全に純水で、電
解液を含むことはなかつた。
と共に電池から排出された水は完全に純水で、電
解液を含むことはなかつた。
念のため、この電池で負荷背面の水吸収板をと
り去つて試験したところ、両ガス室に電解液が漏
出し、このことからも本発明による水吸収板が生
成水を吸いとつて電解液の体積あるいは濃度を常
に一定に保つていることが明らかになつた。
り去つて試験したところ、両ガス室に電解液が漏
出し、このことからも本発明による水吸収板が生
成水を吸いとつて電解液の体積あるいは濃度を常
に一定に保つていることが明らかになつた。
なお、本発明の水吸収板に用いる多孔性焼結ニ
ツケル板の細孔径は１〜10μ、好ましくは２〜6μ
に孔径分布のピークを有するものがよい。また、
水素ガスを供給するための貫通孔の径としては
0.5〜1.0mmのものが適当である。
ツケル板の細孔径は１〜10μ、好ましくは２〜6μ
に孔径分布のピークを有するものがよい。また、
水素ガスを供給するための貫通孔の径としては
0.5〜1.0mmのものが適当である。
以上詳述した如く、本発明にかかるアルカリマ
トリツクス型水素−酸素燃料電池は負極背面に密
着するように水吸収板を配することにより、電池
の放電反応により生成する水だけを吸いとり、迅
速に系外へ除去するものであり、その工業的価値
は極めて大である。
トリツクス型水素−酸素燃料電池は負極背面に密
着するように水吸収板を配することにより、電池
の放電反応により生成する水だけを吸いとり、迅
速に系外へ除去するものであり、その工業的価値
は極めて大である。
第１図は本発明にかかるアルカリマトリツクス
型水素−酸素燃料電池の単セルの基本構造図であ
る。第２図及び第３図は、本発明にかかるアルカ
リマトリツクス型水素−酸素燃料電池の放電特性
を示す図であり、第２図は電流密度20A／ｄm2の
定電流放電特性を、第３図は電流密度5A／ｄm2
で20分、20A／ｄm2で20分の放電を繰返す負荷変
動特性を示す。 １…正極、２…負極、３…水酸化カリウム電解
液を保持させたアスベストマトリツクス、４…水
吸収板、５…水素ガス通路、６…貫通孔、７，
７′…集電網、８，８′…集電板、９，９′…クー
ラントプレート、１０…酸素ガス室、１１…水素
ガス室。
型水素−酸素燃料電池の単セルの基本構造図であ
る。第２図及び第３図は、本発明にかかるアルカ
リマトリツクス型水素−酸素燃料電池の放電特性
を示す図であり、第２図は電流密度20A／ｄm2の
定電流放電特性を、第３図は電流密度5A／ｄm2
で20分、20A／ｄm2で20分の放電を繰返す負荷変
動特性を示す。 １…正極、２…負極、３…水酸化カリウム電解
液を保持させたアスベストマトリツクス、４…水
吸収板、５…水素ガス通路、６…貫通孔、７，
７′…集電網、８，８′…集電板、９，９′…クー
ラントプレート、１０…酸素ガス室、１１…水素
ガス室。
Claims (1)
- １ 片面に多数の凹部と凸部とを有し、他面より
該凹部に貫通する多数の穿孔を有する多孔性焼結
ニツケル板からなる水吸収板の前記凸部を、水素
極のガス極側に密着するように配したことを特徴
とするアルカリマトリツクス型水素−酸素燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58226579A JPS60117562A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | アルカリマトリックス型水素一酸素燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58226579A JPS60117562A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | アルカリマトリックス型水素一酸素燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60117562A JPS60117562A (ja) | 1985-06-25 |
| JPH0247061B2 true JPH0247061B2 (ja) | 1990-10-18 |
Family
ID=16847376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58226579A Granted JPS60117562A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | アルカリマトリックス型水素一酸素燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60117562A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0546045U (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-18 | 金星エレクトロン株式会社 | 半導体パツケージ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4691742B2 (ja) * | 1999-01-27 | 2011-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用ガスセパレータおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレータの製造方法 |
| CN1311583C (zh) * | 2002-07-30 | 2007-04-18 | 高能量有限公司 | 用作电化学燃料电池的燃料的悬浮液 |
| JP5153159B2 (ja) * | 2007-02-15 | 2013-02-27 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池 |
-
1983
- 1983-11-29 JP JP58226579A patent/JPS60117562A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0546045U (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-18 | 金星エレクトロン株式会社 | 半導体パツケージ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60117562A (ja) | 1985-06-25 |
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