JPH08171928A - 燃料電池の積層体 - Google Patents

燃料電池の積層体

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JPH08171928A
JPH08171928A JP7204561A JP20456195A JPH08171928A JP H08171928 A JPH08171928 A JP H08171928A JP 7204561 A JP7204561 A JP 7204561A JP 20456195 A JP20456195 A JP 20456195A JP H08171928 A JPH08171928 A JP H08171928A
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栖 宰 李
Il-Gon Kim
一 坤 金
Jong Wook Lee
宗 郁 李
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応気体を均一に分配供給し得る燃料電池の
積層体を提供する。 【解決手段】 一定な個数の単位電池より構成されたブ
ロックを多数個積層して、外部にある外部マニホールド
によりそれぞれのブロックに反応気体が分配供給され、
各ブロックの内部にある内部マニホールドによりそれぞ
れの単位電池に反応気体が均一に分配供給されることに
より、外部マニホールド方式と内部マニホールド方式の
混合構造よりなっている発明の燃料電池積層体によれ
ば、気体密封面において安全性の確保が容易であり、各
単位電池に反応気体を均一に供給することもでき、誤動
作される部位への反応気体の供給を遮断させて燃料の利
用効率を高め、正常運転中の他の単位電池の性能の低下
を防止することができるので、長時間の運転時電池の性
能を画期的に向上させて燃料電池の積層体に対する管理
を容易にし得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池積層体に係
り、詳細には多数の単位電池の積層体よりなっている燃
料電池において、気体密封が容易で安定性があり、各単
位電池に反応気体を均一に供給することが可能であり、
誤動作の発生する部位には反応気体の供給を中断させて
燃料の利用効率を良好にする燃料電池の積層体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は燃料ガスと酸化剤ガスを電気
化学的に反応させて燃料ガスが有している化学エネルギ
ーを直接電気エネルギーに変換させる新たな発展システ
ムであって、二つの電極と電解質から構成されているの
で一般的な電池と類似であるが、一般的な電池との根本
的な差異点は適当な反応物である燃料と酸化剤が連続的
に供給されるということにある。
【０００３】燃料電池を区分すれば、高温（約５００な
いし７００℃）で作動する溶融炭酸塩燃料電池、２００
℃近傍で作動する燐酸燃料電池、常温ないし約１００℃
以下で作動するアルカリ燃料電池、あるいは１０００℃
以上の高温で作動する固体電解質型燃料電池などがあ
る。実際に燃料電池から得られる電圧は１００〜２００
ｍＡ／cm2の電流密度下で0.7〜1.0 Ｖである。これは
0.5〜2 kW／ｍ2の電力密度が得られるということを意味
する。さらに高い電圧や電流を得るためには電池を直列
又は並列に連結して使用する。このような連結方式を燃
料電池の積層体構造という。大部分の燃料電池積層体は
直列方式を取っているが、バイポーラ板が一つの単位電
池の陽極と次の電池の陰極とを連結している。このよう
なバイポーラ板は電流を良好に伝達するだけでなく陰極
と陽極の強い酸化、還元雰囲気に耐性のあるものが用い
られる。
【０００４】このように、燃料電池積層体は陽極、陰極
及びマトリックスを含む単位電池が数十個ないし数百個
積層されることにより構成される。燃料電池の作動原理
を図１を参照して説明する。図１は通常的な燃料電池の
作動原理を説明する模式断面図である。単位電池は電解
質を保有する多孔質の絶縁材よりなっているマトリック
ス１、燃料極である陽極２及び酸素極である陰極３より
構成されるが、この単位電池がバイポーラ板４を介して
複数積層されて燃料電池積層体を形成するようになる。
陽極２である水素極においては、供給された水素が電極
に沿って進行しながら、水素極の触媒作用により水素の
正イオンと電子に分離され、水素の正イオンは電解質を
通じて陰極３に移動する。陰極３では陽極から発生した
電子が伝達され外部の回路から酸素が供給されるが、水
素の正イオンと酸素が電気化学的に反応して水が生成さ
れながら電気が発生される。
【０００５】燐酸型燃料電池では前記のような単位電池
を基として、黒鉛よりなったバイポーラ板を介して多数
個の単位電池を積層することにより一つの大きい積層構
造を構成して所望の電気出力が得られる燃料電池発展シ
ステムを構成する。積層体に気体を供給する方式として
は従来には内部マニホールド方式（図２）と外部マニホ
ールド方式（図３）を用いた。
【０００６】図２で分るように、内部マニホールド方式
において、水素気体は気体入口２１を通じて積層体に供
給されて積層体内に具備された内部マニホールド２３に
より各単位電池に分配される。その後、気体流路２５を
通じて内部マニホールド２４により集められて気体出口
２２に出て行くようになっている。また、酸素気体はマ
トリックス及び電極２７により水素気体が通過する気体
流路２３の向こうにある酸素気体流路２６を通過するよ
うになっている。
【０００７】外部マニホールド方式は、図３に示された
ように、反応気体が入口３１を通じて積層体の外部に取
り付けられたマニホールド３３に流入された後、積層体
外部から各単位電池に分配供給されて気体流路を通過し
た後、積層体の外部に取り付けられたマニホールド３４
により集められて気体出口３２を通じて外部に排出され
る方式である。
【０００８】ところが、内部マニホールド方式の場合、
各単位電池に供給される反応気体の密封に異常がなくて
安全性は確保できるが、積層体を構成する単位電池の数
が増えるほど各単位電池に供給される反応気体の量を均
一化することが困難で燃料電池の性能が劣化する問題が
ある。反面、外部マニホールド方式では各単位電池に供
給される反応気体の量が比較的均一であるという長所が
あるが、反応気体の供給のためのマニホールドを積層体
の外部に取り付けるので、燃料電池自体が大きくなり、
マニホールドと積層体間の気体密封に困難さがあって安
全性の確保に問題が生ずる場合がある。また、誤動作が
発生する部位に対して反応気体の供給が効率的に調節で
きず燃料の利用効率が劣化する等の問題は外部及び内部
マニホールド方式の両方で現れた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明では反応気体の
供給上の前記のような問題点を考慮して、気体密封が簡
単で反応気体の供給が均一であり、燃料の利用効率が高
くなった燃料電池積層体を提供することにその目的があ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明の燃料電池積層体は、電解質を保有するマト
リックス及び気体拡散電極である陽極と陰極とを含む単
位電池がバイポーラ板を介して直列に積層されることに
より形成される燃料電池積層体において、一定な個数の
単位電池より構成されたブロックと該ブロックが複数個
積層され燃料電池積層体を形成しブロックとブロック、
ブロックと単位電池が外部マニホールドと内部マニホー
ルドにより相互連結されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明による燃料電池積層体にお
いては、反応気体が外部マニホールドに注入された後そ
れぞれのブロックに供給され、各ブロックの内部にある
内部マニホールドにより反応気体がそれぞれの単位電池
に分配供給される。図４は本発明による燃料電池の積層
体を構造的に示した概念図である。図４を参照して本発
明の燃料電池積層体に対して構造面において詳細に説明
する。
【００１２】反応気体は反応気体の入口４１を通じて外
部から外部マニホールドに注入された後各ブロックに供
給される。この際、各ブロックに供給される反応気体の
量は外部マニホールド４３の各ブランチの先端に設けら
れたバルブ４４を調節することにより均一に調節可能で
ある。バルブ４４は誤動作が発生する部位に対して外部
からの気体の供給を遮断させるのにも利用され得る。各
ブロックに供給された反応気体は内部マニホールド４５
により各単位電池に供給される。各単位電池に供給され
た反応気体は図１を参照として説明した電気化学反応を
通じて電気を発生させる。ここで、反応せずに残った気
体と反応により生成された水蒸気は供給時とは反対に、
内部マニホールド４６により各単位電池から各出力ブロ
ックに排出された後、再び外部マニホールド４７により
出口４２を通じて外部に排出される。
【００１３】本発明の具体的な実施例によれば、従来の
内部マニホールド方式により９個の単位電池より構成さ
れた燃料電池積層体を作って各単位電池の電圧の最高値
と最低値を測定した結果、その差が数百ｍＶに至った。
しかしながら、本発明による積層体の場合にはその差が
数十ｍＶになって燃料電池の性能を向上させることがで
き、燃料電池の積層体を構成する単位電池の数を増やす
場合にも電圧の最高値と最低値の差が９段よりなる積層
体の場合に比して殆どない。これにより、本発明におい
ては、単位電池の数が増えても外部マニホールドと内部
マニホールドにより反応気体が均一に分配、供給される
ことが分る。
【００１４】また、前記のような本発明の燃料電池積層
体は、特定単位電池が誤動作される場合、誤動作される
単位電池への反応気体の供給を遮断することにより、燃
料の非効率的な消耗を防止する。一方、従来の方法に応
じて製造された積層体の場合には、一部単位電池の誤動
作時全体燃料電池積層体の性能の低下を招いて結局全体
システムの運転を中断して修理すべく不便さがある。し
かしながら、本発明の燃料電池積層体を利用すれば、正
常的な他の単位電池の保護が可能なので前記のような問
題が解決され得る。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、一定な個数の単位
電池より構成されたブロックを多数個積層して、積層体
の外部にある外部マニホールドによりそれぞれのブロッ
クに反応気体が分配供給され、各ブロックの内部にある
内部マニホールドによりそれぞれの単位電池に反応気体
が均一に分配供給されることにより、外部マニホールド
方式と内部マニホールド方式の混合構造よりなっている
本発明の積層体によれば、気体密封面において安全性の
確保が容易であり、各単位電池に反応気体を均一に供給
することもでき、誤動作される部位への反応気体の供給
を遮断させて燃料の利用効率を高め、一方、正常運転中
の他の単位電池の性能低下を防止し得るので、長期間の
運転時も電池性能を画期的に向上させることができ、燃
料電池積層体に対する管理を容易にし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は通常的な燃料電池の作動原理を説明する
模式断面図である。
【図２】図２は内部マニホールドの概念図である。
【図３】図３は外部マニホールドの概念図である。
【図４】図４は本発明の一実施例により燃料電池積層体
の構造を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
２５ 気体流路 ２６ 酸素気体流路 ２７ 電極 ４１ 入口 ４２ 出口 ４３，４７ 外部マニホールド ４４ バルブ ４５，４６ 内部マニホールド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質を保有するマトリックス及び気体
    拡散電極である陽極と陰極を含む単位電池がバイポーラ
    板を介して直列に積層されることによりなる燃料電池積
    層体において、 一定個数の単位電池より構成されたブロックと該ブロッ
    クが複数個積層されて燃料電池積層体を形成しブロック
    とブロック、各ブロックと単位電池が外部マニホールド
    と内部マニホールドにより相互連結されていることを特
    徴とする燃料電池積層体。
  2. 【請求項２】 外部からの反応気体の供給量を調節する
    複数個のバルブが外部マニホールドに設けられることを
    特徴とする請求項１記載の燃料電池積層体。
JP7204561A 1994-08-17 1995-08-10 燃料電池の積層体 Pending JPH08171928A (ja)

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