JPH0778627A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH0778627A JPH0778627A JP5224111A JP22411193A JPH0778627A JP H0778627 A JPH0778627 A JP H0778627A JP 5224111 A JP5224111 A JP 5224111A JP 22411193 A JP22411193 A JP 22411193A JP H0778627 A JPH0778627 A JP H0778627A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- electrode
- power generation
- supplied
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、従来の燃料電池システムでは困難
であった小型化、コンパクト化が可能な燃料電池を得る
ことを目的とするものである。 【構成】 本発明は、燃料極と、酸化剤極と、燃料極と
酸化剤極との間に挟持された電解質板とを備え、燃料極
に供給された水素と、酸化剤極に供給された酸化剤との
電気化学的反応により電力を発生する発電部と；陽極
と、陰極と、陽極と陰極との間に挟持された電解質板と
を備え、陽極に供給された炭化水素と、陽極または陰極
に供給された水との電気化学的反応により水素を陰極に
発生させる電解部と；電解部で発生した水素を燃料極に
供給する水素供給手段とを備え；発電部と電解部が積層
され、かつ燃料極と陰極、及び酸化剤極と陽極が電気的
に接続され発電部から発生した電力の一部を用いて電解
部で水素を発生させることを特徴とする燃料電池であ
る。
であった小型化、コンパクト化が可能な燃料電池を得る
ことを目的とするものである。 【構成】 本発明は、燃料極と、酸化剤極と、燃料極と
酸化剤極との間に挟持された電解質板とを備え、燃料極
に供給された水素と、酸化剤極に供給された酸化剤との
電気化学的反応により電力を発生する発電部と；陽極
と、陰極と、陽極と陰極との間に挟持された電解質板と
を備え、陽極に供給された炭化水素と、陽極または陰極
に供給された水との電気化学的反応により水素を陰極に
発生させる電解部と；電解部で発生した水素を燃料極に
供給する水素供給手段とを備え；発電部と電解部が積層
され、かつ燃料極と陰極、及び酸化剤極と陽極が電気的
に接続され発電部から発生した電力の一部を用いて電解
部で水素を発生させることを特徴とする燃料電池であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は水素や炭化水素系の燃料から
電気化学的反応を用いて発電を行うことができ、理論的
には従来の火力発電の発電効率を上回る。また、規模が
小さいシステムでも発電効率が低下しないという特徴が
ある。そのためコージェネレーションシステムなどのオ
ンサイト発電などへの適用が進められていると共に、現
在実用化されている燃料電池を小型化し、電気自動車や
ポータブル電源などへの適用することも検討されてい
る。また大規模、又は中規模の発電プラント用の電源と
しても用地確保の問題から、燃料電池を小型化、コンパ
クト化する要請が高まっている。
電気化学的反応を用いて発電を行うことができ、理論的
には従来の火力発電の発電効率を上回る。また、規模が
小さいシステムでも発電効率が低下しないという特徴が
ある。そのためコージェネレーションシステムなどのオ
ンサイト発電などへの適用が進められていると共に、現
在実用化されている燃料電池を小型化し、電気自動車や
ポータブル電源などへの適用することも検討されてい
る。また大規模、又は中規模の発電プラント用の電源と
しても用地確保の問題から、燃料電池を小型化、コンパ
クト化する要請が高まっている。
【０００３】現在最も開発が進展している燃料電池は、
電解質として燐酸を用い、燃料として水素を用いる燐酸
型燃料電池である。また、同様に燃料として水素を用い
る燃料電池として、電解質として溶融炭酸塩を用いる溶
融炭酸塩型燃料電池などが挙げられる。水素を燃料とし
て用いるこれらの燃料電池では、燃料電池本体に隣接し
て設けられている改質器において、炭化水素系の燃料を
触媒を用いて高温下で水蒸気改質（スチームリフォーミ
ング）し、発生した水素を燃料電池本体の燃料極に供給
して発電をおこなうシステムである。
電解質として燐酸を用い、燃料として水素を用いる燐酸
型燃料電池である。また、同様に燃料として水素を用い
る燃料電池として、電解質として溶融炭酸塩を用いる溶
融炭酸塩型燃料電池などが挙げられる。水素を燃料とし
て用いるこれらの燃料電池では、燃料電池本体に隣接し
て設けられている改質器において、炭化水素系の燃料を
触媒を用いて高温下で水蒸気改質（スチームリフォーミ
ング）し、発生した水素を燃料電池本体の燃料極に供給
して発電をおこなうシステムである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の燃料電池を小型化、コンパクト化するには、
多くの技術的な課題がある。すなわち、改質器を用いる
システムでは、改質器において燃料を加熱用燃料と改質
用燃料の燃料に分配する必要があるため、それらの配管
類が必要になる。また、改質後の流体から熱回収を行う
熱交換器などが存在している。この様な配管類や熱交換
器の存在が改質器自体を小型化、コンパクト化すること
を妨げている。したがってこの様なシステムの燃料電池
の小型化、コンパクト化には限界がある。 以上述べた
如く、従来の燃料電池システムでは小型化、コンパクト
化が可能な燃料電池を得ることは困難であった。本発明
は、従来の燃料電池システムでは困難であった小型化、
コンパクト化が可能な燃料電池を得ることを目的とする
ものである。
うな従来の燃料電池を小型化、コンパクト化するには、
多くの技術的な課題がある。すなわち、改質器を用いる
システムでは、改質器において燃料を加熱用燃料と改質
用燃料の燃料に分配する必要があるため、それらの配管
類が必要になる。また、改質後の流体から熱回収を行う
熱交換器などが存在している。この様な配管類や熱交換
器の存在が改質器自体を小型化、コンパクト化すること
を妨げている。したがってこの様なシステムの燃料電池
の小型化、コンパクト化には限界がある。 以上述べた
如く、従来の燃料電池システムでは小型化、コンパクト
化が可能な燃料電池を得ることは困難であった。本発明
は、従来の燃料電池システムでは困難であった小型化、
コンパクト化が可能な燃料電池を得ることを目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料極と、酸
化剤極と、燃料極と酸化剤極との間に挟持された電解質
板とを備え、燃料極に供給された水素と、酸化剤極に供
給された酸化剤との電気化学的反応により電力を発生す
る発電部と；陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に挟持
された電解質板とを備え、陽極に供給された炭化水素
と、陽極または陰極に供給された水との電気化学的反応
により水素を陰極に発生させる電解部と；電解部で発生
した水素を燃料極に供給する水素供給手段とを備え；発
電部と電解部が積層され、かつ燃料極と陰極、及び酸化
剤極と陽極が電気的に接続され発電部から発生した電力
の一部を用いて電解部で水素を発生させることを特徴と
する燃料電池である。
化剤極と、燃料極と酸化剤極との間に挟持された電解質
板とを備え、燃料極に供給された水素と、酸化剤極に供
給された酸化剤との電気化学的反応により電力を発生す
る発電部と；陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に挟持
された電解質板とを備え、陽極に供給された炭化水素
と、陽極または陰極に供給された水との電気化学的反応
により水素を陰極に発生させる電解部と；電解部で発生
した水素を燃料極に供給する水素供給手段とを備え；発
電部と電解部が積層され、かつ燃料極と陰極、及び酸化
剤極と陽極が電気的に接続され発電部から発生した電力
の一部を用いて電解部で水素を発生させることを特徴と
する燃料電池である。
【０００６】
【作用】本願発明の燃料電池は、発電部で生じる電力の
一部を使用し、電解部で炭化水素と水から電気分解によ
り水素を発生させ、その水素が発電部で消費される。総
括的には発電部によって生じる電力と、電解部で消費す
る電気エネルギーとの差が燃料電池の発生する電力とし
て得られる。
一部を使用し、電解部で炭化水素と水から電気分解によ
り水素を発生させ、その水素が発電部で消費される。総
括的には発電部によって生じる電力と、電解部で消費す
る電気エネルギーとの差が燃料電池の発生する電力とし
て得られる。
【０００７】本願発明では、従来の燃料電池システムに
おいて用いられていた改質器を用いずに発電部（燃料電
池本体）に水素を供給できるため、配管、熱交換器など
の設備が不要となり、また本発明に係る電解部は、平面
状の電極と電解質板を積層した構造を有している点で、
発電部と形状が類似しているため、発電部と水素発生部
である電解部が積層により一体化でき、燃料電池の小型
化、コンパクト化が可能となる。
おいて用いられていた改質器を用いずに発電部（燃料電
池本体）に水素を供給できるため、配管、熱交換器など
の設備が不要となり、また本発明に係る電解部は、平面
状の電極と電解質板を積層した構造を有している点で、
発電部と形状が類似しているため、発電部と水素発生部
である電解部が積層により一体化でき、燃料電池の小型
化、コンパクト化が可能となる。
【０００８】さらに燃料から水素を電気化学的反応によ
って生成させるため、従来の改質器の作動温度より低温
で水素を生成させることができ、熱ロスがなく効率的に
電力を発生させることが可能となる。
って生成させるため、従来の改質器の作動温度より低温
で水素を生成させることができ、熱ロスがなく効率的に
電力を発生させることが可能となる。
【０００９】また従来の改質器においては、発生した水
素中に、水素と共に発生する二酸化炭素、水蒸気、一酸
化炭素など、燃料電池本体における電極反応では不要な
ガスを含んでおり燃料電池本体での電極反応の効率を低
下させていた。しかし、本発明によれば、電解部の陰極
においては高濃度の水素ガスを発生し、それを発電部の
燃料極に供給することが可能となるため電極反応を効率
的に生じせしめ、発電部の電極面積を小型化、コンパク
ト化することが可能となる。
素中に、水素と共に発生する二酸化炭素、水蒸気、一酸
化炭素など、燃料電池本体における電極反応では不要な
ガスを含んでおり燃料電池本体での電極反応の効率を低
下させていた。しかし、本発明によれば、電解部の陰極
においては高濃度の水素ガスを発生し、それを発電部の
燃料極に供給することが可能となるため電極反応を効率
的に生じせしめ、発電部の電極面積を小型化、コンパク
ト化することが可能となる。
【００１０】また、本発明によれば炭化水素の使用によ
り発生するＣＯ2 等の排ガスは電解部の一方の電極に発
生するため、高濃度であり、回収、再利用が容易とな
り、環境汚染防止対策として有効である。
り発生するＣＯ2 等の排ガスは電解部の一方の電極に発
生するため、高濃度であり、回収、再利用が容易とな
り、環境汚染防止対策として有効である。
【００１１】
【実施例】以下図面を用いて本願発明を詳細に説明す
る。図３は本発明の燃料電池における発電部の一例を示
す概略図である。図３において１は燃料極、２は酸化剤
極、３は電解質板である。発電部７は燃料極１及び酸化
剤極２との間に電解質板３が挟持されることにより構成
されている。各電極は導電性基材に触媒を担持させた構
成の電極を用いる。発電部７は燃料極１に水素、酸化剤
極２に酸化剤を供給することにより発電する。例えば電
解質板３に水素イオン伝導体を用い、発電部７は燃料極
１に水素、酸化剤極２に酸素含有気体、例えば空気が供
給されることにより以下の反応が生じ発電する。
る。図３は本発明の燃料電池における発電部の一例を示
す概略図である。図３において１は燃料極、２は酸化剤
極、３は電解質板である。発電部７は燃料極１及び酸化
剤極２との間に電解質板３が挟持されることにより構成
されている。各電極は導電性基材に触媒を担持させた構
成の電極を用いる。発電部７は燃料極１に水素、酸化剤
極２に酸化剤を供給することにより発電する。例えば電
解質板３に水素イオン伝導体を用い、発電部７は燃料極
１に水素、酸化剤極２に酸素含有気体、例えば空気が供
給されることにより以下の反応が生じ発電する。
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】
【００１４】図２は本発明の燃料電池における電解部の
一例を示す概略図である。図２において、４は陽極、５
は陰極、６は電解質板である。電解部８は陽極４及び陰
極５の間に電解質板６が挟持されることにより構成され
ている。各電極は導電性基材に触媒を担持させた構成の
電極を用いる。電解部８は、電力を供給を受け炭化水素
と水から電気化学的反応により水素を生成させる。すな
わち陽極４には炭化水素が供給され、陰極５または陽極
４に水が供給され、陰極５に水素が発生する。
一例を示す概略図である。図２において、４は陽極、５
は陰極、６は電解質板である。電解部８は陽極４及び陰
極５の間に電解質板６が挟持されることにより構成され
ている。各電極は導電性基材に触媒を担持させた構成の
電極を用いる。電解部８は、電力を供給を受け炭化水素
と水から電気化学的反応により水素を生成させる。すな
わち陽極４には炭化水素が供給され、陰極５または陽極
４に水が供給され、陰極５に水素が発生する。
【００１５】例えば、電解質板３に水素イオン伝導体を
用い、炭化水素としてメタノールを用いると陽極４及び
陰極５では以下の反応が起こる。このとき電解質板３に
水素イオン伝導体を用いているため、水は陽極４に供給
する。
用い、炭化水素としてメタノールを用いると陽極４及び
陰極５では以下の反応が起こる。このとき電解質板３に
水素イオン伝導体を用いているため、水は陽極４に供給
する。
【００１６】
【化３】
【００１７】
【化４】
【００１８】本発明の燃料電池においては、発電部と電
解部とを積層して構成される。このとき発電部の燃料極
と電解部の陰極、発電部の酸化剤極と電解部の陽極を電
気的に接続し、発電部で発生した電力を電解部に供給す
る。また、電解部で生じた水素を発電部の燃料極に供給
する手段を設ける。
解部とを積層して構成される。このとき発電部の燃料極
と電解部の陰極、発電部の酸化剤極と電解部の陽極を電
気的に接続し、発電部で発生した電力を電解部に供給す
る。また、電解部で生じた水素を発電部の燃料極に供給
する手段を設ける。
【００１９】図１は発電部と電解部を積層した本発明の
燃料電池の一例を示す概略図である。図１において、前
記図３に示される発電部と図２に示される電解部が交互
に積層されている。本発明においては発電部７と電解部
８とを図１に示されるように交互に積層しても良いし、
また、複数の発電部または電解部から構成したユニット
を積層しても良い。発電部７の燃料極１は電解部８の陰
極５と、導電板９を介して積層され、かつ電気的に接続
されており、また、発電部７の酸化剤極２と電解部８の
陽極４とは導電板１０を介して積層され、かつ電気的に
接続されている。図３に示す如く導電板９、導電板１０
に凹凸を設け流体の流路を形成することが望ましい。電
解部７の陽極４には炭化水素が供給され、陽極４又は陰
極５に水が供給されると、電気分解によって陰極５に水
素が発生する。発生した水素は燃料極１に供給されると
共に酸化剤極２に酸素含有気体、例えば空気が供給さ
れ、電力が発生する。電解部８で生じた水素を発電部７
の燃料極１に供給する手段としては、導電板９に水素が
流通できる透過孔を設けるか、導電板９にパラジウムな
どの水素透過性を有する材料を用いて水素を透過させる
方法が挙げられる。また、陰極５で生じた水素を配管を
通じて燃料極１に供給させる方法でも良い。
燃料電池の一例を示す概略図である。図１において、前
記図３に示される発電部と図２に示される電解部が交互
に積層されている。本発明においては発電部７と電解部
８とを図１に示されるように交互に積層しても良いし、
また、複数の発電部または電解部から構成したユニット
を積層しても良い。発電部７の燃料極１は電解部８の陰
極５と、導電板９を介して積層され、かつ電気的に接続
されており、また、発電部７の酸化剤極２と電解部８の
陽極４とは導電板１０を介して積層され、かつ電気的に
接続されている。図３に示す如く導電板９、導電板１０
に凹凸を設け流体の流路を形成することが望ましい。電
解部７の陽極４には炭化水素が供給され、陽極４又は陰
極５に水が供給されると、電気分解によって陰極５に水
素が発生する。発生した水素は燃料極１に供給されると
共に酸化剤極２に酸素含有気体、例えば空気が供給さ
れ、電力が発生する。電解部８で生じた水素を発電部７
の燃料極１に供給する手段としては、導電板９に水素が
流通できる透過孔を設けるか、導電板９にパラジウムな
どの水素透過性を有する材料を用いて水素を透過させる
方法が挙げられる。また、陰極５で生じた水素を配管を
通じて燃料極１に供給させる方法でも良い。
【００２０】この様に発電部７と電解部８を積層し、両
端の電極に配線を施すと全体として燃料電池を得ること
ができる。本発明の燃料電池の起動は、起動時に系外か
ら発電部７に水素を供給するか、あるいは系外から電解
部８に電力を供給することにより行う。また、起動後
は、系外から水素あるいは電力の供給を行う必要はな
い。また起動後は、系外から発電部７の酸化剤極２に空
気などの酸素含有気体を供給する必要がある。また電解
部８に炭化水素及び水を供給する必要がある。このよう
に本願発明に係る燃料電池に系外から燃料などの流体を
供給するために、燃料電池自体に配管を施す場合、内部
マニホールドを適用すると配管が簡略になり燃料電池の
小型化、コンパクト化に有利である。
端の電極に配線を施すと全体として燃料電池を得ること
ができる。本発明の燃料電池の起動は、起動時に系外か
ら発電部７に水素を供給するか、あるいは系外から電解
部８に電力を供給することにより行う。また、起動後
は、系外から水素あるいは電力の供給を行う必要はな
い。また起動後は、系外から発電部７の酸化剤極２に空
気などの酸素含有気体を供給する必要がある。また電解
部８に炭化水素及び水を供給する必要がある。このよう
に本願発明に係る燃料電池に系外から燃料などの流体を
供給するために、燃料電池自体に配管を施す場合、内部
マニホールドを適用すると配管が簡略になり燃料電池の
小型化、コンパクト化に有利である。
【００２１】発電部７において電解質板の種類は特限定
されるものではないが、固体電解質膜（ＳＰＥ）、固体
高分子電解質膜（例えば商品名;Nafion(Du Pont 社
製））や、ヒドロニウム、アンモニウム、β−アルミ
ナ、β−ガリア、三酸化セリウムストロンチウムなどの
焼結体、などを用いることができる。以上の電解質板は
いずれも水素イオン伝導体である。また、安定化ジルコ
ニアなどの酸素イオン伝導体でも良い。酸素イオン伝導
体を電解質板として用い、燃料極１に水素、酸化剤極２
に酸素含有気体、例えば空気が供給され、両極間に負荷
をかけることにより以下の反応が生じ発電する。
されるものではないが、固体電解質膜（ＳＰＥ）、固体
高分子電解質膜（例えば商品名;Nafion(Du Pont 社
製））や、ヒドロニウム、アンモニウム、β−アルミ
ナ、β−ガリア、三酸化セリウムストロンチウムなどの
焼結体、などを用いることができる。以上の電解質板は
いずれも水素イオン伝導体である。また、安定化ジルコ
ニアなどの酸素イオン伝導体でも良い。酸素イオン伝導
体を電解質板として用い、燃料極１に水素、酸化剤極２
に酸素含有気体、例えば空気が供給され、両極間に負荷
をかけることにより以下の反応が生じ発電する。
【００２２】
【化５】
【００２３】
【化６】
【００２４】また、燐酸や溶融炭酸塩を多孔体に含浸さ
せた電解質板を用いても良い。上記電解質板のうち望ま
しくは膜により形成されているものが良い。一方、電解
部８において電解質板の種類は特に限定されるものでは
ないが、固体電解質膜（ＳＰＥ）、固体高分子電解質膜
（例えば商品名;Nafion(Du Pont 社製））や、ヒドロニ
ウム、アンモニウム、β−アルミナ、β−ガリア、三酸
化セリウムストロンチウムなどの焼結体、などを用いる
ことができる。以上の電解質板はいずれも水素イオン伝
導体である。また、安定化ジルコニアなどの酸素イオン
伝導体でも良い。電解質板６に酸素イオン伝導体を用い
た場合、水は陰極５に供給する。例えば電解質板６に酸
素イオン伝導体を用い、炭化水素としてメタノールを用
いると陽極４及び陰極５では以下の反応が起こる。
せた電解質板を用いても良い。上記電解質板のうち望ま
しくは膜により形成されているものが良い。一方、電解
部８において電解質板の種類は特に限定されるものでは
ないが、固体電解質膜（ＳＰＥ）、固体高分子電解質膜
（例えば商品名;Nafion(Du Pont 社製））や、ヒドロニ
ウム、アンモニウム、β−アルミナ、β−ガリア、三酸
化セリウムストロンチウムなどの焼結体、などを用いる
ことができる。以上の電解質板はいずれも水素イオン伝
導体である。また、安定化ジルコニアなどの酸素イオン
伝導体でも良い。電解質板６に酸素イオン伝導体を用い
た場合、水は陰極５に供給する。例えば電解質板６に酸
素イオン伝導体を用い、炭化水素としてメタノールを用
いると陽極４及び陰極５では以下の反応が起こる。
【００２５】
【化７】
【００２６】
【化８】
【００２７】上記電解質板のうち好ましくは膜により形
成されているものが良い。発電部７及び電解部８を積層
する際、各々に用いる電解質板の種類は、電解質板の作
動温度がほぼ同じである電解質板を組み合わせることが
望ましい。
成されているものが良い。発電部７及び電解部８を積層
する際、各々に用いる電解質板の種類は、電解質板の作
動温度がほぼ同じである電解質板を組み合わせることが
望ましい。
【００２８】本発明において電解部に供給される炭化水
素は、特に限定されないが、メタノール、エタノール、
ブタノール、メタン、エタン、プロパンなどを挙げるこ
とができる。また、本発明においては炭化水素として一
酸化炭素を使用することができる。すなわち電解部の陽
極に一酸化炭素と水の混合物からなる燃料を供給するこ
とにより、陽極に二酸化炭素が、陰極に水素が発生す
る。
素は、特に限定されないが、メタノール、エタノール、
ブタノール、メタン、エタン、プロパンなどを挙げるこ
とができる。また、本発明においては炭化水素として一
酸化炭素を使用することができる。すなわち電解部の陽
極に一酸化炭素と水の混合物からなる燃料を供給するこ
とにより、陽極に二酸化炭素が、陰極に水素が発生す
る。
【００２９】次に本発明の燃料電池の構成例を示す。ま
ず、図２に本実施例の燃料電池に係る電解部の構成を示
す。図２における電解質板６として、水素イオン伝導膜
である厚さ0.2mm のパーフルオロカーボンスルフォン酸
膜（商品名はNafion、（Du Pont 社製））を用いた。次
に、触媒担持カーボン粉末とポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）（商品名はテフロン（Du Pont 社製））
とパーフルオロカーボンスルフォン酸の水溶液とを混練
したペーストを、金メッキしたニッケルスクリーンと共
に電解質板６の両面にホットプレスし、さらにその上に
多孔カーボン５板を圧着し、陽極４及び陰極５を形成し
た。このとき陽極４には触媒として白金とロジウムの混
合触媒を用いた。また、陰極５には触媒として白金触媒
を用いた。上記電解部を以下電解部Ａとする。
ず、図２に本実施例の燃料電池に係る電解部の構成を示
す。図２における電解質板６として、水素イオン伝導膜
である厚さ0.2mm のパーフルオロカーボンスルフォン酸
膜（商品名はNafion、（Du Pont 社製））を用いた。次
に、触媒担持カーボン粉末とポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）（商品名はテフロン（Du Pont 社製））
とパーフルオロカーボンスルフォン酸の水溶液とを混練
したペーストを、金メッキしたニッケルスクリーンと共
に電解質板６の両面にホットプレスし、さらにその上に
多孔カーボン５板を圧着し、陽極４及び陰極５を形成し
た。このとき陽極４には触媒として白金とロジウムの混
合触媒を用いた。また、陰極５には触媒として白金触媒
を用いた。上記電解部を以下電解部Ａとする。
【００３０】図３に本実施例の燃料電池に係る発電部の
構成を示す。図３における電解質板３として、水素イオ
ン伝導膜である厚さ0.2mm のパーフルオロカーボンスル
フォン酸膜（商品名はNafion、（Du Pont 社製））を用
いた。次に、触媒担持カーボン粉末とポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）（商品名はテフロン（Du Pont
社製））とパーフルオロカーボンスルフォン酸の水溶液
とを混練したペーストを、金メッキしたニッケルスクリ
ーンと共に電解質板３の両面にホットプレスし、さらに
その上に多孔カーボン５板を圧着し、燃料極１及び酸化
剤極２を形成した。このとき燃料極４及び酸化剤極５に
は触媒として白金触媒を用いた。上記発電部を以下発電
部Ｂとする。
構成を示す。図３における電解質板３として、水素イオ
ン伝導膜である厚さ0.2mm のパーフルオロカーボンスル
フォン酸膜（商品名はNafion、（Du Pont 社製））を用
いた。次に、触媒担持カーボン粉末とポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）（商品名はテフロン（Du Pont
社製））とパーフルオロカーボンスルフォン酸の水溶液
とを混練したペーストを、金メッキしたニッケルスクリ
ーンと共に電解質板３の両面にホットプレスし、さらに
その上に多孔カーボン５板を圧着し、燃料極１及び酸化
剤極２を形成した。このとき燃料極４及び酸化剤極５に
は触媒として白金触媒を用いた。上記発電部を以下発電
部Ｂとする。
【００３１】さらに凹凸を有する厚さ5.0mm の金属製の
薄板を作成した。薄板に形成された凹凸は流体の流路を
形成する溝となる。この薄板を以下薄板Ｃとする。また
図４に示す凹凸形状の厚さ5.0mm の金属製の薄板を作成
した。薄板に形成された凹凸は流体の流路を形成する溝
となる。その溝の側面に直径1.0mm の貫通孔１１を多数
設けた。この薄板を以下薄板Ｄとする。
薄板を作成した。薄板に形成された凹凸は流体の流路を
形成する溝となる。この薄板を以下薄板Ｃとする。また
図４に示す凹凸形状の厚さ5.0mm の金属製の薄板を作成
した。薄板に形成された凹凸は流体の流路を形成する溝
となる。その溝の側面に直径1.0mm の貫通孔１１を多数
設けた。この薄板を以下薄板Ｄとする。
【００３２】以上の電解部Ａ、発電部Ｂ、薄板Ｃ、及び
薄板Ｄを、薄板Ｃ−発電部Ｂ−薄板Ｄ−電解部Ａの順で
積層したものを単セルとし、この単セルを１０組積層し
た。このとき、発電部Ｂの燃料極１と電解部Ａの陰極５
との間に薄板Ｄが挟持されるよう積層した。さらに最端
の電解部Ａの外側に薄板Ｃを積層した。両端の金属板Ｃ
に配線を設けて燃料電池を形成した。本実施例に係る燃
料電池のスタックの一部を図５に示す。図５中１２は薄
板Ｃ、１３は発電部Ｂ、１４は薄板Ｄ、１５は電解部Ａ
を示す。
薄板Ｄを、薄板Ｃ−発電部Ｂ−薄板Ｄ−電解部Ａの順で
積層したものを単セルとし、この単セルを１０組積層し
た。このとき、発電部Ｂの燃料極１と電解部Ａの陰極５
との間に薄板Ｄが挟持されるよう積層した。さらに最端
の電解部Ａの外側に薄板Ｃを積層した。両端の金属板Ｃ
に配線を設けて燃料電池を形成した。本実施例に係る燃
料電池のスタックの一部を図５に示す。図５中１２は薄
板Ｃ、１３は発電部Ｂ、１４は薄板Ｄ、１５は電解部Ａ
を示す。
【００３３】上記燃料電池に負荷を接続し以下の手順で
起動した。まず、別系統から水素ガスを燃料電池の発電
部Ａの燃料極１に供給し、酸化剤極２に空気を供給し
た。同時に電解部Ｂの陽極にメタノールと水の混合物か
らなる燃料を供給したところ、ただち発電が開始され
た。起動後、燃料電池の温度が上昇したところで水素の
供給を停止した。水素の供給を停止した後も燃料の供給
によって引続き発電が生じた。
起動した。まず、別系統から水素ガスを燃料電池の発電
部Ａの燃料極１に供給し、酸化剤極２に空気を供給し
た。同時に電解部Ｂの陽極にメタノールと水の混合物か
らなる燃料を供給したところ、ただち発電が開始され
た。起動後、燃料電池の温度が上昇したところで水素の
供給を停止した。水素の供給を停止した後も燃料の供給
によって引続き発電が生じた。
【００３４】
【発明の効果】本願発明によれば、従来の燃料電池シス
テムにおいて用いられていた改質器を用いずに発電部
（燃料電池本体）に水素を供給できるため、改質器に付
随する配管、熱交換器などの設備が不要となり、発電部
と水素発生部である電解部が積層により一体化でき、燃
料電池の小型化、コンパクト化が可能となる。
テムにおいて用いられていた改質器を用いずに発電部
（燃料電池本体）に水素を供給できるため、改質器に付
随する配管、熱交換器などの設備が不要となり、発電部
と水素発生部である電解部が積層により一体化でき、燃
料電池の小型化、コンパクト化が可能となる。
【図１】 本発明の燃料電池の一例、及び本実施例に係
る燃料電池を示す概略図。
る燃料電池を示す概略図。
【図２】 本発明に係る電解部の一例、及び本実施例に
係る電解部を示す概略図。
係る電解部を示す概略図。
【図３】 本発明に係る発電部の一例、及び本実施例に
係る発電部を示す概略図。
係る発電部を示す概略図。
【図４】 本実施例に係る薄板Ｄを示す概略図。
【図５】 本実施例に係る燃料電池のスタックの一部を
示す概略図。
示す概略図。
１…燃料極 ２…酸化剤極 ３…電解質板 ４…陽極 ５…陰極 ６…電解質板 ７…発電部 ８…電解部 ９…導電板 １０…導電板 １１…貫通孔 １２…薄板Ｃ １３…発電部Ｂ １４…薄板Ｄ １５…電解部Ａ
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 麻子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料極と、酸化剤極と、燃料極と酸化剤
極との間に挟持された電解質板とを備え、燃料極に供給
された水素と、酸化剤極に供給された酸化剤との電気化
学的反応により電力を発生する発電部と；陽極と、陰極
と、陽極と陰極との間に挟持された電解質板とを備え、
陽極に供給された炭化水素と、陽極または陰極に供給さ
れた水との電気化学的反応により水素を陰極に発生させ
る電解部と；電解部で発生した水素を燃料極に供給する
水素供給手段とを備え；発電部と電解部が積層され、か
つ燃料極と陰極、及び酸化剤極と陽極が電気的に接続さ
れ発電部から発生した電力の一部を用いて電解部で水素
を発生させることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224111A JPH0778627A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224111A JPH0778627A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778627A true JPH0778627A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=16808712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5224111A Pending JPH0778627A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778627A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041204A1 (en) * | 2001-11-09 | 2003-05-15 | Hydrogenics Corporation | Combination of fuel cell and water electrolyzer with bidirectional heat exchange |
| JP2004362966A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Sony Corp | 燃料電池および燃料供給方法 |
| WO2007051010A2 (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for complex fuels and a method of operation of the same |
| JP2011249161A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Aquafairy Kk | 発電装置 |
| US8105722B2 (en) * | 2005-10-28 | 2012-01-31 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for organic fuels and a method of operation of the same |
-
1993
- 1993-09-09 JP JP5224111A patent/JPH0778627A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041204A1 (en) * | 2001-11-09 | 2003-05-15 | Hydrogenics Corporation | Combination of fuel cell and water electrolyzer with bidirectional heat exchange |
| JP2004362966A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Sony Corp | 燃料電池および燃料供給方法 |
| WO2007051010A2 (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for complex fuels and a method of operation of the same |
| WO2007051010A3 (en) * | 2005-10-28 | 2007-08-02 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for complex fuels and a method of operation of the same |
| US7807305B2 (en) | 2005-10-28 | 2010-10-05 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for complex fuels and a method of operation of the same |
| US8105722B2 (en) * | 2005-10-28 | 2012-01-31 | Andrei Leonida | Fuel cell system suitable for organic fuels and a method of operation of the same |
| JP2011249161A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Aquafairy Kk | 発電装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5958616A (en) | Membrane and electrode structure for methanol fuel cell | |
| US6890680B2 (en) | Modified diffusion layer for use in a fuel cell system | |
| US7718295B2 (en) | Method for preparing an interconnect | |
| US8043389B2 (en) | Fuel cell heat recovering reformer and system | |
| US20070231669A1 (en) | Design of fuel cell and electrolyzer for small volume, low cost and high efficiency | |
| JP4589925B2 (ja) | 燃料電池−イオンポンプ結合体、その使用方法及びそれを用いる基礎施設 | |
| JP4826992B2 (ja) | 燃料電池用セル板、燃料電池用円柱型セル、燃料電池用スタック、燃料電池用モジュール、燃料電池ユニット及び燃料電池システム | |
| JPH09223507A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| ES2706386T3 (es) | Conjunto para pilas de combustible reversibles | |
| JP2001297779A (ja) | 燃料電池システム | |
| KR100570752B1 (ko) | 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템 | |
| JP2007080760A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2005350345A (ja) | 改質装置及び燃料電池システム | |
| JPH0778627A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2002151098A (ja) | 燃料電池 | |
| US11251446B2 (en) | Fuel cell system | |
| JPH0992308A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JP5103754B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| KR100649204B1 (ko) | 연료 전지 시스템, 스택 및 세퍼레이터 | |
| US20140178799A1 (en) | Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof | |
| JP2002164073A (ja) | 非隔膜式燃料電池モジュール | |
| JP2006040703A (ja) | 固体高分子型燃料電池の触媒担持方法、膜電極接合体 | |
| KR101030044B1 (ko) | 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터 | |
| KR101065380B1 (ko) | 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택 | |
| JP2006080081A (ja) | 燃料電池システム及びスタック |