JPH05335026A - リン酸型燃料電池およびその運転の停止方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池およびその運転の停止方法Info
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- JPH05335026A JPH05335026A JP4138408A JP13840892A JPH05335026A JP H05335026 A JPH05335026 A JP H05335026A JP 4138408 A JP4138408 A JP 4138408A JP 13840892 A JP13840892 A JP 13840892A JP H05335026 A JPH05335026 A JP H05335026A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 無負荷時や低負荷時に空気極に腐食を生じさ
せないリン酸型燃料電池を提供する。 【構成】 燃料極１と空気極３との間に置かれる電解質
保持用のマトリックス２が炭素粉１０および炭化珪素微
粒子１１からなる電解質保持剤１２と結合剤１３とで構
成されるリン酸型燃料電池において、電解質保持剤１２
に占める炭素粉１０の重量比率を３５％以上で４５％以
下とした。このことにより、このリン酸型燃料電池は定
格時の空気極３の電位は余り下げないが、無負荷や低負
荷の空気極３の電位を大きく下げることができ、空気極
３の腐食を防止できる。
せないリン酸型燃料電池を提供する。 【構成】 燃料極１と空気極３との間に置かれる電解質
保持用のマトリックス２が炭素粉１０および炭化珪素微
粒子１１からなる電解質保持剤１２と結合剤１３とで構
成されるリン酸型燃料電池において、電解質保持剤１２
に占める炭素粉１０の重量比率を３５％以上で４５％以
下とした。このことにより、このリン酸型燃料電池は定
格時の空気極３の電位は余り下げないが、無負荷や低負
荷の空気極３の電位を大きく下げることができ、空気極
３の腐食を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リン酸を電解質とす
るリン酸型燃料電池と、このリン酸型燃料電池の運転の
停止方法に関するものである。
るリン酸型燃料電池と、このリン酸型燃料電池の運転の
停止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電解質としてリン酸を保持するマトリッ
クスを燃料極と空気極との間に有するリン酸型燃料電池
は知られている。そしてこのリン酸型燃料電池のマトリ
ックスにはリン酸保持特性がよいこと、充分に薄肉化さ
れること、燃料極と空気極との間で充分な電子絶縁性を
有していること等が求められる。
クスを燃料極と空気極との間に有するリン酸型燃料電池
は知られている。そしてこのリン酸型燃料電池のマトリ
ックスにはリン酸保持特性がよいこと、充分に薄肉化さ
れること、燃料極と空気極との間で充分な電子絶縁性を
有していること等が求められる。
【０００３】そこで、本出願人は、マトリックスの電解
質保持剤を炭素粉と炭化珪素の混合物とから構成し、電
解質保持剤中の炭素粉の重量比率を１０〜３５％とした
リン酸型燃料電池を提案している（特開平１−２０４３
６６号公報）。このリン酸型燃料電池では、電解質保持
剤中に炭素粉を含めることにより、マトリックスのリン
酸保持特性の向上と、シート化する場合のマトリックス
の展性の向上を図っており、電子導電性を有する炭素粉
の重量比率を１０〜３５％に制限することにより、マト
リックスの電子絶縁性の保持を図っている。
質保持剤を炭素粉と炭化珪素の混合物とから構成し、電
解質保持剤中の炭素粉の重量比率を１０〜３５％とした
リン酸型燃料電池を提案している（特開平１−２０４３
６６号公報）。このリン酸型燃料電池では、電解質保持
剤中に炭素粉を含めることにより、マトリックスのリン
酸保持特性の向上と、シート化する場合のマトリックス
の展性の向上を図っており、電子導電性を有する炭素粉
の重量比率を１０〜３５％に制限することにより、マト
リックスの電子絶縁性の保持を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のマトリックスでは、電解質保持剤中の炭素粉の重量
比率が１０〜３５％となっていて、その電気絶縁性が充
分に保たれているため、このリン酸型燃料電池の燃料
極、電解質を保持するマトリックス、空気極から構成さ
れる単セルの無負荷時の開放電圧は１Ｖ近くまで上がる
こととなる。このため、無負荷時や低負荷時に空気極の
電位が高くなって、空気極の担持カーボンが電気化学的
に腐食・消失してＣＯやＣＯ2になったり、白金が溶出
する等の反応により空気極が腐食し、空気極の性能が不
可逆的に低下するという課題があった。
来のマトリックスでは、電解質保持剤中の炭素粉の重量
比率が１０〜３５％となっていて、その電気絶縁性が充
分に保たれているため、このリン酸型燃料電池の燃料
極、電解質を保持するマトリックス、空気極から構成さ
れる単セルの無負荷時の開放電圧は１Ｖ近くまで上がる
こととなる。このため、無負荷時や低負荷時に空気極の
電位が高くなって、空気極の担持カーボンが電気化学的
に腐食・消失してＣＯやＣＯ2になったり、白金が溶出
する等の反応により空気極が腐食し、空気極の性能が不
可逆的に低下するという課題があった。
【０００５】また、近年空気極の触媒の改良により単セ
ルの性能が向上するにつれて、一般に空気極の電位も高
くなり、無負荷や低負荷時の性能低下の問題も大きくな
ってきている。特に燃料電池の運転を停止する場合は高
温で無負荷になるため問題が大きい。このため、従来よ
り、燃料電池の停止時には窒素パージして空気極側およ
び燃料極側の空気および燃料を窒素に置換する方法が取
られている。
ルの性能が向上するにつれて、一般に空気極の電位も高
くなり、無負荷や低負荷時の性能低下の問題も大きくな
ってきている。特に燃料電池の運転を停止する場合は高
温で無負荷になるため問題が大きい。このため、従来よ
り、燃料電池の停止時には窒素パージして空気極側およ
び燃料極側の空気および燃料を窒素に置換する方法が取
られている。
【０００６】しかしながら、上記従来の燃料電池の運転
の停止方法では窒素バージが完了するまでの窒素パージ
継続中に、空気極の電位が高くなり空気極に腐食が生じ
てしまうという課題があった。
の停止方法では窒素バージが完了するまでの窒素パージ
継続中に、空気極の電位が高くなり空気極に腐食が生じ
てしまうという課題があった。
【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、その第１の発明は無負荷時
や低負荷時に空気極に腐食を生じさせないリン酸型燃料
電池を提供することを目的とし、その第２の発明は、そ
の運転を停止させる場合に、空気極に腐食を生じさせな
いリン酸型燃料電池の運転の停止方法を提供することを
目的とする。
ためになされたものであり、その第１の発明は無負荷時
や低負荷時に空気極に腐食を生じさせないリン酸型燃料
電池を提供することを目的とし、その第２の発明は、そ
の運転を停止させる場合に、空気極に腐食を生じさせな
いリン酸型燃料電池の運転の停止方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、燃料極と空気極との間に置かれる電解質保持用のマ
トリックスが炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持
剤と結合剤とで構成されるリン酸型燃料電池において、
電解質保持剤に占める炭素粉の重量比率を３５％以上で
４５％以下としたことである。
は、燃料極と空気極との間に置かれる電解質保持用のマ
トリックスが炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持
剤と結合剤とで構成されるリン酸型燃料電池において、
電解質保持剤に占める炭素粉の重量比率を３５％以上で
４５％以下としたことである。
【０００９】この発明の第２の発明は、燃料極と空気極
との間に置かれる電解質保持用のマトリックスが炭素粉
および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合剤とで構成
されるリン酸型燃料電池の運転の停止方法において、燃
料極への燃料の供給を維持した状態で、空気極への空気
の供給の停止と外部負荷の遮断を行い、空気極側で水素
の発生が確認された後、燃料極への燃料の供給を停止し
たことである。
との間に置かれる電解質保持用のマトリックスが炭素粉
および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合剤とで構成
されるリン酸型燃料電池の運転の停止方法において、燃
料極への燃料の供給を維持した状態で、空気極への空気
の供給の停止と外部負荷の遮断を行い、空気極側で水素
の発生が確認された後、燃料極への燃料の供給を停止し
たことである。
【００１０】
【作用】まず、第１の発明の作用を説明する。マトリッ
クスの電解質保持剤中の炭化珪素は電子絶縁性を有すが
炭素粉は電子導電性を有す。このため、電解質保持剤中
の炭素粉の重量比率を増加すれば、このマトリックスは
電子導電性を有するようになると共に、その程度がしだ
いに強くなり、このリン酸型燃料電池の空気極側の電位
はしだいに低下してくる。この場合、炭素粉の重量比率
が大きすぎると空気極側の電位が下がりすぎ、効率の悪
い燃料電池となるが、電解質保持剤に占める炭素粉の重
量比率を３５〜４５％とした場合、定格時の空気極の電
位は余り下げずに、無負荷時や低負荷時の空気極の電位
を大きく下げることができる。したがって、このリン酸
型燃料電池では無負荷時や低負荷時に空気極の電位が上
がっても、この電位を空気極に腐食が生じるとされる所
定電位より下げることができる。
クスの電解質保持剤中の炭化珪素は電子絶縁性を有すが
炭素粉は電子導電性を有す。このため、電解質保持剤中
の炭素粉の重量比率を増加すれば、このマトリックスは
電子導電性を有するようになると共に、その程度がしだ
いに強くなり、このリン酸型燃料電池の空気極側の電位
はしだいに低下してくる。この場合、炭素粉の重量比率
が大きすぎると空気極側の電位が下がりすぎ、効率の悪
い燃料電池となるが、電解質保持剤に占める炭素粉の重
量比率を３５〜４５％とした場合、定格時の空気極の電
位は余り下げずに、無負荷時や低負荷時の空気極の電位
を大きく下げることができる。したがって、このリン酸
型燃料電池では無負荷時や低負荷時に空気極の電位が上
がっても、この電位を空気極に腐食が生じるとされる所
定電位より下げることができる。
【００１１】つぎに第２の発明の作用を説明する。マト
リックスの電解質保持剤を炭素粉と炭化珪素とから構成
すれば、このマトリックスは炭素粉の影響で僅かに電子
伝導性を有すこととなる。したがって、リン酸型燃料電
池の空気極への空気の供給を停止し、外部負荷を遮断し
た場合でも、燃料極への燃料の供給を維持しておけば、
燃料極側から空気極側に電解質を保持するマトリックス
を介して水素イオンや電子が流れ、空気極の無負荷電位
を低下させる。この場合、空気極側に流れた水素イオン
と電子は空気極側の残留酸素と電気化学的に反応してこ
の酸素を消費する。そして空気極側の酸素がすべて消費
され、空気極側で水素の発生が確認されるようになれば
燃料を停止する。
リックスの電解質保持剤を炭素粉と炭化珪素とから構成
すれば、このマトリックスは炭素粉の影響で僅かに電子
伝導性を有すこととなる。したがって、リン酸型燃料電
池の空気極への空気の供給を停止し、外部負荷を遮断し
た場合でも、燃料極への燃料の供給を維持しておけば、
燃料極側から空気極側に電解質を保持するマトリックス
を介して水素イオンや電子が流れ、空気極の無負荷電位
を低下させる。この場合、空気極側に流れた水素イオン
と電子は空気極側の残留酸素と電気化学的に反応してこ
の酸素を消費する。そして空気極側の酸素がすべて消費
され、空気極側で水素の発生が確認されるようになれば
燃料を停止する。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．この発明の第１の発明に係るリン酸型燃料電
池の一実施例を図１および図２により説明する。図１は
リン酸型燃料電池の単セルの断面を示しており、図にお
いて、１は燃料ガスが供給される燃料極、２は電解質を
保持する多孔質なマトリックス、３は空気が供給される
空気極、４は燃料極１と電解質を保持するマトリックス
２と空気極３とから構成される単セル、５は単セル４に
かけられた外部負荷、６は燃料中の水素分子、７は空気
中の酸素分子、８は単セル４中の水素イオンであるプロ
ントの移動経路、９は単セル４中の電子の移動経路であ
る。
る。 実施例１．この発明の第１の発明に係るリン酸型燃料電
池の一実施例を図１および図２により説明する。図１は
リン酸型燃料電池の単セルの断面を示しており、図にお
いて、１は燃料ガスが供給される燃料極、２は電解質を
保持する多孔質なマトリックス、３は空気が供給される
空気極、４は燃料極１と電解質を保持するマトリックス
２と空気極３とから構成される単セル、５は単セル４に
かけられた外部負荷、６は燃料中の水素分子、７は空気
中の酸素分子、８は単セル４中の水素イオンであるプロ
ントの移動経路、９は単セル４中の電子の移動経路であ
る。
【００１３】図１の円内には電解質を保持するマトリッ
クス２の一部分の電子顕微鏡拡大図が示されており、図
において、１０は炭素粉（黒色粒子として示されてい
る）、１１は炭化珪素微粒子（白色粒子として示されて
いる）、１２は炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１との混
合体からなる電解質保持剤であり、この電解質保持剤１
２には炭素粉１０が重量比率で３５〜４５％含まれてい
る。１３は例えばポリテトラフルオロエチレンからなる
炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１との結合剤（繊維状に
示されている）、１４はマトリックス２の空孔内に保持
されている電解質であるリン酸である。なお、マトリッ
クス２は炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１とからなる電
解質保持剤１２が結合剤１３により多孔質状態に結合さ
れたものとなる。
クス２の一部分の電子顕微鏡拡大図が示されており、図
において、１０は炭素粉（黒色粒子として示されてい
る）、１１は炭化珪素微粒子（白色粒子として示されて
いる）、１２は炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１との混
合体からなる電解質保持剤であり、この電解質保持剤１
２には炭素粉１０が重量比率で３５〜４５％含まれてい
る。１３は例えばポリテトラフルオロエチレンからなる
炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１との結合剤（繊維状に
示されている）、１４はマトリックス２の空孔内に保持
されている電解質であるリン酸である。なお、マトリッ
クス２は炭素粉１０と炭化珪素微粒子１１とからなる電
解質保持剤１２が結合剤１３により多孔質状態に結合さ
れたものとなる。
【００１４】なお、マトリックス２を構成する炭素粉１
０、炭化珪素微粒子１１および結合剤１３に関する具体
的材料や、マトリックス２の製造方法については特開平
１−２０４３６６号公報に記載されているものと同一で
あるための記載は省略する。
０、炭化珪素微粒子１１および結合剤１３に関する具体
的材料や、マトリックス２の製造方法については特開平
１−２０４３６６号公報に記載されているものと同一で
あるための記載は省略する。
【００１５】つぎにこのリン酸型燃料電池の単セル４の
動作を説明する。多孔質なマトリックス２の空孔にはリ
ン酸１４が満たされており、このマトリックス２はリン
酸１４からなる電解質を保持した状態となっている。そ
して、燃料極１の水素分子６はプロトンとなって移動経
路８で示されるように電解質を保持するマトリックス２
を通って空気極３側に移動すると共に、このとき生じた
電子は外部負荷５を経由して空気極３側に移動する。そ
して空気極３側では空気中の酸素分子７とプロトンと電
子とが電気化学的に反応し水（Ｈ2Ｏ）が生成される。
そして単セル４には所定の起電力が発生し、外部負荷５
には電力が供給される。
動作を説明する。多孔質なマトリックス２の空孔にはリ
ン酸１４が満たされており、このマトリックス２はリン
酸１４からなる電解質を保持した状態となっている。そ
して、燃料極１の水素分子６はプロトンとなって移動経
路８で示されるように電解質を保持するマトリックス２
を通って空気極３側に移動すると共に、このとき生じた
電子は外部負荷５を経由して空気極３側に移動する。そ
して空気極３側では空気中の酸素分子７とプロトンと電
子とが電気化学的に反応し水（Ｈ2Ｏ）が生成される。
そして単セル４には所定の起電力が発生し、外部負荷５
には電力が供給される。
【００１６】さて、この場合、電解質を保持するマトリ
ックス２中では燃料極１側で発生した電子の一部が移動
経路９を通って空気極３側に移動し、この電解質を保持
するマトリックス２に短絡電流を生じさせる。この現象
は、マトリックス２の電解質保持剤１２を構成する炭化
珪素微粒子１１は実質的に電子絶縁体に近いので電子伝
導性を有する炭素粉１０が無ければ生じないが、本発明
のこの実施例では炭素粉１０が電解質保持剤１２中に３
５〜４５重量％も含まれているため、マトリックス２中
で炭素粉１０のみを連結したチェーンが形成され、電子
がこのチェーン状の炭素粉１０を経由して燃料極１側か
ら空気極３側に達したためだと考えられる。
ックス２中では燃料極１側で発生した電子の一部が移動
経路９を通って空気極３側に移動し、この電解質を保持
するマトリックス２に短絡電流を生じさせる。この現象
は、マトリックス２の電解質保持剤１２を構成する炭化
珪素微粒子１１は実質的に電子絶縁体に近いので電子伝
導性を有する炭素粉１０が無ければ生じないが、本発明
のこの実施例では炭素粉１０が電解質保持剤１２中に３
５〜４５重量％も含まれているため、マトリックス２中
で炭素粉１０のみを連結したチェーンが形成され、電子
がこのチェーン状の炭素粉１０を経由して燃料極１側か
ら空気極３側に達したためだと考えられる。
【００１７】したがって、電解質を保持するマトリック
ス２は僅かに電子伝導性を生じるようになり、単セル４
に外部負荷５を連結しなくとも燃料極１側で酸素とプロ
トンと電子との反応が生じるようになる。このため、こ
のとき生じる過電圧により空気極３の電位の低下が生じ
る。
ス２は僅かに電子伝導性を生じるようになり、単セル４
に外部負荷５を連結しなくとも燃料極１側で酸素とプロ
トンと電子との反応が生じるようになる。このため、こ
のとき生じる過電圧により空気極３の電位の低下が生じ
る。
【００１８】ここで、一般に空気極３の電位は負荷の増
大と共に減少し、かつ、単セル４において空気極３の電
位が約０.９Ｖを越えると空気極３に腐食の問題が生じ
る。したがって、無負荷や低負荷時において単セル４の
空気極３の電位が０.９Ｖより低下すれば空気極３の腐
食防止という点からは好ましい状態となる。但し、空気
極３の電位が大幅に下がれば電池としての能力が低下す
ることとなり、発電システムの効率低下の問題を生じさ
せる。そこでマトリックス２の電解質保持剤１２に加え
られる炭素粉１０の割合を詳細に検討する必要が生じる
が、図２がこの場合の検討資料となる。
大と共に減少し、かつ、単セル４において空気極３の電
位が約０.９Ｖを越えると空気極３に腐食の問題が生じ
る。したがって、無負荷や低負荷時において単セル４の
空気極３の電位が０.９Ｖより低下すれば空気極３の腐
食防止という点からは好ましい状態となる。但し、空気
極３の電位が大幅に下がれば電池としての能力が低下す
ることとなり、発電システムの効率低下の問題を生じさ
せる。そこでマトリックス２の電解質保持剤１２に加え
られる炭素粉１０の割合を詳細に検討する必要が生じる
が、図２がこの場合の検討資料となる。
【００１９】図２は有効面積１００ｃｍ2の参照電極
（ＲＨＥ）付き単セル４に２１０℃常圧で空気と燃料ガ
ス（水素を８０％含む）を供給した場合の空気極３の電
位の電流密度（負荷）依存性を調べたものであり、空気
極３の電位は内部抵抗を補正した形で示されている。図
において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの曲線はマトリック
ス２の電解質保持剤１２中の炭素粉１０の重量比率がそ
れぞれ０％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％
の場合の空気極３の電位と単セル４に加えられる負荷
（電流密度）との関係を示している。
（ＲＨＥ）付き単セル４に２１０℃常圧で空気と燃料ガ
ス（水素を８０％含む）を供給した場合の空気極３の電
位の電流密度（負荷）依存性を調べたものであり、空気
極３の電位は内部抵抗を補正した形で示されている。図
において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの曲線はマトリック
ス２の電解質保持剤１２中の炭素粉１０の重量比率がそ
れぞれ０％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％
の場合の空気極３の電位と単セル４に加えられる負荷
（電流密度）との関係を示している。
【００２０】これらのグラフから炭素粉１０の重量比率
が増すにしたがって、無負荷（電流密度０）および低負
荷（低電流密度）での空気極３の電位が大幅に低下して
いることがわかるが、炭素粉１０が３０％の曲線Ｂでは
まだ開放電圧が０.９Ｖを越えており、空気極３に腐食
のおそれがある。炭素粉１０が３５％の曲線Ｃおよび４
５％の曲線Ｅでは開放電圧が０.９Ｖを下回っており、
空気極３の腐食の危険性は大幅に低下している。この場
合、短絡電流の増大にともない、定格時（電流密度が２
００〜３００ｍＡ／ｃｍ2程度）でのセル電圧（空気極
３の電位）も低下するが、その低下量は炭素粉１０が０
％の曲線Ａの場合等に比べて僅かであり、この低下量は
電流密度（負荷）の増大とともに減少している。
が増すにしたがって、無負荷（電流密度０）および低負
荷（低電流密度）での空気極３の電位が大幅に低下して
いることがわかるが、炭素粉１０が３０％の曲線Ｂでは
まだ開放電圧が０.９Ｖを越えており、空気極３に腐食
のおそれがある。炭素粉１０が３５％の曲線Ｃおよび４
５％の曲線Ｅでは開放電圧が０.９Ｖを下回っており、
空気極３の腐食の危険性は大幅に低下している。この場
合、短絡電流の増大にともない、定格時（電流密度が２
００〜３００ｍＡ／ｃｍ2程度）でのセル電圧（空気極
３の電位）も低下するが、その低下量は炭素粉１０が０
％の曲線Ａの場合等に比べて僅かであり、この低下量は
電流密度（負荷）の増大とともに減少している。
【００２１】ところが、炭素粉１０が５０％の曲線Ｆで
は低負荷時のみでなく定格時でのセル電圧の低下も大き
くなっており、電解質を保持するマトリックス２中で短
絡電圧が急激に大きくなっていることがわかる。したが
って、炭素粉１０の重量比率は３５〜４５％の範囲が望
ましく、この値より大きいと短絡電流が増加しすぎて定
格時の空気極３の電位の大幅な低下、すなわち発電シス
テムの効率低下を招くと共に、この値より小さいと無負
荷や低負荷時に空気極３に腐食の問題を生じさせる。
は低負荷時のみでなく定格時でのセル電圧の低下も大き
くなっており、電解質を保持するマトリックス２中で短
絡電圧が急激に大きくなっていることがわかる。したが
って、炭素粉１０の重量比率は３５〜４５％の範囲が望
ましく、この値より大きいと短絡電流が増加しすぎて定
格時の空気極３の電位の大幅な低下、すなわち発電シス
テムの効率低下を招くと共に、この値より小さいと無負
荷や低負荷時に空気極３に腐食の問題を生じさせる。
【００２２】実施例２．つぎにこの発明の第２の発明に
係るリン酸型燃料電池の運転の停止方法の一実施例を図
３により説明する。なお、実施例２のリン酸型燃料電池
においても電解質であるリン酸を保持するマトリックス
を燃料極と空気極とで挟みつけて単セルが形成されてお
り、このマトリックスも炭化珪素微粒子と炭素粉とから
なる電解質保持剤を結合剤にて多孔質に結合したものか
ら構成されている。
係るリン酸型燃料電池の運転の停止方法の一実施例を図
３により説明する。なお、実施例２のリン酸型燃料電池
においても電解質であるリン酸を保持するマトリックス
を燃料極と空気極とで挟みつけて単セルが形成されてお
り、このマトリックスも炭化珪素微粒子と炭素粉とから
なる電解質保持剤を結合剤にて多孔質に結合したものか
ら構成されている。
【００２３】図３は図２の場合と同様に参照電極（ＲＨ
Ｅ）付きの単セルを用いて、単セルの運転の停止後の時
間の経過と空気極３の電位の変化との関係を示すもので
ある。なお、図３の（ａ）の曲線Ｇの場合は、マトリッ
クスの電解質保持剤中の炭素粉の含有量が０％の場合で
あり、図３の（ｂ）の曲線Ｈの場合は炭素粉の含有量が
２５％、曲線Ｉの場合は炭素粉の含有量が４０％の場合
である。
Ｅ）付きの単セルを用いて、単セルの運転の停止後の時
間の経過と空気極３の電位の変化との関係を示すもので
ある。なお、図３の（ａ）の曲線Ｇの場合は、マトリッ
クスの電解質保持剤中の炭素粉の含有量が０％の場合で
あり、図３の（ｂ）の曲線Ｈの場合は炭素粉の含有量が
２５％、曲線Ｉの場合は炭素粉の含有量が４０％の場合
である。
【００２４】まず、図３の（ａ）の場合では、時刻ＴＯ
において空気極への空気の供給を停止すると共に、負荷
を遮断して、空気極への窒素パージを開始している。但
し、燃料極への燃料ガスの供給は継続されている。この
時の空気極の電位は、曲線Ｇで示されるように、時刻Ｔ
Ｏで直ちにＩＶ近くまで上昇し、その後、空気が窒素に
置換されて、酸素濃度が低下するにしたがって低下して
いる。但し、空気が窒素により置換されるまでの約１５
秒の間、空気極の電位はＩＶ近くの高電位に維持されて
いる。このため、空気極の出口側から僅かであるが、Ｃ
ＯとＣＯ2とが検出され、空気極の担持カーボンが腐食
して消失していることがわかった。
において空気極への空気の供給を停止すると共に、負荷
を遮断して、空気極への窒素パージを開始している。但
し、燃料極への燃料ガスの供給は継続されている。この
時の空気極の電位は、曲線Ｇで示されるように、時刻Ｔ
Ｏで直ちにＩＶ近くまで上昇し、その後、空気が窒素に
置換されて、酸素濃度が低下するにしたがって低下して
いる。但し、空気が窒素により置換されるまでの約１５
秒の間、空気極の電位はＩＶ近くの高電位に維持されて
いる。このため、空気極の出口側から僅かであるが、Ｃ
ＯとＣＯ2とが検出され、空気極の担持カーボンが腐食
して消失していることがわかった。
【００２５】つぎに、図３の（ｂ）の場合には、時刻Ｔ
Ｏで空気の供給の停止と負荷の遮断を行ったが、空気極
側への窒素パージは行わず、かつ、燃料極への燃料ガス
の供給も継続した。この場合の空気極の電位は、曲線
Ｈ，Ｉで示されるように、時刻ＴＯから１〜２秒間は上
昇したが直ちに低下すると共に、空気極側からは水素の
発生が確認された。したがって、この場合は空気極に腐
食の問題は生じなかった。このように無負荷となっても
空気極の電位を低く押えられるのは、無負荷時にマトリ
ックスに形成された炭素粉のチェーンを介して電解質を
保持するマトリックスに短絡電流（電子とプロトンの流
れ）が生じるからである。すなわち、空気極側で酸素の
消費が生じて水が生成され、空気極側が低い電位に保た
れるからであり、更に、酸素が消費され空気極側に酸素
が無くなれば、この空気極側に水素の発生が生じて、引
き続き空気極側が低い電位に保たれるからである。
Ｏで空気の供給の停止と負荷の遮断を行ったが、空気極
側への窒素パージは行わず、かつ、燃料極への燃料ガス
の供給も継続した。この場合の空気極の電位は、曲線
Ｈ，Ｉで示されるように、時刻ＴＯから１〜２秒間は上
昇したが直ちに低下すると共に、空気極側からは水素の
発生が確認された。したがって、この場合は空気極に腐
食の問題は生じなかった。このように無負荷となっても
空気極の電位を低く押えられるのは、無負荷時にマトリ
ックスに形成された炭素粉のチェーンを介して電解質を
保持するマトリックスに短絡電流（電子とプロトンの流
れ）が生じるからである。すなわち、空気極側で酸素の
消費が生じて水が生成され、空気極側が低い電位に保た
れるからであり、更に、酸素が消費され空気極側に酸素
が無くなれば、この空気極側に水素の発生が生じて、引
き続き空気極側が低い電位に保たれるからである。
【００２６】上記の場合、空気極の窒素によるパージは
必ずしも必要ないが、空気の配管からの空気極側への酸
素の拡散移動が心配される場合には、窒素によるパージ
を行ったほうが好ましい。また、燃料ガスを停止するま
での時間はこの実施例の場合１分程度で充分であるが、
この時間はリン酸型燃料電池の大きさや単セルの積層
数、配管の長さ等によって適正値が異なる。但し、空気
極の出口側で水素の発生が確認されるまでの時間がわか
れば、燃料ガスを停止するまでの時間は容易に決定でき
る。
必ずしも必要ないが、空気の配管からの空気極側への酸
素の拡散移動が心配される場合には、窒素によるパージ
を行ったほうが好ましい。また、燃料ガスを停止するま
での時間はこの実施例の場合１分程度で充分であるが、
この時間はリン酸型燃料電池の大きさや単セルの積層
数、配管の長さ等によって適正値が異なる。但し、空気
極の出口側で水素の発生が確認されるまでの時間がわか
れば、燃料ガスを停止するまでの時間は容易に決定でき
る。
【００２７】また、炭素粉の重量比率については、その
後の実験で炭素粉が２０重量％程度でもマトリックスに
形成された炭素粉のチェーンを介して、空気極に電位低
減の効果が発揮されることが確認されている。したがっ
て、この場合のマトリックスの電解質保持剤中の炭素粉
の重量比率は２０％以上４５％以下が望ましいと考えら
れる。
後の実験で炭素粉が２０重量％程度でもマトリックスに
形成された炭素粉のチェーンを介して、空気極に電位低
減の効果が発揮されることが確認されている。したがっ
て、この場合のマトリックスの電解質保持剤中の炭素粉
の重量比率は２０％以上４５％以下が望ましいと考えら
れる。
【００２８】以上のように、マトリックスが炭素粉と炭
化珪素微粒子とからなる電解質保持剤と結合剤とにより
構成され、その炭素粉の重量比率が２０〜４５％となっ
ているリン酸型燃料電池の運転を停止させる場合、燃料
極側に燃料ガスを供給している状態で、空気極側の空気
を停止すると共に、負荷を遮断し、空気極側で水素の発
生を確認した後、燃料ガスを停止するようにすれば、空
気極の電位を落した状態でリン酸型燃料電池の運転の停
止ができ、リン酸型燃料電池の停止時における空気極の
腐食を防止することができる。
化珪素微粒子とからなる電解質保持剤と結合剤とにより
構成され、その炭素粉の重量比率が２０〜４５％となっ
ているリン酸型燃料電池の運転を停止させる場合、燃料
極側に燃料ガスを供給している状態で、空気極側の空気
を停止すると共に、負荷を遮断し、空気極側で水素の発
生を確認した後、燃料ガスを停止するようにすれば、空
気極の電位を落した状態でリン酸型燃料電池の運転の停
止ができ、リン酸型燃料電池の停止時における空気極の
腐食を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３０】この発明の第１の発明によれば、燃料極と
空気極との間に置かれる電解質保持用のマトリックスが
炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合剤と
で構成されるリン酸型燃料電池において、電解質保持剤
に占める炭素粉の重量比率を３５％以上で４５％以下と
したので、定格時の空気極の電位を余り落とすことはな
く、無負荷時や低負荷時の空気極の電位を一定値以下に
落とすことができ、空気極の腐食の防止を図ることがで
きる。
空気極との間に置かれる電解質保持用のマトリックスが
炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合剤と
で構成されるリン酸型燃料電池において、電解質保持剤
に占める炭素粉の重量比率を３５％以上で４５％以下と
したので、定格時の空気極の電位を余り落とすことはな
く、無負荷時や低負荷時の空気極の電位を一定値以下に
落とすことができ、空気極の腐食の防止を図ることがで
きる。
【００３１】またこの発明の第２の発明によれば、燃料
極と空気極との間に置かれる電解質保持用のマトリック
スが炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合
剤とで構成されるリン酸型燃料電池の運転の停止方法に
おいて、燃料極への燃料の供給を維持した状態で、空気
極への空気の供給の停止と外部負荷の遮断を行い、空気
極側で水素の発生が確認された後、燃料極への燃料の供
給を停止するようにしたので、このリン酸型燃料電池の
運転を停止させる場合に、空気極の無負荷電位を一定値
以下に落とすことができ、運転の停止にあたり空気極の
腐食の防止を図ることができる。
極と空気極との間に置かれる電解質保持用のマトリック
スが炭素粉および炭化珪素からなる電解質保持剤と結合
剤とで構成されるリン酸型燃料電池の運転の停止方法に
おいて、燃料極への燃料の供給を維持した状態で、空気
極への空気の供給の停止と外部負荷の遮断を行い、空気
極側で水素の発生が確認された後、燃料極への燃料の供
給を停止するようにしたので、このリン酸型燃料電池の
運転を停止させる場合に、空気極の無負荷電位を一定値
以下に落とすことができ、運転の停止にあたり空気極の
腐食の防止を図ることができる。
【図１】この発明の実施例１に関するリン酸型燃料電池
の単セルの断面図である。
の単セルの断面図である。
【図２】この発明の実施例１に関するリン酸型燃料電池
の単セルの空気極電位と電流密度との関係を示す図であ
る。
の単セルの空気極電位と電流密度との関係を示す図であ
る。
【図３】この発明の実施例２に関するリン酸型燃料電池
の運転の停止時における空気極の電位の時間的経過を示
す図であり、（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は実施例を
示している。
の運転の停止時における空気極の電位の時間的経過を示
す図であり、（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は実施例を
示している。
１ 燃料極 ２ マトリックス ３ 空気極 １０ 炭素粉 １１ 炭化珪素微粒子（炭化珪素） １２ 電解質保持剤 １３ 結合剤 １４ リン酸（電解質）
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料極と空気極との間に置かれる電解質
保持用のマトリックスが炭素粉および炭化珪素からなる
電解質保持剤と結合剤とで構成されるリン酸型燃料電池
において、前記電解質保持剤に占める前記炭素粉の重量
比率を３５％以上で４５％以下としたことを特徴とする
リン酸型燃料電池。 - 【請求項２】 燃料極と空気極との間に置かれる電解質
保持用のマトリックスが炭素粉および炭化珪素からなる
電解質保持剤と結合剤とで構成されるリン酸型燃料電池
の運転の停止方法において、前記燃料極への燃料の供給
を維持した状態で、前記空気極への空気の供給の停止と
外部負荷の遮断を行い、前記空気極側で水素の発生が確
認された後、前記燃料極への燃料の供給を停止すること
を特徴とするリン酸型燃料電池の運転の停止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4138408A JPH05335026A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | リン酸型燃料電池およびその運転の停止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4138408A JPH05335026A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | リン酸型燃料電池およびその運転の停止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335026A true JPH05335026A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15221265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4138408A Pending JPH05335026A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | リン酸型燃料電池およびその運転の停止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05335026A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005093115A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置とその運転方法 |
| JP2005222707A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システムおよび運転方法 |
| JP2006147250A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム |
| JP2008192526A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Fujitsu Ltd | 燃料電池の活性化方法及び燃料電池システム |
| JP2011060776A (ja) * | 2010-11-16 | 2011-03-24 | Panasonic Corp | 燃料電池システムおよび運転方法 |
| US8492038B2 (en) | 2004-12-29 | 2013-07-23 | Clearedge Power Corporation | Startup and shutdown procedures for operating a fuel cell assembly |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP4138408A patent/JPH05335026A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005093115A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置とその運転方法 |
| JP2005222707A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システムおよび運転方法 |
| JP4661055B2 (ja) * | 2004-02-03 | 2011-03-30 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システムおよび運転方法 |
| JP2006147250A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム |
| US8492038B2 (en) | 2004-12-29 | 2013-07-23 | Clearedge Power Corporation | Startup and shutdown procedures for operating a fuel cell assembly |
| JP2008192526A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Fujitsu Ltd | 燃料電池の活性化方法及び燃料電池システム |
| JP2011060776A (ja) * | 2010-11-16 | 2011-03-24 | Panasonic Corp | 燃料電池システムおよび運転方法 |
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