JPH0773057B2 - 内部改質形燃料電池 - Google Patents

内部改質形燃料電池

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JPH0773057B2
JPH0773057B2 JP61028414A JP2841486A JPH0773057B2 JP H0773057 B2 JPH0773057 B2 JP H0773057B2 JP 61028414 A JP61028414 A JP 61028414A JP 2841486 A JP2841486 A JP 2841486A JP H0773057 B2 JPH0773057 B2 JP H0773057B2
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達典 岡田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内部改質形燃料電池に関し、特にその内部
改質機能の長寿命化に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は特公昭59−24504号公報に掲載されている従来
の内部改質形燃料電池の一部を示す縦断面図である。図
において、(1)は電解質層、(2)は燃料ガス側電極、(3)
は電解質層(1)を介在して燃料ガス側電極(2)と対向する
酸化ガス側電極、(4a)は燃料ガス側電極(2)を支持
し、且つ発生した電流を通過せしめる燃料ガス側集電
板、(4b)は酸化ガス側電極(3)を支持し、且つ発生し
た電流を通過せしめる酸化ガス側集電板、(5a),(5
b)はそれぞれ燃料ガス流路,酸化ガス流路を形成する
ための燃料ガス側流路形成材,酸化ガス側流路形成材、
(6)は燃料ガス側電極(2)に対向して設ける燃料ガス流路
と、酸化ガス側電極(3)に対向して設ける酸化ガス流路
とを分離するセパレータ板、(7)は燃料ガス流路に設け
られた改質触媒である。電解質層(1),燃料ガス側電極
(2),酸化ガス側電極(3)により単電池が構成され、内部
改質形燃料電池は、この単電池,燃料ガス側集電板(4
a),酸化ガス側集電板(4b),燃料ガス側流路形成材
(5a),及び酸化ガス側流路形成材(5b)をセパレータ
板(6)を介して複数積層した積層体を成し、第3図には
その要部を示している。図中、矢印Aは酸化ガスの流れ
方向を示し、矢印Bは燃料ガスの流れ方向を示してい
る。
次に動作について説明する。炭化水素又はアルコール類
・スチームを主成分とする燃料ガスが矢印B方向から供
給され、酸素と二酸化炭素を主要成分とする酸化ガスが
矢印A方向から供給されて、十字流形式でそれぞれ燃料
ガス流路,酸化ガス流路に導入される。燃料ガス中の炭
化水素は改質触媒(7)の作用により下式(1),(2),(3)に示
すように水素および一酸化炭素を主成分とする燃料ガス
に変質される。この反応は全体としては吸熱反応であ
り、燃料電池で副生する熱エネルギーを直接利用する。
CH4÷H2O→CO÷3H2+49.3kcal/mol …(1) CO÷H2O→CO2÷H2−9.8kcal/mol (3) 式(1),(2),(3)に示す反応に従い、燃料ガス流路内で生
成した水素・一酸化炭素及び矢印Aで供給された酸化ガ
ス中の酸素・二酸化炭素はそれぞれ燃料ガス側集電板
(4a),酸化ガス側集電板(4b)の孔部分を拡散し、燃
料ガス側電極(2),酸化ガス側電極(3)においてそれぞれ
次式(4),(5),(6)に示すような反応を起こす。
燃料ガス側電極 H2÷▲CO2- 3▼→H2O+CO2÷2e …(4) CO÷H2O→H2+CO2 …(5) 酸化ガス側電極 1/202+CO2+2e→▲CO2- 3▼ …(6) これらの化学・電気化学反応を通して燃料ガスの持つて
いる化学エネルギーが電気エネルギーと副生する熱エネ
ルギーとに変換される。先に述べたように副生する熱エ
ネルギーの殆んどがガス流路内において炭化水素の分解
の反応熱に利用され大巾な熱効率の改善をもたらし、こ
れが内部改質方式の特徴の一つとなつている。
ここで、改質触媒(7)は例えばアルミナ,マグネシアを
主成分とする担体上に触媒としての活性を有するニツケ
ルを担持させたものであるが、一般にこのような改質触
媒(7)は電解質の汚染に対して弱く、微量の電解質に汚
染されることにより触媒としての活性が大巾に低下す
る。このような燃料電池は例えば650℃付近という高温
で動作する燃料電池であるため、電解質層(1)に保持さ
れている例えばLi2CO3やK2CO3などの電解質、又は例え
ばLiOHやKOHなどの電解質から生成した物質が蒸気また
は飛沫の形で改質触媒(7)を汚染し、改質触媒(7)の活性
を低下せしめる。従来の内部改質形燃料電池において
は、このような改質触媒(7)の活性低下によりその寿命
は数千時間程度に限られており、この問題の解決が内部
改質形燃料電池の重要な開発課題となつている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の内部改質形燃料電池は以上のように構成されてい
るので、燃料ガスに含まれる電解質又は電解質から生成
した物質の影響による改質触媒の経時的な活性低下が避
けられず、電池の寿命が比較的短い期間に限定されると
いう問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電解質の悪影響による改質触媒の活性低下を
防ぎ、長期に亘り安定した電池特性が得られる内部改質
形燃料電池を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る内部改質形燃料電池は、電解質層を介在
して対向する燃料ガス側電極と酸化ガス側電極を有する
単電池、及び燃料ガス側電極に対向して設ける燃料ガス
流路と酸化ガス側電極に対向して設ける酸化ガス流路と
を分離するセパレータ板を交互に積層する積層体、上記
燃料ガス流路に設けられた改質触媒、並びに上記改質触
媒と上記燃料ガス側電極との間に保持され、電解質又は
電解質から生成した物質と化学反応を行って不揮発性の
物質に変換することにより、電解質又は電解質から生成
した物質を燃料ガスから除去する電解質除去物質を備え
たものである。
〔作用〕
この発明における電解質除去物質は、改質触媒の活性低
下を促す電解質及び電解質から生成した物質を、化学反
応により不揮発性の物質に変換して燃料ガスから除去す
る。
このため、電解質の悪影響による改質触媒の活性低下が
抑えられ、長期に亘り安定した特性を有する内部改質形
燃料電池が得られる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、従来例同様、(1)は電解質層、(2)は燃料ガ
ス側電極、(3)は酸化ガス側電極、(4a)は燃料ガス側
集電板、(4b)は酸化ガス側集電板、(5a)は燃料ガス
側流路形成材、(5b)は酸化ガス側流路形成材、(6)は
セパレータ板、(7)は改質触媒である。(8)は改質触媒
(7)と燃料ガス側電極(2)の間又は改質触媒(7)と混在し
て配置され、燃料ガスに含まれる電解質又は電解質から
生成した物質を燃料ガスから除去する機能を有する電解
質除去物質である。この電解質除去物質(8)は例えば粒
子状で、燃料ガス側流路形成材(5a)により形成される
燃料ガス流路で燃料ガス側集電板(4a)に接した空間に
配置されている。また、燃料ガス流路のセパレータ板
(6)に接した空間には改質触媒(7)が配置されている。図
中矢印Aは酸化ガスの流れ方向を示し、矢印Bは燃料ガ
スの流れ方向を示している。
次にこの一実施例による電解質除去物質(8)を用いた内
部改質形燃料電池の動作について説明する。炭化水素又
はアルコール類を主要な成分とする燃料ガスは改質触媒
(7)の作用により、式(1),(2),(3)に従い水素・一酸化炭
素を主成分とする燃料ガスに変質される。生成した水素
・一酸化炭素は燃料ガス側流路形成材(5a),燃料ガス
側集電板(4a)の孔部分を拡散し燃料ガス側電極(2)に
供給される。燃料ガス側電極(2)に供給された水素・一
酸化炭素は燃料ガス側電極(2)において式(4),(5)に示す
ような電気化学・化学反応により消費され、電気エネル
ギーと副生する熱エネルギーを生み出すとともに、反応
生成物として水蒸気および二酸化炭素を生成する。生成
された水蒸気及び二酸化炭素は燃料ガスとしてガスの流
れ及び拡散により改質触媒(7)と電解質除去物質(8)とが
配置されている燃料ガス流路に戻つてゆくが、燃料ガス
側電極(2)は通常例えば空隙の30%程度電解質が充たさ
れているため、蒸気または噴霧状の電解質、例えばLi2C
O3やK2CO3など、又は電解質より生成した物質、例えばL
iOHやKOHなどを伴う。
このような物質により改質触媒(7)が汚染された場合に
は、改質触媒(7)の触媒活性が大巾に低下するのである
が、この実施例においては、燃料ガス側電極(2)と改質
触媒(7)との間に、燃料ガスから電解質又は電解質より
生成した物質を、例えば化学反応により除去する機能を
有する電解質除去物質(8)を介在せしめている。従つ
て、燃料ガス側電極(2)から燃料ガス流路に戻る燃料ガ
ス中に含まれる電解質又は電解質より生成した物質と電
解質除去物質(8)とが化学反応して除去され、改質触媒
(7)が電解質又は電解質より生成した物質に汚染される
のを防ぎ、長期に安定して改質触媒(7)の触媒活性を保
持することが可能となる。
このような電解質除去物質(8)としては、上記実施例に
示すように化学反応によつて電解質を除去するものに限
らず、他の物質によつても実現できる。例えば機能上、
電解質除去物質(8)は次に示す3種類に分類される。
分類A:電解質又は電解質より生成した物質と化学反応
し、不揮発性の物質を形成する。
分類B:多孔質で形成され、大きな比表面積を有し、その
表面上に電解質又は電解質より生成した物質を吸蔵す
る。
分類C:気液分離機能を有し、噴霧状の電解質又は電解質
より生成した物質を燃料ガスより分離除去する。
分類Aとしては、例えばSiO2,Al2O3,Cr2O3のうちの少な
くとも1種を含むもの、分類Bとしては、例えば1ミク
ロン以下の細孔を有する多孔性セラミツクス、分類Cと
しては、例えば繊維状物質である繊維状のセラミクス又
は金属よりなる集合体などを材料として利用できる。
なお、上記実施例では、電解質除去物質(8)として粒子
状のものを用い、燃料ガス側流路形成材(5a)により形
成される燃料ガス流路で燃料ガス側集電板(4a)に接し
た空間に上記電解質除去物質(8)を配置した構造のもの
を示したが、電解質除去物質(8)の形状としては棒状ま
たは平板状であつてもよい。
また、電解質除去物質(8)を燃料ガス側集電板(4a)の
一部に、例えば溶射などの方法により、付着せしめても
よく、この場合には燃料電池の組み立てが簡略になる利
点がある。
第2図は、例えば燃料ガス側集電板(4a)の穴部分に電
解質除去物質(8)を付着せしめた実施例に係る燃料ガス
側集電板(4a)付近を拡大して示す部分断面図である。
この例では燃料ガス側電極(2)よりしみ出してくる電解
質を電解質除去物質(8)で吸収するのを避けるため電解
質除去物質(8)と燃料ガス側電極(2)とが直接接触しない
よう配慮している。
また、同様に電解質除去物質(8)を燃料ガス側電極(2)や
燃料ガス側流路形成材(5a)の各々の空間の一部に保持
させたり、又は例えば溶射などにより塗布して燃料ガス
側電極(2)や燃料ガス側流路形成材(5a)と一体化して
も良い。また、改質触媒(7)と電解質除去物質(8)とを混
在させてもよい。
さらに、燃料ガス側電極(2)が二層で構成されている場
合には、燃料ガス側電極(2)の電解質層(1)と離れた部分
に電解質除去物質(8)を保持させてもよい。
このように、改質触媒(7)を配置した部分と、燃料ガス
側電極(2)で電解質層(1)に接し電解質を含んだ部分との
間に電解質除去物質(8)を配置し、燃料ガスから電解質
又は電解質より生成した物質を除去するように構成すれ
ばよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、電解質層を介在して
対向する燃料ガス側電極と酸化ガス側電極を有する単電
池及び燃料側ガス電極に対向して設ける燃料ガス流路と
酸化ガス側電極に対抗して設ける酸化ガス流路とを分離
するセパレータ板を交互に積層する積層体、燃料ガス流
路に設けられた改質触媒、並びに改質触媒と燃料ガス側
電極との間に保持され、電解質又は電解質から生成した
物質と化学反応を行って不揮発性の物質に変換して、電
解質又は電解質から生成した物質を燃料ガスから除去す
る電解質除去物質を備えることにより、電解質の汚染に
よる改質触媒の活性低下を防止でき、長期に安定して運
転できる内部改質形燃料電池が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による内部改質形燃料電池
の要部を示す縦断面図、第2図はこの発明の他の実施例
に係る燃料ガス側集電板付近を拡大して示す部分断面
図、第3図は従来の内部改質形燃料電池の要部を示す縦
断面図である。 (1)……電解質層、(2)……燃料ガス側電極、(3)……酸
化ガス側電極、(6)……セパレータ板、(7)……改質触
媒、(8)……電解質除去物質。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質層を介在して対向する燃料ガス側電
    極と酸化ガス側電極を有する単電池、及び燃料ガス側電
    極に対向して設ける燃料ガス流路と酸化ガス側電極に対
    向して設ける酸化ガス流路とを分離するセパレータ板を
    交互に積層する積層体、上記燃料ガス流路に設けられた
    改質触媒、並びに上記改質触媒と上記燃料ガス側電極と
    の間に保持され、電解質又は電解質から生成した物質と
    化学反応を行って不揮発性の物質に変換することによ
    り、上記電解質又は電解質から生成した物質を燃料ガス
    から除去する電解質除去物質を備えた内部改質形燃料電
    池。
  2. 【請求項2】電解質除去物質は、ケイ素,アルミニウム
    又はクロムの各酸化物のうちの少なくとも1種を含むこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の内部改質形
    燃料電池。
JP61028414A 1986-02-12 1986-02-12 内部改質形燃料電池 Expired - Lifetime JPH0773057B2 (ja)

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