JPH077671B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH077671B2
JPH077671B2 JP61006425A JP642586A JPH077671B2 JP H077671 B2 JPH077671 B2 JP H077671B2 JP 61006425 A JP61006425 A JP 61006425A JP 642586 A JP642586 A JP 642586A JP H077671 B2 JPH077671 B2 JP H077671B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池の改良に係り、特に液体電解質が用い
られる燃料電池に関するものである。
〔発明の背景〕
従来の燃料電池において、高温作動する燃料電池の電解
質は燃料電池運転中には電解質を保持するマトリツクス
板の中に液体電解質として存在する。そのため燃料電池
には、この燃料電池運転中に生じる液体電解質の体積変
化に応じて液体電解質を貯蔵したりまた電解質を保持す
るマトリツクスへ液体電解質を補給する構造が必要であ
り、さらに長期間運転による電解質の蒸発による損失を
補償すべくマトリツクス内に保持されうる量以上の電解
質を燃料電池内に貯容可能な構造が必要であるのは周知
である。
従来のこのような機能を満たす燃料電池の電解質補給構
造としては、たとえば特開昭58−23166号公報に記載の
ように燃料電池の下セパレータの両端部に電解質溜めを
設け、この電解質溜めとマトリツクスが接触していて、
これにより電解質が両側からマトリツクス中へ浸透する
構造がある。しかしこの構造では、電解質溜めに近い両
側部分の電解質密度が高くて中央部の電解質密度が低く
なり、この傾向は電池面積が大型化すればさらに大きい
結果となり、電池の温度分布に合せて必要部分に電解質
を補給するという点について配慮されていない。また電
解質溜めに電解質を補給するのに、電池構成部材の4端
に電解質通路を設けて電解質補給に利用する構造になつ
ていたが、しかしこの構造では電池積層ずれなどにより
電解質通路が塞がつて補給不可となる可能性もある。
さらに従来の燃料電池の電解質補給構造として、たとえ
ば特開昭58−103785号公報に記載のように上セパレータ
下面のガス路と同一面に電解質リザーバ用溝を設け、こ
の溝とマトリツクスを連通する孔を設けることにより、
電解質が均一分布となるような構造がある。この構造で
は前の従来例の問題点をも相当程度解決するものである
が、しかしガス路と同一面に電解質リザーブ用溝が設け
てあるため、ガスと電極部の接触面積つまり反応面積が
減少する結果となり、この点について配慮されていな
い。また電池の温度分布に合せて必要部分に電解質を補
給する点についてもなお十分な配慮がなされていない。
〔発明の目的〕
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とすると
ころは、電極反応面積を減少させることなく、電解質の
蒸発差による消失部がなくマトリックス中の電解質が常
に充填された状態にして安定な性能が得られるこの種燃
料電池を提供するにある。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は、上セパレータの反電極側の面に、そ
の周辺でもって積層された上方の単電池と導電性をもた
せるための接触部と、この接触部より内部側に電解質を
溜めておく電解質溜めとを設け、また上セパレータのリ
ブの部分および上セパレータのリブに接している電極部
に、前記電解質溜めと電解質マトリックスとを連通する
電解質通路を所要個数設けるとともに、この電解質通路
の個数分布を、電池温度が高くなる部分程多くなるよう
に形成し所期の目的を達成するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の実施例を図面により説明する。
第1図は本発明による燃料電池の電解質補給構造の一実
施例を示す断面図である。第1図において、1は積層電
池、2a,2b,2cは単電池、3は上セパレータ、4は下セパ
レータ、5はアノード、6はカソード、7は電解質マト
リツクス、8は燃料(酸化)ガス流路、9は酸化(燃
料)ガス流路、10はリブ、11は電解質溜め、12は電解質
通路、13は電解質通路孔である。第2a図は第1図のAA断
面図、第2b図は第2a図の変形例の断面図である。なお各
図面を通じて同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。第3図は第1図の運転中の電池内温度分布を示
す説明図である。第3図において、8aは燃料(酸化)ガ
ス入口、8bは燃料(酸化)ガス出口、9aは酸化(燃料)
ガス入口、9bは酸化(燃料)ガス出口である。第4図は
第1図のBB断面図、第5図は第1図のCC断面図である。
第1図の積層燃料電池1は単電池2a,2b,2cより構成され
る。単電池2a,2b,2cはそれぞれガス拡散型のアノード5
と、同じくカソード6と、両電極間の電解質マトリツク
ス7と、それらを挾む燃料(または酸化)ガス流路8を
有する上セパレータ3と、同じく酸化(または燃料)ガ
ス流路9を有する下セパレータ4より構成される。上セ
パレータ3のアノード5および電解質マトリツクス7の
面に直接接触していない上セパレータ3上面には電解質
溜め11が設けられ、第2a図に示すように上セパレータ3
上面の周辺には上方の単電池との導電性をもたせるため
下セパレータ4との接触部を有し、その内部は電解質溜
め11を形成する。また第2b図に示すように上セパレータ
3上面の周辺とともに十文字形の接触部を形成して、上
セパレータ3と上方の単電池の下セパレータ4との導電
性を増すようにしてもよい。さらに上セパレータ3の燃
料(酸化)ガス流路8と隣接しアノード5と電気化学的
反応をもたないリブ10部には電解質マトリツクス7と電
解質溜め11を連通する電解質通路12が設けられる。さら
にアノード5には上セパレータ3の電解質通路12に合せ
て電解質通路孔13が設けられる。
電解質通路12および電解質通路孔13の個数および穿孔位
置は運転中の電池内温度分布に合せて必要なだけ設けら
れる。たとえば第1図の直交流型のガス導入方式では第
3図のように運転中の電池内温度分布は直交流型の燃料
(酸化)ガス流路8の燃料(酸化)ガス入口8aと、同じ
く燃料(酸化)ガス出口8bと、酸化(燃料)ガス流路9
の酸化(燃料)ガス入口9aと、同じく酸化(燃料)ガス
出口9bに対して、ガス入口側である図の左上部の温度が
通常反応温度T1℃とすると、反応が進んでガス出口側で
ある右下部に行くに従つて中央部の温度T2℃から右下部
の温度T3℃まで高くなる(T1<T2<T3)。したがつてガ
ス入口側の左上部よりもガス出口側の右下部での電解質
マトリツクス7の電解質の蒸発量が増大し、ガス出口側
の右下部での電解質の消失が大きくなる。このため第4
図のように電解質マトリツクス7へ連通する上セパレー
タ3のリブ10部の電解質通路12の個数および穿孔位置
(穿孔ピツチ)は第3図の温度分布に合せてより低い温
度T1℃のガス入口側の左上部にはより少なく、より高い
温度T3℃のガス出口側の右下部にはより多く設けられ
る。なお穿孔絶対数は電解質マトリツクス7のもつ気孔
率に依存する。さらに第5図のようにアノード5にも第
4図の上セパレータ3の電解質通路12と同位置に電解質
通路孔13が穿孔される。このようにして電解質マトリツ
クス7内の電解質分圧の低下により、電解質通路12およ
び電解質通路孔13を利用して毛細管現象で電解質溜め11
より電解質マトリツクス7内へ電解質が導入される。
この構造により、電池温度分布にかかわりなく電解質マ
トリツクス7の電解質充填率をマトリツクス全面にわた
つて常に一定に保持することができる。また上セパレー
タ3の電解質通路12の穿孔位置が燃料(酸化)ガス流路
8と直接接していない面つまりリブ10と接する面にある
ため、ガスと電極部の接触面積すなわち反応面積を減少
させることなく、また反応に直接関係している部分を溶
融電解質で漏らすおそれがない。また上セパレータ3の
上面に電解質溜め11を設けるため、長期運転による電解
質溜め11の電解質消失時には、必要に応じて単電池2a,2
b,2cごとに引き出して単電池自体を分解することなく、
電解質溜め11への電解質補給が容易に行えるのでメンテ
ナンス作業性がよい。
第6図は本発明による燃料電池の電解質補給構造の他の
実施例を示す断面図である。第6図において、3aは燃料
(酸化)ガス側プレート構造物(上セパレータ)、4aは
酸化(燃料)ガス側構造物(下セパレータ)、8cは燃料
(酸化)ガス通路(溝)、10aはリブ、11aは電解質溜め
(溝)、12aは電解質連通路、14は塞ぎプレートであ
る。第6図の積層電池1は単電池2a,2bおよび塞ぎプレ
ート14よりなる。単電池2a,2bは燃料(酸化)ガス側プ
レート構造物(上セパレータ)3aと酸化(燃料)ガス側
プレート構造物(下セパレータ)4aにより、アノード5
とカソード6と、電解質マトリツクス7を挾み込んだ構
成である。燃料(酸化)ガス側プレート構造物(上セパ
レータ)3aはリブ10aを有してアノード5と電気化学的
に連通する溝8cおよび同じく連通しない溝11aを形成
し、前者を燃料(酸化)ガス通路(溝)8cとし、後者を
電解質溜め(溝)11aとする構造である。電解質溜め
(溝)11aの底面にはアノード5の電解質通路孔13の位
置に電解質連通路12aが設けられる。なお電解質溜め
(溝)11aの両端は塞がれる。
この構造により、第1図に比べて燃料(酸化)ガス側プ
レート構造物(上セパレータ)3aの電解質連通路12aな
どの加工が非常に簡単になるなど構造がより簡単とな
る。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、上セパレータのガス流路
の間のリブ部に電解質通路を設けることにより、電極部
の接触面積を減らしたり電極部の反応部分を過剰に濡ら
して反応面積を減少させることがなくなるため、局部的
な反応低下ポイントをなくして平均電流密度を上げるこ
とができる。さらに温度分布に合せて電解質通路を設け
ることにより、電解質の蒸発差による消失をカバーでき
るため、マトリツクス中の電解質を常に充填された状態
にして安定な性能がえられる。また単電池を構成する上
セパレータ上面に電解質溜めを設けることにより、メン
テナンスのさいの電解質補給作業の効率が向上できるな
どの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃料電池の電解質補給構造の一実
施例を示す断面図、第2a図は第1図のAA断面図、第2b図
は第2a図の変形例断面図、第3図は第1図の電池内温度
分布説明図、第4図は第1図のBB断面図、第5図は第1
図のCC断面図、第6図は本発明による他の実施例を示す
断面図である。 1…積層電池、2a,2b,2c…単電池、3…上セパレータ、
4…下セパレータ、5…アノード、6…カソード、7…
電解質マトリツクス、8…燃料(酸化)ガス流路、9…
酸化(燃料)ガス流路、10…リブ、11…電解質溜め、12
…電解質通路、13…電解質通路孔、3a…燃料(酸化)ガ
ス側プレート構造物(上セパレータ)、4a…酸化(燃
料)ガス側プレート構造物(下セパレータ)、8c…燃料
(酸化)ガス通路(溝)、10a…リブ、11a…電解質溜め
(溝)、12a…電解質連通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薊 宏孝 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭56−54770(JP,A) 特開 昭58−154179(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リブおよびこのリブ間にガス流路を有する
    上セパレータおよび下セパレータと、該上下セパレータ
    の間に挟み込まれ、かつ電解質マトリックスを挟持して
    いる電極とを備えている単電池が、複数個積層されてい
    る燃料電池において、 前記上セパレータの反電極側の面の周辺に、積層された
    上方の単電池と導電性をもたせるための接触部を設ける
    とともに、この接触部より内部側に電解質を溜めておく
    電解質溜めを設け、 かつ前記上セパレータのリブの部分および上セパレータ
    のリブに接している電極部に、前記電解質溜めと前記電
    解質マトリックスとを連通する電解質通路を所要個数設
    けるとともに、 この電解質通路の個数分布を、電池温度が高くなる部分
    程多くなるように形成したことを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】前記上セパレータの反電極側の面に形成さ
    れている上方の単電池との接触部が、周辺接触部ととも
    に十文字形の接触部も有するように形成されてなる特許
    請求の範囲第1項記載の燃料電池。
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