JPH0828222B2 - 燃料電池のセルスタック - Google Patents
燃料電池のセルスタックInfo
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- JPH0828222B2 JPH0828222B2 JP62184538A JP18453887A JPH0828222B2 JP H0828222 B2 JPH0828222 B2 JP H0828222B2 JP 62184538 A JP62184538 A JP 62184538A JP 18453887 A JP18453887 A JP 18453887A JP H0828222 B2 JPH0828222 B2 JP H0828222B2
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- matrix
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
- H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2459—Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
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- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解液を含浸保持するマトリックスに補給
する電解液を貯留する親水部を、電極基材に設けた単電
池を積み重ねてなる燃料電池のセルスタックの構造に関
する。
する電解液を貯留する親水部を、電極基材に設けた単電
池を積み重ねてなる燃料電池のセルスタックの構造に関
する。
燃料電池は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）
を供給し電気化学反応を利用して化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換するものであり、基本構成要素で
ある単電池を積み重ねて構成される。マトリックス形燃
料電池、例えばりん酸形燃料電池の単電池１は第４図に
示すようにりん酸からなる電解液を含浸保持する多孔質
のマトリックス３と、このマトリックス３を挟持して配
される燃料極触媒層４およびこれを支持し、燃料ガスの
流路となる凹状の溝5aを有するガス透過性の電極基材５
からなる燃料電極4aと、酸化剤極触媒層６およびこれを
支持し、酸化剤ガスの流路となる凹状の溝7aを有するガ
ス透過性の電極基材７からなる酸化剤電極6aとからなっ
ている。なお、燃料電極4aの多孔質な電極基材にはマト
リックス３に補強する電解液を貯留する複数列の親水部
８が設けられている。親水部８以外はテフロンの吹付け
等により撥水処理された撥水部10であり、親水部８は撥
水処理を施さないことにより得られる。また燃料極触媒
層４には親水部８とマトリックス３とに連通する孔９が
複数個設けられ、親水部８にあらかじめ貯留された電解
液をマトリックス３に補給する流路となっている。11は
ガス不透過性のセパレータであり、積み重ねられる単電
池間に介挿して各単電池に供給される反応ガスの混合を
防止している。
を供給し電気化学反応を利用して化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換するものであり、基本構成要素で
ある単電池を積み重ねて構成される。マトリックス形燃
料電池、例えばりん酸形燃料電池の単電池１は第４図に
示すようにりん酸からなる電解液を含浸保持する多孔質
のマトリックス３と、このマトリックス３を挟持して配
される燃料極触媒層４およびこれを支持し、燃料ガスの
流路となる凹状の溝5aを有するガス透過性の電極基材５
からなる燃料電極4aと、酸化剤極触媒層６およびこれを
支持し、酸化剤ガスの流路となる凹状の溝7aを有するガ
ス透過性の電極基材７からなる酸化剤電極6aとからなっ
ている。なお、燃料電極4aの多孔質な電極基材にはマト
リックス３に補強する電解液を貯留する複数列の親水部
８が設けられている。親水部８以外はテフロンの吹付け
等により撥水処理された撥水部10であり、親水部８は撥
水処理を施さないことにより得られる。また燃料極触媒
層４には親水部８とマトリックス３とに連通する孔９が
複数個設けられ、親水部８にあらかじめ貯留された電解
液をマトリックス３に補給する流路となっている。11は
ガス不透過性のセパレータであり、積み重ねられる単電
池間に介挿して各単電池に供給される反応ガスの混合を
防止している。
第５図は上記単電池１を積層した燃料電池のセルスタ
ックの斜視図である。図においてセルスタック15は単電
池１をセパレータ11を介して積み重ね、単電池１を３〜
８個積み重ねるごとに冷却媒体を通流する冷却管12を備
えた冷却板２が介挿されている。
ックの斜視図である。図においてセルスタック15は単電
池１をセパレータ11を介して積み重ね、単電池１を３〜
８個積み重ねるごとに冷却媒体を通流する冷却管12を備
えた冷却板２が介挿されている。
このような構成により反応ガスである燃料ガスと酸化
剤ガスとをセルスタック15に供給して燃料電池の運転を
行い、単電池１にて電気化学反応を行わせてセルスタッ
ク15から電気を取出す。この際電気化学反応により生じ
る熱を冷却板２に通流する冷却媒体により除去して運転
温度（約190℃）に保持している。
剤ガスとをセルスタック15に供給して燃料電池の運転を
行い、単電池１にて電気化学反応を行わせてセルスタッ
ク15から電気を取出す。この際電気化学反応により生じ
る熱を冷却板２に通流する冷却媒体により除去して運転
温度（約190℃）に保持している。
ところで運転経過に伴い、徐々にマトリックス３に含
浸されたりん酸は消失減小するので、電極基材５に設け
られた親水部８にあらかじめ貯留された電解液が孔９を
経てマトリックス３に補給され、マトリックス３は運転
中適量の電解液を保持するようにしている。これはマト
リックス３内のりん酸が前述のように消失減小すると、
内部抵抗が経時的に増大したり、対向する電極に供給さ
れるそれぞれの反応ガスがマトリックス３を通過して混
合し、単電池内部で直接燃焼反応が生じるため電極が損
失したりして燃料電池の性能低下や運転停止を引き起こ
さないようにするためである。
浸されたりん酸は消失減小するので、電極基材５に設け
られた親水部８にあらかじめ貯留された電解液が孔９を
経てマトリックス３に補給され、マトリックス３は運転
中適量の電解液を保持するようにしている。これはマト
リックス３内のりん酸が前述のように消失減小すると、
内部抵抗が経時的に増大したり、対向する電極に供給さ
れるそれぞれの反応ガスがマトリックス３を通過して混
合し、単電池内部で直接燃焼反応が生じるため電極が損
失したりして燃料電池の性能低下や運転停止を引き起こ
さないようにするためである。
燃料電池の運転に伴って生じるマトリックスに保持さ
れたりん酸の消失減小速度は単電池の温度により差異が
生じる。すなわち、単電池の温度が高い程消失減小速度
は大きい。ところで燃料電池の運転時発生する熱はセル
スタックに介挿された冷却板に流通する冷却媒体により
除去されて運転温度が保持されるが、冷却板に近い位置
にある単電池程温度が低く、遠い位置にある単電池程温
度が高いという積層方向の温度差が生じる。このため、
温度の高い単電池は、りん酸の消失減小速度が大きいの
で、温度の低い単電池に比し短い運転時間で性能低下が
生じる。
れたりん酸の消失減小速度は単電池の温度により差異が
生じる。すなわち、単電池の温度が高い程消失減小速度
は大きい。ところで燃料電池の運転時発生する熱はセル
スタックに介挿された冷却板に流通する冷却媒体により
除去されて運転温度が保持されるが、冷却板に近い位置
にある単電池程温度が低く、遠い位置にある単電池程温
度が高いという積層方向の温度差が生じる。このため、
温度の高い単電池は、りん酸の消失減小速度が大きいの
で、温度の低い単電池に比し短い運転時間で性能低下が
生じる。
一般に燃料電池では積層したすべての単電池の出力電
圧特性を監視して運転することは計測系，制御系のコス
トパフオーマンスの観点から現実的でないので、多くと
も３〜８個の単電池ごとに監視を行って運転されること
が多い。したがって各単電池の性能は上記抽出して測定
された単電池の性能から推定するしかないので、単電池
ごとの運転条件下での温度の差異により一部の単電池が
性能低下が生じても確認しにくいため、電解液の補給時
期を逸することがある。この場合、りん酸の消失減小速
度が大きい単電池では前述のように単電池の性能低下や
損失を起こし、運転停止にいたるという問題点がある。
圧特性を監視して運転することは計測系，制御系のコス
トパフオーマンスの観点から現実的でないので、多くと
も３〜８個の単電池ごとに監視を行って運転されること
が多い。したがって各単電池の性能は上記抽出して測定
された単電池の性能から推定するしかないので、単電池
ごとの運転条件下での温度の差異により一部の単電池が
性能低下が生じても確認しにくいため、電解液の補給時
期を逸することがある。この場合、りん酸の消失減小速
度が大きい単電池では前述のように単電池の性能低下や
損失を起こし、運転停止にいたるという問題点がある。
本発明の目的は、燃料電池の運転時、冷却板により生
じる単電池の積層方向の温度差による電解液の消失速度
が異なっても、すべての単電池が均一な性能低下を示す
燃料電池のセルスタックを提供することである。
じる単電池の積層方向の温度差による電解液の消失速度
が異なっても、すべての単電池が均一な性能低下を示す
燃料電池のセルスタックを提供することである。
上記問題点を解決するために、本発明によれば触媒層
と該触媒層を支持する多孔質の電極基材とからなる一対
の電極を，電解液を含浸保持するマトリックスを挟持し
て配設し、少なくとも一方の前記電極基材に前記マトリ
ックスに補給する電解液を貯留する親水部を有する単電
池をガス不透過性のセパレータを介して複数積み重ねる
ごとに冷却板を介挿してなり、前記電極基材は反応ガス
の流路となる凹状の複数の溝を有し、前記親水部は前記
溝と直角方向に帯状に複数列設けてなる燃料電池のセル
スタックにおいて、前記帯状親水部の帯の幅あるいは列
数を変えることにより、前記親水部の電解液保持容積を
前記冷却板から遠ざかる位置にある単電池程大きくする
ものとする。
と該触媒層を支持する多孔質の電極基材とからなる一対
の電極を，電解液を含浸保持するマトリックスを挟持し
て配設し、少なくとも一方の前記電極基材に前記マトリ
ックスに補給する電解液を貯留する親水部を有する単電
池をガス不透過性のセパレータを介して複数積み重ねる
ごとに冷却板を介挿してなり、前記電極基材は反応ガス
の流路となる凹状の複数の溝を有し、前記親水部は前記
溝と直角方向に帯状に複数列設けてなる燃料電池のセル
スタックにおいて、前記帯状親水部の帯の幅あるいは列
数を変えることにより、前記親水部の電解液保持容積を
前記冷却板から遠ざかる位置にある単電池程大きくする
ものとする。
燃料電池の運転に伴い、冷却板の冷却作用により冷却
板から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなってマ
トリックスに含浸保持された電解液の消失減小速度が大
きくなるが、冷却板から遠ざかる位置にある単電池程電
極基材に設けられた電解液を貯留する親水部の電解液保
持容積を大きくして電解液をこの親水部からマトリック
スに補給するようにしたことにより、電解液の消失速度
に対応して電解液をマトリックスに適量補給する。
板から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなってマ
トリックスに含浸保持された電解液の消失減小速度が大
きくなるが、冷却板から遠ざかる位置にある単電池程電
極基材に設けられた電解液を貯留する親水部の電解液保
持容積を大きくして電解液をこの親水部からマトリック
スに補給するようにしたことにより、電解液の消失速度
に対応して電解液をマトリックスに適量補給する。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例による燃料電池のセルスタ
ックの部分断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図第３
図は第１図のＢ−Ｂ矢視図である。なお、第１図ないし
第３図において第４図，第５図の従来例と同一部品には
同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図ないし第
３図において単電池1,1a…はこの順で冷却板２から遠ざ
かる位置にあり、従来例と異って冷却板２から遠い単電
池1aの電極基材５に設けられた親水部8aの巾を冷却板２
から近い単電池１の電極基材５に設けられた親水部８の
巾より大きくして、親水部8aの電解液であるりん酸保持
容積を親水部８のそれより大きくしている。
る。第１図は本発明の実施例による燃料電池のセルスタ
ックの部分断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図第３
図は第１図のＢ−Ｂ矢視図である。なお、第１図ないし
第３図において第４図，第５図の従来例と同一部品には
同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図ないし第
３図において単電池1,1a…はこの順で冷却板２から遠ざ
かる位置にあり、従来例と異って冷却板２から遠い単電
池1aの電極基材５に設けられた親水部8aの巾を冷却板２
から近い単電池１の電極基材５に設けられた親水部８の
巾より大きくして、親水部8aの電解液であるりん酸保持
容積を親水部８のそれより大きくしている。
このような構成により、燃料電池運転時、冷却板２か
ら遠い単電池1aの方が冷却板２から近い単電池１より温
度が高くなり、りん酸の消失量は単電池1aの方が単電池
１より多くなるが、親水部8aのりん酸保持容量は親水部
８のそれより大きいので、単電池1a,1のマトリックス3
a,3に適量のりん酸が保持されるようにりん酸は親水部8
a,8からマトリックス3a,3にそれぞれ補給される。
ら遠い単電池1aの方が冷却板２から近い単電池１より温
度が高くなり、りん酸の消失量は単電池1aの方が単電池
１より多くなるが、親水部8aのりん酸保持容量は親水部
８のそれより大きいので、単電池1a,1のマトリックス3
a,3に適量のりん酸が保持されるようにりん酸は親水部8
a,8からマトリックス3a,3にそれぞれ補給される。
本実施例では電極基材に設けられる親水部の巾を大き
くして親水部の電解液の保持容積を大きくしたが、親水
部の巾を同一にして冷却板から遠ざかる位置にある単電
池程親水部の列数を多くして電解液の保持容積を大きく
しても同じ効果が得られる。
くして親水部の電解液の保持容積を大きくしたが、親水
部の巾を同一にして冷却板から遠ざかる位置にある単電
池程親水部の列数を多くして電解液の保持容積を大きく
しても同じ効果が得られる。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば燃料電
池のセルスタックにおいて冷却板から遠ざかる位置にあ
る単電池程、電極基材に設けられた親水部の電解液保持
容積を大きくしたことにより、燃料電池運転時、冷却板
の冷却作用により生じる積層方向の単電池の温度差によ
る電解液の消失減小速度に応じて電解液を親水部からマ
トリックスに適量補給するので、燃料電池の運転経過に
伴って生じる電池性能低下を各単電池で均一化でき、こ
のため出力電圧特性を抽出単電池で測定して明確に電解
液補給時期を決定できるので一部の単電池が電解液の不
足による性能低下や損傷を起こして運転停止に至ること
がなくなるという効果がある。また電解液消失減小速度
の大きい単電池の親水部の電解液保持容積を大きくして
いるので、電解液の補給間隔が長くなり、燃料電池の保
守が容易になるという効果もある。
池のセルスタックにおいて冷却板から遠ざかる位置にあ
る単電池程、電極基材に設けられた親水部の電解液保持
容積を大きくしたことにより、燃料電池運転時、冷却板
の冷却作用により生じる積層方向の単電池の温度差によ
る電解液の消失減小速度に応じて電解液を親水部からマ
トリックスに適量補給するので、燃料電池の運転経過に
伴って生じる電池性能低下を各単電池で均一化でき、こ
のため出力電圧特性を抽出単電池で測定して明確に電解
液補給時期を決定できるので一部の単電池が電解液の不
足による性能低下や損傷を起こして運転停止に至ること
がなくなるという効果がある。また電解液消失減小速度
の大きい単電池の親水部の電解液保持容積を大きくして
いるので、電解液の補給間隔が長くなり、燃料電池の保
守が容易になるという効果もある。
第１図は本発明の実施例による燃料電池セルスタックの
部分断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は
第１図のＢ−Ｂ矢視図、第４図は燃料電池の単電池の部
分断面図、第５図は燃料電池のセルスタックの分解斜視
図である。 1,1a:単電池、4,6:触媒層、4a:燃料電極、5,7:電極基
材、6a:酸化剤電極、8,8a:親水部、11:セパレータ、15:
セルスタック。
部分断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は
第１図のＢ−Ｂ矢視図、第４図は燃料電池の単電池の部
分断面図、第５図は燃料電池のセルスタックの分解斜視
図である。 1,1a:単電池、4,6:触媒層、4a:燃料電極、5,7:電極基
材、6a:酸化剤電極、8,8a:親水部、11:セパレータ、15:
セルスタック。
Claims (1)
- 【請求項１】触媒層と該触媒層を支持する多孔質の電極
基材とからなる一対の電極を，電解液を含浸保持するマ
トリックスを挟持して配設し、少なくとも一方の前記電
極基材に前記マトリックスに補給する電解液を貯留する
親水部を有する単電池をガス不透過性のセパレータを介
して複数積み重ねるごとに冷却板を介挿してなり、前記
電極基材は反応ガスの流路となる凹状の複数の溝を有
し、前記親水部は前記溝と直角方向に帯状に複数列設け
てなる燃料電池のセルスタックにおいて、前記帯状親水
部の帯の幅あるいは列数を変えることにより、前記親水
部の電解液保持容積を前記冷却板から遠ざかる位置にあ
る単電池程大きくしたことを特徴とする燃料電池のセル
スタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62184538A JPH0828222B2 (ja) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | 燃料電池のセルスタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62184538A JPH0828222B2 (ja) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | 燃料電池のセルスタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6430170A JPS6430170A (en) | 1989-02-01 |
| JPH0828222B2 true JPH0828222B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=16154954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62184538A Expired - Lifetime JPH0828222B2 (ja) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | 燃料電池のセルスタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828222B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2784716B2 (ja) * | 1994-02-21 | 1998-08-06 | 会津碍子株式会社 | 陶磁器の成形方法及び成形装置 |
-
1987
- 1987-07-23 JP JP62184538A patent/JPH0828222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6430170A (en) | 1989-02-01 |
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