JPH09245820A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH09245820A JPH09245820A JP8057098A JP5709896A JPH09245820A JP H09245820 A JPH09245820 A JP H09245820A JP 8057098 A JP8057098 A JP 8057098A JP 5709896 A JP5709896 A JP 5709896A JP H09245820 A JPH09245820 A JP H09245820A
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- fuel
- ribs
- anode
- rib
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料ガスをリターンフロー方式で通流する多孔
質体の往路と復路の仕切り部において、水素欠乏によっ
て生じるカーボンの腐食を防止し、長寿命化する。 【解決手段】アノードに面して配される、例えば気孔率
６３％の多孔質カーボンからなる電極基材１に、複数の
リブ２を設け、その間に形成されるガス通流路３に燃料
ガスを通流するものにおいて、リブ２のうちの一つを、
例えば７５％と他より気孔率の高い高気孔性リブ２ａで
置き換えて形成し、この高気孔性リブ２ａを仕切り部材
として、その両側のガス通流路３をそれぞれ燃料ガスの
往路と復路として、リターンフロー方式により通流す
る。
質体の往路と復路の仕切り部において、水素欠乏によっ
て生じるカーボンの腐食を防止し、長寿命化する。 【解決手段】アノードに面して配される、例えば気孔率
６３％の多孔質カーボンからなる電極基材１に、複数の
リブ２を設け、その間に形成されるガス通流路３に燃料
ガスを通流するものにおいて、リブ２のうちの一つを、
例えば７５％と他より気孔率の高い高気孔性リブ２ａで
置き換えて形成し、この高気孔性リブ２ａを仕切り部材
として、その両側のガス通流路３をそれぞれ燃料ガスの
往路と復路として、リターンフロー方式により通流す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気化学反応に
より電力を得る燃料電池に係わり、とくに、燃料極に燃
料ガスを供給するガス通流路の構成に関する。
より電力を得る燃料電池に係わり、とくに、燃料極に燃
料ガスを供給するガス通流路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、一般に、電解質で
あるリン酸を保持したマトリックスの両主面にアノード
およびカソードを配置し、これらの電極の外面に、それ
ぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためのガス通
流路を備えた多孔質体を配置して単セルとし、これを電
子導電性のガスセパレータを介して複数枚積層して構成
されている。
あるリン酸を保持したマトリックスの両主面にアノード
およびカソードを配置し、これらの電極の外面に、それ
ぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためのガス通
流路を備えた多孔質体を配置して単セルとし、これを電
子導電性のガスセパレータを介して複数枚積層して構成
されている。
【０００３】水素を燃料ガスとし、酸素を酸化剤ガスと
した場合、アノードおよびカソードではそれぞれ以下の
反応が起こり、両電極間に電力が得られる。
した場合、アノードおよびカソードではそれぞれ以下の
反応が起こり、両電極間に電力が得られる。
【０００４】
【化１】 アノード； Ｈ2 → 2 Ｈ+ ＋ 2 ｅ- （１） カソード； (1/2)Ｏ2 ＋ 2 Ｈ+ ＋ 2 ｅ- → Ｈ2 Ｏ （２） 全反応 ； Ｈ2 ＋ (1/2)Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ （３） 燃料電池は、その電力変換効率をできるだけ高くするた
めに、燃料ガスの利用率、すなわち供給量に対する消費
量の比率をかなり高く設定するのが一般的である。ま
た、一般には燃料ガスとして純水素を使用することは稀
で、天然ガスやメタノールなどの原燃料を改質器を経由
して水素濃度の高いガスに変換したものが燃料ガスとし
て用いられる。例えば、メタンを原燃料とした場合に
は、次式に従って改質され、量論的には８０％水素−２
０％炭酸ガスの組成の燃料ガスが得られる。
めに、燃料ガスの利用率、すなわち供給量に対する消費
量の比率をかなり高く設定するのが一般的である。ま
た、一般には燃料ガスとして純水素を使用することは稀
で、天然ガスやメタノールなどの原燃料を改質器を経由
して水素濃度の高いガスに変換したものが燃料ガスとし
て用いられる。例えば、メタンを原燃料とした場合に
は、次式に従って改質され、量論的には８０％水素−２
０％炭酸ガスの組成の燃料ガスが得られる。
【０００５】
【化２】 ＣＨ4 ＋ 2Ｈ2 Ｏ → 4Ｈ2 ＋ ＣＯ2 （４） ガス通流路を備えた多孔質体のガスのフロー方式として
は、面内での温度分布や水素濃度分布の観点からいくつ
かの方式が提案されている。燃料ガスと酸化剤ガスを直
交方向に一端から相対する他端へと流すクロスフロー方
式が、構造が簡単であり、一般に用いられているが、本
方式は温度分布や水素濃度分布の観点から必ずしも最適
な方式ではないことが本発明者らの検討により明らかと
なっている。クロスフロー方式に対し、温度分布や水素
濃度分布をより改善し、燃料電池の性能および寿命を向
上させるものとして、燃料ガスの流れを面内で往復させ
るリターンフロー方式が提案されている。
は、面内での温度分布や水素濃度分布の観点からいくつ
かの方式が提案されている。燃料ガスと酸化剤ガスを直
交方向に一端から相対する他端へと流すクロスフロー方
式が、構造が簡単であり、一般に用いられているが、本
方式は温度分布や水素濃度分布の観点から必ずしも最適
な方式ではないことが本発明者らの検討により明らかと
なっている。クロスフロー方式に対し、温度分布や水素
濃度分布をより改善し、燃料電池の性能および寿命を向
上させるものとして、燃料ガスの流れを面内で往復させ
るリターンフロー方式が提案されている。
【０００６】図７は、従来のリターンフロー方式の燃料
電池のアノード側に用いられているリブ付きの電極基材
を模式的に示した斜視図である。電極基材１は多孔質カ
ーボン材からなり、複数のリブ２を設けてその間に複数
のガス通流路３が形成されている。近接する一組のリブ
２の間に、シリコンカーバイトの粉末とリン酸との混合
物からなる充填材１１を充填し、これを仕切り部材とし
て、より多数のガス通流路３を有する図中の右下の部分
を燃料ガスの往路に、またガス通流路３の少ない図中の
左上の部分を燃料ガスの復路としている。すなわち、燃
料ガスは、図中の左下端面の右側部分に密着して組み込
まれる図示しない燃料入口マニホールドより供給され、
右下の部分の複数のガス通流路３を流れて、右上端面に
密着して組み込まれる図示しない燃料リターンマニホー
ルドへと至り、燃料リターンマニホールド内を左上へと
流れ、右上端面の左側部分より左上の部分の複数のガス
通流路３を流れて、図中の左下端面の左側部分に密着し
て組み込まれる図示しない燃料出口マニホールドより排
出される。
電池のアノード側に用いられているリブ付きの電極基材
を模式的に示した斜視図である。電極基材１は多孔質カ
ーボン材からなり、複数のリブ２を設けてその間に複数
のガス通流路３が形成されている。近接する一組のリブ
２の間に、シリコンカーバイトの粉末とリン酸との混合
物からなる充填材１１を充填し、これを仕切り部材とし
て、より多数のガス通流路３を有する図中の右下の部分
を燃料ガスの往路に、またガス通流路３の少ない図中の
左上の部分を燃料ガスの復路としている。すなわち、燃
料ガスは、図中の左下端面の右側部分に密着して組み込
まれる図示しない燃料入口マニホールドより供給され、
右下の部分の複数のガス通流路３を流れて、右上端面に
密着して組み込まれる図示しない燃料リターンマニホー
ルドへと至り、燃料リターンマニホールド内を左上へと
流れ、右上端面の左側部分より左上の部分の複数のガス
通流路３を流れて、図中の左下端面の左側部分に密着し
て組み込まれる図示しない燃料出口マニホールドより排
出される。
【０００７】本構成においては、面内の全消費量に相当
する水素を含んだ燃料ガスが往路に供給されるのでクロ
スフロー方式に比べて燃料利用率が低下し、往路末端部
での水素濃度の減少が少なくなり、水素濃度はより均一
化される。また、復路の入口では、クロスフロー方式の
入口に比べて水素濃度は低くなるが、通流路の断面積が
クロスフロー方式の通流路の断面積に比べて大幅に低下
しているのでガス流量が多量となり、反応に寄与する水
素量の低下は抑制される。したがって、復路の入口と出
口の水素濃度の差は低く抑えられることとなる。
する水素を含んだ燃料ガスが往路に供給されるのでクロ
スフロー方式に比べて燃料利用率が低下し、往路末端部
での水素濃度の減少が少なくなり、水素濃度はより均一
化される。また、復路の入口では、クロスフロー方式の
入口に比べて水素濃度は低くなるが、通流路の断面積が
クロスフロー方式の通流路の断面積に比べて大幅に低下
しているのでガス流量が多量となり、反応に寄与する水
素量の低下は抑制される。したがって、復路の入口と出
口の水素濃度の差は低く抑えられることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、図７の
ごときリターンフロー方式を用いれば、往路側、復路側
とも入口と出口との水素濃度の差を低く抑えることがで
き、面内での温度分布、水素濃度分布の改善が期待でき
る。しかしながら、充填材１１を充填して形成された仕
切り部に最も近い位置にある往路側の仕切り部直近ガス
通流路３ｂを流れる燃料ガスと、復路側の仕切り部直近
ガス通流路３ｃを流れる燃料ガスとを比較すると、その
水素濃度は、図７にＢで表示したリターン部ではほぼ同
一であるが、Ａで表示した出入口部では、仕切り部直近
ガス通流路３ｂを流れる燃料ガス中の水素濃度が面内で
最も高く、仕切り部直近ガス通流路３ｃを流れる燃料ガ
ス中の水素濃度が面内で最も低くなるので、仕切り部を
境にして大きな水素濃度差のある条件下で燃料電池が運
転されることとなる。
ごときリターンフロー方式を用いれば、往路側、復路側
とも入口と出口との水素濃度の差を低く抑えることがで
き、面内での温度分布、水素濃度分布の改善が期待でき
る。しかしながら、充填材１１を充填して形成された仕
切り部に最も近い位置にある往路側の仕切り部直近ガス
通流路３ｂを流れる燃料ガスと、復路側の仕切り部直近
ガス通流路３ｃを流れる燃料ガスとを比較すると、その
水素濃度は、図７にＢで表示したリターン部ではほぼ同
一であるが、Ａで表示した出入口部では、仕切り部直近
ガス通流路３ｂを流れる燃料ガス中の水素濃度が面内で
最も高く、仕切り部直近ガス通流路３ｃを流れる燃料ガ
ス中の水素濃度が面内で最も低くなるので、仕切り部を
境にして大きな水素濃度差のある条件下で燃料電池が運
転されることとなる。
【０００９】燃料電池では、水素が不足した状態で電流
を流すと、その部分にあるカーボン材が次式（５）のご
とき反応に従って腐食（酸化）される。
を流すと、その部分にあるカーボン材が次式（５）のご
とき反応に従って腐食（酸化）される。
【００１０】
【化３】 Ｃ ＋ 2Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋ 4Ｈ+ ＋ 4ｅ- （５） したがって、上記のＡで表示した出入口部の出口部分で
は、水素濃度の高い入口部分に近接して水素濃度の低い
部分が存在することとなるので、カーボン材が腐食し、
燃料電池が損傷する恐れがある。
は、水素濃度の高い入口部分に近接して水素濃度の低い
部分が存在することとなるので、カーボン材が腐食し、
燃料電池が損傷する恐れがある。
【００１１】本発明の目的は、燃料ガスをリターンフロ
ー方式により通流するものにあっても、往路と復路の仕
切り部のカーボン材の腐食が効果的に防止され、高性能
で長寿命の燃料電池を提供することにある。
ー方式により通流するものにあっても、往路と復路の仕
切り部のカーボン材の腐食が効果的に防止され、高性能
で長寿命の燃料電池を提供することにある。
【００１２】
【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、本発明においては、電解質を保持した平板状のマ
トリックスの両主面にアノードおよびカソードを配置
し、さらにその両外面にアノードおよびカソードに燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給するためのガス通流路を備
えたリブ付きの多孔質体を配してなる単セルを、電子導
電性のセパレータを介して複数個積層して形成される燃
料電池において、 (1) アノードの外面に配される多孔質体に設けられた複
数のリブのうち少なくとも一つを他のリブより気孔率の
高い高気孔性リブより形成し、この高気孔性リブを仕切
り部材として、その両側に配されたガス通流路をそれぞ
れ燃料ガスの往路と復路とするよう形成することとす
る。
めに、本発明においては、電解質を保持した平板状のマ
トリックスの両主面にアノードおよびカソードを配置
し、さらにその両外面にアノードおよびカソードに燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給するためのガス通流路を備
えたリブ付きの多孔質体を配してなる単セルを、電子導
電性のセパレータを介して複数個積層して形成される燃
料電池において、 (1) アノードの外面に配される多孔質体に設けられた複
数のリブのうち少なくとも一つを他のリブより気孔率の
高い高気孔性リブより形成し、この高気孔性リブを仕切
り部材として、その両側に配されたガス通流路をそれぞ
れ燃料ガスの往路と復路とするよう形成することとす
る。
【００１３】(2) あるいは、アノードの外面に配される
多孔質体に設けられた複数のリブのうち少なくとも一つ
を他のリブより幅の狭い薄肉リブより形成し、この薄肉
リブを仕切り部材として、その両側に配されたガス通流
路をそれぞれ燃料ガスの往路と復路とするよう形成する
こととする。 (3) あるいは、アノードの外面に配される多孔質体に設
けられた複数のリブのうち近接する一組のリブの間に形
成される特定のガス通流路に、独立して他のガス通流路
より多量の燃料ガスを通流し、この近接する一組のリブ
とその間に形成される特定のガス通流路を仕切り部材と
して、その両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガ
スの往路と復路とするよう形成することとし、特定のガ
ス通流路に独立して通流する燃料ガスを、他のガス通流
路に通流する燃料ガスの往路と同一向き、または逆向き
に通流することとする。
多孔質体に設けられた複数のリブのうち少なくとも一つ
を他のリブより幅の狭い薄肉リブより形成し、この薄肉
リブを仕切り部材として、その両側に配されたガス通流
路をそれぞれ燃料ガスの往路と復路とするよう形成する
こととする。 (3) あるいは、アノードの外面に配される多孔質体に設
けられた複数のリブのうち近接する一組のリブの間に形
成される特定のガス通流路に、独立して他のガス通流路
より多量の燃料ガスを通流し、この近接する一組のリブ
とその間に形成される特定のガス通流路を仕切り部材と
して、その両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガ
スの往路と復路とするよう形成することとし、特定のガ
ス通流路に独立して通流する燃料ガスを、他のガス通流
路に通流する燃料ガスの往路と同一向き、または逆向き
に通流することとする。
【００１４】上記(1) のように、アノードの外面に配さ
れる多孔質体に気孔率の高い高気孔性リブを設けて仕切
り部材として用いれば、往路と復路の燃料ガスが高気孔
性リブを介して相互拡散し易くなる。しかしながら相互
拡散による流れの圧力損失はガス通流路を流れる燃料ガ
スの圧力損失に比べて大幅に大きいので、圧力差を駆動
力として高気孔性リブを介して往路より復路へと流れ込
む量は微量であり、ガス通流路の流れに対して実質的な
影響はない。これに対して、往路と復路の燃料ガス中の
水素濃度に差があると、水素分圧の差を駆動力として高
気孔性リブを介して水素が拡散することとなるので、水
素濃度の低い復路側へと水素が拡散し、水素不足あるい
は欠乏状態が緩和される。したがって、水素不足に伴う
カーボン材の腐食が抑制されることとなる。
れる多孔質体に気孔率の高い高気孔性リブを設けて仕切
り部材として用いれば、往路と復路の燃料ガスが高気孔
性リブを介して相互拡散し易くなる。しかしながら相互
拡散による流れの圧力損失はガス通流路を流れる燃料ガ
スの圧力損失に比べて大幅に大きいので、圧力差を駆動
力として高気孔性リブを介して往路より復路へと流れ込
む量は微量であり、ガス通流路の流れに対して実質的な
影響はない。これに対して、往路と復路の燃料ガス中の
水素濃度に差があると、水素分圧の差を駆動力として高
気孔性リブを介して水素が拡散することとなるので、水
素濃度の低い復路側へと水素が拡散し、水素不足あるい
は欠乏状態が緩和される。したがって、水素不足に伴う
カーボン材の腐食が抑制されることとなる。
【００１５】また上記(2) のように薄肉リブを設けて仕
切り部材として用いれば、上記(1)の高気孔性リブと同
様に、往路と復路の燃料ガスが薄肉リブを介して相互拡
散し易くなり、往路と復路の燃料ガスの水素濃度に差が
あると、水素分圧の差を駆動力として水素が拡散し、水
素不足あるいは欠乏状態が緩和される。したがって、水
素不足に伴うカーボン材の腐食が抑制されることとな
る。
切り部材として用いれば、上記(1)の高気孔性リブと同
様に、往路と復路の燃料ガスが薄肉リブを介して相互拡
散し易くなり、往路と復路の燃料ガスの水素濃度に差が
あると、水素分圧の差を駆動力として水素が拡散し、水
素不足あるいは欠乏状態が緩和される。したがって、水
素不足に伴うカーボン材の腐食が抑制されることとな
る。
【００１６】また上記(3) のように、近接する一組のリ
ブの間に形成されるガス通流路に、独立して他のガス通
流路より多量の燃料ガスを通流し、その両側を燃料ガス
の往路と復路とすることとし、独立して通流する燃料ガ
スを他のガス通流路に通流する燃料ガスの往路と同一向
きに通流することとすれば、仕切り部となる燃料ガス中
の水素濃度は往路および復路を通流する燃料ガス中の水
素濃度より高くなるので、上記(1) の場合と同様に、リ
ブを介して往路側および復路側へと水素が拡散し、水素
不足あるいは欠乏状態が緩和される。また、独立して通
流する燃料ガスを他のガス通流路に通流する燃料ガスの
往路と逆向きに通流することとすれば、仕切り部となる
燃料ガス中の水素濃度は、少なくとも復路を通流する燃
料ガスの水素濃度より高くなるので、上記(1) の場合と
同様に、リブを介して少なくとも復路側へと水素が拡散
し、水素不足あるいは欠乏状態が緩和されるので、水素
不足に伴うカーボン材の腐食が抑制されることとなる。
ブの間に形成されるガス通流路に、独立して他のガス通
流路より多量の燃料ガスを通流し、その両側を燃料ガス
の往路と復路とすることとし、独立して通流する燃料ガ
スを他のガス通流路に通流する燃料ガスの往路と同一向
きに通流することとすれば、仕切り部となる燃料ガス中
の水素濃度は往路および復路を通流する燃料ガス中の水
素濃度より高くなるので、上記(1) の場合と同様に、リ
ブを介して往路側および復路側へと水素が拡散し、水素
不足あるいは欠乏状態が緩和される。また、独立して通
流する燃料ガスを他のガス通流路に通流する燃料ガスの
往路と逆向きに通流することとすれば、仕切り部となる
燃料ガス中の水素濃度は、少なくとも復路を通流する燃
料ガスの水素濃度より高くなるので、上記(1) の場合と
同様に、リブを介して少なくとも復路側へと水素が拡散
し、水素不足あるいは欠乏状態が緩和されるので、水素
不足に伴うカーボン材の腐食が抑制されることとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の燃料電池の第１
の実施の形態によるアノード側のリブ付きの電極基材を
模式的に示した斜視図である。図に示した電極基材１
は、燃料ガスをリターンフロー方式により通流させる構
成のもので、気孔率６３％の多孔質カーボン材に厚さ約
1.5ｍｍのリブ２を複数形成して、その間に燃料ガスを
通流するガス通流路３を構成している。さらに本構成の
電極基材１においては、複数のリブ２の内１個を除去
し、この部分に新たに気孔率７５％の多孔質カーボン材
からなる同一寸法の高気孔性リブ２ａをはりあわせて構
成している点が特徴である。
の実施の形態によるアノード側のリブ付きの電極基材を
模式的に示した斜視図である。図に示した電極基材１
は、燃料ガスをリターンフロー方式により通流させる構
成のもので、気孔率６３％の多孔質カーボン材に厚さ約
1.5ｍｍのリブ２を複数形成して、その間に燃料ガスを
通流するガス通流路３を構成している。さらに本構成の
電極基材１においては、複数のリブ２の内１個を除去
し、この部分に新たに気孔率７５％の多孔質カーボン材
からなる同一寸法の高気孔性リブ２ａをはりあわせて構
成している点が特徴である。
【００１８】本構成において、図中の左下側の端面の高
気孔性リブ２ａより右側部分に図示しない燃料入口マニ
ホールドを、また高気孔性リブ２ａより左側部分に図示
しない燃料出口マニホールドを組み込み、さらに右上側
の端面に図示しない燃料リターンマニホールドを組み込
んで、燃料ガスを燃料入口マニホールドより供給すれ
ば、右下側の往路を流れて燃料リターンマニホールドに
達し、左上側の復路を流れて燃料出口マニホールドより
排出される。燃料ガスの出入口部では往路側と復路側で
水素濃度に差が生じるが、仕切り部が気孔率の高い高気
孔性リブ２ａで形成されているので、これを介して水素
が拡散して水素不足あるいは欠乏状態が緩和されること
となる。
気孔性リブ２ａより右側部分に図示しない燃料入口マニ
ホールドを、また高気孔性リブ２ａより左側部分に図示
しない燃料出口マニホールドを組み込み、さらに右上側
の端面に図示しない燃料リターンマニホールドを組み込
んで、燃料ガスを燃料入口マニホールドより供給すれ
ば、右下側の往路を流れて燃料リターンマニホールドに
達し、左上側の復路を流れて燃料出口マニホールドより
排出される。燃料ガスの出入口部では往路側と復路側で
水素濃度に差が生じるが、仕切り部が気孔率の高い高気
孔性リブ２ａで形成されているので、これを介して水素
が拡散して水素不足あるいは欠乏状態が緩和されること
となる。
【００１９】図２は、本発明の燃料電池の第２の実施の
形態によるアノード側のリブ付きの電極基材を模式的に
示した斜視図である。本図の電極基材１は、気孔率６３
％の多孔質カーボン材に厚さ約 2.0ｍｍのリブ２を複数
形成し、さらに往路と復路の仕切り部となる部分には厚
さ 1.0ｍｍの仕切り用薄肉リブ２ｂを形成して、その間
に燃料ガスを通流するガス通流路３を構成している。本
構成では仕切り部が薄肉のリブで形成されているので、
水素濃度の高い往路側から水素濃度の低い復路側へと水
素が拡散して水素不足あるいは欠乏状態が緩和されるこ
ととなる。
形態によるアノード側のリブ付きの電極基材を模式的に
示した斜視図である。本図の電極基材１は、気孔率６３
％の多孔質カーボン材に厚さ約 2.0ｍｍのリブ２を複数
形成し、さらに往路と復路の仕切り部となる部分には厚
さ 1.0ｍｍの仕切り用薄肉リブ２ｂを形成して、その間
に燃料ガスを通流するガス通流路３を構成している。本
構成では仕切り部が薄肉のリブで形成されているので、
水素濃度の高い往路側から水素濃度の低い復路側へと水
素が拡散して水素不足あるいは欠乏状態が緩和されるこ
ととなる。
【００２０】図３は、本発明の燃料電池の第３の実施の
形態を示す平面図で、アノード側のリブ付きの電極基
材、およびこれに組み込んだマニホールドと燃料ガス供
給排出配管を示したものである。電極基材１は、気孔率
６３％、厚さ 1.5ｍｍの多孔質カーボン材を母材とし、
これに幅 2.0ｍｍのリブ２と幅 2.0ｍｍのガス通流路３
を機械加工により形成したものである。図中で電極基材
１の下端に組み込まれたマニホールドは、仕切り部ガス
通流路３ａに連結された燃料仕切り部通流路用マニホー
ルド５と、往路側のガス通流路３に連結する燃料入口マ
ニホールド４、および復路側のガス通流路３に連結する
燃料出口マニホールド６からなり、往路側のガス通流路
３の数が復路側のガス通流路３の数より多くなるよう配
置されている。また、電極基材１の上端には燃料リター
ンマニホールド７が組み込まれている。燃料ガスは、燃
料入口マニホールド４と燃料仕切り部通流路用マニホー
ルド５に分岐して供給され、燃料流量調節計８、および
９によって、仕切り部ガス通流路３ａに通流する流量
が、往路のガス通流路３の各々に流れる流量より多くな
るよう調整されている。仕切り部ガス通流路３ａおよび
往路のガス通流路３の各々に流れた燃料ガスは、燃料リ
ターンマニホールド７へ達して合流したのち、復路のガ
ス通流路３を流れて燃料出口マニホールド６から排出さ
れる。
形態を示す平面図で、アノード側のリブ付きの電極基
材、およびこれに組み込んだマニホールドと燃料ガス供
給排出配管を示したものである。電極基材１は、気孔率
６３％、厚さ 1.5ｍｍの多孔質カーボン材を母材とし、
これに幅 2.0ｍｍのリブ２と幅 2.0ｍｍのガス通流路３
を機械加工により形成したものである。図中で電極基材
１の下端に組み込まれたマニホールドは、仕切り部ガス
通流路３ａに連結された燃料仕切り部通流路用マニホー
ルド５と、往路側のガス通流路３に連結する燃料入口マ
ニホールド４、および復路側のガス通流路３に連結する
燃料出口マニホールド６からなり、往路側のガス通流路
３の数が復路側のガス通流路３の数より多くなるよう配
置されている。また、電極基材１の上端には燃料リター
ンマニホールド７が組み込まれている。燃料ガスは、燃
料入口マニホールド４と燃料仕切り部通流路用マニホー
ルド５に分岐して供給され、燃料流量調節計８、および
９によって、仕切り部ガス通流路３ａに通流する流量
が、往路のガス通流路３の各々に流れる流量より多くな
るよう調整されている。仕切り部ガス通流路３ａおよび
往路のガス通流路３の各々に流れた燃料ガスは、燃料リ
ターンマニホールド７へ達して合流したのち、復路のガ
ス通流路３を流れて燃料出口マニホールド６から排出さ
れる。
【００２１】図４は、図３の構成において、仕切り部ガ
ス通流路３ａとこれに直近する復路側の仕切り部直近ガ
ス通流路３ｃとに流れるガスの水素分圧を、燃料入口側
（すなわち図中の下端）からの距離の関数として示した
分布図である。仕切り部ガス通流路３ａには、往路側の
仕切り部直近ガス通流路３ｂより多量の燃料ガスが供給
されているので、図中の下端から上端に至る全領域にお
いて、仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの水素分圧
は、復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃに流れるガス
の水素分圧より大きくなる。
ス通流路３ａとこれに直近する復路側の仕切り部直近ガ
ス通流路３ｃとに流れるガスの水素分圧を、燃料入口側
（すなわち図中の下端）からの距離の関数として示した
分布図である。仕切り部ガス通流路３ａには、往路側の
仕切り部直近ガス通流路３ｂより多量の燃料ガスが供給
されているので、図中の下端から上端に至る全領域にお
いて、仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの水素分圧
は、復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃに流れるガス
の水素分圧より大きくなる。
【００２２】したがって、この水素分圧の差を駆動力と
して、この間のリブを介して水素が拡散するので、水素
不足が緩和され、カーボン材の腐食が抑制される。図５
は、本発明の燃料電池の第４の実施の形態を示す平面図
で、アノード側のリブ付きの電極基材、およびこれに組
み込んだマニホールドと燃料ガス供給排出配管を示した
ものである。
して、この間のリブを介して水素が拡散するので、水素
不足が緩和され、カーボン材の腐食が抑制される。図５
は、本発明の燃料電池の第４の実施の形態を示す平面図
で、アノード側のリブ付きの電極基材、およびこれに組
み込んだマニホールドと燃料ガス供給排出配管を示した
ものである。
【００２３】本構成に用いられている電極基材１は、図
３の第３の実施の形態の例に用いた電極基材１と同一の
ものであり、本構成と第３の実施の形態の構成との差異
は、仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの通流する向
きにある。すなわち、第３の実施の形態では、燃料仕切
り部通流路用マニホールド５を燃料入口マニホールド４
と同一端面に配して、往路と同一向きに流れるよう構成
していたのに対して、本構成では、燃料仕切り部通流路
用マニホールド５を燃料燃料リターンマニホールド７と
同一端面に配して、往路と逆向きに流れるよう構成して
いる。
３の第３の実施の形態の例に用いた電極基材１と同一の
ものであり、本構成と第３の実施の形態の構成との差異
は、仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの通流する向
きにある。すなわち、第３の実施の形態では、燃料仕切
り部通流路用マニホールド５を燃料入口マニホールド４
と同一端面に配して、往路と同一向きに流れるよう構成
していたのに対して、本構成では、燃料仕切り部通流路
用マニホールド５を燃料燃料リターンマニホールド７と
同一端面に配して、往路と逆向きに流れるよう構成して
いる。
【００２４】図６は、図５の構成において、仕切り部ガ
ス通流路３ａとこれに直近する復路側の仕切り部直近ガ
ス通流路３ｃとに流れるガスの水素分圧を、燃料入口側
（すなわち図中の下端）からの距離の関数として示した
分布図である。この構成においても、全領域において、
仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの水素分圧は、復
路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃに流れるガスの水素
分圧より大きくなり、この水素分圧の差を駆動力とし
て、この間のリブを介して水素が拡散するので、水素不
足が緩和され、カーボン材の腐食が抑制される。
ス通流路３ａとこれに直近する復路側の仕切り部直近ガ
ス通流路３ｃとに流れるガスの水素分圧を、燃料入口側
（すなわち図中の下端）からの距離の関数として示した
分布図である。この構成においても、全領域において、
仕切り部ガス通流路３ａに流れるガスの水素分圧は、復
路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃに流れるガスの水素
分圧より大きくなり、この水素分圧の差を駆動力とし
て、この間のリブを介して水素が拡散するので、水素不
足が緩和され、カーボン材の腐食が抑制される。
【００２５】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、電解質
を保持した平板状のマトリックスの両主面にアノードお
よびカソードを配置し、さらにその両外面にアノードお
よびカソードに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するた
めのガス通流路を備えたリブ付きの多孔質体を配してな
る単セルを、電子導電性のセパレータを介して複数個積
層して形成される燃料電池において、(1) アノードの外
面に配される多孔質体に設けられた複数のリブのうち少
なくとも一つを他のリブより気孔率の高い高気孔性リブ
より形成し、この高気孔性リブを仕切り部材として、そ
の両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路
と復路とするよう形成することとしたので、燃料ガスを
リターンフロー方式により通流するものにあっても、往
路と復路の仕切り部のカーボン材の腐食が効果的に防止
され、高性能で長寿命の燃料電池が得られることとなっ
た。
を保持した平板状のマトリックスの両主面にアノードお
よびカソードを配置し、さらにその両外面にアノードお
よびカソードに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するた
めのガス通流路を備えたリブ付きの多孔質体を配してな
る単セルを、電子導電性のセパレータを介して複数個積
層して形成される燃料電池において、(1) アノードの外
面に配される多孔質体に設けられた複数のリブのうち少
なくとも一つを他のリブより気孔率の高い高気孔性リブ
より形成し、この高気孔性リブを仕切り部材として、そ
の両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路
と復路とするよう形成することとしたので、燃料ガスを
リターンフロー方式により通流するものにあっても、往
路と復路の仕切り部のカーボン材の腐食が効果的に防止
され、高性能で長寿命の燃料電池が得られることとなっ
た。
【００２６】また、掲記の燃料電池において、(2) アノ
ードの外面に配される多孔質体に設けられた複数のリブ
のうち少なくとも一つを他のリブより幅の狭い薄肉リブ
より形成し、この薄肉リブを仕切り部材として、その両
側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と復
路とするよう形成することとするか、あるいは、(3) ア
ノードの外面に配される多孔質体に設けられた複数のリ
ブのうち近接する一組のリブの間に形成される特定のガ
ス通流路に、独立して他のガス通流路より多量の燃料ガ
スを通流し、この近接する一組のリブとその間に形成さ
れる特定のガス通流路を仕切り部材として、その両側に
配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と復路と
するよう形成することとし、特定のガス通流路に独立し
て通流する燃料ガスを、他のガス通流路に通流する燃料
ガスの往路と同一向き、または逆向きに通流することと
すれば、往路と復路の仕切り部のカーボン材の腐食が効
果的に防止され、高性能で長寿命の燃料電池として好適
である。
ードの外面に配される多孔質体に設けられた複数のリブ
のうち少なくとも一つを他のリブより幅の狭い薄肉リブ
より形成し、この薄肉リブを仕切り部材として、その両
側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と復
路とするよう形成することとするか、あるいは、(3) ア
ノードの外面に配される多孔質体に設けられた複数のリ
ブのうち近接する一組のリブの間に形成される特定のガ
ス通流路に、独立して他のガス通流路より多量の燃料ガ
スを通流し、この近接する一組のリブとその間に形成さ
れる特定のガス通流路を仕切り部材として、その両側に
配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と復路と
するよう形成することとし、特定のガス通流路に独立し
て通流する燃料ガスを、他のガス通流路に通流する燃料
ガスの往路と同一向き、または逆向きに通流することと
すれば、往路と復路の仕切り部のカーボン材の腐食が効
果的に防止され、高性能で長寿命の燃料電池として好適
である。
【図１】本発明の燃料電池の第１の実施の形態によるア
ノード側のリブ付きの電極基材を模式的に示した斜視図
ノード側のリブ付きの電極基材を模式的に示した斜視図
【図２】本発明の燃料電池の第２の実施の形態によるア
ノード側のリブ付きの電極基材を模式的に示した斜視図
ノード側のリブ付きの電極基材を模式的に示した斜視図
【図３】本発明の燃料電池の第３の実施の形態を示す、
マニホールドと燃料ガス供給排出配管を組み込んだアノ
ード側のリブ付きの電極基材の平面図
マニホールドと燃料ガス供給排出配管を組み込んだアノ
ード側のリブ付きの電極基材の平面図
【図４】第３の実施の形態における仕切り部ガス通流路
３ａと復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃとに流れる
ガスの水素分圧の分布図
３ａと復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃとに流れる
ガスの水素分圧の分布図
【図５】本発明の燃料電池の第４の実施の形態を示す、
マニホールドと燃料ガス供給排出配管を組み込んだアノ
ード側のリブ付きの電極基材の平面図
マニホールドと燃料ガス供給排出配管を組み込んだアノ
ード側のリブ付きの電極基材の平面図
【図６】第４の実施の形態における仕切り部ガス通流路
３ａと復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃとに流れる
ガスの水素分圧の分布図
３ａと復路側の仕切り部直近ガス通流路３ｃとに流れる
ガスの水素分圧の分布図
【図７】従来のリターンフロー方式の燃料電池のアノー
ド側に用いられているリブ付きの電極基材を模式的に示
した斜視図
ド側に用いられているリブ付きの電極基材を模式的に示
した斜視図
１ 電極基材 ２ リブ ２ａ 高気孔性リブ ２ｂ 仕切り用薄肉リブ ３ ガス通流路 ３ａ 仕切り部ガス通流路 ３ｂ 仕切り部直近ガス通流路（往路側） ３ｃ 仕切り部直近ガス通流路（復路側） ４ 燃料入口マニホールド ５ 燃料仕切り部通流路用マニホールド ６ 燃料出口マニホールド ７ 燃料リターンマニホールド ８ 燃料流量調節計 ９ 燃料流量調節計 １０ 燃料配管 １１ 充填材
Claims (5)
- 【請求項１】電解質を保持した平板状のマトリックスの
両主面にアノードおよびカソードを配置し、さらにその
両外面にアノードおよびカソードに燃料ガスおよび酸化
剤ガスを供給するためのガス通流路を備えたリブ付きの
多孔質体を配してなる単セルを、電子導電性のセパレー
タを介して複数個積層して形成される燃料電池におい
て、 アノードの外面に配される多孔質体に設けられた複数の
リブのうち少なくとも一つを他のリブより気孔率の高い
高気孔性リブより形成し、該高気孔性リブを仕切り部材
として、その両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料
ガスの往路と復路とするよう形成されたことを特徴とす
る燃料電池。 - 【請求項２】電解質を保持した平板状のマトリックスの
両主面にアノードおよびカソードを配置し、さらにその
両外面にアノードおよびカソードに燃料ガスおよび酸化
剤ガスを供給するためのガス通流路を備えたリブ付きの
多孔質体を配してなる単セルを、電子導電性のセパレー
タを介して複数個積層して形成される燃料電池におい
て、 アノードの外面に配される多孔質体に設けられた複数の
リブのうち少なくとも一つを他のリブより幅の狭い薄肉
リブより形成し、該薄肉リブを仕切り部材として、その
両側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と
復路とするよう形成されたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】電解質を保持した平板状のマトリックスの
両主面にアノードおよびカソードを配置し、さらにその
両外面にアノードおよびカソードに燃料ガスおよび酸化
剤ガスを供給するためのガス通流路を備えたリブ付きの
多孔質体を配してなる単セルを、電子導電性のセパレー
タを介して複数個積層して形成される燃料電池におい
て、 アノードの外面に配される多孔質体に設けられた複数の
リブのうち近接する一組のリブの間に形成される特定の
ガス通流路に、独立して他のガス通流路より多量の燃料
ガスを通流し、前記の近接する一組のリブとその間に形
成される特定のガス通流路を仕切り部材として、その両
側に配されたガス通流路をそれぞれ燃料ガスの往路と復
路とするよう形成されたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項４】前記の近接する一組のリブの間に形成され
る特定のガス通流路に独立して通流する燃料ガスが、他
のガス通流路に通流する燃料ガスの往路と同一向きに通
流していることを特徴とする請求項３に記載の燃料電
池。 - 【請求項５】前記の近接する一組のリブの間に形成され
る特定のガス通流路に独立して通流する燃料ガスが、他
のガス通流路に通流する燃料ガスの往路と逆向きに通流
していることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8057098A JPH09245820A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8057098A JPH09245820A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09245820A true JPH09245820A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=13046041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8057098A Pending JPH09245820A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09245820A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003073546A1 (en) * | 2002-02-22 | 2003-09-04 | General Motors Corporation | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
| US6838202B2 (en) | 2002-08-19 | 2005-01-04 | General Motors Corporation | Fuel cell bipolar plate having a conductive foam as a coolant layer |
| WO2006135108A1 (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-21 | University Of Yamanashi | 燃料電池用金属セパレータ及び製造方法 |
| EP3534448A1 (de) * | 2018-02-28 | 2019-09-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Redox-flussbatterie mit wenigstens einer zelle und einem elektrodenelement sowie verfahren zur herstellung einer leiterstruktur eines elektrodenelements einer redox-flussbatterie |
-
1996
- 1996-03-14 JP JP8057098A patent/JPH09245820A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7592089B2 (en) | 2000-08-31 | 2009-09-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
| WO2003073546A1 (en) * | 2002-02-22 | 2003-09-04 | General Motors Corporation | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
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| WO2006135108A1 (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-21 | University Of Yamanashi | 燃料電池用金属セパレータ及び製造方法 |
| JP2012209265A (ja) * | 2005-06-17 | 2012-10-25 | Univ Of Yamanashi | 燃料電池用金属セパレータ、製造方法及び燃料電池 |
| JP5070548B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2012-11-14 | 国立大学法人山梨大学 | 燃料電池用金属セパレータ及び製造方法 |
| US9099690B2 (en) | 2005-06-17 | 2015-08-04 | University Of Yamanashi | Metallic separator for fuel cells and method of manufacturing the metallic separator |
| US9431666B2 (en) | 2005-06-17 | 2016-08-30 | University Of Yamanashi | Metallic separator for fuel cells and method of manufacturing the metallic separator |
| EP3534448A1 (de) * | 2018-02-28 | 2019-09-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Redox-flussbatterie mit wenigstens einer zelle und einem elektrodenelement sowie verfahren zur herstellung einer leiterstruktur eines elektrodenelements einer redox-flussbatterie |
| WO2019166324A1 (de) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Redox-flussbatterie mit wenigstens einer zelle und einem elektrodenelement sowie verfahren zur herstellung einer leiterstruktur eines elektrodenelements einer redox-flussbatterie |
| CN112042027A (zh) * | 2018-02-28 | 2020-12-04 | 西门子股份公司 | 具有至少一个电池单体和电极元件的氧化还原液流电池以及用于制造氧化还原液流电池的电极元件的导引结构的方法 |
| US11949138B2 (en) | 2018-02-28 | 2024-04-02 | Litricity Gmbh | Redox flow battery and method for producing a guide structure of an electrode element of a redox flow battery |
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