JPH08315846A - 積層型燃料電池の異常監視方法 - Google Patents

積層型燃料電池の異常監視方法

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JPH08315846A
JPH08315846A JP7114165A JP11416595A JPH08315846A JP H08315846 A JPH08315846 A JP H08315846A JP 7114165 A JP7114165 A JP 7114165A JP 11416595 A JP11416595 A JP 11416595A JP H08315846 A JPH08315846 A JP H08315846A
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JP
Japan
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fuel
electrode
fuel cell
voltage drop
air electrode
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JP7114165A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kizawa
秀一 木澤
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】電池性能の劣化を迅速に検知して、損傷の発生
を防止する積層型燃料電池の異常監視方法を得る。 【構成】電解質マトリックス8を燃料極7と空気極12
で挟持した単セルと、セパレータ3と、冷却板2を積層
し、両端に集電板13を組み込んだ燃料電池積層体1に
おいて、電解質マトリックス8を介在しない二つの構成
部品の間、例えば、冷却板2と近接する燃料極7との
間、隣接する単セルの燃料極7と空気極12との間、あ
るいは集電板13と近接する電極との間の電圧降下を測
定し、内部抵抗や接触抵抗の増大に伴う電圧降下の増加
により、電池性能の劣化を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電解質層を空気極と
燃料極とで挟持してなる単セルを積層した燃料電池積層
体により形成される積層型燃料電池の、電池性能の劣化
を検知する異常監視方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、この種の積層型燃料電池の基本
構成を模式的に示す部分断面図で、従来の電池性能の異
常監視方法に用いられている電圧降下測定手段を併記し
たものである。図に見られるように、紙面の左右方向に
燃料ガス通流溝4を備えた燃料極基材5と燃料極触媒層
6とからなる燃料極7と、紙面に垂直方向に空気通流溝
11を備えた空気極基材10と空気極触媒層9とからな
る空気極12との間に、リン酸を電解質とする電解質マ
トリックス8を配して単セルが形成されている。このよ
うに形成された単セルは、セパレータ3と交互に積層さ
れ、さらに適宜、冷却板2を介在させて積層される。す
なわち、図3には図示されていないが、冷却板2の上部
にも順次、単セルとセパレータ3が交互に積層され、燃
料電池積層体1が形成される。形成された燃料電池積層
体1の両端に集電板を配し、さらにその外側に締め付け
板を組み込んで締め付けることにより積層型燃料電池が
構成されている。
【0003】このように構成された積層型燃料電池にお
いて、燃料極7の燃料ガス通流溝4に燃料ガスを、また
空気極12の空気通流溝11に空気を通流すれば、電気
化学反応が生じ、発電電力を得られることとなる。しか
しながら、このように構成された積層型燃料電池におい
も運転時間の経過とともに電池性能が劣化する可能性が
あり、最悪の場合には損傷を引き起こす恐れがあるの
で、適切な方法により性能低下を検知する必要がある。
図3に図示した電位検出リード26、27、28、2
9、およびこれに接続された直流電圧計34、35は、
この電池性能の低下を検出するために設けられたもので
ある。冷却板2に接続された電位検出リード26、空気
極12の空気極基材10に接続された電位検出リード2
7、および直流電圧計34により、また、燃料極に接続
された電位検出リード28、空気極に接続された電位検
出リード29、および直流電圧計35により、各単セル
の電圧を測定して性能の低下を検出する方法が採られて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
積層型燃料電池においては、単セルの電圧を測定する手
段が採られているので、電池性能の低下を検出すること
ができる。しかしながら、セル電圧は、電池の温度、供
給される燃料ガスの組成や流量、供給される空気の流
量、あるいは電流密度等の数多くのセルの運転条件によ
って変化し、かつ変化量をこれらの運転条件を加味して
補正するには各条件が相互に干渉する複雑な補正が必要
である。したがって、セルの電圧の低下量が少ない場
合、例えば発電電圧が 600 mv のセルの電圧が数 mv 低
下した場合等には精度の良い補正が困難で、電池性能の
劣化による電圧低下か、運転条件の変化による電圧低下
か判断できないという難点がある。
【0005】また、両端より締め付けて構成される積層
型燃料電池においては、締め付け力が低下するとガスの
漏洩が生じ、電池性能が劣化するとともに、構成部材の
損傷を引き起こす恐れがある。しかしながら、セル電圧
はガスの漏洩量が多量となってから変化するので、セル
電圧により検知する方法においては、構成部材の損傷や
機能低下を防止できないという問題点がある。
【0006】この発明は、かかる問題点を考慮してなさ
れたもので、その目的は、電池性能の劣化を迅速に検知
し、損傷の発生を防止する積層型燃料電池の異常監視方
法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、電解質層を空気極と燃料極
とで挟持してなる単セルと、セパレータと、冷却板とを
積層して燃料電池積層体を形成し、反応ガスを通流さ
せ、電気化学反応により生じる発電電力を取り出す積層
型燃料電池において、電解質層を介在しない二つの構成
部品の間の電圧降下、例えば、冷却板とセパレータを介
して冷却板に近接する空気極または燃料極との間の電圧
降下、空気極とセパレータを介して空気極に近接する燃
料極との間の電圧降下、あるいは集電板とセパレータを
介して集電板に近接する空気極または燃料極との間の電
圧降下等を観測することにより異常状態を検知すること
とする。
【0008】
【作用】上記のように、電解質層を介在しない二つの構
成部品の間の電圧降下、例えば、冷却板とこれに近接す
る空気極または燃料極との間、隣接する単セルの空気極
と燃料極との間、あるいは集電板とこれに近接する空気
極または燃料極との間の電圧降下は、構成部品の内部抵
抗や構成部品間の接触抵抗に依るものである。これらの
構成部品は殆どが導電性のよいカーボン材料で形成され
ているので、正常状態における内部抵抗および接触抵抗
は極めて小さく、ほぼ10-6Ωの程度である。したがっ
て、測定される電圧降下は、ほぼ0mVとなる。
【0009】これに対し、積層型燃料電池の締め付け力
が低下し、ガスの漏洩が生じて構成部材の損傷を引き起
こす恐れが生じる際には、同時に構成部品間の締め付け
力の低下に伴って構成部品間の接触抵抗が増大するの
で、測定される電圧降下が上昇することとなる。したが
って、上記のごとく電圧降下を測定すれば、電池性能の
劣化に伴い、あるいは劣化に先立って、不具合の発生を
検知することができることとなる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の積層型燃料電池の異常監視
方法に用いられる電圧降下測定手段を併記した積層型燃
料電池の基本構成を模式的に示す部分断面図である。本
図に示した積層型燃料電池の基本構成は、図3に示した
従来例と同一であり、各構成部品には同一の符号を付し
て重複する説明を省略する。
【0011】本図と図3との差異は、電圧降下測定手段
の構成にあり、図3においては、各単セルの電圧降下を
測定するように構成されていたのに対して、本図におい
ては、電解質マトリックス8を介在しない二つの構成部
品の間の電圧降下を測定するように構成されている。す
なわち、直流電圧計31には、冷却板2に接続した電位
検出リード21と、冷却板2にセパレータ3を介して近
接した燃料極7の燃料ガス通流溝4の入口側に組み込ま
れた電位検出リード22とを接続して、この間の電圧降
下を測定する。正常状態においては電圧降下はほぼゼロ
であるが、締め付け力が低下する事態に至ると冷却板2
とセパレータ3、あるいはセパレータ3と燃料極7の接
触抵抗が増大するので電圧降下が上昇し、また冷却板
2、セパレータ3、あるいは燃料極7に損傷が生じると
内部抵抗が増大し、電圧降下が上昇するので、不具合の
発生が検知されることとなる。
【0012】また、直流電圧計32は、セパレータ3を
介在して隣接する単セルの空気極12の空気通流溝11
の入口側に組み込まれた電位検出リード23と、燃料極
7の燃料ガス通流溝4の入口側に組み込まれた電位検出
リード24とを接続して、この間の電圧降下を測定し、
この間の接触抵抗の増大、内部抵抗の増大から不具合の
発生を検知するものであり、直流電圧計33は、集電板
13と、これにセパレータ3を介在して隣接する空気極
12の空気通流溝11の入口側とに組み込まれた電位検
出リードを接続して、この間の電圧降下を測定し、この
間の接触抵抗の増大、内部抵抗の増大から不具合の発生
を検知するものである。
【0013】なお、上述のように、燃料ガス通流溝4お
よび空気通流溝11の電位検出リードはいずれも入口側
に組み込まれているが、出口側に組み込むとガスに含ま
れるリン酸により電位検出リードが腐食される可能性が
あることを考慮したものである。また、図2は、これら
の通流溝に組み込まれる電位検出リードを拡大して示し
たもので、リード線43に接続された絶縁被覆42を備
えた白金線41の先端部分を約 20mm 露出させ、通流溝
との電気的接触を良好に保持するよう波状に形成されて
いる。なお、白金線41の代わりにステンレス線を用い
ることもできるが、耐食性の高い白金線41がより好適
である。
【0014】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、電解質
層を空気極と燃料極とで挟持してなる単セルと、セパレ
ータと、冷却板とを積層して燃料電池積層体を形成し、
反応ガスを通流させて電気化学反応により生じる発電電
力を取り出す積層型燃料電池において、電解質層を介在
しない二つの構成部品の間の電圧降下、例えば、冷却板
とセパレータを介して冷却板に近接する空気極または燃
料極との間の電圧降下、空気極とセパレータを介して空
気極に近接する燃料極との間の電圧降下、あるいは集電
板とセパレータを介して集電板に近接する空気極または
燃料極との間の電圧降下等を観測することとしたので、
積層型燃料電池の締め付け力が低下し、ガスの漏洩が生
じて構成部材の損傷を引き起こす恐れが生じる際にも、
構成部品間の接触抵抗の増大を電圧降下の上昇により測
定し、不具合の発生を検知することができることとなっ
たので、電池性能の劣化が迅速に検知され、損傷の発生
が防止される積層型燃料電池の異常監視方法を得ること
ができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層型燃料電池の異常監視方法に用い
られる電圧降下測定手段を併記した、積層型燃料電池の
基本構成を模式的に示す部分断面図
【図2】図1の燃料極の燃料ガス通流溝、および空気極
の空気通流溝に組み込まれる電位検出リードの構成を示
す拡大図
【図3】従来の積層型燃料電池の異常監視方法に用いら
れている電圧降下測定手段を併記した、積層型燃料電池
の基本構成を模式的に示す部分断面図
【符号の説明】
1 燃料電池積層体 2 冷却板 3 セパレータ 4 燃料ガス通流溝 5 燃料極基材 6 燃料極触媒層 7 燃料極 8 電解質マトリックス 9 空気極触媒層 10 空気極基材 11 空気通流溝 12 空気極 13 集電板 21〜25 電位検出リード 31〜35 直流電圧計 41 白金線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質層を空気極と燃料極とで挟持してな
    る単セルと、単セルを気密に分離するセパレータと、単
    セルを冷却する冷却板とを積層して燃料電池積層体を形
    成し、空気極と燃料極に備えた反応ガス通流溝に反応ガ
    スを通流させ、電気化学反応により生じる発電電力を燃
    料電池積層体の両端面に配した集電板より取り出す積層
    型燃料電池において、電解質層を介在しない二つの構成
    部品の間の電圧降下を測定し、その増加により異常状態
    を検知することを特徴とする積層型燃料電池の異常監視
    方法。
  2. 【請求項2】前記の電圧降下が、冷却板とセパレータを
    介して冷却板に近接する空気極または燃料極との間の電
    圧降下、空気極とセパレータを介して空気極に近接する
    燃料極との間の電圧降下、あるいは集電板とセパレータ
    を介して集電板に近接する空気極または燃料極との間の
    電圧降下の少なくともいずれか一つであることを特徴と
    する請求項1に記載の積層型燃料電池の異常監視方法。
JP7114165A 1995-05-12 1995-05-12 積層型燃料電池の異常監視方法 Pending JPH08315846A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115084614A (zh) * 2022-08-19 2022-09-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池电堆

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