JPH081803B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH081803B2 JPH081803B2 JP61168725A JP16872586A JPH081803B2 JP H081803 B2 JPH081803 B2 JP H081803B2 JP 61168725 A JP61168725 A JP 61168725A JP 16872586 A JP16872586 A JP 16872586A JP H081803 B2 JPH081803 B2 JP H081803B2
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- Japan
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- gas
- fuel cell
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- 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
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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、積層形燃料電池のセル構成に関するもの
である。
である。
［従来の技術］ 第４図は特公昭58−152号公報や特開昭59−66067号公
報に示された従来の最も代表的なセル構成を示す断面図
であり、図において、１は電解質マトリックス、２およ
び３は電極、４および５は電極基材、６および７は電極
の触媒層、８および９は湿潤ガスシール部、10はガス分
離板（ガス分離板10はセパレータ、インタコネクタとも
呼ばれる。）、11および12は互いに直交する燃料と酸化
剤ガスのガス流路である。
報に示された従来の最も代表的なセル構成を示す断面図
であり、図において、１は電解質マトリックス、２およ
び３は電極、４および５は電極基材、６および７は電極
の触媒層、８および９は湿潤ガスシール部、10はガス分
離板（ガス分離板10はセパレータ、インタコネクタとも
呼ばれる。）、11および12は互いに直交する燃料と酸化
剤ガスのガス流路である。
次に動作について説明する。
ガス分離板10は不透気性の例えば緻密な炭素の板でそ
の両面に互いに直交するガス流路11、12を形成してい
る。
の両面に互いに直交するガス流路11、12を形成してい
る。
一方、電極基材４、５はポーラスな例えば炭素繊維で
構成されており、ガス流路11、12へ供給された燃料ガス
および酸化剤ガスは電極基剤４および５中で拡散され電
極の触媒層６、および７の全面に達し、電解質マトリッ
クス１を通して反応、発電する。
構成されており、ガス流路11、12へ供給された燃料ガス
および酸化剤ガスは電極基剤４および５中で拡散され電
極の触媒層６、および７の全面に達し、電解質マトリッ
クス１を通して反応、発電する。
ここで反応に使われなかった余剰ガスや反応生成物で
ある水蒸気は、ガス流路11および12を通じて外部へ排出
される。この排出ガス中には、電解質マトリックス１、
電極２および３に含まれる電解質が飛沫や燃料電池の運
転条件で決まる蒸気となって存在し、この飛沫や蒸気と
なった電解質も外部へ排出される。
ある水蒸気は、ガス流路11および12を通じて外部へ排出
される。この排出ガス中には、電解質マトリックス１、
電極２および３に含まれる電解質が飛沫や燃料電池の運
転条件で決まる蒸気となって存在し、この飛沫や蒸気と
なった電解質も外部へ排出される。
浸潤ガスシール８、９は、燃料および酸化剤ガスがポ
ーラスな電極基材から外部へ漏洩するのを防いでいる。
ーラスな電極基材から外部へ漏洩するのを防いでいる。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の燃料電池は以上のように構成されているので電
解質は電解質マトリックス１、触媒層６、７および湿潤
ガスシール８、９にしか保持されない。従って長期の運
転を行った場合、飛散、蒸発などにより電解質が不足す
るため、電解質の補給を頻繁に行う必要が必要があっ
た。
解質は電解質マトリックス１、触媒層６、７および湿潤
ガスシール８、９にしか保持されない。従って長期の運
転を行った場合、飛散、蒸発などにより電解質が不足す
るため、電解質の補給を頻繁に行う必要が必要があっ
た。
また、動作圧力、動作温度、ガス利用率等の運転条件
やセル面内位置によって、電解質の体積が大きく変化す
るが、この電解質の体積変化を電解質マトリックス１、
触媒層６、７および湿潤ガスシール８、９の部分では吸
収する能力がない。
やセル面内位置によって、電解質の体積が大きく変化す
るが、この電解質の体積変化を電解質マトリックス１、
触媒層６、７および湿潤ガスシール８、９の部分では吸
収する能力がない。
この電解質の体積変化を吸収するために、たとえば特
開昭58−161269号公報等に示されるような外部リザーバ
を設けられることもあるが、セルサイズが大きく電解質
マトリックス１内の電解質の移動距離が長くなると充分
には機能できず、電解質の膨張分は触媒層３、４、電極
基材５、６あるいはガス流路11、12へあふれ、電池はフ
ラッディングを起こし電池特性が低下してしまうという
問題があった。
開昭58−161269号公報等に示されるような外部リザーバ
を設けられることもあるが、セルサイズが大きく電解質
マトリックス１内の電解質の移動距離が長くなると充分
には機能できず、電解質の膨張分は触媒層３、４、電極
基材５、６あるいはガス流路11、12へあふれ、電池はフ
ラッディングを起こし電池特性が低下してしまうという
問題があった。
この発明は蒸気のような問題点を解消するためになさ
れたもので、余分の電解質を貯蔵することを可能にする
とともに電解質の体積変化をフラッディングすることな
く吸収しうる燃料電池を得ることを目的とする。
れたもので、余分の電解質を貯蔵することを可能にする
とともに電解質の体積変化をフラッディングすることな
く吸収しうる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］ この発明に係る燃料電池は、ガス分離板が緻密層とこ
の緻密層の少なくとも片面にガス流路を構成して配置さ
れ、そのポアサイズを電解質マトリックスの最大ポアよ
り大きくした多孔部とから構成され、この多孔部には空
孔部を残して電解液を貯蔵するようにしたものである。
の緻密層の少なくとも片面にガス流路を構成して配置さ
れ、そのポアサイズを電解質マトリックスの最大ポアよ
り大きくした多孔部とから構成され、この多孔部には空
孔部を残して電解液を貯蔵するようにしたものである。
［作用］ この発明における燃料電池のガス分離板は、緻密層に
より両側に流すガスの混合を防ぎ、緻密層の少なくとも
片面に設けた多孔部は、互いに直交するガス流路を形成
することによりガスを電極へ供給すると共に、多孔部内
に空孔部を残して発電反応に直接関与しない余剰の電解
質を貯蔵しており、かつ多孔部のポアサイズが電解質マ
トリックスの最大ポアより大きいので、ガスが電極へ効
率的に拡散するとともに、電解質マトリックス中の電解
質が不足した際には、電解質が多孔部から電解質マトリ
ックスに充分充満できるよう供給補充される。また電解
質が体積変化を生じた場合も効果的にこれを吸収する。
より両側に流すガスの混合を防ぎ、緻密層の少なくとも
片面に設けた多孔部は、互いに直交するガス流路を形成
することによりガスを電極へ供給すると共に、多孔部内
に空孔部を残して発電反応に直接関与しない余剰の電解
質を貯蔵しており、かつ多孔部のポアサイズが電解質マ
トリックスの最大ポアより大きいので、ガスが電極へ効
率的に拡散するとともに、電解質マトリックス中の電解
質が不足した際には、電解質が多孔部から電解質マトリ
ックスに充分充満できるよう供給補充される。また電解
質が体積変化を生じた場合も効果的にこれを吸収する。
［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、１は電解質マトリックス、６および
７は電極触媒層、11および12は互いに直交する燃料およ
び酸化剤ガスのガス流路、16はガス分離板（複合化リブ
付セパレータと称す。）で緻密層13と例えばその両面に
リブ状に形成された多孔部14および15により一体構成化
される。
７は電極触媒層、11および12は互いに直交する燃料およ
び酸化剤ガスのガス流路、16はガス分離板（複合化リブ
付セパレータと称す。）で緻密層13と例えばその両面に
リブ状に形成された多孔部14および15により一体構成化
される。
この多孔部14および15はそのポアサイズが電解質マト
リックスの最大ポアより大きくなされている。
リックスの最大ポアより大きくなされている。
次に動作について説明する。
ガス分離板（複合化リブ付セパレータ）16の両面の多
孔部14および15によって形成された互いに直交するガス
流路11および12にそれぞれ燃料および酸化剤ガスを供給
する。このとき、ガス分離板16の緻密層13は、両面を流
れる燃料と酸化剤ガスが互いに混じるのを防いでおり両
ガスは電極触媒層６および７へ達する。触媒層へ達した
ガスはイオン化し電解質マトリックス１を通して反応し
発電が行われる。
孔部14および15によって形成された互いに直交するガス
流路11および12にそれぞれ燃料および酸化剤ガスを供給
する。このとき、ガス分離板16の緻密層13は、両面を流
れる燃料と酸化剤ガスが互いに混じるのを防いでおり両
ガスは電極触媒層６および７へ達する。触媒層へ達した
ガスはイオン化し電解質マトリックス１を通して反応し
発電が行われる。
ここで反応に使われなかった余剰ガスや反応生成物で
ある水蒸気は、ガス流路11および12を通じて外部へ排出
される。この排出ガス中には、電解質マトリックス１や
電極触媒層６および７内部に含まれる電解質を飛沫や蒸
気として含み、電解質が外部へ排出される。
ある水蒸気は、ガス流路11および12を通じて外部へ排出
される。この排出ガス中には、電解質マトリックス１や
電極触媒層６および７内部に含まれる電解質を飛沫や蒸
気として含み、電解質が外部へ排出される。
従って、長期の運転を行った場合には、電解質マトリ
ックス１および電極触媒層６および７内部の電解質が不
足するが、この不足分をガス分離板16の多孔部14および
15の両方あるいはいずれか一方に含浸された電解質が補
って電解質マトリックス１および電極触媒層６および７
へ移動し、長期に亘って燃料電池を安定運転させる。
ックス１および電極触媒層６および７内部の電解質が不
足するが、この不足分をガス分離板16の多孔部14および
15の両方あるいはいずれか一方に含浸された電解質が補
って電解質マトリックス１および電極触媒層６および７
へ移動し、長期に亘って燃料電池を安定運転させる。
電解質の移動は、それぞれの部材がもつポアサイズと
電解質に対するぬれ性で決まる毛管吸引力で行われるの
で、それぞれの部材の間でポアサイズおよび撥水処理の
程度を調整すればよい。
電解質に対するぬれ性で決まる毛管吸引力で行われるの
で、それぞれの部材の間でポアサイズおよび撥水処理の
程度を調整すればよい。
ここで、多孔部14および15のポアサイズを電解質マト
リックス１の最大ポアより大きくしてあるので、電解質
マトリックス１中に電解質が不足し、電解質マトリック
ス１に多孔部14および15から移動した際に、電解質が充
満しない領域を生じることなく、充分に供給補充でき、
ガスの分離効果を損なうことなく、安定に動作できる。
リックス１の最大ポアより大きくしてあるので、電解質
マトリックス１中に電解質が不足し、電解質マトリック
ス１に多孔部14および15から移動した際に、電解質が充
満しない領域を生じることなく、充分に供給補充でき、
ガスの分離効果を損なうことなく、安定に動作できる。
以上、電解質の飛散や蒸発等による不足分の補給機能
を説明したが、特に電解質がリン酸の場合などでは、起
動・停止あるいは運転条件（動作圧力、運転温度、ガス
利用率等）、さらにはセル面内位置などによって電解質
の体積が大きく変化（膨張・収縮）するため、この電解
質の体積変化を吸収する機能も必要である。
を説明したが、特に電解質がリン酸の場合などでは、起
動・停止あるいは運転条件（動作圧力、運転温度、ガス
利用率等）、さらにはセル面内位置などによって電解質
の体積が大きく変化（膨張・収縮）するため、この電解
質の体積変化を吸収する機能も必要である。
ガス分離板16の多孔部14および15は電解質を含浸して
はいるが、さらに空孔部を残した状態に組立てられてお
り運転中、電解質マトリックス１や電極触媒層６および
７の内部で膨張した電解質を近接したガス分離板16の多
孔部14および15に吸収できる。電解質が収縮する場合
は、不足する場合と同様の作用で電解質は必要な部分に
移動する。また、多孔部14および15内部の電解質の含浸
されていない空孔部を通してガスが多孔部と接する電極
触媒層へ拡散していく。
はいるが、さらに空孔部を残した状態に組立てられてお
り運転中、電解質マトリックス１や電極触媒層６および
７の内部で膨張した電解質を近接したガス分離板16の多
孔部14および15に吸収できる。電解質が収縮する場合
は、不足する場合と同様の作用で電解質は必要な部分に
移動する。また、多孔部14および15内部の電解質の含浸
されていない空孔部を通してガスが多孔部と接する電極
触媒層へ拡散していく。
なお、上記実施例では多孔部14および15をリブ状とし
て説明したが必しもその必要はなく電極触媒層に均等に
ガスを供給できればよく、第２図に示すようにガス流路
11、および12が形成される様に多孔部を一均な飛石状に
配設してもよい。また、ガス分離板16の両面に多孔部14
および15を設けたが第３図に示すようにいずれか一方を
従来形の緻密層で形成してもよい。
て説明したが必しもその必要はなく電極触媒層に均等に
ガスを供給できればよく、第２図に示すようにガス流路
11、および12が形成される様に多孔部を一均な飛石状に
配設してもよい。また、ガス分離板16の両面に多孔部14
および15を設けたが第３図に示すようにいずれか一方を
従来形の緻密層で形成してもよい。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によればガス分離板は緻密層
とこの緻密層の少なくとも片面にガス流路を構成して配
置されたそのポアサイズを電解質マトリックスの最大ポ
アより大きくした多孔部とから構成され、多孔部には空
孔部を残した状態に電解液を貯蔵したので、電極内に発
電反応に直接関与しない余分の電解質を内蔵でき、長時
間電解質を補給することなく安定に動作できる。また、
運転条件による電解質の体積変化も電極面全体にわたる
多孔部で効率的に吸収されるのでフラッディング等のト
ラブルを起こすことがない。さらに、多孔部内部の電解
質の含浸されていない空孔部を通してガスが多孔部と接
する電極触媒層へ拡散するため、電極触媒層における発
電反応がその全面で効率よく行える。
とこの緻密層の少なくとも片面にガス流路を構成して配
置されたそのポアサイズを電解質マトリックスの最大ポ
アより大きくした多孔部とから構成され、多孔部には空
孔部を残した状態に電解液を貯蔵したので、電極内に発
電反応に直接関与しない余分の電解質を内蔵でき、長時
間電解質を補給することなく安定に動作できる。また、
運転条件による電解質の体積変化も電極面全体にわたる
多孔部で効率的に吸収されるのでフラッディング等のト
ラブルを起こすことがない。さらに、多孔部内部の電解
質の含浸されていない空孔部を通してガスが多孔部と接
する電極触媒層へ拡散するため、電極触媒層における発
電反応がその全面で効率よく行える。
第１図はこの発明の一実施例による燃料電池の基本構成
を示す断面図、第２図および第３図はそれぞれこの発明
の他の実施例を示す断面図、第４図は従来の燃料電池の
基本構成を示す断面図である。 図において、１は電解質マトリックス、２および３は電
極、11および12はガス流路、13は緻密層、14および15は
多孔部、16はガス分離板である。 尚、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
を示す断面図、第２図および第３図はそれぞれこの発明
の他の実施例を示す断面図、第４図は従来の燃料電池の
基本構成を示す断面図である。 図において、１は電解質マトリックス、２および３は電
極、11および12はガス流路、13は緻密層、14および15は
多孔部、16はガス分離板である。 尚、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−145066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−89780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−93358（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】電解質マトリックスを挟む１対の電極を、
その両面にそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガスを互いに直交
して流すガス流路が形成されたガス分離板を介して複数
個積層するものにおいて、前記ガス分離板は緻密層とこ
の緻密層の少なくとも片面に前記ガス流路を構成して配
置され、そのポアサイズを前記電解質マトリックスの最
大ポアより大きくした多孔部とから構成され、前記多孔
部には空孔部を残して電解液を貯蔵するようにしたこと
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】ガス分離板の多孔部を撥水処理を行うこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 - 【請求項３】ガス分離板の両面に設けた多孔部で、片面
ずつポアサイズ分布を変える、あるいは、一方に撥水処
理したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61168725A JPH081803B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 燃料電池 |
| US07/072,756 US4767680A (en) | 1986-07-16 | 1987-07-13 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61168725A JPH081803B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6324561A JPS6324561A (ja) | 1988-02-01 |
| JPH081803B2 true JPH081803B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=15873268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61168725A Expired - Fee Related JPH081803B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081803B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010041332A1 (ja) | 2008-10-10 | 2010-04-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2593199B2 (ja) * | 1988-09-07 | 1997-03-26 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5889780A (ja) * | 1981-11-24 | 1983-05-28 | Toshiba Corp | 電気化学的発電装置 |
| JPS58145066A (ja) * | 1982-02-24 | 1983-08-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1986
- 1986-07-16 JP JP61168725A patent/JPH081803B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010041332A1 (ja) | 2008-10-10 | 2010-04-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| US8785078B2 (en) | 2008-10-10 | 2014-07-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6324561A (ja) | 1988-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |