JPH05114408A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPH05114408A
JPH05114408A JP3275364A JP27536491A JPH05114408A JP H05114408 A JPH05114408 A JP H05114408A JP 3275364 A JP3275364 A JP 3275364A JP 27536491 A JP27536491 A JP 27536491A JP H05114408 A JPH05114408 A JP H05114408A
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JP
Japan
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layer
electrolytic solution
porous structure
fuel cell
structure layer
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Pending
Application number
JP3275364A
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English (en)
Inventor
Masaru Osuga
勝 大須賀
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
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Publication of JPH05114408A publication Critical patent/JPH05114408A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 停止・運転が繰り返し行われても電極に必要
以上の濡れを発生しないようにして、燃料電池の寿命の
短縮を防止すること。 【構成】 陽極板5と陰極板4との間に電解質マトリッ
クス層6を挟んで構成した単セル1をセパレータ3を介
在させながら多層のスタック構造にした燃料電池におい
て、前記電解質マトリックス層6を緻密な多孔構造層6
aと該多孔構造層6aよりも粗な多孔構造層6bから構
成し、前記粗な多孔構造層6bを前記単セル1の外側に
設けた電解液溜13に連通させた燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の単セルが積層さ
れたスタック構造の燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】多数の単セルをセパレータを介して積層
したスタック構造の燃料電池では、頻繁に停止・運転を
繰り返し行う場合、電解液(リン酸)が停止中に吸湿膨
張していたり、始動時の昇温によって熱膨張したりする
ことによって、その電解液が電極側に必要以上に入り込
み、反応ガスの電極内反応層への侵入を阻害することが
あるため、電池の寿命を短くしてしまうことがあった。
【0003】また、燃料電池の発電は発熱反応である
が、電極等が多孔質構造であるため熱伝導性が悪く、始
動から安定出力になる反応温度に達するまで相当の時間
がかかることになる。従来、この立ち上がり時間を短縮
するため、スタックに改質器などで発生した加熱ガスを
導入したり、或いは電気ヒータを設けて加熱したりする
ようにしたものがある。しかし、いずれもセパレータの
外側からの熱伝導によって加熱が行われるため、立ち上
がり時間の短縮には限界があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、停止
・運転が繰り返し行われても電極に必要以上の濡れを発
生しないようにし、寿命の短縮を防止するようにした電
池寿命の提供にある。本発明の他の目的は、再始動の円
滑化のため、始動時の立ち上がり時間を短縮可能にした
燃料電池を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、陽極板と陰極板との間に電解質マトリックス層を
挟んで構成した単セルをセパレータを介在させながら多
層のスタック構造にした燃料電池において、前記電解質
マトリックス層を緻密な多孔構造層Aと該多孔構造層A
よりも粗な多孔構造層Bから構成し、前記粗な多孔構造
層Bを前記単セルの外側に設けた電解液溜に連通させた
ことを特徴とするものである。
【0006】このように電解質マトリックス層に緻密な
多孔構造層Aのほかに電解液の伝達能(移送性能)が良
好な粗な多孔構造層Bを設け、それを外部の電解液溜に
連通させたことにより、電解液が吸湿や熱によって膨張
しても、この多孔構造層Bと電解液溜とがバッファとな
って過剰な電解液を吸収し、電極を必要以上に濡らすこ
とがなくなる。したがって、反応ガスの電極内反応層へ
の通路を長期に渡って維持することができ、燃料電池の
寿命の短縮を防止することができる。
【0007】さらに他の目的を達成する本発明は、上述
の構成に加えて、前記電解液溜と前記粗な多孔構造層B
との間で電解液を移送する強制送液手段と電解液を加熱
する加熱手段とを、前記単セルの外側に設けたことを特
徴とする。このような構成にすることによって、再始動
時に電解液を加熱供給することにより、その電解液自体
を加熱媒体として単セル内部を直接加熱することがで
き、安定出力までの立ち上がり時間を著しく短縮するこ
とができる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の実施例からなる燃料電池の概
要を示し、図3はその燃料電池内部を断面にして示すも
のである。図3において、単セル1は、陰極板4と陽極
板5との2枚の電極板の間に電解質マトリックス層6を
介在させて構成されている。その単セル1はその外周に
シール用ガスケット2を配置し、セパレータ3を交互に
介在させながら横方向に積層されてスタック10を構成
している。陰極板4と陽極板5とは、それぞれ電解質マ
トリックス層6に対面するように配置した反応層7と、
この反応層7に発水層8aを介して接合させた基材層8
とから構成されている。
【0009】セパレータ3は、一方の面に複数の平行溝
からなる燃料ガス通路3aを有し、他方の面に同じく複
数の平行溝からなる空気通路3bを上記燃料ガス通路3
aと直交するように配置している。このセパレータ3
は、その燃料ガス通路3aを単セル1の一方の面に対面
させ、他方の面に空気通路3bを対面させるようにして
いる。燃料ガス通路3aの両端部には、燃料ガス(水素
など)の給気用と排気用のインナーマニホルド9がそれ
ぞれ設けられ、また空気通路3bの両端部には反応用空
気の給気用と排気用のアウターマニホルド(不図示)が
それぞれ設けられている。
【0010】単セル1内の電解質マトリックス層6は電
解液(リン酸など)を保持するようにした二つの多孔構
造層6a,6bから構成されている。一方の多孔構造層
6aの方は緻密な多孔構造層Aになっていて、電解液の
保持機能に優れており、また他方の多孔構造層6bは、
上記多孔構造層6aよりも粗な多孔構造層Bになってい
て、電解液の伝達機能(移送機能)に優れたものとなっ
ている。
【0011】また、電極板を構成する反応層7は、触媒
を担持したカーボンブラックをフッ素樹脂をバインダー
として結合された多孔構造から出来ている。また、基材
層8は所謂カーボンペーパであり、炭素繊維を少量の樹
脂バインダーにより結着した多孔構造からなっている。
この基材層8は片面に発水層8aを接合することにより
発水機能を具備している。このように基材層8に具備さ
せる発水機能としては、図示の例のように独立の発水層
8aを設けるようにしたもののほか、基材層8のバイン
ダーにフッ素樹脂などの発水性樹脂を使用することによ
り、基材層自体に発水機能を具備させるようにしたもの
であってもよい。
【0012】本発明の燃料電池において、上述のように
構成されたスタック10における各単セル1は、その電
解質マトリックス層6の粗な多孔構造層6bを、図1A
や図1Bに示すように、外側の電解液溜13に連通させ
ている。この粗な多孔構造層6bは、緻密な多孔構造層
6aに比べて優れた電解液の伝達能(移送性能)を有し
ており、これが外部の電解液溜13に連通しているた
め、たとえ電解液が膨張したとしても、これら多孔構造
層6bと電解液溜13とがバッファとなって過剰な電解
液を電解液溜13へ移動吸収し、電極板側に電解液を必
要以上に移動させることがない。したがって、電池寿命
の短縮を防止し、何ら支障を来すことがないのである。
【0013】図2は本発明の他の実施例を示す。この実
施例では、スタック10内の各単セル1が、それぞれ電
解質マトリックス層6の粗な多孔構造層6bをバルブ1
1を介して高ヘッド位置に置かれた溢流タンク兼用の電
解液溜13に接続している。また、この粗な多孔構造層
6bは、バルブ12を介して低ヘッド位置に置かれた電
解液溜14にも接続している。この電解液溜14には加
熱器16が付設されると共に、上面にエアコンプレッサ
15が接続され、このエアコンプレッサ15は加圧度を
調節することにより、電解液溜14内の電解液をスタッ
ク10の各単セル1に供給したり、吸い出したりするよ
うになっている。また、加熱器16は、電解液溜14内
の電解液を加熱するようになっている。
【0014】上記構成において、電解液の強制送液手段
としのエアコンプレッサ15は、これに代えて送液ポン
プを使用するようにしてもよい。この送液ポンプはバル
ブ12と電解液溜14との間に連結されるようにする。
勿論、このような強制送液手段を設けないで、単にタン
クの位置によるヘッド差だけで送液をするものであって
もよい。
【0015】また、加熱器16の熱源としては、独立に
ヒータを設けるようにしてもよいが、燃料電池の付属設
備である改質器が排気する加熱ガスを利用したり、或い
はメタノールを燃料とするバーナを利用するようにして
もよい。いずれも燃料電池の付属設備を兼用させたもの
であるので、これらを利用すれば余分の電力を消費しな
いで済むようになる。
【0016】上述した図2の燃料電池では、バルブ1
1,12を開くことにより、図1の場合と同様に、多孔
構造層6bと電解液溜13,14とをバッファとして過
剰な電解液を電解液溜13や14へ吸収することがで
き、電極を過剰に濡らすことがなくなる。したがって、
電池寿命の短縮を防止することができる。また、再始動
時において、電解液溜14の電解液を加熱器16によっ
て加熱し、それをバルブ11,12を介して単セル1内
に供給するようにすれば、電解液自体を加熱媒体として
単セル内部を直接加熱することができるため、安定出力
に達するまでの立ち上がり時間を著しく短縮することが
できる。
【0017】また、図2の燃料電池では、運転停止時に
エアコンプレッサ15を負圧側に作動させることによ
り、粗な多孔構造層6bにおける電解液を電解液溜14
に抜き出すことができる。したがって、このような方法
によっても停止期間中の電極の過剰な濡れを防止するこ
とができる。このように電解液(リン酸)を抜くタイミ
ングとしては、燃料ガス(水素)の供給バルブを閉じた
後の反応継続や、或いは不活性ガスによるパージなどで
残留水素を除去した後であって、かつリン酸の粘度が温
度低下によって上昇しないまでの時点で行うのがよい。
【0018】なお、上述した実施例では、燃料電池が横
方向スタック構造の場合について説明したが、本発明は
縦方向スタック構造にも適用可能である。縦方向スタッ
ク構造の場合は、単セル間にヘッド差があるの対して、
横方向スタックではヘッド差がないため、各単セルに対
して電解液を同一条件下で充填することができるという
利点がある。また、インナー及びアウターマニホルド内
の反応ガスの分布に関しても、各単セル間における差は
生じないという利点もある。
【0019】
【発明の効果】上述したように本発明の燃料電池は、電
解質マトリックス層に緻密な多孔構造層Aのほかに電解
液の伝達能(移送性能)が良好な粗な多孔構造層Bを設
け、それを外部の電解液溜に連通させるようにしたの
で、たとえ電解液が吸湿や熱によって膨張しても、この
多孔構造層Bと電解液溜とがバッファとなって過剰な電
解液を吸収し、電極を必要以上に濡らすことがない。し
たがって、電池寿命の短縮を防止することができる。
【0020】さらに、本発明の燃料電池を、電解液の強
制送液手段と電解液の加熱手段とを単セルの外側に設け
る構造にした場合は、再始動時に電解液を加熱供給する
ことによって、その電解液自体を加熱媒体として単セル
内部を直接加熱することができるようになるため、安定
出力までの立ち上がり時間を著しく短縮することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】AおよびBは、それぞれ本発明の実施例からな
る燃料電池の概略を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例からなる燃料電池の概略を
示す図である。
【図3】本発明による燃料電池のスタック内部を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 単セル 3 セパレータ 4 陰極板(電極板) 5 陽極板(電極
板) 6 電解質マトリックス層 6a 多孔構造層(緻密な多孔構造層A) 6b 多孔構造層(粗な多孔構造層B) 10 スタック 13,14 電解
液溜 15 エアコンプレッサ(強制送液手段) 16 加熱器(加熱手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極板と陰極板との間に電解質マトリッ
    クス層を挟んで構成した単セルをセパレータを介在させ
    ながら多層のスタック構造にした燃料電池において、前
    記電解質マトリックス層を緻密な多孔構造層Aと該多孔
    構造層Aよりも粗な多孔構造層Bから構成し、前記粗な
    多孔構造層Bを前記単セルの外側に設けた電解液溜に連
    通させた燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記電解液溜と前記粗な多孔構造層Bと
    の間で電解液を移送する強制送液手段と電解液を加熱す
    る加熱手段とを、前記単セルの外側に設けた請求項1記
    載の燃料電池。
JP3275364A 1991-10-23 1991-10-23 燃料電池 Pending JPH05114408A (ja)

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JP3275364A JPH05114408A (ja) 1991-10-23 1991-10-23 燃料電池

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JP3275364A JPH05114408A (ja) 1991-10-23 1991-10-23 燃料電池

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Family

ID=17554453

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JP3275364A Pending JPH05114408A (ja) 1991-10-23 1991-10-23 燃料電池

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JP (1) JPH05114408A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836417B1 (ko) * 2007-06-11 2008-06-09 현대자동차주식회사 연료전지스택의 막전극접합체 구조
JP2013519197A (ja) * 2010-02-08 2013-05-23 エイエフシー エナジー ピーエルシー セルスタックシステム

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KR100836417B1 (ko) * 2007-06-11 2008-06-09 현대자동차주식회사 연료전지스택의 막전극접합체 구조
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