JPH0668974B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH0668974B2 JPH0668974B2 JP62254652A JP25465287A JPH0668974B2 JP H0668974 B2 JPH0668974 B2 JP H0668974B2 JP 62254652 A JP62254652 A JP 62254652A JP 25465287 A JP25465287 A JP 25465287A JP H0668974 B2 JPH0668974 B2 JP H0668974B2
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- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業業上の利用分野〕 本発明は、酸素イオン導電形電解質と水素イオン導電形
電解質とを合せ持つ構造を有する固体電解質型燃料電池
に関する。
電解質とを合せ持つ構造を有する固体電解質型燃料電池
に関する。
従来の固体電解質型燃料電池を第５図に斜視図として示
す。第５図において、符号51は水素イオン導電形あるい
は酸素イオン導電形固体電解質、53は燃料極、54は空気
極、55は燃料室、56は空気室を意味する。第５図に示す
ように１種類の固体電解質51の両側に燃料極53と空気極
54を配置した構成を基本としている。一般に電解質とし
てはY2O3等で安定化したZrO2のような酸素イオン導電形
の電解質が使用されている。この種の電池では、空気極
で酸素が電極から電子を受け取り酸素イオンとなり、電
解質中を移動して燃料極上で電子を放出しながら水素と
反応して水となる。したがつて、燃料ガスの出口からは
使用されなかつた水素に水蒸気が混入したガスが排出さ
れるため、特に水素ガスのみを燃料とする燃料電池にお
いては、燃料の効率的利用を目的に燃料電池から出てき
た燃料を繰返し使用するような燃料電池を構成しようと
した場合、水蒸気の除去法が大きな問題になっていた。
す。第５図において、符号51は水素イオン導電形あるい
は酸素イオン導電形固体電解質、53は燃料極、54は空気
極、55は燃料室、56は空気室を意味する。第５図に示す
ように１種類の固体電解質51の両側に燃料極53と空気極
54を配置した構成を基本としている。一般に電解質とし
てはY2O3等で安定化したZrO2のような酸素イオン導電形
の電解質が使用されている。この種の電池では、空気極
で酸素が電極から電子を受け取り酸素イオンとなり、電
解質中を移動して燃料極上で電子を放出しながら水素と
反応して水となる。したがつて、燃料ガスの出口からは
使用されなかつた水素に水蒸気が混入したガスが排出さ
れるため、特に水素ガスのみを燃料とする燃料電池にお
いては、燃料の効率的利用を目的に燃料電池から出てき
た燃料を繰返し使用するような燃料電池を構成しようと
した場合、水蒸気の除去法が大きな問題になっていた。
これを解決する方法としては、Yb2O3を固溶したSrCeO3
のような水素イオン導電形の電解質を使用した燃料電池
が考えられる。この種の電池では、燃料極で水素が電極
に電子を放出して水素イオンとなり電解質中を移動して
空気極上で電子を受け取りながら酸素と反応して水とな
る。したがって、生成した水蒸気は空気極側に排出され
るため、燃料ガス中には水蒸気が混入することがなく、
上記の目的には適している。
のような水素イオン導電形の電解質を使用した燃料電池
が考えられる。この種の電池では、燃料極で水素が電極
に電子を放出して水素イオンとなり電解質中を移動して
空気極上で電子を受け取りながら酸素と反応して水とな
る。したがって、生成した水蒸気は空気極側に排出され
るため、燃料ガス中には水蒸気が混入することがなく、
上記の目的には適している。
しかし、燃料電池の起電力は、発生した水蒸気分圧が高
くなるほど低下するため、この水蒸気の除去の良否が電
池性能に影響を与える。従来の上記２方式の燃料電池は
いずれも、燃料ガスあるいは空気の流量を電池反応に必
要な量よりも大きくすることにより、電極上に発生した
水蒸気を排出しているため、装置の小形化、良質な（高
温の）排熱利用の点で問題があつた。
くなるほど低下するため、この水蒸気の除去の良否が電
池性能に影響を与える。従来の上記２方式の燃料電池は
いずれも、燃料ガスあるいは空気の流量を電池反応に必
要な量よりも大きくすることにより、電極上に発生した
水蒸気を排出しているため、装置の小形化、良質な（高
温の）排熱利用の点で問題があつた。
本発明は以上のような従来の構造の固体電解質形燃料電
池の欠点を除去するためのものであり、その目的は起電
力低下の原因となる水蒸気の除去を簡単にしかも効率良
く行うことが可能で、これにより、高効率で小形の燃料
電池を提供することにある。
池の欠点を除去するためのものであり、その目的は起電
力低下の原因となる水蒸気の除去を簡単にしかも効率良
く行うことが可能で、これにより、高効率で小形の燃料
電池を提供することにある。
本発明を概説すれば、本発明は燃料電池に関する発明で
あって、固体電解質型燃料電池において、空気極に接す
る部分を酸素イオン導電形の電解質とし、燃料極に接す
る部分の電解質を水素イオン導電形の電解質とし、両電
解質が接する部分は、発電に伴つて発生する水蒸気を電
池外に排出するための空孔を設けた構造を有することを
特徴とする。
あって、固体電解質型燃料電池において、空気極に接す
る部分を酸素イオン導電形の電解質とし、燃料極に接す
る部分の電解質を水素イオン導電形の電解質とし、両電
解質が接する部分は、発電に伴つて発生する水蒸気を電
池外に排出するための空孔を設けた構造を有することを
特徴とする。
本発明は、固体電解質型燃料電池において、酸素イオン
導電形、水素イオン導電形の２種類の固体電解質を使用
し、発電に伴つて発生する水蒸気を、燃料及び空気の流
路とは別の場所から専用に排出できる構造を持つことを
最も主要な特徴とする。
導電形、水素イオン導電形の２種類の固体電解質を使用
し、発電に伴つて発生する水蒸気を、燃料及び空気の流
路とは別の場所から専用に排出できる構造を持つことを
最も主要な特徴とする。
従来の固体電解質型燃料電池では、酸素イオン導電形、
水素イオン導電形のいずれか一方のみを電解質に使用し
ている点が本発明と異なり、従来の前者の場合燃料ガス
中に発生した水蒸気が混入し、従来の後者の場合燃料電
池の空気極側の排ガス中に水蒸気が混入するため、小形
で高効率の燃料電池を実現することができなかつた。本
発明では、これらの問題点を解決し、発生した水蒸気の
みを専用に、利用あるいは除去処理をすることができ
る。
水素イオン導電形のいずれか一方のみを電解質に使用し
ている点が本発明と異なり、従来の前者の場合燃料ガス
中に発生した水蒸気が混入し、従来の後者の場合燃料電
池の空気極側の排ガス中に水蒸気が混入するため、小形
で高効率の燃料電池を実現することができなかつた。本
発明では、これらの問題点を解決し、発生した水蒸気の
みを専用に、利用あるいは除去処理をすることができ
る。
本発明における空孔の設け方としては、両電解質が接す
る面において、両電解質にまたがつて孔を設ける方法が
ある。
る面において、両電解質にまたがつて孔を設ける方法が
ある。
その代りに、発電に伴つて発生した水蒸気が十分通過で
きるよう連続した空隙を有し且つ導電性を有する多孔体
を介して、両電解質が接するような構造としてもよい。
きるよう連続した空隙を有し且つ導電性を有する多孔体
を介して、両電解質が接するような構造としてもよい。
該多孔体は、水素の接触酸化反応の触媒であつてよい。
例えば、該多孔体は、Ni粉末焼結体、Ni繊維焼結体、あ
るいは発泡状Niの形態であつてよい。
例えば、該多孔体は、Ni粉末焼結体、Ni繊維焼結体、あ
るいは発泡状Niの形態であつてよい。
また、多孔体の表面には、水素の接触酸化反応の触媒が
担持されていてもよい。
担持されていてもよい。
前記した水素の接触酸化反応の触媒の例としては、ニツ
ケル、銀、金あるいは酸化チタンが挙げられる。
ケル、銀、金あるいは酸化チタンが挙げられる。
そして、これら空孔からの水蒸気排出孔には、水蒸気冷
却装置を接続しておくことが好ましい。
却装置を接続しておくことが好ましい。
前記酸素イオン導電形電解質の例としては、ZrO2,HfO2,
ThO2,CeO2のうちのいずれかを主成分とし、これにアル
カリ土類金属の酸化物であるCaO,SrO,あるいは希土類元
素の酸化物であるY2O3,Sc2O3,Yb2O3,La2O3,Nd2O3,Gd2O3
中のいずれかを含むものが挙げられる。
ThO2,CeO2のうちのいずれかを主成分とし、これにアル
カリ土類金属の酸化物であるCaO,SrO,あるいは希土類元
素の酸化物であるY2O3,Sc2O3,Yb2O3,La2O3,Nd2O3,Gd2O3
中のいずれかを含むものが挙げられる。
また、水素イオン導電形電解質の例としては、ペロブス
カイト形酸化物であるSrCeO3あるいはBaCeO3を主成分と
し、これに希土類元素の酸化物であるY2O3,Sc2O3,Yb
2O3,La2O3,Nd2O3,Gd2O3中のいずれかを含むものが挙げ
られる。
カイト形酸化物であるSrCeO3あるいはBaCeO3を主成分と
し、これに希土類元素の酸化物であるY2O3,Sc2O3,Yb
2O3,La2O3,Nd2O3,Gd2O3中のいずれかを含むものが挙げ
られる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例１ 第１図は本発明の１実施例を示す概念図であり、そのう
ち第１−１図は斜視図、第１−２図は第１−１図のＡ−
Ａ′断面図である。各図において、符号３は燃料極、１
は水素イオン導電形の固体電解質、２は酸素イオン導電
形の固体電解質、４は空気極、５は燃料室、６は空気
室、７は水蒸気排出孔を意味する。
ち第１−１図は斜視図、第１−２図は第１−１図のＡ−
Ａ′断面図である。各図において、符号３は燃料極、１
は水素イオン導電形の固体電解質、２は酸素イオン導電
形の固体電解質、４は空気極、５は燃料室、６は空気
室、７は水蒸気排出孔を意味する。
本発明の燃料電池の１例として、１にSrCeO3のCeの一部
をYbで置換したもの、２に（ZrO2）0.91（Yb
2O3）0.09、３にNi、４にLa0.9Sr0.1MnO3を使用したも
のがある。入口より燃料室５に入つた燃料の水素は燃料
極３の表面で電子を放出し水素イオンの形で電解室中を
燃料電池中心部に向かつて移動する。出口からは燃料極
で消費されなかつた水素のみが排出される。一方、入口
より空気室６に入つた空気中の酸素は空気極４の表面で
電子を受け取り酸素イオンの形で電解質中を中心に向か
つて移動する。両イオンは燃料電池の中心部の酸素イオ
ン導電形電解質と水素イオン導電形電解質とが接する部
分で反応して水蒸気となり、両電解質の接触面に適当な
間隔で設けられた排出孔７を通り燃料電池外に排出され
る。
をYbで置換したもの、２に（ZrO2）0.91（Yb
2O3）0.09、３にNi、４にLa0.9Sr0.1MnO3を使用したも
のがある。入口より燃料室５に入つた燃料の水素は燃料
極３の表面で電子を放出し水素イオンの形で電解室中を
燃料電池中心部に向かつて移動する。出口からは燃料極
で消費されなかつた水素のみが排出される。一方、入口
より空気室６に入つた空気中の酸素は空気極４の表面で
電子を受け取り酸素イオンの形で電解質中を中心に向か
つて移動する。両イオンは燃料電池の中心部の酸素イオ
ン導電形電解質と水素イオン導電形電解質とが接する部
分で反応して水蒸気となり、両電解質の接触面に適当な
間隔で設けられた排出孔７を通り燃料電池外に排出され
る。
実施例２ 第２図は本発明の別の実施例を示す斜視図である。第２
図において符号21は水素イオン導電形固体電解質、22は
酸素イオン導電形固体電解質、23は燃料極、24は空気
極、25は燃料室、26は空気室、27は水蒸気排出孔、28は
導電形多孔体を意味する。28は導電性を有しまた連続し
た孔を有する多孔体であり例えば、Ni焼結体、発泡Niで
ある。この多孔体は水素イオン導電形電解質21及び酸素
イオン導電形電解質22との間にあり電気的に接続されて
いる。この多孔体は、単に発電により生じた水蒸気を電
池外部に排出するための流路としての役目を果たすだけ
でなく、酸素と水素とが反応する場所を広げることによ
り、効率良く電池反応を進行させている。すなわち、第
１図の実施例では、酸素イオンと水素イオンが反応する
場所は、水蒸気排出孔近傍の両電解質接触界面に限られ
ること、排出孔の数を増やすのにも製造上限度があるこ
とから、十分な電池特性が得られない場合があると考え
られる。第２図の実施例では、酸素イオンは反応相手で
ある水素イオンと直接接しなくても、空孔表面で電子を
放出して酸素ガスとなることができる。電子は導電性の
多孔体の中を移動して他の場所で水素イオンと結合して
水素ガスを生成することができる。このようにして生成
した酸素ガスと水素ガスは反応して水蒸気になる。この
実施例では多孔体に水素の接触酸化反応に活性のあるNi
を使用しているため、酸素と水素が反応して水蒸気を生
成する電池反応を速めるため、電池の性能を一層向上す
ることができる。
図において符号21は水素イオン導電形固体電解質、22は
酸素イオン導電形固体電解質、23は燃料極、24は空気
極、25は燃料室、26は空気室、27は水蒸気排出孔、28は
導電形多孔体を意味する。28は導電性を有しまた連続し
た孔を有する多孔体であり例えば、Ni焼結体、発泡Niで
ある。この多孔体は水素イオン導電形電解質21及び酸素
イオン導電形電解質22との間にあり電気的に接続されて
いる。この多孔体は、単に発電により生じた水蒸気を電
池外部に排出するための流路としての役目を果たすだけ
でなく、酸素と水素とが反応する場所を広げることによ
り、効率良く電池反応を進行させている。すなわち、第
１図の実施例では、酸素イオンと水素イオンが反応する
場所は、水蒸気排出孔近傍の両電解質接触界面に限られ
ること、排出孔の数を増やすのにも製造上限度があるこ
とから、十分な電池特性が得られない場合があると考え
られる。第２図の実施例では、酸素イオンは反応相手で
ある水素イオンと直接接しなくても、空孔表面で電子を
放出して酸素ガスとなることができる。電子は導電性の
多孔体の中を移動して他の場所で水素イオンと結合して
水素ガスを生成することができる。このようにして生成
した酸素ガスと水素ガスは反応して水蒸気になる。この
実施例では多孔体に水素の接触酸化反応に活性のあるNi
を使用しているため、酸素と水素が反応して水蒸気を生
成する電池反応を速めるため、電池の性能を一層向上す
ることができる。
実施例３ 第３図は本発明の別の実施例を示す断面図である。第３
図において、符号31は水素イオン導電形固体電解質、32
は酸素イオン導電形固体電解質、33は燃料極、34は空気
極、37は水蒸気排出孔、38は導電性多孔体、39は水素の
接触酸化反応の触媒を意味する。39は導電性を有する多
孔体38の表面に担持された水素の接触酸化反応の触媒で
あり、発生した気体状の水素及び酸素とが容易に反応し
て水を生成させるためのものである。
図において、符号31は水素イオン導電形固体電解質、32
は酸素イオン導電形固体電解質、33は燃料極、34は空気
極、37は水蒸気排出孔、38は導電性多孔体、39は水素の
接触酸化反応の触媒を意味する。39は導電性を有する多
孔体38の表面に担持された水素の接触酸化反応の触媒で
あり、発生した気体状の水素及び酸素とが容易に反応し
て水を生成させるためのものである。
実施例４ 第４図は本発明の別の実施例を示した配置図であり、符
号41は燃料電池、42は水蒸気冷却装置、47は水蒸気排出
孔を意味する。この例では水蒸気排出孔に水蒸気冷却装
置を接続した。この構成により、生成した水蒸気を効率
良く回収、除去できる。
号41は燃料電池、42は水蒸気冷却装置、47は水蒸気排出
孔を意味する。この例では水蒸気排出孔に水蒸気冷却装
置を接続した。この構成により、生成した水蒸気を効率
良く回収、除去できる。
本発明は以上説明したように、１つの固体電解質形燃料
電池に酸素イオン導電形固体電解質及び水素イオン導電
形電解質の両者を使用することにより、生成する水蒸気
を専用の排出孔から取出し、利用あるいは処理すること
ができる。
電池に酸素イオン導電形固体電解質及び水素イオン導電
形電解質の両者を使用することにより、生成する水蒸気
を専用の排出孔から取出し、利用あるいは処理すること
ができる。
これにより、燃料中に水蒸気が混入して燃料の再利用を
妨げるといつたことも無くなり、水蒸気を排出させる目
的で燃料あるいは空気の流量を大きくする必要もなくな
る。更に、水蒸気排出孔に冷却装置を取付けた本発明の
燃料電池は、電池性能に悪影響のある水蒸気分圧を有効
に低減するばかりでなく、生成した水蒸気を簡単に純水
の形で回収することができる。
妨げるといつたことも無くなり、水蒸気を排出させる目
的で燃料あるいは空気の流量を大きくする必要もなくな
る。更に、水蒸気排出孔に冷却装置を取付けた本発明の
燃料電池は、電池性能に悪影響のある水蒸気分圧を有効
に低減するばかりでなく、生成した水蒸気を簡単に純水
の形で回収することができる。
第１−１図は本発明の１実施例の斜視図、第１−２図は
第１−１図のＡ−Ａ′断面図、第２図は本発明の１実施
例の斜視図、第３図は本発明の１実施例の断面図、第４
図は本発明の１実施例を示した配置図、そして第５図は
従来の固体電解質型燃料電池の斜視図である。 1,21,31……水素イオン導電形固体電解質、2,22,32……
酸素イオン導電形固体電解質、51……水素イオン導電形
あるいは酸素イオン導電形固体電解質、3,23,33,53……
燃料極、4,24,34,54……空気極、5,25,55……燃料室、
6,26,56……空気室、7,27,37,47……水蒸気排出孔、28,
38……導電性多孔体、39……水素の接触酸化反応の触
媒、41……燃料電池、42……水蒸気冷却装置
第１−１図のＡ−Ａ′断面図、第２図は本発明の１実施
例の斜視図、第３図は本発明の１実施例の断面図、第４
図は本発明の１実施例を示した配置図、そして第５図は
従来の固体電解質型燃料電池の斜視図である。 1,21,31……水素イオン導電形固体電解質、2,22,32……
酸素イオン導電形固体電解質、51……水素イオン導電形
あるいは酸素イオン導電形固体電解質、3,23,33,53……
燃料極、4,24,34,54……空気極、5,25,55……燃料室、
6,26,56……空気室、7,27,37,47……水蒸気排出孔、28,
38……導電性多孔体、39……水素の接触酸化反応の触
媒、41……燃料電池、42……水蒸気冷却装置
Claims (5)
- 【請求項１】固体電解質型燃料電池において、空気極に
接する部分を酸素イオン導電形の電解質とし、燃料極に
接する部分の電解質を水素イオン導電形の電解質とし、
両電解質が接する部分は、発電に伴つて発生する水蒸気
を電池外に排出するための空孔を設けた構造を有するこ
とを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】該構造が、発電に伴つて発生した水蒸気が
十分通過できるよう連続した空隙を有し且つ導電性を有
する多孔体を介して、両電解質が接する構造である特許
請求の範囲第１項に記載の燃料電池。 - 【請求項３】該多孔体が、水素の接触酸化反応の触媒で
ある特許請求の範囲第２項に記載の燃料電池。 - 【請求項４】該多孔体の表面には、水素の接触酸化反応
の触媒が担持されている特許請求の範囲第２項に記載の
燃料電池。 - 【請求項５】水蒸気排出孔には、水蒸気冷却装置が接続
されている特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１
項に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254652A JPH0668974B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254652A JPH0668974B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100868A JPH01100868A (ja) | 1989-04-19 |
| JPH0668974B2 true JPH0668974B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=17267986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254652A Expired - Fee Related JPH0668974B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668974B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0316504D0 (en) * | 2003-07-15 | 2003-08-20 | Rolls Royce Plc | A solid oxide fuel cell |
| FR2883420B1 (fr) * | 2005-03-17 | 2007-05-11 | Armines Ass Loi De 1901 | Cellule de pile a combustible haute temperature a conduction mixte anionique et protonique |
| JP6748955B2 (ja) * | 2016-02-16 | 2020-09-02 | 国立大学法人九州大学 | 電気化学セル |
| WO2020241210A1 (ja) * | 2019-05-27 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学セル |
| EP3978652A4 (en) * | 2019-05-27 | 2022-09-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | ELECTROCHEMICAL CELL AND PROCESS FOR GENERATING HYDROGEN |
-
1987
- 1987-10-12 JP JP62254652A patent/JPH0668974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100868A (ja) | 1989-04-19 |
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