JPH05258762A

JPH05258762A - 燃料電池の停止保管方法

Info

Publication number: JPH05258762A
Application number: JP4055958A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shimizu; 康清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料電池の発電停止後の保管中に起こるセパ
レータでの腐食を防止すること。【構成】電池本体を構成するスタック14は発電時に出
力端子15を介して外部負荷16との間に閉回路を構成す
る。一方、発電停止による保管中、スタック14に出力端
子15を介して外部電源17から電圧が印加される。出力端
子15は、このとき、スタック14に対する入力端子として
働く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に係り、特に燃
料電池の停止保管中、セパレータに電位を付与してセパ
レータを構成する金属材料に腐食が生じるのを防止する
のに好適な燃料電池の停止保管方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は電池本体での電気化学的反応
から直接に電気出力を得る発電方法であり、電気化学反
応面となる多孔質性の燃料極と、多孔質性の空気極とに
よって電気化学反応によって生じたイオンの伝導体とな
る電解質層を挟んだ構造を有する単セルと、該単セルに
燃料ガスおよび酸化剤ガスを互いに隔てて供給するセパ
レータとをスタックに積層して大容量の電気出力が得ら
れるようになっている。セパレータは金属などの導電性
材料によって構成され、ガス供給機能と同時に、隣接す
る単セル同士を電気的に直列に接続する機能を有する。

【０００３】スタックに積層化された電池本体の一例を
図４に示す。単セル１は電解質層２と、その両面に密着
して配置される空気極３（カソードと称する）および燃
料極４（アノードと称する）とから構成される。発電時
には電解質層２の電解質液が単セル１全体を濡らす。単
セル１の両側にセパレータ５が密着して設けられる。こ
のセパレータ５は酸化剤ガス６および燃料ガス７をそれ
ぞれカソード３とアノード４とに分けて安定に供給する
流路となる。単セル１とセパレータ５との密着によって
セパレータ５内を流れる酸化剤ガス６あるいは燃料ガス
７はセパレータ外のガスとシールが保たれている。ガス
シールの機能を有する単セルとセパレータとの接触部を
図５と図６に示す。図５は電解質層２とセパレータ５の
エッジ部とが密着する。図６ではカソード３およびアノ
ード４とセパレータ５とが密着する。電解質層２は電解
質液を含んでおり、電解質液は多孔質体であるカソード
３およびアノード４にも含浸されることになる。セパレ
ータ５と単セル１との接触面は電解質液によって濡らさ
れ、ガスを有効にシールする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記されたように金属
製のセパレータ５は単セル１と密着しており、常時電解
質液によって濡らされている。電解質液はイオン伝導性
を有するので、金属表面を腐食しやすい状態にしてい
る。セパレータ５を構成する金属材料のミクロ的な不均
質は、ミクロ的な電位の不均衡を促し、電解質液とセパ
レータ材料とを閉回路とする局部電流が発生する。この
機構は局部電池と呼ばれ、電子あるいはイオンの移動が
セパレータ材料を腐食するものとして一般的に知られて
いる。局部電池の機構の一例を図７に示す。導電性液体
８が母材金属９と異種金属10とからなる金属表面を濡ら
していると、２種の金属の電位の相異から、金属内部の
電気伝導（電子移動11）と導電性液体内部のイオン伝導
（イオン移動12）とが生じる。この局部的な電池反応の
仕組みによって金属が溶け出したり、ガスが発生したり
する金属腐食が進行する。

【０００５】また、電池本体により不活性なガスによっ
て大気より隔離されているが、大気あるいは大気を主成
分とするガスのように電池反応に寄与し得る活性なガス
によって取り囲まれている場合もある。セパレータ５内
部の燃料ガスあるいは酸化剤ガスとこれらセパレータ５
外部のガスとが、セパレータ５と単セル１とを介して局
部電池を構成し、この作用による電子あるいはイオンの
移動がセパレータ５の腐食を促進することもある。図８
にセパレータ内外のガスによる局部電池の一例を示す。
セパレータ５内部の反応ガス（酸化剤ガス６あるいは燃
料ガス７）とセパレータ５外部のガス13とが電池反応を
生じると、セパレータ５に電子移動11そして単セル１に
イオン移動12が生じ、セパレータ５の腐食の原因とな
る。

【０００６】これらの腐食は発電中に生じると同時に発
電停止後の保管中にも生じる。特に、停止保管中はセパ
レータ材料内を電子がマクロ的に伝導することがないの
で、腐食を促す電子のミクロ的な移動が顕著になり易
い。

【０００７】また、金属の腐食は、金属電位とＰＨの影
響を受けて、活発化したり、抑制されたりする。セパレ
ータ材料を濡らす電解質液のＰＨを一定とするならば、
金属の電位によって腐食の度合が変化する。したがっ
て、発電中のセパレータ５の電位と、停止保管中のセパ
レータ５の電位とは異なるので、腐食の度合も異なる。
腐食性はセパレータ材料と電解質液との組合せに依存し
て変化するが、たとえば、発電中に腐食し難い条件下に
あったものが、発電を停止した途端に腐食し易い条件を
備えてしまうことがある。ここで、本発明の目的は発電
停止後の保管中に起こるセパレータでの腐食を防止する
ようにした燃料電池の停止保管方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は燃料電池の発電停止中、セパレータの電位を
所定の値に保って保管するように制御することを特徴と
するものである。

【０００９】ここで、本発明の望ましい態様は次のとお
りである。すなわち、停止保管中スタックに積層化され
た電池本体に外部電源によって電圧が印加され、各々の
単セルのアノードとカソードとの間に電位差が付与され
る。この場合、発電時に電流取り出し端子となる電池本
体両端の電気伝導部材を使用して電圧が印加される。こ
の時の電圧はセパレータを構成する金属材料の電位を一
定に維持するために直流電源が用いられる。複数の電池
本体を有する燃料電池発電プラントにおいては、一部の
電池本体の発電を停止したときに発電中の電池本体ある
いは発電中の一部のスタックが生み出す電圧を停止保管
中の電池本体に印加させてもよい。

【００１０】また一つは、停止保管中、スタックに積層
化された電池本体を所定数の単位スタックに分割し、そ
の単位スタックに外部電源によって各々電圧が印加さ
れ、各々の単セルのアノードとカソードの間に電位差が
付与される。この場合、各単位スタックの両端となるセ
パレータには電圧印加用の電気伝導部材が予め取り付け
られており、停止保管中に使用される。電源については
前者と同様であり、燃料電池を含めた直流電源が用いら
れる。

【００１１】また一つは、停止保管中、セパレータの燃
料ガス流路と酸化剤ガス流路とに濃度の異なるガスを供
給し、ガス濃度差による濃淡電池によって起電力を生じ
させ、アノードとカソードに触れるセパレータに電位を
付与するように構成することを特徴とする。

【００１２】

【作用】発電停止後の保管中、セパレータの電位を制御
するようにしているから、セパレータ構成する金属材料
が腐食の起こりにくい電位に保たれ、停止保管中に進行
していた腐食を防止することができる。また電圧の印加
によって、電池本体に電流が流れることから、セパレー
タ材料にも電流が流れ、局部電池による電子の移動を抑
制することができるので、局部電池による腐食を防止す
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１４】図１において、電池本体は従来技術による
ものと同様であり、単セルとセパレータとをスタック14
積層して大容量化している。スタック14は発電時に出力
端子15を介して外部負荷16との間に閉回路を形成する。
一方、発電停止による保管中、スタック14には出力端子
15を介して外部電源17から電圧が印加される。この外部
電源17には直流電源が適しており、スタック14内に組込
まれた各セパレータの電位はそれぞれ所望の値に保たれ
る。外部電源17としては燃料電池発電プラントのなかで
運転中の燃料電池が使用されてもよい。また、出力端子
15は停止保管中の電圧印加用の入力端子を兼ねるが、電
圧印加用の入力端子を別に設けてもよい。なお、符号18
は接点を示している。

【００１５】このように、外部電源17によって停止保管
中にセパレータを構成する金属材料が腐食を生じにくい
電位に保持でき、停止保管中に進行していた腐食を防止
することが可能となる。セパレータ材料の腐食の防止は
単セルとセパレータの接触面で発生する電気抵抗の増大
を抑制し、燃料電池の電気出力の増加をもたらす。本発
明の上記と異なる実施例を図２および図３を参照して説
明する。

【００１６】図２に示される実施例は電圧印加する際に
スタックを複数単位に分割することに特徴を有する。ス
タック14は従来の技術の如く単セルとセパレータとを積
層しており、このスタック14両端に設けられた出力端子
15を介して電気出力を取出している。スタック14は分割
した一単位毎に電圧を印加するためにスタック14ａ，14
ｂ…14ｆ，14ｇとして構成される。このとき、セパレー
タからセパレータまでを一単位とし、分割位置に当たる
セパレータには入力端子19ａ，19ｂ…19ｆ，19ｇが取付
けられ、そのセパレータの両側のスタックに電圧を印加
するための共通な端子とする。外部電源17ａ，17ｂ…17
ｆ，17ｇは各スタック14ａ，14ｂ…14ｆ，14ｇに設けら
れる。

【００１７】本実施例の電圧印加の方法によれば、抵抗
値が予め計測されるならば、各スタック14ａ，14ｂ…14
ｆ，14ｇに流れる電流値を制御することができるという
特徴をもつ。

【００１８】このように、外部電源17によって停止保管
中にセパレータを構成する金属材料が腐食を生じにくい
電位に保持でき、停止保管中に進行していた腐食を防止
することが可能となる。セパレータ材料の腐食の防止は
単セルとセパレータの接触面で発生する電気抵抗の増大
を抑制し、燃料電池の電気出力の増加をもたらす。

【００１９】セパレータの腐食を防止するには、セパレ
ータが腐食しにくい電位に保持されればよい。図３は外
部電源なしにこの目的を達成し得るよう工夫した実施例
を示している。一般に、単セルは、その両面に組成の異
なるガスが存在すると、起電力を生じる。例えば、セパ
レータ５の酸化剤ガス流路にＣＯ₂高濃度ガス20を、一
方、セパレータの燃料ガス流路にＣＯ₂低濃度ガス21を
流すことにより、単セルに電圧が生じ、セパレータ５が
一定の電位に保たれる。電池本体の停止保管中このよう
に濃淡のガスを単セル１に供給することによってセパレ
ータ５を所定の電位に保持して、セパレータ５の腐食を
防止することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は燃料電池の
発電停止中、セパレータの電位を制御して保管するよう
にしているので、セパレータ材料に生じる腐食を防止す
ることができ、燃料電池の電気出力の増加を図ることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いられる外部電源方式の一実
施例を示す構成図。

【図２】本発明の方法に用いられる外部電源方式の他の
実施例を示す構成図。

【図３】本発明のさらに異なる実施例を示す模式図。

【図４】従来の燃料電池の電池本体の一例を示す斜視
図。

【図５】従来の単セルとセパレータとの接触部を示す断
面図。

【図６】従来の単セルとセパレータとの接触部を示す断
面図。

【図７】局部電池の機構を示す模式図。

【図８】局部電池の機構を示す模式図。

【符号の説明】

１…単セル５…セパレータ 14…スタック 17…外部電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単セルと、この単セルに燃料ガスおよび
酸化剤ガスを互いに隔てて供給するセパレータとを交互
に積層してスタックを形成してなる燃料電池において、
該燃料電池の発電停止中、前記セパレータの電位を所定
の値に保って保管するように制御することを特徴とする
燃料電池の停止保管方法。