JPH09219205A - Fuel cell layered product - Google Patents

Fuel cell layered product

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Publication number
JPH09219205A
JPH09219205A JP8023829A JP2382996A JPH09219205A JP H09219205 A JPH09219205 A JP H09219205A JP 8023829 A JP8023829 A JP 8023829A JP 2382996 A JP2382996 A JP 2382996A JP H09219205 A JPH09219205 A JP H09219205A
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JP
Japan
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electrolyte
plate
gas supply
fuel cell
unit cell
Prior art date
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Application number
JP8023829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taiji Kogami
泰司 小上
Kentaro Matsunaga
健太郎 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09219205A publication Critical patent/JPH09219205A/en
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    • 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the nonuniform amount of electrolyte between cells due to the movement of the electrolyte and the deterioration of battery property due to more or less electrolyte in the cells by providing an electrolyte absorbing plate arranged between a cooling plate and a gas supply plate on the cathode side of the cell adjacent thereto. SOLUTION: An electrolyte absorbing plate 20 is arranged between a cooling plate 17 and a gas supply plate 14 on the cathode side of a cell 8e adjacent thereto to absorb electrolyte. When a cell laminate is operated, the electrolyte is moved from a cell 8a on the positive electrode side to the cell 8e on the negative electrode side but the moved electrolyte is absorbed into the electrolyte absorbing plate 20, not accumulated on the cell 8e. In this way, there is no too much electrolyte in the cell 8e and voltage drop due to the increase of diffusive polarization is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は運転中に生じる電解
質移動による単電池間の電解質の量の不均一化を防止す
る燃料電池積層体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack for preventing non-uniformity of the amount of electrolyte between unit cells due to electrolyte migration that occurs during operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、燃料の有している化学的エネルギ
を直接電気エネルギに変換する装置として、燃料電池が
知られている。通常、燃料電池は電解質を保持したマト
リックスを挟んで一対の多孔質電極板を配置すると共
に、一方の電極板の背面に水素等の燃料ガスを、他方の
電極板の背面に空気等の酸化剤ガスをそれぞれ供給し、
このとき起る電気化学反応を利用して、電極間から電気
エネルギを連続して取り出せるように構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as a device for directly converting the chemical energy of fuel into electric energy. Usually, in a fuel cell, a pair of porous electrode plates are arranged with a matrix holding an electrolyte in between, a fuel gas such as hydrogen is placed on the back surface of one electrode plate, and an oxidant such as air is placed on the back surface of the other electrode plate. Supply each gas,
By utilizing the electrochemical reaction that occurs at this time, electrical energy can be continuously extracted from between the electrodes.

【0003】図7は一般的な燃料電池の分解斜視図であ
る。同図において、複数個の単電池を積層してなる積層
体1は、その上下端部に配置された端板2により積層方
向に締め付けられており、積層体1に発生する電気エネ
ルギは、端板2に設けられた出力端子3から取り出すよ
うに構成されている。また、積層体1の側面には、ガス
ケット4を介して燃料ガス5及び酸化剤ガス6を供給,
排出するためのマニーホールド7が設けられている。
FIG. 7 is an exploded perspective view of a general fuel cell. In the figure, a stack 1 formed by stacking a plurality of unit cells is clamped in the stacking direction by end plates 2 arranged at the upper and lower ends thereof, and the electric energy generated in the stack 1 is It is configured to be taken out from the output terminal 3 provided on the plate 2. Further, the fuel gas 5 and the oxidant gas 6 are supplied to the side surface of the laminated body 1 through the gasket 4.
A manifold 7 is provided for discharging.

【0004】図8は上記した従来の燃料電池積層体の断
面図である。同図において、積層体1を構成する複数個
の単電池8a…8e(以下単に単電池をさす場合は単電
池8とする)は、それぞれ電解質を含浸してなる電解質
層9と、この電解質層9を挟んでその両側に配置した多
孔質炭素材料よりなる一対のアノード電極板10及びカ
ソード電極板11とから構成されている。アノード電極
板10及びカソード電極板11の電解質層9に接触する
面側には触媒層12がそれぞれ形成されている。また、
それぞれの触媒層12の反対側の面に、反応ガスをそれ
ぞれ供給するためガス供給溝を形成した燃料ガス供給板
13または酸化剤ガス供給板14がそれぞれ配置されて
いる。
FIG. 8 is a sectional view of the above-mentioned conventional fuel cell stack. In the same figure, a plurality of unit cells 8a ... 8e (hereinafter referred to as unit cells 8 when simply referring to the unit cells) constituting the laminated body 1 respectively include an electrolyte layer 9 formed by impregnating an electrolyte, and the electrolyte layer 9. It is composed of a pair of an anode electrode plate 10 and a cathode electrode plate 11 made of a porous carbon material, which are arranged on both sides of the anode electrode 9 with the electrode 9 interposed therebetween. A catalyst layer 12 is formed on each of the surfaces of the anode electrode plate 10 and the cathode electrode plate 11 that contact the electrolyte layer 9. Also,
On the opposite surface of each catalyst layer 12, a fuel gas supply plate 13 or an oxidant gas supply plate 14 each having a gas supply groove for supplying a reaction gas is arranged.

【0005】上記したように、従来の積層体1は単電池
8をガス供給板13、14で挟んだ構造のものを、さら
にガス不透過性のセパレータ15を介して積層してい
る。また、各単電池8は運転状態において発熱するた
め、温度制御手段として複数の単電池8を積層する毎
に、内部に冷却媒体流通用の伝熱管16を埋め込んだ冷
却板17を配置している。図では5個の単電池8を2枚
の冷却板17で挟んだ構造が示されている。
As described above, the conventional laminate 1 has a structure in which the unit cell 8 is sandwiched between the gas supply plates 13 and 14, and is further laminated via the gas impermeable separator 15. Further, since each unit cell 8 generates heat in an operating state, a cooling plate 17 having a heat transfer tube 16 for circulating a cooling medium embedded therein is arranged every time a plurality of unit cells 8 are stacked as a temperature control means. . In the figure, a structure in which five unit cells 8 are sandwiched between two cooling plates 17 is shown.

【0006】図9は従来の他の積層体の断面図である。
同図において、燃料電池積層体1を構成する複数個の単
電池8は、それぞれ電解質を含浸してなる電解質層9
と、この電解質層9を挟んでその両側に配置した多孔質
炭素材料よりなる一対のガス供給溝付きアノード電極板
18及びガス供給溝付きカソード電極板19とから構成
されている。アノード電極板18及びカソード電極板1
9の電解質層9に接触する面側には、触媒層12がそれ
ぞれ形成されている。また、単電池8はガス不透過性の
セパレータ15を介して所定個数積層されている。さら
に、各単電池8は運転状態において発熱するため、温度
制御手段として複数の単電池8を積層する毎に、内部に
冷却媒体流通用の伝熱管16を埋め込んだ冷却板17を
配置している。図では5個の単電池8を2枚の冷却板1
7で挟んだ構造が示されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of another conventional laminated body.
In the figure, a plurality of unit cells 8 constituting the fuel cell stack 1 are each provided with an electrolyte layer 9 impregnated with an electrolyte.
And a pair of anode electrode plates 18 with a gas supply groove and a cathode electrode plate 19 with a gas supply groove, which are arranged on both sides of the electrolyte layer 9 with the electrolyte layer 9 interposed therebetween. Anode electrode plate 18 and cathode electrode plate 1
A catalyst layer 12 is formed on each of the surface sides of 9 which are in contact with the electrolyte layer 9. Further, the unit cells 8 are stacked in a predetermined number with a gas impermeable separator 15 interposed therebetween. Further, since each unit cell 8 generates heat in an operating state, a cooling plate 17 having a heat transfer tube 16 for circulating a cooling medium embedded therein is arranged every time a plurality of unit cells 8 are stacked as a temperature control means. . In the figure, five unit cells 8 and two cooling plates 1
The structure sandwiched by 7 is shown.

【0007】通常、上記した燃料電池積層体では、寿命
を支配する要素として各単電池に保持されている電解質
の量が挙げられる。燃料電池は、反応ガスへの電解質の
蒸発や、起動、停止に伴う電解質の体積変化による電池
端部からの染みだしにより、電池から電解質の一部が失
われることが一般的に良く知られている。そのため、従
来より、(1)予め電池に失われる電解質量を保持させ
ておく、(2)電池から失われる電解質の量を最小限に
抑制する、等の対策(特開昭61−263061号公
報)がとられてきた。
Usually, in the above-mentioned fuel cell stack, the amount of electrolyte retained in each unit cell is mentioned as a factor governing the life. It is generally well known that in a fuel cell, part of the electrolyte is lost from the cell due to the evaporation of the electrolyte into the reaction gas and the oozing from the cell edge due to the volume change of the electrolyte due to start and stop. There is. Therefore, conventionally, measures such as (1) holding the electrolytic mass lost in the battery in advance, and (2) suppressing the amount of electrolyte lost from the battery to the minimum (Japanese Patent Laid-Open No. 61-263061). ) Has been taken.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように電池からの一方的な電解質の損失だけでなく、以
下に説明するような、積層された単電池間の電解質の移
動も問題となることが分かってきた。
However, not only the one-way loss of electrolyte from the battery as described above, but also the movement of the electrolyte between the stacked unit cells as described below becomes a problem. Has come to be understood.

【0009】また、各単電池8は図8または図9に示す
ように、セパレータ15により仕切られている。セパレ
ータ15は、ガスの分離と同時に各単電池8間の電解質
を区切る機能を有しているが、運転が長期に及ぶ場合に
は、セパレータ15を電気泳動により電解質が通過し、
正極側の単電池8eの電解質保持量が徐々に増加し、一
方、負極側の単電池8aの電解質保持量が徐々に減少す
る。このように単電池内の電解質の量に増減が生じた場
合、電解質が減少した電池では反応ガスのクロスオーバ
による電圧の低下、電解質が増加した電池では拡散分極
増大による電池電圧が低下するという問題があった。さ
らに、増減量が大きい場合は電池電圧の低下のみなら
ず、電極に腐食が発生するという問題があった。
Further, as shown in FIG. 8 or 9, each unit cell 8 is partitioned by a separator 15. The separator 15 has a function of separating the electrolyte between the individual cells 8 at the same time as separating the gas, but when the operation is long, the electrolyte passes through the separator 15 by electrophoresis,
The electrolyte retention amount of the positive electrode side unit cell 8e gradually increases, while the electrolyte retention amount of the negative electrode side unit cell 8a gradually decreases. When the amount of electrolyte in the unit cell increases or decreases in this way, the voltage decreases due to reaction gas crossover in batteries with reduced electrolyte, and the battery voltage decreases due to increased diffusion polarization in batteries with increased electrolyte. was there. Further, when the increase / decrease amount is large, there is a problem that not only the battery voltage is lowered but also the electrodes are corroded.

【0010】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、長期運転により単電池間
に電解質の移動が生じても、電池電圧の低下が起こらな
い燃料電池積層体を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell laminate in which the cell voltage does not drop even if the electrolyte moves between the cells due to long-term operation. To provide.

【0011】[0011]

【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、本発明の請求項1は、電解質層を挟んで配置され
た一対のアノード電極及びカソード電極からなる単電池
と、前記単電池のアノード電極及びカソード電極にそれ
ぞれ接して配置された反応ガスを供給できる溝を形成し
たガス供給板と、隣接する前記ガス供給板間に配置され
たガス不透過性のセパレータとを多数積層してなる燃料
電池積層体において、積層された複数の単電池毎に前記
セパレータの代わりに配置された冷却板と、前記冷却板
と接する前記単電池のカソード側のガス供給板との間に
配置された電解質吸収板とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, claim 1 of the present invention provides a unit cell comprising a pair of an anode electrode and a cathode electrode arranged with an electrolyte layer interposed therebetween, and the unit cell. A plurality of gas supply plates, each of which is provided in contact with the anode electrode and the cathode electrode and has a groove for supplying a reaction gas, and a gas impermeable separator disposed between the adjacent gas supply plates. In the fuel cell stack consisting of, a cooling plate arranged instead of the separator for each of a plurality of stacked unit cells, and a gas supply plate on the cathode side of the unit cell in contact with the cooling plate. And an electrolyte absorbing plate.

【0012】本発明の請求項2は、電解質層を挟んで配
置された一対のアノード電極及びカソード電極からなる
単電池と、前記単電池のアノード電極及びカソード電極
にそれぞれ接して配置された反応ガスを供給できる溝を
形成したガス供給板と、隣接する前記ガス供給板間に配
置されたガス不透過性のセパレータとを多数積層してな
る燃料電池積層体において、積層された複数の単電池毎
に前記セパレータの代わりに配置された冷却板と、前記
冷却板と接する前記単電池のカソード側のガス供給板と
の間に配置された電解質吸収板と、他の前記冷却板と接
する前記単電池のアノード側のガス供給板との間に配置
された電解質補給板とを備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a unit cell composed of a pair of anode and cathode electrodes sandwiching an electrolyte layer, and a reaction gas disposed in contact with the anode electrode and the cathode electrode of the unit cell, respectively. A gas supply plate having a groove capable of supplying a plurality of gas impermeable separators arranged between the gas supply plates adjacent to each other, in each of a plurality of stacked unit cells A cooling plate arranged instead of the separator, an electrolyte absorption plate arranged between the gas supply plate on the cathode side of the unit cell in contact with the cooling plate, and the unit cell in contact with another cooling plate And an electrolyte supply plate disposed between the anode side gas supply plate and the anode side gas supply plate.

【0013】本発明の請求項3は、請求項2記載の燃料
電池積層体において、前記電解質吸収板及び前記電解質
補給板にそれぞれリン酸量検出プローブを取り付けたこ
とを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the second aspect, a phosphoric acid amount detection probe is attached to each of the electrolyte absorbing plate and the electrolyte replenishing plate.

【0014】本発明の請求項4は、電解質層を挟んで配
置された一対の反応ガス供給溝を形成したアノード電極
及び反応ガス供給溝を形成したカソード電極からなる単
電池と、前記単電池の間に配置されたガス不透過性のセ
パレータとを多数積層してなる燃料電池積層体におい
て、複数の前記単電池毎に前記セパレータの代わりに配
置された冷却板と、前記冷却板と前記単電池のカソード
電極の間に配置された電解質吸収板とを備えたことを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a unit cell comprising an anode electrode having a pair of reaction gas supply grooves and a cathode electrode having the reaction gas supply groove, which are arranged with an electrolyte layer interposed therebetween, and a unit cell of the unit cell. A fuel cell stack comprising a plurality of gas-impermeable separators arranged in between, a cooling plate arranged in place of the separator for each of the plurality of unit cells, the cooling plate and the unit cells. And an electrolyte absorption plate disposed between the cathode electrodes of the.

【0015】本発明の請求項5は、電解質層を挟んで配
置された一対の反応ガス供給溝を形成したアノード電極
及び反応ガス供給溝を形成したカソード電極からなる単
電池と、前記単電池の間に配置されたガス不透過性のセ
パレータとを多数積層してなる燃料電池積層体におい
て、複数の前記単電池毎に前記セパレータの代わりに配
置された冷却板と、前記冷却板と前記単電池のカソード
電極の間に配置された電解質吸収板と、他の前記冷却板
と前記単電池のアノード電極の間に配置された電解質補
給板とを備えたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a unit cell comprising an anode electrode having a pair of reaction gas supply grooves and a cathode electrode having the reaction gas supply groove, which are arranged with an electrolyte layer interposed therebetween, and a unit cell of the unit cell. A fuel cell stack comprising a plurality of gas-impermeable separators arranged in between, a cooling plate arranged in place of the separator for each of the plurality of unit cells, the cooling plate and the unit cells. And an electrolyte replenishing plate arranged between the other cooling plate and the anode electrode of the unit cell.

【0016】本発明の請求項6は、請求項5記載の燃料
電池積層体において、前記電解質吸収板及び前記電解質
補給板にそれぞれリン酸量検出プローブを取り付けたこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell stack according to the fifth aspect, a phosphoric acid amount detection probe is attached to each of the electrolyte absorption plate and the electrolyte replenishment plate.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は本発明の第1実施例(請求項
1対応)の燃料電池積層体の断面図である。本実施例で
は、冷却板17とこの冷却板17に隣設する単電池8e
のカソード側のガス供給板14の間に電解質を吸収でき
る電解質吸収板20を配置した構成が図8の従来の燃料
電池積層体と異なり、その他の構成は同一であるので、
既に説明した図8の従来例と同一部分には同一符号を付
して重複説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a fuel cell stack according to a first embodiment (corresponding to claim 1) of the present invention. In this embodiment, the cooling plate 17 and the unit cell 8e adjacent to the cooling plate 17 are provided.
Since the configuration in which the electrolyte absorption plate 20 capable of absorbing the electrolyte is arranged between the gas supply plate 14 on the cathode side of the above is different from the conventional fuel cell stack of FIG. 8, the other configurations are the same.
The same parts as those of the conventional example shown in FIG.

【0018】本実施例によると、電池積層体を運転する
と正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解質
は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄積
されることなしに電解質吸収板20に吸収される。した
がって、単電池8eにおいて電解質が過剰となることは
なく、拡散分極増大による電圧の低下を防止することが
できる。
According to this embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the positive cell 8a to the negative cell 8e, but the moved electrolyte is not accumulated in the single cell 8e. It is absorbed by the electrolyte absorption plate 20. Therefore, the electrolyte does not become excessive in the unit cell 8e, and it is possible to prevent a decrease in voltage due to an increase in diffusion polarization.

【0019】図2は本発明の第2実施例(請求項2対
応)の燃料電池積層体の断面図であり、既に説明した図
8の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。
FIG. 2 is a sectional view of a fuel cell stack according to a second embodiment (corresponding to claim 2) of the present invention. The same parts as those of the conventional example of FIG. The description is omitted.

【0020】本実施例では、冷却板17とこの冷却板1
7に隣設する単電池8eのカソード側のガス供給板14
の間に電解質を吸収できる電解質吸収板20を配置し、
さらに冷却板17とこの冷却板17に隣設する単電池8
aのアノード側のガス供給板13の間に電解質を保持し
た電解質補給板21を配置した構成が図8の従来の燃料
電池積層体と異なる。
In this embodiment, the cooling plate 17 and this cooling plate 1
Gas supply plate 14 on the cathode side of the unit cell 8e adjacent to 7
An electrolyte absorbing plate 20 capable of absorbing an electrolyte is arranged between
Further, the cooling plate 17 and the unit cell 8 adjacent to the cooling plate 17
The configuration in which an electrolyte replenishing plate 21 holding an electrolyte is arranged between the gas supply plate 13 on the anode side of a is different from the conventional fuel cell stack of FIG.

【0021】本実施例によると、電池積層体を運転する
と正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解質
は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄積
されることなしに、電解質吸収板20に吸収される。ま
た、電解質補給板21からは正極側の単電池8aに電解
質を補給することができる。したがって、単電池8eで
は電解質が過剰となることはなく、拡散分極増大による
電圧の低下を防止することができる。また、単電池8a
では電解質が欠乏することはなく、反応ガスのクロスオ
ーバによる電圧の低下を防止することができる。
According to this embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the unit cell 8a on the positive side to the unit cell 8e on the negative side, but the moved electrolyte is not accumulated in the unit cell 8e. , And is absorbed by the electrolyte absorption plate 20. Further, the electrolyte can be replenished from the electrolyte replenishing plate 21 to the single cell 8a on the positive electrode side. Therefore, in the unit cell 8e, the electrolyte does not become excessive, and it is possible to prevent a voltage drop due to an increase in diffusion polarization. Also, the unit cell 8a
Therefore, the electrolyte is not deficient, and the voltage drop due to the crossover of the reaction gas can be prevented.

【0022】図3は本発明の第3実施例(請求項3対
応)の燃料電池積層体の断面図であり、既に説明した図
8の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。
FIG. 3 is a sectional view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention (corresponding to claim 3). The same parts as those of the conventional example of FIG. The description is omitted.

【0023】本実施例では、冷却板17とこの冷却板1
7に隣設する単電池8eのカソード側のガス供給板14
の間に電解質を吸収できる電解質吸収板20を配置し、
かつ冷却板17とこの冷却板17に隣設する単電池8a
のアノード側のガス供給板の間に電解質を保持した電解
質補給板21を配置し、さらに電解質吸収板20と電解
質補給板21に電解質量検出プローブ22を配置した構
成が図8の従来の燃料電池の積層体と異なる。
In this embodiment, the cooling plate 17 and this cooling plate 1
Gas supply plate 14 on the cathode side of the unit cell 8e adjacent to 7
An electrolyte absorbing plate 20 capable of absorbing an electrolyte is arranged between
Further, the cooling plate 17 and the unit cell 8a adjacent to the cooling plate 17
An electrolyte replenishment plate 21 holding an electrolyte is arranged between the anode side gas supply plates, and an electrolyte mass detection probe 22 is further arranged on the electrolyte absorption plate 20 and the electrolyte replenishment plate 21. Different from the body.

【0024】本実施例によると、電池積層体を運転する
と正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解質
は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄積
されることなしに、電解質吸収板20に吸収される。ま
た、電解質補給板21からは正極側の単電池8aに電解
質が補給される。さらに、電解質吸収板20と電解質補
給板21に配置した電解質量検出プローブ22によりそ
れぞれの板に残留する電解質量を検出できる。
According to this embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the unit cell 8a on the positive side to the unit cell 8e on the negative side, but the moved electrolyte is not accumulated in the unit cell 8e. , And is absorbed by the electrolyte absorption plate 20. Further, the electrolyte is replenished from the electrolyte replenishing plate 21 to the unit cell 8a on the positive electrode side. Further, the electrolytic mass detection probes 22 arranged on the electrolyte absorbing plate 20 and the electrolyte replenishing plate 21 can detect the electrolytic mass remaining on each plate.

【0025】したがって、単電池8eにおいて電解質が
過剰となることはなく、拡散分極増大による電圧の低下
を防止することができる。また、単電池8aでは電解質
が欠乏することはなく、反応ガスのクロスオーバによる
電圧の低下を防止することができる。さらに、電解質吸
収板20と電解質補給板21に残留する電解質量を測定
することにより、拡散分極増大及び反応ガスのクロスオ
ーバによるそれぞれの電圧の低下を予想することができ
るので、適切な時期に電解質吸収板20と電解質補給板
21の少なくともいずれか一方を取り替えるか、電池積
層体に供給する反応ガスを入れ替えることにより電解質
の流れ方向を逆転し、さらに長時間運転が可能となる。
Therefore, the electrolyte does not become excessive in the unit cell 8e, and it is possible to prevent a voltage drop due to an increase in diffusion polarization. Further, in the unit cell 8a, the electrolyte is not deficient, and the voltage drop due to the crossover of the reaction gas can be prevented. Furthermore, by measuring the electrolytic masses remaining on the electrolyte absorption plate 20 and the electrolyte replenishment plate 21, it is possible to predict a decrease in each voltage due to an increase in diffusion polarization and a crossover of the reaction gas. By replacing at least one of the absorbing plate 20 and the electrolyte replenishing plate 21 or by replacing the reaction gas supplied to the battery stack, the flow direction of the electrolyte is reversed, and it becomes possible to operate for a longer time.

【0026】図4は本発明の第4実施例(請求項4対
応)の燃料電池積層体の断面図であり、既に説明した図
9の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。
FIG. 4 is a sectional view of a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention (corresponding to claim 4). The same parts as those of the conventional example of FIG. The description is omitted.

【0027】本実施例では、冷却板17とこの冷却板1
7に隣設する単電池8eのガス供給溝付きカソード電極
板19の間に電解質を吸収できる電解質吸収板20を配
置した構成が図9の従来の燃料電池積層体と異なる。
In this embodiment, the cooling plate 17 and this cooling plate 1
7 is different from the conventional fuel cell stack of FIG. 9 in that an electrolyte absorbing plate 20 capable of absorbing an electrolyte is arranged between the cathode electrode plates 19 with gas supply grooves of the unit cell 8e adjacent thereto.

【0028】本実施例によると、電池積層体を運転する
と正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解質
は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄積
されることなしに、電解質吸収板20に吸収される。し
たがって、単電池8eにおいて電解質が過剰となること
はなく、拡散分極増大による電圧の低下を防止すること
ができる。
According to this embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the positive cell 8a to the negative cell 8e, but the moved electrolyte is not accumulated in the single cell 8e. , And is absorbed by the electrolyte absorption plate 20. Therefore, the electrolyte does not become excessive in the unit cell 8e, and it is possible to prevent a decrease in voltage due to an increase in diffusion polarization.

【0029】図5は本発明の第5実施例(請求項5対
応)の燃料電池積層体の断面図であり、既に説明した図
9の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。
FIG. 5 is a sectional view of a fuel cell stack of a fifth embodiment (corresponding to claim 5) of the present invention. The same parts as those of the conventional example of FIG. The description is omitted.

【0030】本実施例では、冷却板17とこの冷却板1
7に隣設する単電池8eのガス供給溝付きカソード電極
板19の間に電解質を吸収できる電解質吸収板20を配
置し、かつ冷却板17とこの冷却板17に隣設する単電
池8aのガス供給溝付きアノード電極板18の間に電解
質を保持した電解質補給板21を配置した構成が図9の
従来の燃料電池積層体と異なる。
In this embodiment, the cooling plate 17 and this cooling plate 1
7, an electrolyte absorbing plate 20 capable of absorbing an electrolyte is arranged between the cathode electrode plates 19 with gas supply grooves of the unit cell 8e adjacent to the cooling unit, and the cooling plate 17 and the gas of the unit cell 8a adjacent to the cooling plate 17 are arranged. The configuration in which an electrolyte replenishment plate 21 holding an electrolyte is arranged between the anode electrode plates 18 with supply grooves is different from the conventional fuel cell stack of FIG.

【0031】本実施例によると、電池積層体を運転する
と正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解質
は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄積
されることなしに、電解質吸収板20に吸収される。ま
た、電解質補給板21からは正極側の単電池8aに電解
質が補給される。
According to this embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the positive cell 8a to the negative cell 8e, but the moved electrolyte is not accumulated in the single cell 8e. , And is absorbed by the electrolyte absorption plate 20. Further, the electrolyte is replenished from the electrolyte replenishing plate 21 to the unit cell 8a on the positive electrode side.

【0032】したがって、単電池8eにおいて電解質が
過剰となることはなく、拡散分極増大による電圧の低下
を防止することができる。また、単電池8aでは電解質
が欠乏することはなく、反応ガスのクロスオーバによる
電圧の低下を防止することができる。
Therefore, the electrolyte does not become excessive in the unit cell 8e, and it is possible to prevent a voltage drop due to an increase in diffusion polarization. Further, in the unit cell 8a, the electrolyte is not deficient, and the voltage drop due to the crossover of the reaction gas can be prevented.

【0033】図6は本発明の第6実施例(請求項6対
応)の燃料電池積層体の断面図であり、既に説明した図
9の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は
省略する。
FIG. 6 is a sectional view of a fuel cell stack according to a sixth embodiment of the present invention (corresponding to claim 6). The same parts as those of the conventional example shown in FIG. The description is omitted.

【0034】本実施例では、冷却板17とこの冷却板1
7に隣設する単電池8eのガス供給溝付きカソード電極
板19の間に電解質を吸収できる電解質吸収板20を配
置し、かつ冷却板17とこの冷却板17に隣設する単電
池8aのガス供給溝付きアノード電極板18の間に電解
質を保持した電解質補給板21を配置し、さらに電解質
吸収板20と電解質補給板21に電解質量検出プローブ
22を配置した構成が図9の従来の燃料電池積層体と異
なる。
In this embodiment, the cooling plate 17 and this cooling plate 1
7, an electrolyte absorbing plate 20 capable of absorbing an electrolyte is arranged between the cathode electrode plates 19 with gas supply grooves of the unit cell 8e adjacent to the cooling unit, and the cooling plate 17 and the gas of the unit cell 8a adjacent to the cooling plate 17 are arranged. An electrolyte replenishment plate 21 holding an electrolyte is arranged between anode groove plates 18 with supply grooves, and an electrolyte mass detection probe 22 is arranged on the electrolyte absorption plate 20 and the electrolyte replenishment plate 21. Different from laminated body.

【0035】本実施例によると、電池積層体を運転する
と、正極側の単電池8aから負極側の単電池8eに電解
質は移動するが、この移動した電解質は単電池8eに蓄
積されることなしに、電解質吸収板20に吸収される。
また、電解質補給板21からは正極側の単電池8aに電
解質が補給される。さらに、電解質吸収板20と電解質
補給板21に配置した電解質量検出プローブ22によ
り、それぞれの板に残留する電解質量を検出できる。
According to the present embodiment, when the battery stack is operated, the electrolyte moves from the unit cell 8a on the positive side to the unit cell 8e on the negative side, but the moved electrolyte is not accumulated in the unit cell 8e. Then, it is absorbed by the electrolyte absorption plate 20.
Further, the electrolyte is replenished from the electrolyte replenishing plate 21 to the unit cell 8a on the positive electrode side. Furthermore, the electrolytic mass detection probes 22 arranged on the electrolyte absorbing plate 20 and the electrolyte replenishing plate 21 can detect the electrolytic mass remaining on each plate.

【0036】したがって、単電池8eにおいて電解質が
過剰となることはなく、拡散分極増大による電圧の低下
を防止することができる。また、単電池8aでは電解質
が欠乏することはなく、反応ガスのクロスオーバによる
電圧の低下を防止することができる。さらに、電解質吸
収板20と電解質補給板21に残留する電解質量を測定
することにより、拡散分極増大及び反応ガスのクロスオ
ーバによるそれぞれの電圧の低下を予想することができ
るので、適切な時期に電解質吸収板20あるいは電解質
補給板21の少なくともいずれか一方を取り替えるか、
電池積層体に供給する反応ガスを入れ替えることにより
電解質の流れ方向を逆転し、さらに長時間運転が可能と
なる。
Therefore, the electrolyte does not become excessive in the unit cell 8e, and it is possible to prevent the voltage from decreasing due to the increase in diffusion polarization. Further, in the unit cell 8a, the electrolyte is not deficient, and the voltage drop due to the crossover of the reaction gas can be prevented. Furthermore, by measuring the electrolytic masses remaining on the electrolyte absorption plate 20 and the electrolyte replenishment plate 21, it is possible to predict a decrease in each voltage due to an increase in diffusion polarization and a crossover of the reaction gas. Whether at least one of the absorption plate 20 and the electrolyte supply plate 21 is replaced,
By changing the reaction gas supplied to the battery stack, the flow direction of the electrolyte is reversed, and the operation can be performed for a long time.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
乃至請求項6によれば、燃料電池積層体の運転中に生じ
る電解質移動による電池間の電解質の量の不均一を防止
することができ、電池内の電解質の過不足による電池特
性低下の発生を防止できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to claim 6, it is possible to prevent unevenness in the amount of the electrolyte between the cells due to the movement of the electrolyte that occurs during the operation of the fuel cell stack, and to prevent the deterioration of the cell characteristics due to the excess or deficiency of the electrolyte in the cell. It can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 1 is a sectional view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 2 is a sectional view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 3 is a sectional view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 4 is a sectional view of a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 5 is a sectional view of a fuel cell stack according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6実施例による燃料電池積層体の断
面図。
FIG. 6 is a sectional view of a fuel cell stack according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来の燃料電池の一般的な構成を示す分解斜視
図。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a general configuration of a conventional fuel cell.

【図8】従来の燃料電池積層体の一例を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing an example of a conventional fuel cell stack.

【図9】従来の燃料電池積層体の他の例を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of a conventional fuel cell stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…積層体、2…端板、3…出力端子、4…ガスケッ
ト、5…燃料ガス、6…酸化剤ガス、7…マニホール
ド、8,8a〜8e…単電池、9…電解質層、10…ア
ノード電極板、11…カソード電極板、12…触媒層、
13…燃料ガス供給板、14…酸化剤ガス供給板、15
…セパレータ、16…伝熱管、17…冷却板、18…ア
ノード電極板、19…カソード電極板、20…電解質吸
収板、21…電解質補給板、22…電解質量検出プロー
ブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated body, 2 ... End plate, 3 ... Output terminal, 4 ... Gasket, 5 ... Fuel gas, 6 ... Oxidizing gas, 7 ... Manifold, 8, 8a-8e ... Single cell, 9 ... Electrolyte layer, 10 ... Anode electrode plate, 11 ... Cathode electrode plate, 12 ... Catalyst layer,
13 ... Fuel gas supply plate, 14 ... Oxidant gas supply plate, 15
... Separator, 16 ... Heat transfer tube, 17 ... Cooling plate, 18 ... Anode electrode plate, 19 ... Cathode electrode plate, 20 ... Electrolyte absorbing plate, 21 ... Electrolyte replenishing plate, 22 ... Electrolyte mass detection probe.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質層を挟んで配置された一対のアノ
ード電極及びカソード電極からなる単電池と、前記単電
池のアノード電極及びカソード電極にそれぞれ接して配
置された反応ガスを供給できる溝を形成したガス供給板
と、隣接する前記ガス供給板間に配置されたガス不透過
性のセパレータとを多数積層してなる燃料電池積層体に
おいて、積層された複数の単電池毎に前記セパレータの
代わりに配置された冷却板と、前記冷却板と接する前記
単電池のカソード側のガス供給板との間に配置された電
解質吸収板とを備えたことを特徴とする燃料電池積層
体。
1. A unit cell comprising a pair of an anode electrode and a cathode electrode arranged with an electrolyte layer sandwiched therebetween, and a groove for supplying a reaction gas, which is arranged in contact with the anode electrode and the cathode electrode of the unit cell, respectively. In a fuel cell stack comprising a number of stacked gas supply plates and gas-impermeable separators arranged between adjacent gas supply plates, instead of the separator for each of a plurality of stacked unit cells. A fuel cell stack comprising: a cooling plate arranged; and an electrolyte absorbing plate arranged between a gas supply plate on the cathode side of the unit cell, which is in contact with the cooling plate.
【請求項2】 電解質層を挟んで配置された一対のアノ
ード電極及びカソード電極からなる単電池と、前記単電
池のアノード電極及びカソード電極にそれぞれ接して配
置された反応ガスを供給できる溝を形成したガス供給板
と、隣接する前記ガス供給板間に配置されたガス不透過
性のセパレータとを多数積層してなる燃料電池積層体に
おいて、積層された複数の単電池毎に前記セパレータの
代わりに配置された冷却板と、前記冷却板と接する前記
単電池のカソード側のガス供給板との間に配置された電
解質吸収板と、他の前記冷却板と接する前記単電池のア
ノード側のガス供給板との間に配置された電解質補給板
とを備えたことを特徴とする燃料電池積層体。
2. A unit cell comprising a pair of an anode electrode and a cathode electrode arranged with an electrolyte layer sandwiched between them, and a groove for contacting with the anode electrode and the cathode electrode of the unit cell and for supplying a reaction gas, respectively. In a fuel cell stack comprising a number of stacked gas supply plates and gas-impermeable separators arranged between adjacent gas supply plates, instead of the separator for each of a plurality of stacked unit cells. An electrolyte absorption plate arranged between a cooling plate arranged and a gas supply plate on the cathode side of the unit cell in contact with the cooling plate, and a gas supply on the anode side of the unit cell in contact with another cooling plate. A fuel cell stack comprising: an electrolyte supply plate disposed between the plate and the electrolyte supply plate.
【請求項3】 請求項2記載の燃料電池積層体におい
て、前記電解質吸収板及び前記電解質補給板にそれぞれ
リン酸量検出プローブを取り付けたことを特徴とする燃
料電池積層体。
3. The fuel cell stack according to claim 2, wherein a phosphoric acid amount detection probe is attached to each of the electrolyte absorption plate and the electrolyte replenishment plate.
【請求項4】 電解質層を挟んで配置された一対の反応
ガス供給溝を形成したアノード電極及び反応ガス供給溝
を形成したカソード電極からなる単電池と、前記単電池
の間に配置されたガス不透過性のセパレータとを多数積
層してなる燃料電池積層体において、複数の前記単電池
毎に前記セパレータの代わりに配置された冷却板と、前
記冷却板と前記単電池のカソード電極の間に配置された
電解質吸収板とを備えたことを特徴とする燃料電池積層
体。
4. A unit cell comprising an anode electrode formed with a pair of reaction gas supply grooves and a cathode electrode formed with a reaction gas supply groove, and a gas arranged between the unit cells. In a fuel cell stack comprising a large number of impermeable separators stacked, a cooling plate arranged instead of the separator for each of the plurality of unit cells, and between the cooling plate and the cathode electrode of the unit cell. A fuel cell stack comprising an arranged electrolyte absorption plate.
【請求項5】 電解質層を挟んで配置された一対の反応
ガス供給溝を形成したアノード電極及び反応ガス供給溝
を形成したカソード電極からなる単電池と、前記単電池
の間に配置されたガス不透過性のセパレータとを多数積
層してなる燃料電池積層体において、複数の前記単電池
毎に前記セパレータの代わりに配置された冷却板と、前
記冷却板と前記単電池のカソード電極の間に配置された
電解質吸収板と、他の前記冷却板と前記単電池のアノー
ド電極の間に配置された電解質補給板とを備えたことを
特徴とする燃料電池積層体。
5. A unit cell composed of an anode electrode having a pair of reaction gas supply grooves and a cathode electrode having a reaction gas supply groove, which are arranged with an electrolyte layer interposed therebetween, and a gas arranged between the unit cells. In a fuel cell stack comprising a large number of impermeable separators laminated, a cooling plate arranged in place of the separator for each of the plurality of unit cells, and between the cooling plate and the cathode electrode of the unit cell. A fuel cell stack comprising: an arranged electrolyte absorption plate; and an electrolyte supply plate arranged between the other cooling plate and the anode electrode of the unit cell.
【請求項6】 請求項5記載の燃料電池積層体におい
て、前記電解質吸収板及び前記電解質補給板にそれぞれ
リン酸量検出プローブを取り付けたことを特徴とする燃
料電池積層体。
6. The fuel cell stack according to claim 5, wherein a phosphoric acid amount detection probe is attached to each of the electrolyte absorption plate and the electrolyte supply plate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020106811A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell electrolyte reservoir
US10892498B2 (en) 2018-11-21 2021-01-12 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell spacer and electrolyte reservoir

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