JPH05251100A - 燃料電池の電解液補給方法 - Google Patents
燃料電池の電解液補給方法Info
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- JPH05251100A JPH05251100A JP4048332A JP4833292A JPH05251100A JP H05251100 A JPH05251100 A JP H05251100A JP 4048332 A JP4048332 A JP 4048332A JP 4833292 A JP4833292 A JP 4833292A JP H05251100 A JPH05251100 A JP H05251100A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- 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
-
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】リン酸の枯渇したセルに対してスタック外部よ
りリン酸を補給し、燃料電池の長寿命化を可能とする電
界液補給方法を得る。 【構成】燃料電池スタック１２には、反応ガス供給口１
４が設けられている。反応ガス供給口１４には、リン酸
蒸気発生装置１３が接続されている。リン酸電解質の枯
渇が予想される燃料電池スタックの起電反応を休止して
約５０℃にスタック温度を保持する。そこに、リン酸蒸
気発生装置１３内のリン酸蒸気を、ガス供給口１４から
流通させる。リン酸蒸気発生装置１３のなかで１５０〜
２００℃に加熱されたリン酸蒸気は、燃料電池スタック
１２に流入し、単位セルのガス流通路にて冷却されて５
０℃程度になる。温度低下により凝縮されたリン酸は、
単位セルのガス流通路に付着し、多孔質の電極板に吸収
される。
りリン酸を補給し、燃料電池の長寿命化を可能とする電
界液補給方法を得る。 【構成】燃料電池スタック１２には、反応ガス供給口１
４が設けられている。反応ガス供給口１４には、リン酸
蒸気発生装置１３が接続されている。リン酸電解質の枯
渇が予想される燃料電池スタックの起電反応を休止して
約５０℃にスタック温度を保持する。そこに、リン酸蒸
気発生装置１３内のリン酸蒸気を、ガス供給口１４から
流通させる。リン酸蒸気発生装置１３のなかで１５０〜
２００℃に加熱されたリン酸蒸気は、燃料電池スタック
１２に流入し、単位セルのガス流通路にて冷却されて５
０℃程度になる。温度低下により凝縮されたリン酸は、
単位セルのガス流通路に付着し、多孔質の電極板に吸収
される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸を電解質とする
燃料電池に係り、特に起電反応を長期に亘り安定に保つ
ための電解液補給方法に関する。
燃料電池に係り、特に起電反応を長期に亘り安定に保つ
ための電解液補給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、石炭や石油などのような燃料
が持っている化学エネルギーを等温のもとで、連続的に
直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、通常、一対の多孔質電
極で電界質を保有するマトリックスを挟んで、一方の電
極の背面に水素などの燃料ガスを接触させて、他方の電
極の背面に空気などの酸化剤を接触させて、このとき起
きる電気化学反応により生じる電気エネルギーを上記電
極間から取出すものである。この場合、燃料ガスとして
水素または天然ガスを改質して得られる改質ガスが用い
られ、酸化剤として空気または酸素が用いられる。ま
た、電界質としては、溶融炭酸塩、アルカリ溶液、酸性
溶液、固体高分子、固体酸化物などが用いられるが、最
近ではリン酸を電界質としたリン酸型燃料電池が注目さ
れている。
が持っている化学エネルギーを等温のもとで、連続的に
直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、通常、一対の多孔質電
極で電界質を保有するマトリックスを挟んで、一方の電
極の背面に水素などの燃料ガスを接触させて、他方の電
極の背面に空気などの酸化剤を接触させて、このとき起
きる電気化学反応により生じる電気エネルギーを上記電
極間から取出すものである。この場合、燃料ガスとして
水素または天然ガスを改質して得られる改質ガスが用い
られ、酸化剤として空気または酸素が用いられる。ま
た、電界質としては、溶融炭酸塩、アルカリ溶液、酸性
溶液、固体高分子、固体酸化物などが用いられるが、最
近ではリン酸を電界質としたリン酸型燃料電池が注目さ
れている。
【０００３】図３に、従来から知られるリン酸型燃料電
池における単位セルの構成例を示す。即ち、触媒層１
ａ，１ｂを塗着した一対の対向するガス拡散電極（アノ
ード電極２、カソード電極３）の間に、電解質であるリ
ン酸を保持したマトリックス４が一体的に配設され、単
位セルが形成されている。この単位セルの両側に、ガス
流通路を設けた導電性のセパレータ５が配設され、燃料
ガス６及び酸化剤ガス７を通常互いに直交する方向に流
して、発電反応が行なわる。
池における単位セルの構成例を示す。即ち、触媒層１
ａ，１ｂを塗着した一対の対向するガス拡散電極（アノ
ード電極２、カソード電極３）の間に、電解質であるリ
ン酸を保持したマトリックス４が一体的に配設され、単
位セルが形成されている。この単位セルの両側に、ガス
流通路を設けた導電性のセパレータ５が配設され、燃料
ガス６及び酸化剤ガス７を通常互いに直交する方向に流
して、発電反応が行なわる。
【０００４】しかし、この様な単位セル構成のものにお
いては、電池を長時間運転した際にリン酸電解質の散
逸、消失によって電池性能の低下が生じていた。そこで
この様な欠点を解消するために、最近では図４に示した
ように、片面に触媒層１ａ，１ｂを塗着し、他面に反応
ガス流通路８，９を形成した一対の多孔質電極、いわゆ
るリブ付き電極（アノード電極１０、カソード電極１
１）を用いてマトリックス４を挟んで単位セルを構成
し、この電極１０及び１１の全面に均一にリン酸電解質
を保持させて電池の長寿命化を図るようにしたリブ付き
電極型のものが提案されている。
いては、電池を長時間運転した際にリン酸電解質の散
逸、消失によって電池性能の低下が生じていた。そこで
この様な欠点を解消するために、最近では図４に示した
ように、片面に触媒層１ａ，１ｂを塗着し、他面に反応
ガス流通路８，９を形成した一対の多孔質電極、いわゆ
るリブ付き電極（アノード電極１０、カソード電極１
１）を用いてマトリックス４を挟んで単位セルを構成
し、この電極１０及び１１の全面に均一にリン酸電解質
を保持させて電池の長寿命化を図るようにしたリブ付き
電極型のものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リン酸
電解質を電極１０，１１に保持させたとしても、その保
持量には限界があり、セルが長期に亘り起電反応を進め
るために十分な保持量とはいえない。そのため、種々の
方法でこの枯渇したりリン酸を補給することが必要とな
っており、現状の燃料電池における大きな課題になって
いる。
電解質を電極１０，１１に保持させたとしても、その保
持量には限界があり、セルが長期に亘り起電反応を進め
るために十分な保持量とはいえない。そのため、種々の
方法でこの枯渇したりリン酸を補給することが必要とな
っており、現状の燃料電池における大きな課題になって
いる。
【０００６】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決することを目的として提案されたもので、起電反
応に伴なうリン酸の枯渇によるセル特性の劣化を防止す
るため、リン酸の枯渇したセルに対してスタック外部よ
りリン酸を補給し、このリン酸電解質の補給により燃料
電池が長期に亘り安定した性能を発揮することができる
ようにした電界液補給方法を得るものである。
を解決することを目的として提案されたもので、起電反
応に伴なうリン酸の枯渇によるセル特性の劣化を防止す
るため、リン酸の枯渇したセルに対してスタック外部よ
りリン酸を補給し、このリン酸電解質の補給により燃料
電池が長期に亘り安定した性能を発揮することができる
ようにした電界液補給方法を得るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電界液補給方法は、２枚の電極間にリン
酸を電解質としたマトリックス層を挟持した単位セル
を、セパレータを介して複数個積層して燃料電池スタッ
クを構成し、この燃料電池スタックに反応ガス供給口と
排出口とを設けて成る燃料電池において、前記燃料電池
スタックの反応ガス供給口前方に電解液補給用のリン酸
飽和蒸気発生装置を配置し、該リン酸飽和蒸気発生装置
温度で発生したリン酸蒸気を反応ガスと共に単位セルに
供給し、単位セル内のとの温度差を利用して前記リン酸
蒸気を凝縮させ、この液体状態のリン酸を単位セルに吸
収させることにより、電解液を燃料電池スタックに補給
することを特徴とする。
めに、本発明の電界液補給方法は、２枚の電極間にリン
酸を電解質としたマトリックス層を挟持した単位セル
を、セパレータを介して複数個積層して燃料電池スタッ
クを構成し、この燃料電池スタックに反応ガス供給口と
排出口とを設けて成る燃料電池において、前記燃料電池
スタックの反応ガス供給口前方に電解液補給用のリン酸
飽和蒸気発生装置を配置し、該リン酸飽和蒸気発生装置
温度で発生したリン酸蒸気を反応ガスと共に単位セルに
供給し、単位セル内のとの温度差を利用して前記リン酸
蒸気を凝縮させ、この液体状態のリン酸を単位セルに吸
収させることにより、電解液を燃料電池スタックに補給
することを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記のような構成を有する本発明においては、
リン酸飽和蒸気発生装置によって発生させた高温状態に
あるリン酸飽和蒸気を、燃料電池スタックに反応ガスを
供給するガス流通路を介して流通させる。すると、高温
状態にあるリン酸飽和蒸気は、電極ガス流通路内で冷却
され、凝縮されたリン酸が液体状態で電極ガス流通路に
吸収される。つまり温度差により飽和限界を越えたリン
酸が凝縮する原理を利用して、リン酸飽和蒸気発生装置
で発生させた高温状態の飽和ガスを燃料電池スタック内
で冷却することにより、凝縮されたリン酸を液体状態で
燃料電池スタックに供給する。
リン酸飽和蒸気発生装置によって発生させた高温状態に
あるリン酸飽和蒸気を、燃料電池スタックに反応ガスを
供給するガス流通路を介して流通させる。すると、高温
状態にあるリン酸飽和蒸気は、電極ガス流通路内で冷却
され、凝縮されたリン酸が液体状態で電極ガス流通路に
吸収される。つまり温度差により飽和限界を越えたリン
酸が凝縮する原理を利用して、リン酸飽和蒸気発生装置
で発生させた高温状態の飽和ガスを燃料電池スタック内
で冷却することにより、凝縮されたリン酸を液体状態で
燃料電池スタックに供給する。
【０００９】
（１）実施例の構成 図１に本発明に係るリン酸飽和蒸気発生装置を配置した
燃料電池スタックの配置図を示す。また、図２にリン酸
飽和蒸気発生装置の概略図を示す。
燃料電池スタックの配置図を示す。また、図２にリン酸
飽和蒸気発生装置の概略図を示す。
【００１０】図１において、１２は燃料電池スタック
（積層体）で、この燃料電池スタック１２は、図４で示
したような単位セルを複数個積層して構成されている。
この燃料電池スタック１２には、燃料ガスあるいは酸化
剤ガスなどの反応ガス供給口１４と排出口１５とが設け
られている。
（積層体）で、この燃料電池スタック１２は、図４で示
したような単位セルを複数個積層して構成されている。
この燃料電池スタック１２には、燃料ガスあるいは酸化
剤ガスなどの反応ガス供給口１４と排出口１５とが設け
られている。
【００１１】このうち、反応ガス供給口１４には、リン
酸蒸気発生装置１３が接続されている。このリン酸蒸気
発生装置１３は、図２に示すように、密封された容器１
６の一端に前記反応ガス供給口１４が接続されていると
共に、他端に窒素ガスの導入口１７を備えている。ま
た、この容器１６内には、リン酸を含浸した多孔質板１
９と、蒸気発生時に多孔質板１９を加熱するためのパネ
ル状電熱ヒーター１８が設けられている。 （２）実施例の作用
酸蒸気発生装置１３が接続されている。このリン酸蒸気
発生装置１３は、図２に示すように、密封された容器１
６の一端に前記反応ガス供給口１４が接続されていると
共に、他端に窒素ガスの導入口１７を備えている。ま
た、この容器１６内には、リン酸を含浸した多孔質板１
９と、蒸気発生時に多孔質板１９を加熱するためのパネ
ル状電熱ヒーター１８が設けられている。 （２）実施例の作用
【００１２】前記のような構成を有する本実施例におい
て、燃料電池スタック１２に対してリン酸を補給するに
は、次のようにする。すなわち、リン酸電解質の枯渇が
予想される燃料電池スタックまたは起電合計時間に達し
た燃料電池スタックに対して、その起電反応を休止して
の約５０℃にスタック温度を保持する。そこに、図２で
示すリン酸蒸気発生装置１３を電熱ヒーター１８を利用
して２００℃まで加熱し、装置内のリン酸を１５０〜２
００℃まで昇温させ、リン酸含浸多孔質板１９からリン
酸蒸気を発生させる。ここに、このリン酸温度が下がら
ない程度の窒素ガスを窒素ガス導入口１７から容器１６
内に導入することにより、容器１６内のリン酸蒸気を、
燃料電池スタック１２の燃料ガスあるいは酸化剤ガスの
供給口１４から直接燃料電池スタックへ流通させる。
て、燃料電池スタック１２に対してリン酸を補給するに
は、次のようにする。すなわち、リン酸電解質の枯渇が
予想される燃料電池スタックまたは起電合計時間に達し
た燃料電池スタックに対して、その起電反応を休止して
の約５０℃にスタック温度を保持する。そこに、図２で
示すリン酸蒸気発生装置１３を電熱ヒーター１８を利用
して２００℃まで加熱し、装置内のリン酸を１５０〜２
００℃まで昇温させ、リン酸含浸多孔質板１９からリン
酸蒸気を発生させる。ここに、このリン酸温度が下がら
ない程度の窒素ガスを窒素ガス導入口１７から容器１６
内に導入することにより、容器１６内のリン酸蒸気を、
燃料電池スタック１２の燃料ガスあるいは酸化剤ガスの
供給口１４から直接燃料電池スタックへ流通させる。
【００１３】リン酸蒸気発生装置１３のなかで１５０〜
２００℃に加熱され、かつリン酸で飽和した窒素ガス
は、燃料電池スタック１２に流入される。燃料電池スタ
ック１２内に流入されたリン酸蒸気飽和窒素ガス（１５
０〜２００℃）は、単位セルのガス流通路にて冷却され
て５０℃程度になる。この時、１５０〜２００℃で飽和
していたリン酸蒸気は、５０℃まで冷却されることによ
り、その温度の飽和蒸気よりも余分のリン酸は液体とな
って単位セルのガス流通路に凝縮付着し、徐々に多孔質
の電極板に吸収される。その結果、この液体状態のリン
酸が電極部分に補給され、次の燃料電池運転時に電界質
として作用する。
２００℃に加熱され、かつリン酸で飽和した窒素ガス
は、燃料電池スタック１２に流入される。燃料電池スタ
ック１２内に流入されたリン酸蒸気飽和窒素ガス（１５
０〜２００℃）は、単位セルのガス流通路にて冷却され
て５０℃程度になる。この時、１５０〜２００℃で飽和
していたリン酸蒸気は、５０℃まで冷却されることによ
り、その温度の飽和蒸気よりも余分のリン酸は液体とな
って単位セルのガス流通路に凝縮付着し、徐々に多孔質
の電極板に吸収される。その結果、この液体状態のリン
酸が電極部分に補給され、次の燃料電池運転時に電界質
として作用する。
【００１４】このように、本実施例によれば、飽和リン
酸蒸気の冷却により生成した液体状態のリン酸が単位セ
ルに吸収されることにより、リン酸の枯渇状態にあるセ
ルを初期状態に回復させる。なお、この回復状態を把握
するためには、セルの抵抗を測定しながらリン酸の補給
を行うことにより容易に判定できる。 （３）他の実施例
酸蒸気の冷却により生成した液体状態のリン酸が単位セ
ルに吸収されることにより、リン酸の枯渇状態にあるセ
ルを初期状態に回復させる。なお、この回復状態を把握
するためには、セルの抵抗を測定しながらリン酸の補給
を行うことにより容易に判定できる。 （３）他の実施例
【００１５】前記実施例においては燃料電池を休止さ
せ、温度を低温にすることによって補給効果を大きくし
て行う例を記載したが、運転中のセルに対しても温度差
を利用してリン酸を補給することは可能である。しかし
ながら、運転中のセルは通常１７０℃以下の温度では起
電反応が円滑に進まないため、補給効果は前記実施例よ
りは小さい。また、運転中にリン酸を補給する場合に
は、リン酸蒸気はそれぞれの反応ガスにより供給する。
せ、温度を低温にすることによって補給効果を大きくし
て行う例を記載したが、運転中のセルに対しても温度差
を利用してリン酸を補給することは可能である。しかし
ながら、運転中のセルは通常１７０℃以下の温度では起
電反応が円滑に進まないため、補給効果は前記実施例よ
りは小さい。また、運転中にリン酸を補給する場合に
は、リン酸蒸気はそれぞれの反応ガスにより供給する。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、枯渇状態
にある燃料電池スタックに対して反応ガス供給口を介し
て飽和リン酸蒸気を流入することにより、飽和蒸気を冷
却し、液体状態のリン酸としセルに吸収させ電解液の補
給効果を生むものである。従って、本発明によれば、燃
料電池スタックそれ自体には何等の処理を施すことな
く、スタック外部から簡単に電界質を補給することが可
能となり、電解質の枯渇が起因するセル特性の低下が解
消され、長期に亘り安定に出力する燃料電池スタックを
得ることが可能となる。
にある燃料電池スタックに対して反応ガス供給口を介し
て飽和リン酸蒸気を流入することにより、飽和蒸気を冷
却し、液体状態のリン酸としセルに吸収させ電解液の補
給効果を生むものである。従って、本発明によれば、燃
料電池スタックそれ自体には何等の処理を施すことな
く、スタック外部から簡単に電界質を補給することが可
能となり、電解質の枯渇が起因するセル特性の低下が解
消され、長期に亘り安定に出力する燃料電池スタックを
得ることが可能となる。
【図１】本発明によるリン酸補給方法を適用した燃料電
池の斜視図。
池の斜視図。
【図２】本発明に使用するリン酸蒸気発生装置の一例を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図３】一般的な燃料電池単位セルの構成を示す斜視
図。
図。
【図４】改良された燃料電池単位セルの構成を示す斜視
図。
図。
１ａ，１ｂ…触媒層 ２…アノード電極 ３…カソード電極 ４…マトリックス ５…セパレータ ６…燃料ガス（供給側） ７…酸化剤ガス（供給側） ８…燃料ガス流通路 ９…酸化剤ガス流通路 １０…アノード電極 １１…カソード電極 １２…燃料電池スタック １３…リン酸蒸気発生装置 １４…反応ガス供給口 １５…反応ガス排出口
Claims (1)
- 【請求項１】２枚の電極間にリン酸を電解質としたマト
リックス層を挟持した単位セルを、セパレータを介して
複数個積層して燃料電池スタックを構成し、この燃料電
池スタックに反応ガス供給口と排出口とを設けて成る燃
料電池において、 前記燃料電池スタックの反応ガス供給口前方に電解液補
給用のリン酸飽和蒸気発生装置を配置し、該リン酸飽和
蒸気発生装置温度で発生したリン酸蒸気を反応ガスと共
に単位セルに供給し、単位セル内のとの温度差を利用し
て前記リン酸蒸気を凝縮させ、この液体状態のリン酸を
単位セルに吸収させることにより、電解液を燃料電池ス
タックに補給することを特徴とする燃料電池の電解液補
給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048332A JPH05251100A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 燃料電池の電解液補給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048332A JPH05251100A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 燃料電池の電解液補給方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251100A true JPH05251100A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12800462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048332A Pending JPH05251100A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 燃料電池の電解液補給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251100A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875401B2 (en) | 2004-12-22 | 2011-01-25 | Honda Motor, Ltd. | Fuel cell system |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4048332A patent/JPH05251100A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875401B2 (en) | 2004-12-22 | 2011-01-25 | Honda Motor, Ltd. | Fuel cell system |
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