JPH04274171A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH04274171A JPH04274171A JP3036032A JP3603291A JPH04274171A JP H04274171 A JPH04274171 A JP H04274171A JP 3036032 A JP3036032 A JP 3036032A JP 3603291 A JP3603291 A JP 3603291A JP H04274171 A JPH04274171 A JP H04274171A
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Classifications
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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
- 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
-
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- 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
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関するもので
ある。特に電極への燃料または空気供給量を調節できる
燃料電池に関する。
ある。特に電極への燃料または空気供給量を調節できる
燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】負極に例えば、メタノール等の燃料を供
給し（以下、燃料酸化電極という。）、電解質を介して
負極と反対側の正極（以下、空気還元電極という。）に
空気を供給する。燃料酸化電極では、供給されるメタノ
ール等の燃料が水と反応してＣＯ２ガスとプロトンと電
子を生成する。燃料酸化電極で生成した電子は集電板を
介して負荷側に供給される。
給し（以下、燃料酸化電極という。）、電解質を介して
負極と反対側の正極（以下、空気還元電極という。）に
空気を供給する。燃料酸化電極では、供給されるメタノ
ール等の燃料が水と反応してＣＯ２ガスとプロトンと電
子を生成する。燃料酸化電極で生成した電子は集電板を
介して負荷側に供給される。
【０００３】また、空気還元電極では負荷を介して空気
還元電極に供給される電子と電解質から供給されるプロ
トンと空気が水を生成する。
還元電極に供給される電子と電解質から供給されるプロ
トンと空気が水を生成する。
【０００４】こうして、メタノール等の燃料の燃焼反応
を電気化学的に行わせることにより、その酸化反応に伴
う自由エネルギー変化を直接電気エネルギーとして取り
出すことができる。
を電気化学的に行わせることにより、その酸化反応に伴
う自由エネルギー変化を直接電気エネルギーとして取り
出すことができる。
【０００５】前記各電極の詳細図を図５に示す。同図に
は燃料室３２に隣接して、集電体３９、ガス状になった
燃料のガス供給層３３ａと燃料の酸化反応層３３ｂとか
らなる燃料酸化電極３３があり、空気室３７にも同じく
集電体３９、ガス供給層３６ａ、空気の還元反応層３６
ｂとからなる空気還元電極３６が隣接し、この二つの電
極３３、３６間に電解質室３５とがある。集電体３９は
メッシュ状の金属材料で構成される。両電極３３、３６
のガス供給層３３ａ、３６ａはメタノール等の燃料が直
接反応層３３ｂ、３６ｂに到達しないように調整するた
めに設けられるもので、例えば、疎水性の直径約４００
Åのカーボンクラスターで構成される。また、両電極３
３、３６の反応層３３ｂ、３６ｂは、ガス状になった燃
料または空気が反応する領域であり、隣接する電解質室
３５の電解質（例えば数十％濃度の硫酸水を含有する。 ）との湿潤性を向上させるために、例えば、親水性のカ
ーボンをクラスター状にして構成されている。また、燃
料室３２側の反応層３３ｂには燃料の酸化反応用触媒、
例えば、ＰｔとＲｕとの合金が、また空気室３７側の反
応層３６ｂには空気還元用の触媒、例えばＰｔが含まれ
ている。
は燃料室３２に隣接して、集電体３９、ガス状になった
燃料のガス供給層３３ａと燃料の酸化反応層３３ｂとか
らなる燃料酸化電極３３があり、空気室３７にも同じく
集電体３９、ガス供給層３６ａ、空気の還元反応層３６
ｂとからなる空気還元電極３６が隣接し、この二つの電
極３３、３６間に電解質室３５とがある。集電体３９は
メッシュ状の金属材料で構成される。両電極３３、３６
のガス供給層３３ａ、３６ａはメタノール等の燃料が直
接反応層３３ｂ、３６ｂに到達しないように調整するた
めに設けられるもので、例えば、疎水性の直径約４００
Åのカーボンクラスターで構成される。また、両電極３
３、３６の反応層３３ｂ、３６ｂは、ガス状になった燃
料または空気が反応する領域であり、隣接する電解質室
３５の電解質（例えば数十％濃度の硫酸水を含有する。 ）との湿潤性を向上させるために、例えば、親水性のカ
ーボンをクラスター状にして構成されている。また、燃
料室３２側の反応層３３ｂには燃料の酸化反応用触媒、
例えば、ＰｔとＲｕとの合金が、また空気室３７側の反
応層３６ｂには空気還元用の触媒、例えばＰｔが含まれ
ている。
【０００６】前記各電極３３、３６のガス供給層３３ａ
、３６ａにはガス化したメタノールまたは酸素ガスの供
給機能と反応層３３ｂ、３６ｂで電池反応により生成し
たガスの排出機能および電解質が燃料室３２側に漏れ出
るのを防止する機能がある。また、反応層３３ｂ、３６
ｂには触媒が含まれており、電池反応を起こさせる機能
がある。
、３６ａにはガス化したメタノールまたは酸素ガスの供
給機能と反応層３３ｂ、３６ｂで電池反応により生成し
たガスの排出機能および電解質が燃料室３２側に漏れ出
るのを防止する機能がある。また、反応層３３ｂ、３６
ｂには触媒が含まれており、電池反応を起こさせる機能
がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記燃料電池において
は、燃料酸化電極３３が直接燃料室３２に露呈している
ため、燃料が当該電極３３を透過して、電解質室３５に
拡散することがあった。そのため、■電解質の劣化、■
空気還元電極３６上での燃料の触媒燃焼による発熱、■
そのために生じる空気還元電極３６の劣化、■空気還元
電極３６上での燃料の電気化学反応による出力の低下、
■燃料利用率の低下、等の問題点があった。なお、上記
燃料利用率とは全燃料供給量に対する発電に利用される
燃料量を意味する。
は、燃料酸化電極３３が直接燃料室３２に露呈している
ため、燃料が当該電極３３を透過して、電解質室３５に
拡散することがあった。そのため、■電解質の劣化、■
空気還元電極３６上での燃料の触媒燃焼による発熱、■
そのために生じる空気還元電極３６の劣化、■空気還元
電極３６上での燃料の電気化学反応による出力の低下、
■燃料利用率の低下、等の問題点があった。なお、上記
燃料利用率とは全燃料供給量に対する発電に利用される
燃料量を意味する。
【０００８】また、上記燃料電池は負荷変動に対して、
必要な燃料量を変化させることができなかった。すなわ
ち、図６の示すように、反応層へ供給される燃料量は燃
料層へ送り込まれる燃料量Ｑｍｌ／ｓｅｃまたは燃料濃
度Ｃｍｏｌ／リットルで制御されるが、燃料室３２側に
燃料供給量Ｑ、燃料濃度Ｃを調節する装置がなかった。
必要な燃料量を変化させることができなかった。すなわ
ち、図６の示すように、反応層へ供給される燃料量は燃
料層へ送り込まれる燃料量Ｑｍｌ／ｓｅｃまたは燃料濃
度Ｃｍｏｌ／リットルで制御されるが、燃料室３２側に
燃料供給量Ｑ、燃料濃度Ｃを調節する装置がなかった。
【０００９】本発明の目的は、燃料の電解質室透過量の
低減により燃料利用率を向上させ、同時に負荷変動に対
する燃料供給量のコントロールができる燃料電池を提供
することである。
低減により燃料利用率を向上させ、同時に負荷変動に対
する燃料供給量のコントロールができる燃料電池を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、燃料酸
化電極に燃料を供給した後、排出する燃料給排路を備え
た燃料室と、空気還元電極に空気を供給した後、排出す
る空気給排路を備えた空気室と、燃料酸化電極と空気還
元電極間に電解質室を設けた燃料電池において、少なく
とも燃料室または空気室のいずれかの室を各室の電極に
接する側と反対側に二分する弾性変形膜を設け、両電極
に接する側の燃料分室または空気分室への燃料または空
気の供給量を調節する手段を少なくとも前記燃料給排路
または空気給排路のいずれかの流路に設けた燃料電池に
より達成される。
化電極に燃料を供給した後、排出する燃料給排路を備え
た燃料室と、空気還元電極に空気を供給した後、排出す
る空気給排路を備えた空気室と、燃料酸化電極と空気還
元電極間に電解質室を設けた燃料電池において、少なく
とも燃料室または空気室のいずれかの室を各室の電極に
接する側と反対側に二分する弾性変形膜を設け、両電極
に接する側の燃料分室または空気分室への燃料または空
気の供給量を調節する手段を少なくとも前記燃料給排路
または空気給排路のいずれかの流路に設けた燃料電池に
より達成される。
【００１１】
【作用および発明の効果】燃料分室または空気分室へ供
給される燃料または空気を燃料または空気供給手段で調
節すると弾性変形膜が変形し、当該燃料分室または空気
分室内の燃料量または空気量を迅速に調節できる。上記
弾性変形膜により、必要以上に燃料が電極に供給されな
いため、電解質の劣化、空気還元電極上での発熱、出力
の低下、燃料利用率の低下等を防ぐことができる。
給される燃料または空気を燃料または空気供給手段で調
節すると弾性変形膜が変形し、当該燃料分室または空気
分室内の燃料量または空気量を迅速に調節できる。上記
弾性変形膜により、必要以上に燃料が電極に供給されな
いため、電解質の劣化、空気還元電極上での発熱、出力
の低下、燃料利用率の低下等を防ぐことができる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面と共に説明する。
実施例１
図１に本実施例の燃料電池を示す。同図の燃料電池は三
つの燃料電池ユニット（セル）１を並列的に配置したも
のである。各セル１は燃料室２、燃料酸化電極３、電解
質室５、空気還元電極６および空気室７から構成される
。そして、燃料酸化電極３と空気還元電極６にはそれぞ
れ集電体９が設けられ、燃料酸化電極３で生じた電子を
集電し、負荷を介して空気還元電極６に送る作用を受け
持つ。
つの燃料電池ユニット（セル）１を並列的に配置したも
のである。各セル１は燃料室２、燃料酸化電極３、電解
質室５、空気還元電極６および空気室７から構成される
。そして、燃料酸化電極３と空気還元電極６にはそれぞ
れ集電体９が設けられ、燃料酸化電極３で生じた電子を
集電し、負荷を介して空気還元電極６に送る作用を受け
持つ。
【００１３】燃料室２は電極３に沿った方向に燃料室２
を二分する弾性変形膜１０（例えば、フッ素樹脂、ポリ
プロピレン等を素材とする。）を設けてあり、二分され
た燃料室２０１、２０２にはそれぞれ燃料供給口１１と
排出口１２が設けてある。この燃料供給口１１と排出口
１２とは循環ポンプ室１４を設けた循環路１５で接続さ
れ、燃料を各セル１の燃料室２に循環供給する。このと
き、電極３に接する側の燃料室２０２への燃料循環路１
５にはソレノイドバルブ１６を設け、このソレノイドバ
ルブ１６の駆動により燃料循環量を調節できる。また、
もう一方の燃料室２０１に循環供給される燃料は、ソレ
ノイドバルブ１６が絞られたとき、弾性変形膜１０を電
極３側へ押し出す効果と、他方の燃料室２０２の冷却作
用を受け持つ。ソレノイドバルブ１６を完全に絞り込む
と燃料室２０２への燃料供給を停止させることができる
。
を二分する弾性変形膜１０（例えば、フッ素樹脂、ポリ
プロピレン等を素材とする。）を設けてあり、二分され
た燃料室２０１、２０２にはそれぞれ燃料供給口１１と
排出口１２が設けてある。この燃料供給口１１と排出口
１２とは循環ポンプ室１４を設けた循環路１５で接続さ
れ、燃料を各セル１の燃料室２に循環供給する。このと
き、電極３に接する側の燃料室２０２への燃料循環路１
５にはソレノイドバルブ１６を設け、このソレノイドバ
ルブ１６の駆動により燃料循環量を調節できる。また、
もう一方の燃料室２０１に循環供給される燃料は、ソレ
ノイドバルブ１６が絞られたとき、弾性変形膜１０を電
極３側へ押し出す効果と、他方の燃料室２０２の冷却作
用を受け持つ。ソレノイドバルブ１６を完全に絞り込む
と燃料室２０２への燃料供給を停止させることができる
。
【００１４】こうして、負荷変動に対しても燃料室２０
２への燃料供給量をコントロールすることが容易に行え
ると同時に、必要以上の燃料が燃料室２０２へ供給され
ることなく、また、燃料電池作動停止時には弾性変形膜
１０が電極３にふたをして、完全に燃料室２０２への燃
料供給を停止することで、燃料が必要以上に電解質室５
側に拡散することがなくなる。
２への燃料供給量をコントロールすることが容易に行え
ると同時に、必要以上の燃料が燃料室２０２へ供給され
ることなく、また、燃料電池作動停止時には弾性変形膜
１０が電極３にふたをして、完全に燃料室２０２への燃
料供給を停止することで、燃料が必要以上に電解質室５
側に拡散することがなくなる。
【００１５】実施例２
図２に本発明の第二実施例を示す。同図に対する燃料電
池は図１のそれに空気室７側も弾性変形膜１０で二分さ
れ、さらに、空気供給路１８に空気流量調節用のソレノ
イドバルブ１９をさらに設けたものである。
池は図１のそれに空気室７側も弾性変形膜１０で二分さ
れ、さらに、空気供給路１８に空気流量調節用のソレノ
イドバルブ１９をさらに設けたものである。
【００１６】こうして、本実施例の燃料電池は燃料室２
への燃料供給量が調節できるだけでなく空気室７への空
気供給量も調節できる。そのため、前記第一実施例に比
較しても、空気室７の空気供給量の調節も行えるので、
負荷変動に対する電池反応の応答性を高めることができ
る。さらに、弾性変形膜１０の端部に残留する燃料室２
０２中の燃料、例えばメタノール、および電極３、５中
に残存している燃料による反応を空気供給を停止される
ことで制御できる。
への燃料供給量が調節できるだけでなく空気室７への空
気供給量も調節できる。そのため、前記第一実施例に比
較しても、空気室７の空気供給量の調節も行えるので、
負荷変動に対する電池反応の応答性を高めることができ
る。さらに、弾性変形膜１０の端部に残留する燃料室２
０２中の燃料、例えばメタノール、および電極３、５中
に残存している燃料による反応を空気供給を停止される
ことで制御できる。
【００１７】実施例３
本発明の第３実施例を図３に示す。同図においては、燃
料室２と空気室７ともに各室を二分する弾性変形膜１０
を設ける。そして、各セル１の電極３側の燃料室２０２
にのみ燃料循環路１５を形成し、その循環路１５には流
量調節用ソレノイドバルブ１６を設ける。また同様に空
気還元電極６側の空気室７０２にのみ空気供給路１８と
排出路２０を設け、空気供給路１８にはソレノイドバル
ブ１９を設ける。そして、上記弾性変形膜１０はソレノ
イドバルブ１９を絞ることで、前記電極３、６側の燃料
室２０２に燃料を供給しないとき、または空気室７０２
に空気を供給しないときには、それぞれ電極３、６面に
密着するように予め作製しておく。なお、電極３、６と
接する燃料室２０２、空気室７０２と反対側の燃料室２
０１、空気室７０１にはエア抜き用の開口２２を設けて
おく。
料室２と空気室７ともに各室を二分する弾性変形膜１０
を設ける。そして、各セル１の電極３側の燃料室２０２
にのみ燃料循環路１５を形成し、その循環路１５には流
量調節用ソレノイドバルブ１６を設ける。また同様に空
気還元電極６側の空気室７０２にのみ空気供給路１８と
排出路２０を設け、空気供給路１８にはソレノイドバル
ブ１９を設ける。そして、上記弾性変形膜１０はソレノ
イドバルブ１９を絞ることで、前記電極３、６側の燃料
室２０２に燃料を供給しないとき、または空気室７０２
に空気を供給しないときには、それぞれ電極３、６面に
密着するように予め作製しておく。なお、電極３、６と
接する燃料室２０２、空気室７０２と反対側の燃料室２
０１、空気室７０１にはエア抜き用の開口２２を設けて
おく。
【００１８】こうして、燃料室２、空気室７の各々一方
の分室２０２、７０２づつで燃料供給量と空気供給量の
調節ができ、しかも電池作動停止時は自動的に燃料、空
気を電極３、６面へ供給停止できる。こうして、循環ポ
ンプ１４のオフ時にも燃料室２０２の残留燃料量および
空気室７０２の残留空気を押し出すことができる。
の分室２０２、７０２づつで燃料供給量と空気供給量の
調節ができ、しかも電池作動停止時は自動的に燃料、空
気を電極３、６面へ供給停止できる。こうして、循環ポ
ンプ１４のオフ時にも燃料室２０２の残留燃料量および
空気室７０２の残留空気を押し出すことができる。
【００１９】実施例４
本発明の第四実施例を説明する。本実施例の燃料電池本
体は図２に示すものと同一である。第二実施例のそれと
の相違点は図４に示すように、本実施例の弾性変形膜１
０がソレノイドバルブ１６の閉時には電極３板上に密着
するように予め作製してあることである。そのため、実
施例３の例と同様に循環ポンプ１４のオフ時にも燃料室
２０２への残留燃料量を押し出すことができる。また、
空気室７０２への残存空気量も押し出される。
体は図２に示すものと同一である。第二実施例のそれと
の相違点は図４に示すように、本実施例の弾性変形膜１
０がソレノイドバルブ１６の閉時には電極３板上に密着
するように予め作製してあることである。そのため、実
施例３の例と同様に循環ポンプ１４のオフ時にも燃料室
２０２への残留燃料量を押し出すことができる。また、
空気室７０２への残存空気量も押し出される。
【００２０】なお、燃料室２０１、空気室７０１への燃
料の循環または空気の供給はソレノイドバルブ１６、１
９が絞られたとき、弾性変形膜１０を電極３、６側へ押
し出す効果と、他方の燃料室２０２、空気室７０１の冷
却作用を受け持つ。
料の循環または空気の供給はソレノイドバルブ１６、１
９が絞られたとき、弾性変形膜１０を電極３、６側へ押
し出す効果と、他方の燃料室２０２、空気室７０１の冷
却作用を受け持つ。
【図１】本発明の実施例１の燃料電池の構造図である。
【図２】本発明の実施例２の燃料電池の構造図である。
【図３】本発明の実施例３の燃料電池の構造図である。
【図４】本発明の実施例４の燃料電池の構造図である。
【図５】一般的な燃料電池の主要部の構造図である。
【図６】負荷と燃料量または燃料濃度の関係図である。
１ セル
２ 燃料室
３ 燃料酸化電極
５ 電解質室
６ 空気還元電極
７ 空気室
１０ 弾性変形膜
１４ 循環ポンプ
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料酸化電極に燃料を供給した後、排
出する燃料給排路を備えた燃料室と、空気還元電極に空
気を供給した後、排出する空気給排路を備えた空気室と
、燃料酸化電極と空気還元電極間に電解質室を設けた燃
料電池において、少なくとも燃料室または空気室のいず
れかの室を各室の電極に接する側と反対側に二分する弾
性変形膜を設け、電極に接する側の燃料分室または空気
分室への燃料または空気の供給量を調節する手段を少な
くとも前記燃料給排路または空気給排路のいずれかの流
路に設けたことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036032A JPH04274171A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036032A JPH04274171A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274171A true JPH04274171A (ja) | 1992-09-30 |
Family
ID=12458377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3036032A Pending JPH04274171A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04274171A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999005739A1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-02-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zum befüllen eines brennstoffzellenstacks |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3036032A patent/JPH04274171A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999005739A1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-02-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zum befüllen eines brennstoffzellenstacks |
| US6534209B1 (en) | 1997-07-26 | 2003-03-18 | Volkswagen Ag | Method and device for filling a fuel cell stack |
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