JPH10255811A - 特性分散電極を備えた燃料電池 - Google Patents
特性分散電極を備えた燃料電池Info
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- JPH10255811A JPH10255811A JP9051703A JP5170397A JPH10255811A JP H10255811 A JPH10255811 A JP H10255811A JP 9051703 A JP9051703 A JP 9051703A JP 5170397 A JP5170397 A JP 5170397A JP H10255811 A JPH10255811 A JP H10255811A
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池の電極特性を電極面内で分散させて、
耐熱性向上とネルンストロスを低減し高性能、かつ、長
寿命の燃料電池を提供にある。 【解決手段】電解質を保持した電解質板と、該電解質板
を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノー
ドと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐセ
パレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化剤
ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層される
燃料電池において、前記電極面に高活性部１４と低活性
部１３とを設け、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給マニ
ホールド９，１０の近傍の電極面の高活性部の比率を、
前記ガスの排出マニホールド１１，１２の近傍に対して
小さくなるよう構成されている特性分散電極を備えた燃
料電池。
耐熱性向上とネルンストロスを低減し高性能、かつ、長
寿命の燃料電池を提供にある。 【解決手段】電解質を保持した電解質板と、該電解質板
を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノー
ドと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐセ
パレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化剤
ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層される
燃料電池において、前記電極面に高活性部１４と低活性
部１３とを設け、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給マニ
ホールド９，１０の近傍の電極面の高活性部の比率を、
前記ガスの排出マニホールド１１，１２の近傍に対して
小さくなるよう構成されている特性分散電極を備えた燃
料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に係り、
耐熱性向上とネルンストロスの低減により、高性能，長
寿命の特性分散電極を備えた燃料電池に関する。
耐熱性向上とネルンストロスの低減により、高性能，長
寿命の特性分散電極を備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の電極構造は、図８に示すよう
に、積層される単位セル毎に電極１をアノード、カソー
ドとそれぞれに配備するか、特開平１−８４５７９号公
報記載のように、電極だけでなくセパレータ２上でガス
流れを分割して配置し、単位セル毎にマニホールド３を
設けてセル面を反応ガスが横断するよう流通させること
により、セル内の温度の均一化を図っていた。
に、積層される単位セル毎に電極１をアノード、カソー
ドとそれぞれに配備するか、特開平１−８４５７９号公
報記載のように、電極だけでなくセパレータ２上でガス
流れを分割して配置し、単位セル毎にマニホールド３を
設けてセル面を反応ガスが横断するよう流通させること
により、セル内の温度の均一化を図っていた。
【０００３】しかし、燃料電池は、燃料ガスの酸化と内
部抵抗により発熱し、セル面内では反応ガスの流れ方向
により温度の分布が生じる。従って、当然、電極の耐熱
性、耐腐食性などもセル面内で変えなければならない
が、従来、こうした配慮はなされていなかった。
部抵抗により発熱し、セル面内では反応ガスの流れ方向
により温度の分布が生じる。従って、当然、電極の耐熱
性、耐腐食性などもセル面内で変えなければならない
が、従来、こうした配慮はなされていなかった。
【０００４】また、燃料電池の長寿命化を図る手段とし
て、電解質の消耗に対する対策として、電解質を貯蔵，
補給する方法が考えられているが、画期的な方法はな
く、反応ガスに混ぜて供給する方法（特開昭６２−４７
９６５号公報）や、電極の端部から含浸させる方法（特
開昭６１−２７１７５４号公報）が知られている。
て、電解質の消耗に対する対策として、電解質を貯蔵，
補給する方法が考えられているが、画期的な方法はな
く、反応ガスに混ぜて供給する方法（特開昭６２−４７
９６５号公報）や、電極の端部から含浸させる方法（特
開昭６１−２７１７５４号公報）が知られている。
【０００５】しかし、前者の方法では、電解質により配
管が腐食すると云う問題があり、この防食にはコストが
かかり過ぎる。特に、溶融炭酸塩型燃料電池等において
は融点が比較的高い電解質を用いるため、配管を加温し
ないと安定した供給ができず、運転コストがかさむと云
う問題があった。
管が腐食すると云う問題があり、この防食にはコストが
かかり過ぎる。特に、溶融炭酸塩型燃料電池等において
は融点が比較的高い電解質を用いるため、配管を加温し
ないと安定した供給ができず、運転コストがかさむと云
う問題があった。
【０００６】また、後者の含浸方法では、セル中央の反
応部に電解質が到達するのに時間を要し、かつ、量的に
も十分含浸できないと云う問題がある。この対策とし
て、電解質板を厚くして電解質のチャージ量を多くする
方法が考えられるが、厚くすることで内部抵抗が増大
し、電池性能の低下を招くと云う欠点がある。
応部に電解質が到達するのに時間を要し、かつ、量的に
も十分含浸できないと云う問題がある。この対策とし
て、電解質板を厚くして電解質のチャージ量を多くする
方法が考えられるが、厚くすることで内部抵抗が増大
し、電池性能の低下を招くと云う欠点がある。
【０００７】一方、電極の安定性を図るため、電極母材
にＡｌ，Ｃｒ，Ｃｏ等の第２成分を添加したり、母材の
密度を大きくするなどしていたが、電極重量の増大につ
ながり、電池のスタック重量が増大すると云う問題があ
る。
にＡｌ，Ｃｒ，Ｃｏ等の第２成分を添加したり、母材の
密度を大きくするなどしていたが、電極重量の増大につ
ながり、電池のスタック重量が増大すると云う問題があ
る。
【０００８】特開平６−７６８３号公報によれば、間接
内部改質溶融炭酸塩型燃料電池において、改質層と改質
層との間に非改質層を設け、非改質層から未改質ガスを
拡散するように改質層に供給し、改質反応が一度に進み
隣接するセル表面の温度分布を抑える方法が提案されて
いる。
内部改質溶融炭酸塩型燃料電池において、改質層と改質
層との間に非改質層を設け、非改質層から未改質ガスを
拡散するように改質層に供給し、改質反応が一度に進み
隣接するセル表面の温度分布を抑える方法が提案されて
いる。
【０００９】しかし、この方法は、改質反応に対する制
御だけで反応ガスの流れ方向には有効であるが、電流密
度の分布や酸化剤ガスの影響まで考慮したものではな
く、従って、反応ガス流の垂直側方向に対してはコント
ロールができない。
御だけで反応ガスの流れ方向には有効であるが、電流密
度の分布や酸化剤ガスの影響まで考慮したものではな
く、従って、反応ガス流の垂直側方向に対してはコント
ロールができない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記燃料電池の従来技
術の問題点、即ち、セル面内での発熱に対して電極の耐
熱性，耐腐食性を付与するため、第２成分を添加した
り、電極母材の密度を高くするなどの方法では、電池性
能の低下や、電池のスタック重量の増大を招き好ましく
ない。
術の問題点、即ち、セル面内での発熱に対して電極の耐
熱性，耐腐食性を付与するため、第２成分を添加した
り、電極母材の密度を高くするなどの方法では、電池性
能の低下や、電池のスタック重量の増大を招き好ましく
ない。
【００１１】また、反応ガスの入出口部で生じるガス分
圧の不均一に基づくネルンストロスの抑制と、電解質減
少による性能低下の対策も必要である。
圧の不均一に基づくネルンストロスの抑制と、電解質減
少による性能低下の対策も必要である。
【００１２】特に、電解質の消耗時に補給する方法より
も、予め、電解質を電池内部に貯蔵しておき、消耗に合
わせて適量を移動できれば手間がかからず効率の点でも
望ましい。
も、予め、電解質を電池内部に貯蔵しておき、消耗に合
わせて適量を移動できれば手間がかからず効率の点でも
望ましい。
【００１３】本発明の目的は、上記に鑑み、燃料電池の
電極特性を電極面内で分散させて、耐熱性向上とネルン
ストロスを低減し、高性能かつ長寿命の燃料電池を提供
することにある。
電極特性を電極面内で分散させて、耐熱性向上とネルン
ストロスを低減し、高性能かつ長寿命の燃料電池を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
明の要旨は次のとおりである。
【００１５】電解質を保持した電解質板と、該電解質板
を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノー
ドと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐセ
パレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化剤
ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層される
燃料電池において、前記アノードが低活性部と高活性部
とを有し、前記低活性部の累積細孔容積率分布が８５％
の時の細孔直径と、同じ細孔直径値の高活性部の累積細
孔容積率分布が６０％以下となるよう構成され、または
／および、前記カソードが低活性部と高活性部とを有
し、前記高活性部の累積細孔容積率分布が２０％の時の
細孔直径と、同じ細孔直径値の低活性部の累積細孔容積
率分布が５０％以上となるよう構成されている特性分散
電極を備えた燃料電池にある。
を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノー
ドと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐセ
パレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化剤
ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層される
燃料電池において、前記アノードが低活性部と高活性部
とを有し、前記低活性部の累積細孔容積率分布が８５％
の時の細孔直径と、同じ細孔直径値の高活性部の累積細
孔容積率分布が６０％以下となるよう構成され、または
／および、前記カソードが低活性部と高活性部とを有
し、前記高活性部の累積細孔容積率分布が２０％の時の
細孔直径と、同じ細孔直径値の低活性部の累積細孔容積
率分布が５０％以上となるよう構成されている特性分散
電極を備えた燃料電池にある。
【００１６】また、前記アノードおよび／またはカソー
ドの低活性部が電解質の内部リザーブタンクを兼ねるよ
う構成された前記の除機燃料電池にある。
ドの低活性部が電解質の内部リザーブタンクを兼ねるよ
う構成された前記の除機燃料電池にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、既述したように、図９
に示すような従来電池のセル面内の温度分布を、図１お
よび図７に例示すような特性分散電極とすることで上記
の温度分布を変え、電池性能の低下または電池重量の増
加を極力抑えるようにしたことにある。
に示すような従来電池のセル面内の温度分布を、図１お
よび図７に例示すような特性分散電極とすることで上記
の温度分布を変え、電池性能の低下または電池重量の増
加を極力抑えるようにしたことにある。
【００１８】さらに、燃料ガス，酸化剤ガス（反応ガ
ス）の入出口部でのガス分圧の変化によって生ずるネル
ンストロスに対しては、電極面に高活性部と低活性部と
を配置し、反応ガス入口部近傍の高活性部の比率を出口
部に対して小さくなるように構成し、反応ガス中の反応
成分の分圧低下を防ぐことで、ネルンストロスの低減を
図るものである。
ス）の入出口部でのガス分圧の変化によって生ずるネル
ンストロスに対しては、電極面に高活性部と低活性部と
を配置し、反応ガス入口部近傍の高活性部の比率を出口
部に対して小さくなるように構成し、反応ガス中の反応
成分の分圧低下を防ぐことで、ネルンストロスの低減を
図るものである。
【００１９】また、上記電極の低活性部が電解質を貯蔵
できるように構成し、電解質が消耗に伴い、電解質が移
動するように構成する。一般に電池寿命は、電極活性部
に適切な電解質量の保有がアノード、カソード極共に必
要で、この適切な値を長期間保持することにより電池寿
命を伸ばすことができる。
できるように構成し、電解質が消耗に伴い、電解質が移
動するように構成する。一般に電池寿命は、電極活性部
に適切な電解質量の保有がアノード、カソード極共に必
要で、この適切な値を長期間保持することにより電池寿
命を伸ばすことができる。
【００２０】本発明では、図１に示す高活性部（高活性
電極）１４に対して、低活性部（低活性電極）１３の累
積細孔容積を制御することによってこれを行う。ここで
述べる累積細孔容積とは、電池組立時に予め水銀圧入法
により細孔分布を測定しておき、これをもとに設定した
ものである。
電極）１４に対して、低活性部（低活性電極）１３の累
積細孔容積を制御することによってこれを行う。ここで
述べる累積細孔容積とは、電池組立時に予め水銀圧入法
により細孔分布を測定しておき、これをもとに設定した
ものである。
【００２１】例えば、アノードの場合、図３（ａ）に示
すように低活性部の累積細孔容積率８５％の時の細孔直
径（５μｍ）において、高活性部の累積細孔容積率を６
０％以下となるように構成する。
すように低活性部の累積細孔容積率８５％の時の細孔直
径（５μｍ）において、高活性部の累積細孔容積率を６
０％以下となるように構成する。
【００２２】また、カソードの場合は、図３（ｂ）に示
すように高活性部の累積細孔容積率２０％の時の細孔直
径（５μｍ）において、低活性部の累積細孔容積率を５
０％以上となるように構成する。
すように高活性部の累積細孔容積率２０％の時の細孔直
径（５μｍ）において、低活性部の累積細孔容積率を５
０％以上となるように構成する。
【００２３】上記により、電極細孔内における反応ガス
の拡散と、電解質液との接触をバランスよく行うことが
でき、電極面の温度とその分布が抑制され、耐熱性、耐
腐食性が向上すると共に高性能，長寿命の燃料電池を得
ることがでる。さらに電極重量が特に増加することもな
いので高積層化を妨げるものではない。
の拡散と、電解質液との接触をバランスよく行うことが
でき、電極面の温度とその分布が抑制され、耐熱性、耐
腐食性が向上すると共に高性能，長寿命の燃料電池を得
ることがでる。さらに電極重量が特に増加することもな
いので高積層化を妨げるものではない。
【００２４】また、ネルンストロスを考慮した電極の高
活性部と低活性部の配備により、低活性部に電解質を蓄
えておく、いわゆる内部リザーブタンク型の高効率燃料
電池を得ることができる。
活性部と低活性部の配備により、低活性部に電解質を蓄
えておく、いわゆる内部リザーブタンク型の高効率燃料
電池を得ることができる。
【００２５】
〔実施例 １〕図１は、本発明のネルンストロスを減少
させる特性分散電極の電極配備の一例を示す模式構成図
である。低活性電極１３および高活性電極１４を有する
アノードとカソードは、それぞれ図３，７に示す細孔分
布を有する。
させる特性分散電極の電極配備の一例を示す模式構成図
である。低活性電極１３および高活性電極１４を有する
アノードとカソードは、それぞれ図３，７に示す細孔分
布を有する。
【００２６】また、反応ガスの入口側の電極面積を小さ
くすることにより、反応ガスの入口および出口でのガス
の分圧変化を抑制してネルンストロスを減少させた。本
実施例では、図１における高活性電極１４のアノードガ
ス入口とアノードガス出口の幅を１：４とし、電極長さ
を１：５とした。
くすることにより、反応ガスの入口および出口でのガス
の分圧変化を抑制してネルンストロスを減少させた。本
実施例では、図１における高活性電極１４のアノードガ
ス入口とアノードガス出口の幅を１：４とし、電極長さ
を１：５とした。
【００２７】図２は、本実施例の単電池の電極および電
解質板の組合せを示す模式斜視図である。
解質板の組合せを示す模式斜視図である。
【００２８】アノードとカソードは電解質板１５で仕切
られ、該電解質板１５にはアノードガス入口マニホール
ド９、アノードガス出口マニホールド１１、カソードガ
ス入口マニホールド１０およびカソードガス出口マニホ
ールド１２が設けられている。
られ、該電解質板１５にはアノードガス入口マニホール
ド９、アノードガス出口マニホールド１１、カソードガ
ス入口マニホールド１０およびカソードガス出口マニホ
ールド１２が設けられている。
【００２９】高活性アノード２３は、アノードガス入口
マニホールド９側の幅を１５ｃｍ、アノードガス出口マ
ニホールド１１側の幅を６０ｃｍとし、電極有効面積は
２５８７.５ｃｍ2とした。従って、アノードガスは、上
記の幅１５ｃｍ側から幅６０ｃｍ側に向かって流れる。
マニホールド９側の幅を１５ｃｍ、アノードガス出口マ
ニホールド１１側の幅を６０ｃｍとし、電極有効面積は
２５８７.５ｃｍ2とした。従って、アノードガスは、上
記の幅１５ｃｍ側から幅６０ｃｍ側に向かって流れる。
【００３０】また、低活性アノード２４は、等辺が４５
ｃｍである二等辺直角三角形の形状を有し、その電極有
効面積は１０１２.５ｃｍ2である。さらに、高活性カソ
ード２５、および、低活性カソード２６も上記アノード
２３，２４とそれぞれ同じサイズで、同様に配置した。
ｃｍである二等辺直角三角形の形状を有し、その電極有
効面積は１０１２.５ｃｍ2である。さらに、高活性カソ
ード２５、および、低活性カソード２６も上記アノード
２３，２４とそれぞれ同じサイズで、同様に配置した。
【００３１】なお、この低活性領域の形状は二等辺直角
三角形にこだわるものではなく、本発明の目的を損なわ
ない範囲であれば、いろいろな形状のものが用いられる
ことは云うまでもない。例えば、図７に示すような構成
にすることができる。
三角形にこだわるものではなく、本発明の目的を損なわ
ない範囲であれば、いろいろな形状のものが用いられる
ことは云うまでもない。例えば、図７に示すような構成
にすることができる。
【００３２】アノード側の累積細孔分布については、図
３（ａ）に基づき、低活性部の累積細孔容積率分布が、
８５％の時の細孔直径と同じ細孔直径値の高活性部の累
積細孔容積率分布が５５％となるよう構成した。
３（ａ）に基づき、低活性部の累積細孔容積率分布が、
８５％の時の細孔直径と同じ細孔直径値の高活性部の累
積細孔容積率分布が５５％となるよう構成した。
【００３３】一方、カソード側の累積細孔分布について
は、図（ｂ）に基づき、低活性部の累積細孔容積率分布
が、８５％の時の細孔直径と同じ細孔直径値の高活性部
の累積細孔容積率分布が２０％となるよう構成した。
は、図（ｂ）に基づき、低活性部の累積細孔容積率分布
が、８５％の時の細孔直径と同じ細孔直径値の高活性部
の累積細孔容積率分布が２０％となるよう構成した。
【００３４】即ち、低活性部のアノードとカソードに
は、嵩密度が約０.６ｇ／ｃｍ3のニッケル粉末を用いて
調製した焼結板を用いた。また、高活性部のアノードと
カソードには、嵩密度が約２.５ｇ／ｃｍ3のニッケルと
アルミニウム（３重量％）の合金粉末を用いて調製した
焼結板を使用した。
は、嵩密度が約０.６ｇ／ｃｍ3のニッケル粉末を用いて
調製した焼結板を用いた。また、高活性部のアノードと
カソードには、嵩密度が約２.５ｇ／ｃｍ3のニッケルと
アルミニウム（３重量％）の合金粉末を用いて調製した
焼結板を使用した。
【００３５】電解質としては、Ｋ2ＣＯ3：Ｌｉ2ＣＯ3＝
６２：３８（重量比）の混合炭酸塩を用い、６５０℃で
電解質板１５の細孔容積に対し１００容積％相当量を添
加し、高活性アノード２３には細孔容積の５５容積％、
低活性アノード２４には細孔容積の８５容積％相当量を
添加した。
６２：３８（重量比）の混合炭酸塩を用い、６５０℃で
電解質板１５の細孔容積に対し１００容積％相当量を添
加し、高活性アノード２３には細孔容積の５５容積％、
低活性アノード２４には細孔容積の８５容積％相当量を
添加した。
【００３６】また、高活性カソード２５には細孔容積の
２０容積％、低活性カソード２６には細孔容積の８５容
積％相当量を添加した。
２０容積％、低活性カソード２６には細孔容積の８５容
積％相当量を添加した。
【００３７】その結果、後述の比較例のものと比べ、ネ
ルンストロスの要因となる燃料ガス中の水素ガス分圧を
約７％高くすることができた。
ルンストロスの要因となる燃料ガス中の水素ガス分圧を
約７％高くすることができた。
【００３８】また、図４に示すように電極性能を、電流
密度とセル過電圧との関係で表すと、比較例のものに対
して、本実施値のものはセル過電圧を約１０％向上する
ことができた。
密度とセル過電圧との関係で表すと、比較例のものに対
して、本実施値のものはセル過電圧を約１０％向上する
ことができた。
【００３９】なお、この時の試験条件は、燃料ガス利用
率が８０％、酸化剤ガス利用率が４０％、燃料ガスの割
合はＨ2：ＣＯ2：Ｈ2Ｏ＝５４.４：１３.６：３２.０
（容積比）、酸化剤ガス割合はａｉｒ：ＣＯ2＝７０.
０：３０.０（容積比）である。
率が８０％、酸化剤ガス利用率が４０％、燃料ガスの割
合はＨ2：ＣＯ2：Ｈ2Ｏ＝５４.４：１３.６：３２.０
（容積比）、酸化剤ガス割合はａｉｒ：ＣＯ2＝７０.
０：３０.０（容積比）である。
【００４０】さらに、本発明のセルを用いたスタック
と、比較例のセルを用いたスタックでは、そのスタック
のセル電圧と運転時間の関係を図五に示す。図５から明
らかなように、前者が２０,０００時間を経過してもま
だセル電圧の低下が見られないのに対し、後者では１
０,０００時間を待たずに低下し始めることが分かっ
た。
と、比較例のセルを用いたスタックでは、そのスタック
のセル電圧と運転時間の関係を図五に示す。図５から明
らかなように、前者が２０,０００時間を経過してもま
だセル電圧の低下が見られないのに対し、後者では１
０,０００時間を待たずに低下し始めることが分かっ
た。
【００４１】こうした電極配備により、図９のようなセ
ル面内の温度分布が、図６のような温度分布となり、ホ
ットポイント５，６がガス出口側に移動し、また、図９
でのホットポイント７，８のような高温部分がなく、全
体としても温度が低下していることが分かる。
ル面内の温度分布が、図６のような温度分布となり、ホ
ットポイント５，６がガス出口側に移動し、また、図９
でのホットポイント７，８のような高温部分がなく、全
体としても温度が低下していることが分かる。
【００４２】〔比較例〕図８に示すようなアノードおよ
びカソードが、共に正方形で電極有効面積が２５００ｃ
ｍ2（５０ｃｍ×５０ｃｍ）のものを使用した。
びカソードが、共に正方形で電極有効面積が２５００ｃ
ｍ2（５０ｃｍ×５０ｃｍ）のものを使用した。
【００４３】上記の原料としては、嵩密度が２.５ｇ／
ｃｍ2のニッケルとアルミニウム（３重量％）の合金粉
末を用いて調製した焼結板を用いた。また、このときの
６５０℃でのそれぞれの電解質板に細孔容積に対する電
解質占有率は、アノードが全細孔容積の６０容積％、カ
ソードが同じく２０容積％相当量を添加した。
ｃｍ2のニッケルとアルミニウム（３重量％）の合金粉
末を用いて調製した焼結板を用いた。また、このときの
６５０℃でのそれぞれの電解質板に細孔容積に対する電
解質占有率は、アノードが全細孔容積の６０容積％、カ
ソードが同じく２０容積％相当量を添加した。
【００４４】電解質、燃料ガス、酸化剤ガス、および、
試験条件は前記実施例と同様である。該燃料電池のセル
面内の温度分布を図９に示す。
試験条件は前記実施例と同様である。該燃料電池のセル
面内の温度分布を図９に示す。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、セル面内の温度分布と
ネルンストロスを考慮して電極活性部と不活性部を配備
したことにより、不活性部に電解質を蓄えることがで
き、内部リザーブタンク型の高効率燃料電池を得ること
ができる。
ネルンストロスを考慮して電極活性部と不活性部を配備
したことにより、不活性部に電解質を蓄えることがで
き、内部リザーブタンク型の高効率燃料電池を得ること
ができる。
【００４６】これにより、電池性能として従来品の約１
０％、電池寿命が２倍以上の燃料電池を提供することが
できる。
０％、電池寿命が２倍以上の燃料電池を提供することが
できる。
【図１】本発明のネルンストロスを減少させる電極配備
一例を示す模式構成図である。
一例を示す模式構成図である。
【図２】本実施例の単電池の電極および電解質板の組合
せを示す模式斜視図である。
せを示す模式斜視図である。
【図３】アノードとカソードの高活性部と低活性部にお
ける細孔分布を示すグラフである。
ける細孔分布を示すグラフである。
【図４】本実施例品と比較例品との電流密度とセル過電
圧の関係を示すグラフである。
圧の関係を示すグラフである。
【図５】本実施例品と比較例品とのセル電圧の経時変化
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図６】本発明品のセル面内温度の分布例を示す温度分
布図である。
布図である。
【図７】本発明の温度分布に対応した特性分散電極の一
例を示す模式構成図である。
例を示す模式構成図である。
【図８】従来の燃料電池の電極配備の一例を示す模式構
成図である。
成図である。
【図９】従来の燃料電池のセル面内温度の分布例を示す
温度分布図である。
温度分布図である。
１…電極、２…セパレータ、３…マニホールド、４…６
００℃〜＜６２５℃領域、５…６２５℃〜＜６５０℃領
域、６…６５０℃〜＜６７５℃領域、７…６７５℃〜＜
７００℃領域、８…７００℃〜＜７２５℃領域、９…ア
ノードガス入口マニホールド、１０…カソードガス入口
マニホールド、１１…アノードガス出口マニホールド、
１２…カソードガス出口マニホールド、１３…低活性電
極（低活性部）、１４…高活性電極（高活性部）、１５
…電解質板、２３…高活性アノード、２４…低活性アノ
ード、２５…高活性カソード、２６…低活性カソード。
００℃〜＜６２５℃領域、５…６２５℃〜＜６５０℃領
域、６…６５０℃〜＜６７５℃領域、７…６７５℃〜＜
７００℃領域、８…７００℃〜＜７２５℃領域、９…ア
ノードガス入口マニホールド、１０…カソードガス入口
マニホールド、１１…アノードガス出口マニホールド、
１２…カソードガス出口マニホールド、１３…低活性電
極（低活性部）、１４…高活性電極（高活性部）、１５
…電解質板、２３…高活性アノード、２４…低活性アノ
ード、２５…高活性カソード、２６…低活性カソード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 巳鼻 健 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 高橋 千織 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (5)
- 【請求項１】 電解質を保持した電解質板と、該電解質
板を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノ
ードと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐ
セパレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化
剤ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層され
る燃料電池において、 前記アノードが低活性部と高活性部とを有し、前記低活
性部の累積細孔容積率分布が８５％の時の細孔直径と、
同じ細孔直径値の高活性部の累積細孔容積率分布が６０
％以下となるよう構成されていることを特徴とする特性
分散電極を備えた燃料電池。 - 【請求項２】 電解質を保持した電解質板と、該電解質
板を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノ
ードと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐ
セパレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化
剤ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層され
る燃料電池において、 前記カソードが低活性部と高活性部とを有し、前記高活
性部の累積細孔容積率分布が２０％の時の細孔直径と、
同じ細孔直径値の低活性部の累積細孔容積率分布が５０
％以上となるよう構成されていることを特徴とする特性
分散電極を備えた燃料電池。 - 【請求項３】 電解質を保持した電解質板と、該電解質
板を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノ
ードと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐ
セパレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化
剤ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層され
る燃料電池において、 前記アノードが低活性部と高活性部とを有し、前記低活
性部の累積細孔容積率分布が８５％の時の細孔直径と、
同じ細孔直径値の高活性部の累積細孔容積率分布が６０
％以下となるよう構成され、 前記カソードが低活性部と高活性部とを有し、前記高活
性部の累積細孔容積率分布が２０％の時の細孔直径と、
同じ細孔直径値の低活性部の累積細孔容積率分布が５０
％以上となるよう構成されていることを特徴とする特性
分散電極を備えた燃料電池。 - 【請求項４】 電解質を保持した電解質板と、該電解質
板を両面から挟持するよう配置したカソードおよびアノ
ードと、該両電極の外周に設けた燃料ガスの混合を防ぐ
セパレータを具備し、前記セパレータが燃料ガスと酸化
剤ガスを供給，排出するマニホールドを有して積層され
る燃料電池において、 前記電極面に高活性部と低活性部とを設け、燃料ガスま
たは酸化剤ガスの供給マニホールド近傍の電極面の高活
性部の比率を、前記ガスの排出マニホールド近傍に対し
て小さくなるよう構成されていることを特徴とする特性
分散電極を備えた燃料電池。 - 【請求項５】 前記アノードおよび／またはカソードの
低活性部が電解質の内部リザーブタンクを兼ねるよう構
成された請求項１〜４のいずれかに記載の特性分散電極
を備えた燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9051703A JPH10255811A (ja) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | 特性分散電極を備えた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9051703A JPH10255811A (ja) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | 特性分散電極を備えた燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10255811A true JPH10255811A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=12894265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9051703A Pending JPH10255811A (ja) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | 特性分散電極を備えた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10255811A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446781B1 (ko) * | 2002-07-30 | 2004-09-07 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 혼합전극 구조 |
| US7291417B2 (en) | 2003-01-16 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compositional and structural gradients for fuel cell electrode materials |
| JP2008226690A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池セルユニット及びスタック構造体 |
| JP2008305692A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池用構造体、燃料電池および電極層前駆グリーンシート |
-
1997
- 1997-03-06 JP JP9051703A patent/JPH10255811A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446781B1 (ko) * | 2002-07-30 | 2004-09-07 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 혼합전극 구조 |
| US7291417B2 (en) | 2003-01-16 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compositional and structural gradients for fuel cell electrode materials |
| JP2008226690A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池セルユニット及びスタック構造体 |
| JP2008305692A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池用構造体、燃料電池および電極層前駆グリーンシート |
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