JPH05144443A - 積層燃料電池 - Google Patents
積層燃料電池Info
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- JPH05144443A JPH05144443A JP3305151A JP30515191A JPH05144443A JP H05144443 A JPH05144443 A JP H05144443A JP 3305151 A JP3305151 A JP 3305151A JP 30515191 A JP30515191 A JP 30515191A JP H05144443 A JPH05144443 A JP H05144443A
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- electrode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ブロック内単位セル間の温度差によって生ずる
セル電圧および寿命時間の差が縮小され、長寿命化した
積層燃料電池を得る。 【構成】複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック
間に冷却板を積層した積層燃料電池において、各ブロッ
ク内単位セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間
に生ずる出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の
触媒担体の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を
単位セルの空気電極側に備えてなるものとする。また、
特性均等化手段は、高温部に位置する単位セルの空気電
極側電極触媒層に触媒担体として配合されたアセチレン
ブラックと、低温部に位置する単位セルの空気電極側電
極触媒層に触媒担体として配合されたファ−ネスブラッ
クとする。
セル電圧および寿命時間の差が縮小され、長寿命化した
積層燃料電池を得る。 【構成】複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック
間に冷却板を積層した積層燃料電池において、各ブロッ
ク内単位セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間
に生ずる出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の
触媒担体の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を
単位セルの空気電極側に備えてなるものとする。また、
特性均等化手段は、高温部に位置する単位セルの空気電
極側電極触媒層に触媒担体として配合されたアセチレン
ブラックと、低温部に位置する単位セルの空気電極側電
極触媒層に触媒担体として配合されたファ−ネスブラッ
クとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複数の単位セルを１
ブロックとして、各ブロック間に冷却板が積層された積
層燃料電池において、ブロック内単位セルの温度差によ
り生ずる出力電圧および寿命時間の差を縮小化した積層
燃料電池の電極構成に関する。
ブロックとして、各ブロック間に冷却板が積層された積
層燃料電池において、ブロック内単位セルの温度差によ
り生ずる出力電圧および寿命時間の差を縮小化した積層
燃料電池の電極構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の積層燃料電池の構成および
その温度分布を示す説明図、図４は単位セルを展開して
示す斜視図である。図において、積層燃料電池１は単位
セル２の積層体からなり、図の場合５層の単位セル２を
ブロック５として各ブロック間に冷却板３が積層され、
冷却板３に埋め込まれた冷却パイプ４に所定の温度の冷
却媒体を循環することにより、発電反応の生成熱による
積層燃料電池の温度上昇を抑制し、所定の運転温度（例
えばりん酸形燃料電池では１９０°Ｃ程度）を保持して
発電運転を行えるよう構成される。
その温度分布を示す説明図、図４は単位セルを展開して
示す斜視図である。図において、積層燃料電池１は単位
セル２の積層体からなり、図の場合５層の単位セル２を
ブロック５として各ブロック間に冷却板３が積層され、
冷却板３に埋め込まれた冷却パイプ４に所定の温度の冷
却媒体を循環することにより、発電反応の生成熱による
積層燃料電池の温度上昇を抑制し、所定の運転温度（例
えばりん酸形燃料電池では１９０°Ｃ程度）を保持して
発電運転を行えるよう構成される。
【０００３】また、単位セル２は図４にリブ付電極形の
りん酸形単位セルを例に示すように、りん酸を保持した
マトリックス１４を挟んでその両側に燃料電極１１およ
び空気電極１５を配した構造となっており、燃料電極１
１はガス透過性の電極基材１１Ａのマトリックス側の面
に電極触媒層１１Ｂを設けたものからなり、空気電極１
５も同様に電極基材１５Ａと電極触媒層１５Ｂとで構成
される。電極基材１１Ａ，１５Ａはそれぞれ燃料ガスの
供給溝１２および空気の供給溝１３を備え、単位セル２
間にガス不透過性のセパレ−ト板１９を配して積層する
ことによりガス区分され、反応ガスの供給溝１２および
１３を介して燃料電極には水素リッチな燃料ガスを，空
気電極には酸化剤としての空気を供給することにより、
電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学反応に基づく発
電が行われる。
りん酸形単位セルを例に示すように、りん酸を保持した
マトリックス１４を挟んでその両側に燃料電極１１およ
び空気電極１５を配した構造となっており、燃料電極１
１はガス透過性の電極基材１１Ａのマトリックス側の面
に電極触媒層１１Ｂを設けたものからなり、空気電極１
５も同様に電極基材１５Ａと電極触媒層１５Ｂとで構成
される。電極基材１１Ａ，１５Ａはそれぞれ燃料ガスの
供給溝１２および空気の供給溝１３を備え、単位セル２
間にガス不透過性のセパレ−ト板１９を配して積層する
ことによりガス区分され、反応ガスの供給溝１２および
１３を介して燃料電極には水素リッチな燃料ガスを，空
気電極には酸化剤としての空気を供給することにより、
電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学反応に基づく発
電が行われる。
【０００４】ところで、発熱反応である電気化学反応に
よって生じた発電生成熱は、各ブロック５間に積層され
た冷却板３を流れる冷却媒体により冷却されるが、図４
において各ブロック内の冷却板３により直接冷却される
低温部に位置する単位セル２Ｂ，２Ｃの温度Ｔl と、ブ
ロック５中央近傍の高温部に位置して他の単位セルを介
して間接冷却される単位セル２Ａの温度Ｔh とでは曲線
１０に示すようにＴhの方が高く、両者間に１５〜２０
°Ｃの温度差が発生する。
よって生じた発電生成熱は、各ブロック５間に積層され
た冷却板３を流れる冷却媒体により冷却されるが、図４
において各ブロック内の冷却板３により直接冷却される
低温部に位置する単位セル２Ｂ，２Ｃの温度Ｔl と、ブ
ロック５中央近傍の高温部に位置して他の単位セルを介
して間接冷却される単位セル２Ａの温度Ｔh とでは曲線
１０に示すようにＴhの方が高く、両者間に１５〜２０
°Ｃの温度差が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池ではその出力
電圧（セル電圧）が、水素電極電位と酸素電極電位の差
に比例するので、電極反応を行う電極触媒層はなるべく
少ない白金担持量で空気電極は高い電位を，燃料電極は
低い電位を示すよう工夫されており、ことにセル電圧に
大きな影響を及ぼす空気電極側の電極触媒層には、例え
ばアセチレンブラックを触媒担体としてその１０重量％
に相当する白金を担持させて電極触媒（白金触媒とも呼
ぶ）とし、これに結合剤として電極触媒と等量のポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合した触媒層素
材を用い、電極基材の表面に膜状の電極触媒層を形成し
たものが用いられる。また、ブロック内の複数の単位セ
ルには、通常相互の温度差に関係なく同一材料構成比の
空気電極，燃料電極が用いられる。
電圧（セル電圧）が、水素電極電位と酸素電極電位の差
に比例するので、電極反応を行う電極触媒層はなるべく
少ない白金担持量で空気電極は高い電位を，燃料電極は
低い電位を示すよう工夫されており、ことにセル電圧に
大きな影響を及ぼす空気電極側の電極触媒層には、例え
ばアセチレンブラックを触媒担体としてその１０重量％
に相当する白金を担持させて電極触媒（白金触媒とも呼
ぶ）とし、これに結合剤として電極触媒と等量のポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合した触媒層素
材を用い、電極基材の表面に膜状の電極触媒層を形成し
たものが用いられる。また、ブロック内の複数の単位セ
ルには、通常相互の温度差に関係なく同一材料構成比の
空気電極，燃料電極が用いられる。
【０００６】上述のように構成された従来の積層燃料電
池において、燃料電池のセル電圧には温度依存性があ
り、高温部に配された単位セル２Ａのセル電圧Ｖh は低
温部に配された単位セル２Ｂ，２Ｃのセル電圧Ｖl より
高くなる。一方、燃料電池の電極触媒層は長期発電運転
中に触媒担体に担持された白金結晶粒子が粗大化して反
応表面積が縮小するシンタリング現象，電極触媒層構成
材料のりん酸による腐食や熱劣化による触媒粒子の脱落
現象，あるいはりん酸が電極触媒層にしみ出すことによ
るガス拡散性の低下現象等の劣化現象によりセル電圧が
低下し、この劣化現象も温度依存性を有するために、高
温部に位置する単位セル２Ａのセル電圧低下量が、低温
部に位置する単位セル２Ｂ，２Ｃのそれより大きくな
る。また、この劣化現象の多くは電極触媒層に使用する
触媒担体の耐蝕性の強弱に影響され、ときに耐蝕性の強
い触媒担体は電解質の濡れ性に劣るために白金触媒の活
性を有効に利用できず、これが原因でセル電圧が低くな
る。
池において、燃料電池のセル電圧には温度依存性があ
り、高温部に配された単位セル２Ａのセル電圧Ｖh は低
温部に配された単位セル２Ｂ，２Ｃのセル電圧Ｖl より
高くなる。一方、燃料電池の電極触媒層は長期発電運転
中に触媒担体に担持された白金結晶粒子が粗大化して反
応表面積が縮小するシンタリング現象，電極触媒層構成
材料のりん酸による腐食や熱劣化による触媒粒子の脱落
現象，あるいはりん酸が電極触媒層にしみ出すことによ
るガス拡散性の低下現象等の劣化現象によりセル電圧が
低下し、この劣化現象も温度依存性を有するために、高
温部に位置する単位セル２Ａのセル電圧低下量が、低温
部に位置する単位セル２Ｂ，２Ｃのそれより大きくな
る。また、この劣化現象の多くは電極触媒層に使用する
触媒担体の耐蝕性の強弱に影響され、ときに耐蝕性の強
い触媒担体は電解質の濡れ性に劣るために白金触媒の活
性を有効に利用できず、これが原因でセル電圧が低くな
る。
【０００７】図５は従来の積層燃料電池における単位セ
ルのセル電圧−運転時間特性（寿命特性）を模式化して
示す特性線図であり、高温部の単位セル２Ａは初期セル
電圧は低温部の単位セル２Ｂ，２Ｃのそれより高いが、
運転時間の経過とともにセル電圧が低下し、１０００時
間を経過した時点ではそのセル電圧Ｖhが低温部の単位
セルのセル電圧Ｖl 以下に低下する。燃料電池の目標寿
命は、通常セル電圧が定挌電圧の９０％に低下するまで
の時間で表され、現在４００００時間が目標とされてい
る。図６のような寿命特性を持つ従来の積層燃料電池で
は、低温部の単位セルは目標寿命に対して充分な余裕が
有るにも関わらず、高温部の単位セルのセル電圧の低下
が著しく、積層燃料電池の寿命が高温部の単位セルの寿
命に支配され、目標寿命を保持できないという問題が発
生する。
ルのセル電圧−運転時間特性（寿命特性）を模式化して
示す特性線図であり、高温部の単位セル２Ａは初期セル
電圧は低温部の単位セル２Ｂ，２Ｃのそれより高いが、
運転時間の経過とともにセル電圧が低下し、１０００時
間を経過した時点ではそのセル電圧Ｖhが低温部の単位
セルのセル電圧Ｖl 以下に低下する。燃料電池の目標寿
命は、通常セル電圧が定挌電圧の９０％に低下するまで
の時間で表され、現在４００００時間が目標とされてい
る。図６のような寿命特性を持つ従来の積層燃料電池で
は、低温部の単位セルは目標寿命に対して充分な余裕が
有るにも関わらず、高温部の単位セルのセル電圧の低下
が著しく、積層燃料電池の寿命が高温部の単位セルの寿
命に支配され、目標寿命を保持できないという問題が発
生する。
【０００８】この発明の目的は、ブロック内単位セル間
の温度差によって生ずるセル電圧および寿命時間の差が
縮小化された積層燃料電池を得ることにある。
の温度差によって生ずるセル電圧および寿命時間の差が
縮小化された積層燃料電池を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、ガス透過性の電極基材の一方の
面に電極触媒層を有する燃料電極および空気電極と、前
記両電極の電極触媒層間に挟持された電解質層とからな
る単位セル複数層と、前記各単位セル相互間をガス区分
するセパレ−ト板との積層体からなり、その運転温度を
制御する冷却板を複数の単位セルを１ブロックとして各
ブロック間に積層したものにおいて、各ブロック内単位
セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生ずる
出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒担体
の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位セル
の空気電極側に備えてなるものとする。
に、この発明によれば、ガス透過性の電極基材の一方の
面に電極触媒層を有する燃料電極および空気電極と、前
記両電極の電極触媒層間に挟持された電解質層とからな
る単位セル複数層と、前記各単位セル相互間をガス区分
するセパレ−ト板との積層体からなり、その運転温度を
制御する冷却板を複数の単位セルを１ブロックとして各
ブロック間に積層したものにおいて、各ブロック内単位
セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生ずる
出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒担体
の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位セル
の空気電極側に備えてなるものとする。
【００１０】また、特性均等化手段が、高温部に位置す
る単位セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として配
合されたアセチレンブラックからなり、前記電極触媒層
の寿命時間を延長することにより特性を均等化するよう
形成されてなるものとする。
る単位セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として配
合されたアセチレンブラックからなり、前記電極触媒層
の寿命時間を延長することにより特性を均等化するよう
形成されてなるものとする。
【００１１】さらに、特性均等化手段が、低温部に位置
する単位セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として
配合されたファ−ネスブラックからなり、単位セルの出
力電圧を高めることにより特性を均等化するよう形成さ
れてなるものとする。
する単位セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として
配合されたファ−ネスブラックからなり、単位セルの出
力電圧を高めることにより特性を均等化するよう形成さ
れてなるものとする。
【００１２】
【作用】この発明の構成において、各ブロック内単位セ
ル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生ずる出
力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒担体の
選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位セルの
空気電極側に備えるよう構成したことにより、例えば、
高温部に位置する単位セルの空気電極側電極触媒層の触
媒担体に特性均等化手段としてアセチレンブラックを用
いることにより、電解質に対する濡れ性がやや低いアセ
チレンブラックの性質を逆利用して高温側単電池の初期
セル電圧を抑制して低温側単電池のそれに近づけるとと
もに、アセチレンブラックの優れた耐蝕性を活用して白
金触媒粒子の脱落に起因する寿命時間の短縮を阻止し、
高温側単電池の寿命時間を延長する機能が得られる。
ル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生ずる出
力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒担体の
選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位セルの
空気電極側に備えるよう構成したことにより、例えば、
高温部に位置する単位セルの空気電極側電極触媒層の触
媒担体に特性均等化手段としてアセチレンブラックを用
いることにより、電解質に対する濡れ性がやや低いアセ
チレンブラックの性質を逆利用して高温側単電池の初期
セル電圧を抑制して低温側単電池のそれに近づけるとと
もに、アセチレンブラックの優れた耐蝕性を活用して白
金触媒粒子の脱落に起因する寿命時間の短縮を阻止し、
高温側単電池の寿命時間を延長する機能が得られる。
【００１３】また、低温部に位置する単位セルの空気電
極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段としてファ
−ネスブラックを用いることにより、電解質に対する濡
れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活用して低温
側単電池の初期セル電圧を高めて高温側単電池のそれに
近づける機能が得られるとともに、アセチレンブラック
に比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの弱点は、単
位セルが低温側に位置することにより補償され、特性均
等化手段を有する高温側単位セルの同等の寿命時間が得
られる。
極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段としてファ
−ネスブラックを用いることにより、電解質に対する濡
れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活用して低温
側単電池の初期セル電圧を高めて高温側単電池のそれに
近づける機能が得られるとともに、アセチレンブラック
に比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの弱点は、単
位セルが低温側に位置することにより補償され、特性均
等化手段を有する高温側単位セルの同等の寿命時間が得
られる。
【００１４】したがって、高温側，低温側単電池双方の
特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−寿
命時間特性が相互に均等化され、高温部に位置する単位
セルの短い寿命時間を低温部の持つ長い寿命時間に近づ
けて長寿命化する機能が得られる。
特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−寿
命時間特性が相互に均等化され、高温部に位置する単位
セルの短い寿命時間を低温部の持つ長い寿命時間に近づ
けて長寿命化する機能が得られる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池を模式
化して示す側面図、図２は実施例におけるセル電圧−運
転時間特性を模式化して示す特性線図であり、従来技術
と同じ部分には同一参照符号を付すことにより、重複し
た説明を省略する。図において、積層燃料電池２１はブ
ロック２５間に冷却板３を備え、図の場合５層の単位セ
ルで構成される各ブロック２５は、その高温部（図の場
合５層の中央位置）に配された高温側単位セル２２は、
その空気電極１５（図４参照）の電極触媒層に触媒担体
としてアセチレンブラックが用いられ、特性均等化手段
２２Ａを構成する。また、各ブロック２５で冷却板３に
接した低温側単位セル２３は、その空気電極１５の電極
触媒層に触媒担体としてファ−ネスブラックが用いら
れ、特性均等化手段２３Ａを構成する。
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池を模式
化して示す側面図、図２は実施例におけるセル電圧−運
転時間特性を模式化して示す特性線図であり、従来技術
と同じ部分には同一参照符号を付すことにより、重複し
た説明を省略する。図において、積層燃料電池２１はブ
ロック２５間に冷却板３を備え、図の場合５層の単位セ
ルで構成される各ブロック２５は、その高温部（図の場
合５層の中央位置）に配された高温側単位セル２２は、
その空気電極１５（図４参照）の電極触媒層に触媒担体
としてアセチレンブラックが用いられ、特性均等化手段
２２Ａを構成する。また、各ブロック２５で冷却板３に
接した低温側単位セル２３は、その空気電極１５の電極
触媒層に触媒担体としてファ−ネスブラックが用いら
れ、特性均等化手段２３Ａを構成する。
【００１６】上述のように構成された実施例になる積層
燃料電池２１において、高温部に位置する単位セル２２
の空気電極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段２
２Ａとしてアセチレンブラックを用いることにより、電
解質に対する濡れ性がやや低いアセチレンブラックの性
質を逆利用して高温側単電池の初期セル電圧を抑制して
低温側単電池のそれに近づけられるとともに、アセチレ
ンブラックの優れた耐蝕性を活用して白金触媒粒子の脱
落に起因する寿命時間の短縮を阻止し、高温側単電池の
寿命時間を延長する機能が得られる。その結果、高温側
単位セル２２のセル電圧−運転時間特性は図５について
既に説明した従来の高温側単位セル２Ａの特性曲線に比
べて傾斜が少ないフラットな特性を示す。
燃料電池２１において、高温部に位置する単位セル２２
の空気電極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段２
２Ａとしてアセチレンブラックを用いることにより、電
解質に対する濡れ性がやや低いアセチレンブラックの性
質を逆利用して高温側単電池の初期セル電圧を抑制して
低温側単電池のそれに近づけられるとともに、アセチレ
ンブラックの優れた耐蝕性を活用して白金触媒粒子の脱
落に起因する寿命時間の短縮を阻止し、高温側単電池の
寿命時間を延長する機能が得られる。その結果、高温側
単位セル２２のセル電圧−運転時間特性は図５について
既に説明した従来の高温側単位セル２Ａの特性曲線に比
べて傾斜が少ないフラットな特性を示す。
【００１７】一方、低温部に位置する単位セル２３の空
気電極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段２３Ａ
としてファ−ネスブラックを用いることにより、電解質
に対する濡れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活
用して低温側単電池の初期セル電圧を高めて高温側単電
池のそれに近づける機能が得られるとともに、アセチレ
ンブラックに比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの
弱点は、単位セルが低温側に位置することにより補償さ
れるので、低温側単位セル２３のセル電圧−運転時間特
性は図５について既に説明した従来の低温側単位セル２
Ｂ，２Ｃの特性曲線ＶL と同様に傾斜の少ないフラット
な特性を示す。
気電極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段２３Ａ
としてファ−ネスブラックを用いることにより、電解質
に対する濡れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活
用して低温側単電池の初期セル電圧を高めて高温側単電
池のそれに近づける機能が得られるとともに、アセチレ
ンブラックに比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの
弱点は、単位セルが低温側に位置することにより補償さ
れるので、低温側単位セル２３のセル電圧−運転時間特
性は図５について既に説明した従来の低温側単位セル２
Ｂ，２Ｃの特性曲線ＶL と同様に傾斜の少ないフラット
な特性を示す。
【００１８】したがって、高温側，低温側単位セル双方
の特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−
運転時間特性は図２に示すようにほぼ一つの曲線で近似
できる程に均等化され、高温部に位置する単位セルの短
い寿命時間を低温部の持つ長い寿命時間に近づけて長寿
命化することができるので、積層燃料電池２１の寿命特
性が高温部の単位セル２２のそれに支配されるという不
都合が排除される。
の特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−
運転時間特性は図２に示すようにほぼ一つの曲線で近似
できる程に均等化され、高温部に位置する単位セルの短
い寿命時間を低温部の持つ長い寿命時間に近づけて長寿
命化することができるので、積層燃料電池２１の寿命特
性が高温部の単位セル２２のそれに支配されるという不
都合が排除される。
【００１９】
【発明の効果】この発明は前述のように、各ブロック内
単位セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生
ずる出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒
担体の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位
セルの空気電極側に備えるよう構成した。その結果、例
えば、高温部に位置する単位セルの空気電極側電極触媒
層の触媒担体に特性均等化手段としてアセチレンブラッ
クを用いることにより、電解質に対する濡れ性がやや低
いアセチレンブラックの性質を逆利用して高温側単位セ
ルの初期セル電圧を抑制して低温側単位セルのそれに近
づけられ、かつ、アセチレンブラックの優れた耐蝕性を
活用して白金触媒粒子の脱落に起因する寿命時間の短縮
を阻止できるので、高温側単位セルのセル電圧−運転時
間特性曲線の傾斜は平坦化され、従来、高温側単位セル
の特性曲線の傾斜が大きいために積層燃料電池の寿命特
性が高温側単位セルのそれに支配され、積層燃料電池の
寿命が短くなるという不都合が排除され、長寿命化され
た高温側単位セルを有する積層燃料電池を提供すること
ができる。
単位セル相互の温度差に基づき運転中に単位セル間に生
ずる出力電圧および寿命時間の差を、電極触媒層の触媒
担体の選択の仕方により縮小する特性均等化手段を単位
セルの空気電極側に備えるよう構成した。その結果、例
えば、高温部に位置する単位セルの空気電極側電極触媒
層の触媒担体に特性均等化手段としてアセチレンブラッ
クを用いることにより、電解質に対する濡れ性がやや低
いアセチレンブラックの性質を逆利用して高温側単位セ
ルの初期セル電圧を抑制して低温側単位セルのそれに近
づけられ、かつ、アセチレンブラックの優れた耐蝕性を
活用して白金触媒粒子の脱落に起因する寿命時間の短縮
を阻止できるので、高温側単位セルのセル電圧−運転時
間特性曲線の傾斜は平坦化され、従来、高温側単位セル
の特性曲線の傾斜が大きいために積層燃料電池の寿命特
性が高温側単位セルのそれに支配され、積層燃料電池の
寿命が短くなるという不都合が排除され、長寿命化され
た高温側単位セルを有する積層燃料電池を提供すること
ができる。
【００２０】また、低温部に位置する単位セルの空気電
極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段としてファ
−ネスブラックを用いることにより、電解質に対する濡
れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活用して低温
側単位セルの初期セル電圧を高めて高温側単位セルのそ
れに近づける機能が得られるとともに、アセチレンブラ
ックに比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの弱点
は、単位セルが低温側に位置することにより補償される
ので、セル電圧−運転時間特性曲線の傾斜は平坦化され
て高温側単位セルのそれに近づいた低温側単位セルを有
する積層燃料電池を提供することができる。
極側電極触媒層の触媒担体に特性均等化手段としてファ
−ネスブラックを用いることにより、電解質に対する濡
れ性に優れたファ−ネスブラックの性質を活用して低温
側単位セルの初期セル電圧を高めて高温側単位セルのそ
れに近づける機能が得られるとともに、アセチレンブラ
ックに比べて耐蝕性に劣るファ−ネスブラックの弱点
は、単位セルが低温側に位置することにより補償される
ので、セル電圧−運転時間特性曲線の傾斜は平坦化され
て高温側単位セルのそれに近づいた低温側単位セルを有
する積層燃料電池を提供することができる。
【００２１】したがって、高温側，低温側単位セル双方
の特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−
寿命時間特性が相互に均等化され、高温側単位セルの短
い寿命時間を低温側単位セルの持つ長い寿命時間に近づ
けて長寿命化した積層燃料電池を提供することができ
る。
の特性均等化手段の相乗作用により、両者のセル電圧−
寿命時間特性が相互に均等化され、高温側単位セルの短
い寿命時間を低温側単位セルの持つ長い寿命時間に近づ
けて長寿命化した積層燃料電池を提供することができ
る。
【図１】この発明の実施例になる積層燃料電池を模式化
して示す側面図
して示す側面図
【図２】実施例におけるセル電圧−運転時間特性線図
【図３】従来の積層燃料電池の構成およびその温度分布
を示す説明図
を示す説明図
【図４】単位セルを展開して示す斜視図
【図５】従来技術におけるセル電圧−運転時間特性線図
１ 積層燃料電池 ２ 単位セル ２Ａ 高温側単位セル ２Ｂ 低温側単位セル ３ 冷却板 ５ ブロック １１ 燃料電極 １４ マトリックス １５ 空気電極 １５Ａ 電極基材 １５Ｂ 電極触媒層 １９ セパレ−ト板 ２１ 積層燃料電池 ２２ 高温側単位セル ２２Ａ 特性均等化手段（アセチレンブラック） ２５ ブロック ２３ 低温側単位セル ２３Ａ 特性均等化手段（ファ−ネスブラック） Ｔh 高温部温度 Ｔl 低温部温度
Claims (3)
- 【請求項１】ガス透過性の電極基材の一方の面に電極触
媒層を有する燃料電極および空気電極と、前記両電極の
電極触媒層間に挟持された電解質層とからなる単位セル
複数層と、前記各単位セル相互間をガス区分するセパレ
−ト板との積層体からなり、その運転温度を制御する冷
却板を複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック間
に積層したものにおいて、各ブロック内単位セル相互の
温度差に基づき運転中に単位セル間に生ずる出力電圧お
よび寿命時間の差を、電極触媒層の触媒担体の選択の仕
方により縮小する特性均等化手段を単位セルの空気電極
側に備えてなることを特徴とする積層燃料電池。 - 【請求項２】特性均等化手段が、高温部に位置する単位
セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として配合され
たアセチレンブラックからなり、前記電極触媒層の寿命
時間を延長することにより特性を均等化するよう形成さ
れてなることを特徴とする請求項１記載の積層燃料電
池。 - 【請求項３】特性均等化手段が、低温部に位置する単位
セルの空気電極側電極触媒層に触媒担体として配合され
たファ−ネスブラックからなり、単位セルの出力電圧を
高めることにより特性を均等化するよう形成されてなる
ことを特徴とする請求項１記載の積層燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305151A JPH05144443A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 積層燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305151A JPH05144443A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 積層燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05144443A true JPH05144443A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=17941691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3305151A Pending JPH05144443A (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 積層燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05144443A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7638227B2 (en) | 2003-11-06 | 2009-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell having stack structure |
| WO2017010069A1 (ja) * | 2015-07-16 | 2017-01-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 燃料電池システム及びその運転方法 |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP3305151A patent/JPH05144443A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7638227B2 (en) | 2003-11-06 | 2009-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell having stack structure |
| WO2017010069A1 (ja) * | 2015-07-16 | 2017-01-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| JPWO2017010069A1 (ja) * | 2015-07-16 | 2018-05-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 燃料電池システム及びその運転方法 |
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