JPH041469B2 - - Google Patents
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- JPH041469B2 JPH041469B2 JP59151242A JP15124284A JPH041469B2 JP H041469 B2 JPH041469 B2 JP H041469B2 JP 59151242 A JP59151242 A JP 59151242A JP 15124284 A JP15124284 A JP 15124284A JP H041469 B2 JPH041469 B2 JP H041469B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
-
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
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- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2418—Grouping by arranging unit cells in a plane
-
- H—ELECTRICITY
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- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池の改良に関するものである。
本来一般に採用されている燃料電池、たとえば
酸性電解質型燃料電池は、第６図に示すように一
対の電極、すなわち酸素電極１と水素電極２があ
り、そしてその間に電解質を含んでいるマトリツ
クス３が介在されて形成されている。
酸性電解質型燃料電池は、第６図に示すように一
対の電極、すなわち酸素電極１と水素電極２があ
り、そしてその間に電解質を含んでいるマトリツ
クス３が介在されて形成されている。
尚実用に際しては電圧の関係からこのように形
成された単位電池が分離板４を介して複数個積重
ねられて形成される。
成された単位電池が分離板４を介して複数個積重
ねられて形成される。
酸素電極１及び水素電極２は、夫々多孔性基質
にて形成され、又夫々その一表面、とくにマトリ
ツクス３と対向しない側の一表面には、気体流通
路すなわち酸素流通路１ａ、及び水素流通路２ａ
が設けられ、又さらにこれらの電極には、夫々そ
のマトリツクスと対向している側の面に、多孔性
物質にて形成された触媒層１ｂ，２ｂが設けられ
ている。
にて形成され、又夫々その一表面、とくにマトリ
ツクス３と対向しない側の一表面には、気体流通
路すなわち酸素流通路１ａ、及び水素流通路２ａ
が設けられ、又さらにこれらの電極には、夫々そ
のマトリツクスと対向している側の面に、多孔性
物質にて形成された触媒層１ｂ，２ｂが設けられ
ている。
このように構成された燃料電池の運転は、酸素
電極の酸素流通路１ａに酸化剤である酸素O2が
供給され、又水素電極の水素流通路２ａには水素
H2が供給され、これらは触媒を介して反応し発
電が行なわれる。
電極の酸素流通路１ａに酸化剤である酸素O2が
供給され、又水素電極の水素流通路２ａには水素
H2が供給され、これらは触媒を介して反応し発
電が行なわれる。
この場合これらの気体（水素、酸素）が触媒と
充分に接し充分反応してくれれば特に問題はない
わけであるが、次に述べるような理由により充分
な反応が行なわれず燃料電池の性能特に電極性能
が充分発揮できない嫌いがあつた。
充分に接し充分反応してくれれば特に問題はない
わけであるが、次に述べるような理由により充分
な反応が行なわれず燃料電池の性能特に電極性能
が充分発揮できない嫌いがあつた。
すなわち第７図にその要部を拡大して示すよう
に、水素H2の流通によりマトリツクス３の電解
質内を移動してきた水素イオンH+は、電解質に
濡れている触媒層の部分１ｃに到達する。一方酸
素流通路１ａを流れている酸素O2も、その一部
が酸素電極１及び触媒層１ｂの気孔内を拡散して
きて、電解質に濡ている触媒層の部分１ｃに達す
る。この部分でこの酸素と前記水素イオンとが反
応するわけであるが、この反応によりこの部分で
水が発生する。この水は水蒸気H2Oとなり触媒
層１ｂ及び酸素電極１の気孔内を酸素O2の拡散
方向と逆な方向、すなわち対向方向に拡散して酸
素流通路１ａに達し酸素を含む気体に合流し外部
に排出される。
に、水素H2の流通によりマトリツクス３の電解
質内を移動してきた水素イオンH+は、電解質に
濡れている触媒層の部分１ｃに到達する。一方酸
素流通路１ａを流れている酸素O2も、その一部
が酸素電極１及び触媒層１ｂの気孔内を拡散して
きて、電解質に濡ている触媒層の部分１ｃに達す
る。この部分でこの酸素と前記水素イオンとが反
応するわけであるが、この反応によりこの部分で
水が発生する。この水は水蒸気H2Oとなり触媒
層１ｂ及び酸素電極１の気孔内を酸素O2の拡散
方向と逆な方向、すなわち対向方向に拡散して酸
素流通路１ａに達し酸素を含む気体に合流し外部
に排出される。
このようにこの種の燃料電池は、酸素電極１で
は酸素O2と水蒸気H2Oとが逆方向に拡散するの
で、水蒸気の拡散が酸素の拡散を妨げてしまう。
は酸素O2と水蒸気H2Oとが逆方向に拡散するの
で、水蒸気の拡散が酸素の拡散を妨げてしまう。
第８図はこの酸素電極部における水蒸気と酸素
との濃度関係を計算結果よりみたもので、この図
からもわかるように、酸素O2は触媒層に近づく
にしたがい大きく減少していることがわかる。
との濃度関係を計算結果よりみたもので、この図
からもわかるように、酸素O2は触媒層に近づく
にしたがい大きく減少していることがわかる。
このように触媒層内の反応の場での酸素分圧が
低いということは、それだけ電極性能が低いとい
うことであり、延いては燃料電池の性能にも悪影
響を及ぼしているということである。
低いということは、それだけ電極性能が低いとい
うことであり、延いては燃料電池の性能にも悪影
響を及ぼしているということである。
本発明はこれにかんがみなされたものでありそ
の目的とするところは、反応物質の電極内拡散が
良好に行なわれ、電極性能が向上し得るこの種の
燃料電池を提供するにある。
の目的とするところは、反応物質の電極内拡散が
良好に行なわれ、電極性能が向上し得るこの種の
燃料電池を提供するにある。
すなわち本発明は一対の電極のうち、反応時に
生成ガスが排出される側の電極に、この電極側の
触媒を内在させて電極内部に触媒の層を形成する
とともに、この電極の流通路を、供給流通路と排
出流通路とに独立させて形成し、前記供給流通路
より供給された気体が、前記電極内の触媒の層を
貫通して前記排出流通路へ流れるように形成して
所期の目的を達成するようにしたものである。
生成ガスが排出される側の電極に、この電極側の
触媒を内在させて電極内部に触媒の層を形成する
とともに、この電極の流通路を、供給流通路と排
出流通路とに独立させて形成し、前記供給流通路
より供給された気体が、前記電極内の触媒の層を
貫通して前記排出流通路へ流れるように形成して
所期の目的を達成するようにしたものである。
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。
説明する。
第１図及び第２図には酸素電極１、水素電極２
マトリツクス３、分離板４を備えた酸性電解質型
燃料電池の一部が示されている。
マトリツクス３、分離板４を備えた酸性電解質型
燃料電池の一部が示されている。
水素電極２は従来同様多孔性基質にて形成さ
れ、そしてその一方面側、すなわちマトリツクス
３と対向している面側には、触媒層２ｂが設けら
れ、反対側の面には水素流通路２ａが設けられて
いる。
れ、そしてその一方面側、すなわちマトリツクス
３と対向している面側には、触媒層２ｂが設けら
れ、反対側の面には水素流通路２ａが設けられて
いる。
酸素電極１はマトリツクス３と対向している側
の面に排出流通路１ｄを有している。特にこの排
出流通路は一方端側は外部へ開口しているが、他
方端側は閉じられた形状をなしている。又この酸
素電極１は多孔性基質にて形成されるとともに、
多孔部に触媒が含浸され、充分な量の電解質で濡
れている。すなわちこの電極側の触媒層は電極内
部に形成されるということである。もう少し詳し
く述べると、図からも明らかなように水素電極２
側には触媒層２ｂが電極外部に隣接して設けられ
ているが、酸素電極側においては、この触媒層２
ｂに該当する触媒層は酸素電極内に存在するとい
うことである。
の面に排出流通路１ｄを有している。特にこの排
出流通路は一方端側は外部へ開口しているが、他
方端側は閉じられた形状をなしている。又この酸
素電極１は多孔性基質にて形成されるとともに、
多孔部に触媒が含浸され、充分な量の電解質で濡
れている。すなわちこの電極側の触媒層は電極内
部に形成されるということである。もう少し詳し
く述べると、図からも明らかなように水素電極２
側には触媒層２ｂが電極外部に隣接して設けられ
ているが、酸素電極側においては、この触媒層２
ｂに該当する触媒層は酸素電極内に存在するとい
うことである。
分離板４は酸素電極１に隣接して配置される
が、その対向側の面に供給流通路１ｅを有してい
る。この供給流通路は前記酸素電極の排出流通路
１ｄと同方向に設けられており、かつ排出流通路
と逆な開口部及び閉口部を有している。
が、その対向側の面に供給流通路１ｅを有してい
る。この供給流通路は前記酸素電極の排出流通路
１ｄと同方向に設けられており、かつ排出流通路
と逆な開口部及び閉口部を有している。
次にこのように形成された燃料電池の作用につ
いてのべると、まず酸化剤である酸素O2は供給
流通路１ｅから導入され、酸素電極１の内部を通
過する時に、マトリツクス３から酸素電極に含ま
れる電解質に供給される水素イオンと反応して水
を生成し排出流通路１ｄから排出される。なお触
媒は電極基質内に一様に分散されたものである必
要はなく、１つまたは複数の層をなすものであつ
てもよい。
いてのべると、まず酸化剤である酸素O2は供給
流通路１ｅから導入され、酸素電極１の内部を通
過する時に、マトリツクス３から酸素電極に含ま
れる電解質に供給される水素イオンと反応して水
を生成し排出流通路１ｄから排出される。なお触
媒は電極基質内に一様に分散されたものである必
要はなく、１つまたは複数の層をなすものであつ
てもよい。
第３図にこの燃料電池における酸素電極のガス
濃度分布が示されている。この場合酸素O2が酸
素電極内部に流入して流出する間に水素イオンと
反応して一部が水蒸気H2Oとなるため、酸素電
極内部のガス出口側ほど酸素濃度が低くなつてい
る。しかし生成される水蒸気は、従来の燃料電池
のように酸素の流れに逆行することはなく同じ向
きに流れて排出されるので、上流側の酸素濃度を
低下させることはない。従つて反応の場での酸素
濃度を高く維持でき、それだけ電極は高い性能を
発揮することができる。
濃度分布が示されている。この場合酸素O2が酸
素電極内部に流入して流出する間に水素イオンと
反応して一部が水蒸気H2Oとなるため、酸素電
極内部のガス出口側ほど酸素濃度が低くなつてい
る。しかし生成される水蒸気は、従来の燃料電池
のように酸素の流れに逆行することはなく同じ向
きに流れて排出されるので、上流側の酸素濃度を
低下させることはない。従つて反応の場での酸素
濃度を高く維持でき、それだけ電極は高い性能を
発揮することができる。
尚以上の説明では、酸素電極のガス流通路を形
成するにあたり、一つの実施例をあげて説明して
きたが、このような流通路を形成するには他にも
種々考えられよう。
成するにあたり、一つの実施例をあげて説明して
きたが、このような流通路を形成するには他にも
種々考えられよう。
第４図及び第５図にはもう一つの実施例をあげ
た。この図においては酸素電極１には、電極長さ
より短い供給流通路１ｅ及び排出流通路１ｄが電
極の向かい合う一組の辺に交互に開口するよう複
数個並設されている。この酸素電極１は先の実施
例と同様に多孔性基質に触媒を含浸したものであ
り十分な量の電解質で濡れている。尚この場合こ
れらの流通路の開口していない側の通気性をなく
すために、電極端部１ｆは気密性に形成されてい
る。尚水素電極は従来同様に形成されている。酸
化剤は、酸素電極１の酸化剤入口側に開口した供
給流通路１ｅから導入され、酸素電極内部を通過
して、隣の酸化剤出口側に画口した排出流通路１
ｄに流入し排出される。酸化剤が酸素電極内部を
通過する時、マトリツクス３から酸素電極１に含
まれる電解質に供給される水素イオンと反応し水
を生成する。
た。この図においては酸素電極１には、電極長さ
より短い供給流通路１ｅ及び排出流通路１ｄが電
極の向かい合う一組の辺に交互に開口するよう複
数個並設されている。この酸素電極１は先の実施
例と同様に多孔性基質に触媒を含浸したものであ
り十分な量の電解質で濡れている。尚この場合こ
れらの流通路の開口していない側の通気性をなく
すために、電極端部１ｆは気密性に形成されてい
る。尚水素電極は従来同様に形成されている。酸
化剤は、酸素電極１の酸化剤入口側に開口した供
給流通路１ｅから導入され、酸素電極内部を通過
して、隣の酸化剤出口側に画口した排出流通路１
ｄに流入し排出される。酸化剤が酸素電極内部を
通過する時、マトリツクス３から酸素電極１に含
まれる電解質に供給される水素イオンと反応し水
を生成する。
この構成であると、先の実施例のように分離板
に酸素の供給流通路を設ける必要がないため、分
離板を薄くすることができ、ひいては燃料電池の
積層厚みを薄くすることができる。
に酸素の供給流通路を設ける必要がないため、分
離板を薄くすることができ、ひいては燃料電池の
積層厚みを薄くすることができる。
以上酸素供給及び排出流通路の形成について説
明してきたが、この他にもたとえば酸素電極の両
面を利用してこれらの流通路を形成するようにし
たり、又第１図の実施例の供給、排出流通路を逆
に形成してもよく、その変形は種々考えられるで
あろう。
明してきたが、この他にもたとえば酸素電極の両
面を利用してこれらの流通路を形成するようにし
たり、又第１図の実施例の供給、排出流通路を逆
に形成してもよく、その変形は種々考えられるで
あろう。
又以上の実施例では酸化剤側電極に水蒸気が発
生する酸性電解質型燃料電池について説明してき
たが、たとえばアルカリ電解質型水素酸素燃料電
池のように、水素電極側に水蒸気が発生するもの
は水素電極側の流通路を前述したように形成する
ことは勿論である。
生する酸性電解質型燃料電池について説明してき
たが、たとえばアルカリ電解質型水素酸素燃料電
池のように、水素電極側に水蒸気が発生するもの
は水素電極側の流通路を前述したように形成する
ことは勿論である。
以上種々のべてきたように、本発明の燃料電池
によれば、反応時に生成ガスが排出される側の電
極に、触媒が存在するように形成するとともに、
この電極の流通路を、供給流通路と排出流通路と
に独立させて形成し、供給流通路より供給された
気体が電極内部の触媒の層を貫通して排出流通路
へ流れるように形成したから、供給ガスと水蒸気
の拡散方向が同方向となり、反応物質の電極内拡
散が良好に行なわれ、電極性能の向上をはかれる
ことができる。
によれば、反応時に生成ガスが排出される側の電
極に、触媒が存在するように形成するとともに、
この電極の流通路を、供給流通路と排出流通路と
に独立させて形成し、供給流通路より供給された
気体が電極内部の触媒の層を貫通して排出流通路
へ流れるように形成したから、供給ガスと水蒸気
の拡散方向が同方向となり、反応物質の電極内拡
散が良好に行なわれ、電極性能の向上をはかれる
ことができる。
第１図は本発明の燃料電池の一実施例を示す分
解斜視図、第２図はその縦断側面図、第３図は本
発明の燃料電池内部のガス濃度関係を表わすガス
濃度分布図、第４図は本発明の燃料電池の他の実
施例を示す斜視図、第５図はその平面図、第６図
は従来の燃料電池を示す分解斜視図、第７図はそ
の要部を拡大して示す縦断側面図、第８図は従来
の燃料電池内部のガス濃度関係を表わすガス濃度
分布図である。 １……酸素電極、２……水素電極、３……マト
リツクス、１ｅ……供給流通路、１ｄ……排出流
通路。
解斜視図、第２図はその縦断側面図、第３図は本
発明の燃料電池内部のガス濃度関係を表わすガス
濃度分布図、第４図は本発明の燃料電池の他の実
施例を示す斜視図、第５図はその平面図、第６図
は従来の燃料電池を示す分解斜視図、第７図はそ
の要部を拡大して示す縦断側面図、第８図は従来
の燃料電池内部のガス濃度関係を表わすガス濃度
分布図である。 １……酸素電極、２……水素電極、３……マト
リツクス、１ｅ……供給流通路、１ｄ……排出流
通路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 気体の流通路を有し、かつ多孔性基質にて形
成された一対の電極と、該電極の間に介在され、
かつ電解質を保持しているマトリツクスとを備
え、前記気体が触媒を介して反応発電するように
形成された燃料電池において、 前記一対の電極のうち、反応時に生成ガスが排
出される側の電極に、該電極側の触媒を内在させ
て電極内部に触媒の層を形成するとともに、 この電極の流通路を、供給流通路と排出流通路
とに独立させて形成し、前記供給流通路より供給
された気体が、前記電極内の触媒の層を貫通して
前記排出流通路へ流れるように形成したことを特
徴とする燃料電池。 ２ 前記供給流通路及び前記排出流通路を夫夫複
数個設けるとともに、両者流通路を電極の一方面
に交互に並設するようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59151242A JPS6132361A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 燃料電池 |
| US06/757,450 US4615955A (en) | 1984-07-23 | 1985-07-22 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59151242A JPS6132361A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6132361A JPS6132361A (ja) | 1986-02-15 |
| JPH041469B2 true JPH041469B2 (ja) | 1992-01-13 |
Family
ID=15514362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59151242A Granted JPS6132361A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 燃料電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4615955A (ja) |
| JP (1) | JPS6132361A (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62216172A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-22 | Toshiba Corp | 燃料電池の製造方法 |
| JP2701522B2 (ja) * | 1990-06-20 | 1998-01-21 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電装置 |
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