JPH11224682A - りん酸型燃料電池 - Google Patents
りん酸型燃料電池Info
- Publication number
- JPH11224682A JPH11224682A JP10027492A JP2749298A JPH11224682A JP H11224682 A JPH11224682 A JP H11224682A JP 10027492 A JP10027492 A JP 10027492A JP 2749298 A JP2749298 A JP 2749298A JP H11224682 A JPH11224682 A JP H11224682A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- matrix
- fuel
- air
- electrode catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】セルの周囲に配したシール部より漏洩するガス
によって引き起こされる発電領域の損傷を防止し、長期
間安定して運転できるものとする。 【解決手段】マトリックス２の外縁より外周方向に突出
する広がりをもつ燃料極触媒層３を用い、さらにマトリ
ックス２の外縁とシール部材５の内縁との間に間隙を備
えて単位セルを構成し、本単位セルを多数積層して燃料
電池積層体１を構成する。
によって引き起こされる発電領域の損傷を防止し、長期
間安定して運転できるものとする。 【解決手段】マトリックス２の外縁より外周方向に突出
する広がりをもつ燃料極触媒層３を用い、さらにマトリ
ックス２の外縁とシール部材５の内縁との間に間隙を備
えて単位セルを構成し、本単位セルを多数積層して燃料
電池積層体１を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電解質にりん酸
を用いて電気化学反応により電気エネルギーを得るりん
酸型燃料電池に係わり、特に対極ガスのリークに起因す
る特性劣化を防止する構造に関する。
を用いて電気化学反応により電気エネルギーを得るりん
酸型燃料電池に係わり、特に対極ガスのリークに起因す
る特性劣化を防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】りん酸を電解質に用いるりん酸型燃料電
池は、通常、りん酸を保持した平板状のマトリックスを
燃料極触媒層と空気極触媒層で挟み、さらにこれらの外
周にシール部材を、またそれぞれの触媒層の外面に反応
ガス通流用の流路を備えた電極基材を配して単位セルを
形成し、この単位セルを導電性でかつガス不透過性のセ
パレータを介して多数積層することにより構成されてい
る。
池は、通常、りん酸を保持した平板状のマトリックスを
燃料極触媒層と空気極触媒層で挟み、さらにこれらの外
周にシール部材を、またそれぞれの触媒層の外面に反応
ガス通流用の流路を備えた電極基材を配して単位セルを
形成し、この単位セルを導電性でかつガス不透過性のセ
パレータを介して多数積層することにより構成されてい
る。
【０００３】図４は、従来のりん酸型燃料電池の単位セ
ルの構成を示す断面図で、（ａ）はマトリックスより燃
料極側を見た横断面図、（ｂ）はマトリックスより空気
極側を見た横断面図である。図に見られるように、燃料
電池積層体１を構成する各セルにおいて、りん酸を保持
したマトリックス２は、ほぼ同一面積を有する燃料極触
媒層３と空気極触媒層４で挟持されており、その外周部
にはシール部材５が配されている。また、燃料極触媒層
３の外面およびシール部材５の外面には図示しない燃料
極基材が、また、空気極触媒層４の外面およびシール部
材５のもう一方の外面には図示しない空気極基材が配さ
れている。
ルの構成を示す断面図で、（ａ）はマトリックスより燃
料極側を見た横断面図、（ｂ）はマトリックスより空気
極側を見た横断面図である。図に見られるように、燃料
電池積層体１を構成する各セルにおいて、りん酸を保持
したマトリックス２は、ほぼ同一面積を有する燃料極触
媒層３と空気極触媒層４で挟持されており、その外周部
にはシール部材５が配されている。また、燃料極触媒層
３の外面およびシール部材５の外面には図示しない燃料
極基材が、また、空気極触媒層４の外面およびシール部
材５のもう一方の外面には図示しない空気極基材が配さ
れている。
【０００４】各電極触媒層への反応ガスの供給は、多数
のセルを導電性かつ気密性材料のセパレータを介して積
層してなる燃料電池積層体１の各側面に各ガスの供給、
排出用のマニホールドを組み込むことにより行われる。
すなわち、燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド６か
ら燃料ガス排出マニホールド７へと燃料極基材のガス流
路を通流させることによって燃料極触媒層３へと供給さ
れ、反応空気は、反応空気供給マニホールド８から反応
空気排出マニホールド９へと空気極基材のガス流路を通
流させることによって空気極触媒層４へと供給される。
シール部材５は供給された燃料ガスと反応空気との間の
気密を保持する役割を果たしている。このように燃料ガ
スと反応空気を供給すると、燃料極触媒層３において燃
料ガスに含まれる水素がプロトンとなり、このプロトン
がマトリックス中を移動し、空気触媒層４において反応
空気中の酸素と結合する電気化学反応が生じ、電気エネ
ルギーが得られることとなる。
のセルを導電性かつ気密性材料のセパレータを介して積
層してなる燃料電池積層体１の各側面に各ガスの供給、
排出用のマニホールドを組み込むことにより行われる。
すなわち、燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド６か
ら燃料ガス排出マニホールド７へと燃料極基材のガス流
路を通流させることによって燃料極触媒層３へと供給さ
れ、反応空気は、反応空気供給マニホールド８から反応
空気排出マニホールド９へと空気極基材のガス流路を通
流させることによって空気極触媒層４へと供給される。
シール部材５は供給された燃料ガスと反応空気との間の
気密を保持する役割を果たしている。このように燃料ガ
スと反応空気を供給すると、燃料極触媒層３において燃
料ガスに含まれる水素がプロトンとなり、このプロトン
がマトリックス中を移動し、空気触媒層４において反応
空気中の酸素と結合する電気化学反応が生じ、電気エネ
ルギーが得られることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成では、すで
に述べたように、マトリックス２と燃料極触媒層３、空
気極触媒層４の外周部に配したシール部材５によって、
供給された燃料ガスと反応空気との間の気密を保持して
いる。しかしながら、このようにシール部材５を配して
構成しても、反応ガスの漏洩を皆無とすることは困難で
あり、特にウエットシール方式、すなわち、多孔質体の
空孔中にシリコンカーバイトやカーボン粉などの粉体と
りん酸を充填して気密を保持する方式においては、ある
程度の反応ガスの漏洩は避けられない。このようにシー
ル部材５を通してガスが漏洩すると、漏洩したガスは対
極側の触媒層へと達し、燃料ガス中の水素と反応空気中
の酸素が直接燃焼反応を起こすため、触媒層が局所的に
高温に曝されたり、あるいは燃焼による消費によって反
応ガスが局所的に欠乏する事態が生じたり、更には水素
の欠乏によって空気極側の構成部材に腐食が生じること
となるので、発電特性が劣化して寿命が短くなったり、
修復不可能な損傷を被る危険性が高い。
に述べたように、マトリックス２と燃料極触媒層３、空
気極触媒層４の外周部に配したシール部材５によって、
供給された燃料ガスと反応空気との間の気密を保持して
いる。しかしながら、このようにシール部材５を配して
構成しても、反応ガスの漏洩を皆無とすることは困難で
あり、特にウエットシール方式、すなわち、多孔質体の
空孔中にシリコンカーバイトやカーボン粉などの粉体と
りん酸を充填して気密を保持する方式においては、ある
程度の反応ガスの漏洩は避けられない。このようにシー
ル部材５を通してガスが漏洩すると、漏洩したガスは対
極側の触媒層へと達し、燃料ガス中の水素と反応空気中
の酸素が直接燃焼反応を起こすため、触媒層が局所的に
高温に曝されたり、あるいは燃焼による消費によって反
応ガスが局所的に欠乏する事態が生じたり、更には水素
の欠乏によって空気極側の構成部材に腐食が生じること
となるので、発電特性が劣化して寿命が短くなったり、
修復不可能な損傷を被る危険性が高い。
【０００６】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、外周に配したシール部材を通して反応ガ
スが漏洩しても、マトリックスの局所的な温度上昇や局
所的な反応ガス欠乏状態、あるいは構造材の腐食を引き
起こす恐れがなく、長期にわたり安定して運転できるり
ん酸型燃料電池を提供することにある。
難点を解消し、外周に配したシール部材を通して反応ガ
スが漏洩しても、マトリックスの局所的な温度上昇や局
所的な反応ガス欠乏状態、あるいは構造材の腐食を引き
起こす恐れがなく、長期にわたり安定して運転できるり
ん酸型燃料電池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、本発明においては、りん酸を保持した平板状のマ
トリックスと、マトリックスを挟持する燃料極触媒層と
空気極触媒層と、これらの外周に配されたシール部材を
備える単位セルを複数積層してなるりん酸型燃料電池に
おいて、燃料極と空気極の少なくともいずれか一方、ま
たは両方の電極の触媒層を、マトリックスの外縁より外
周方向へ突出する広がりをもつように構成することとす
る。
めに、本発明においては、りん酸を保持した平板状のマ
トリックスと、マトリックスを挟持する燃料極触媒層と
空気極触媒層と、これらの外周に配されたシール部材を
備える単位セルを複数積層してなるりん酸型燃料電池に
おいて、燃料極と空気極の少なくともいずれか一方、ま
たは両方の電極の触媒層を、マトリックスの外縁より外
周方向へ突出する広がりをもつように構成することとす
る。
【０００８】上記のごとく構成すれば、両触媒層とマト
リックスが重なり合う領域において発電反応が生じ、触
媒層の突出した領域では発電反応は生じない。一方、シ
ール部材を通してガスが漏洩した際には、シール部材か
らマトリックスへ至る間の触媒層の突出部、すなわち触
媒層の非発電領域で対極ガスと反応して燃焼することと
なるので、発電領域での燃焼が回避される。したがっ
て、従来のりん酸型燃料電池で見られたごとき発電領域
の局所的な温度上昇や局所的な反応ガスの欠乏による特
性低下が防止されることとなる。
リックスが重なり合う領域において発電反応が生じ、触
媒層の突出した領域では発電反応は生じない。一方、シ
ール部材を通してガスが漏洩した際には、シール部材か
らマトリックスへ至る間の触媒層の突出部、すなわち触
媒層の非発電領域で対極ガスと反応して燃焼することと
なるので、発電領域での燃焼が回避される。したがっ
て、従来のりん酸型燃料電池で見られたごとき発電領域
の局所的な温度上昇や局所的な反応ガスの欠乏による特
性低下が防止されることとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明のり
ん酸型燃料電池の第１の実施例のセルの基本構成図で、
マトリックスより燃料極側を見た横断面図である。本実
施例の特徴は、図に見られるように、マトリックス２に
比べて大きな広がりをもつ燃料極触媒層３が用いられて
いることにあり、燃料極触媒層３の外縁がシール部材５
の内縁に接して配置されているのに対して、マトリック
ス２の外縁とシール部材５の内縁との間には間隙が設け
られている。
ん酸型燃料電池の第１の実施例のセルの基本構成図で、
マトリックスより燃料極側を見た横断面図である。本実
施例の特徴は、図に見られるように、マトリックス２に
比べて大きな広がりをもつ燃料極触媒層３が用いられて
いることにあり、燃料極触媒層３の外縁がシール部材５
の内縁に接して配置されているのに対して、マトリック
ス２の外縁とシール部材５の内縁との間には間隙が設け
られている。
【００１０】本構成において、燃料ガス供給マニホール
ド６より燃料ガス排出マニホールド７へと通流させて燃
料極触媒層３に燃料ガスを供給し、反応空気供給マニホ
ールド８より反応空気排出マニホールド９へと通流させ
て空気極触媒層に反応空気を供給して発電反応を起こさ
せる際に、シール部材５を通して対極から反応空気が漏
洩する事態が生ずれば、漏洩した反応空気は、マトリッ
クス２の外縁より突出した燃料極触媒層３の外側の非発
電領域で燃料ガスと反応して燃焼し、マトリックス２の
部分へは到達しないので、電池の発電特性の劣化は防止
されることとなる。
ド６より燃料ガス排出マニホールド７へと通流させて燃
料極触媒層３に燃料ガスを供給し、反応空気供給マニホ
ールド８より反応空気排出マニホールド９へと通流させ
て空気極触媒層に反応空気を供給して発電反応を起こさ
せる際に、シール部材５を通して対極から反応空気が漏
洩する事態が生ずれば、漏洩した反応空気は、マトリッ
クス２の外縁より突出した燃料極触媒層３の外側の非発
電領域で燃料ガスと反応して燃焼し、マトリックス２の
部分へは到達しないので、電池の発電特性の劣化は防止
されることとなる。
【００１１】＜実施例２＞図２は、本発明のりん酸型燃
料電池の第２の実施例のセルの基本構成図で、マトリッ
クスより空気極側を見た横断面図である。本実施例の特
徴は、マトリックス２に比べて大きな広がりをもつ空気
極触媒層４が用いられていることにある。本実施例にお
いても、第１の実施例と同様に、シール部材５を通して
対極から燃料ガスが漏洩する事態が生ずれば、漏洩した
燃料ガスは、空気極触媒層４の外側の非発電領域で反応
空気と反応して燃焼し、マトリックス２の部分へは到達
しないので、電池の発電特性の劣化は防止されることと
なる。
料電池の第２の実施例のセルの基本構成図で、マトリッ
クスより空気極側を見た横断面図である。本実施例の特
徴は、マトリックス２に比べて大きな広がりをもつ空気
極触媒層４が用いられていることにある。本実施例にお
いても、第１の実施例と同様に、シール部材５を通して
対極から燃料ガスが漏洩する事態が生ずれば、漏洩した
燃料ガスは、空気極触媒層４の外側の非発電領域で反応
空気と反応して燃焼し、マトリックス２の部分へは到達
しないので、電池の発電特性の劣化は防止されることと
なる。
【００１２】＜実施例３＞図３は、第１の実施例のごと
くマトリックス２に比べて大きな広がりをもつ燃料極触
媒層と、第２の実施例のごとくマトリックス２に比べて
大きな広がりをもつ空気極触媒層とを備えた第３の実施
例のセルの発電電圧の経時変化を従来例のセルと比較し
て示した特性図である。
くマトリックス２に比べて大きな広がりをもつ燃料極触
媒層と、第２の実施例のごとくマトリックス２に比べて
大きな広がりをもつ空気極触媒層とを備えた第３の実施
例のセルの発電電圧の経時変化を従来例のセルと比較し
て示した特性図である。
【００１３】二つのセルは同一の電流密度で運転されて
おり、また、供給されている反応空気の圧力が燃料ガス
の圧力より高く、反応空気がシール部材を通して燃料極
側へとリークする条件下で運転されている。図に見られ
るように、従来例のセルでは運転時間の経過とともにセ
ルの発電電圧がかなり早い速度で低下しており、反応空
気に含まれる酸素により構造部材の腐食が進行している
ことがわかる。これに対して、本実施例のセルの発電電
圧の低下は緩やかであり、構造部材の腐食が抑制されて
いることがわかる。
おり、また、供給されている反応空気の圧力が燃料ガス
の圧力より高く、反応空気がシール部材を通して燃料極
側へとリークする条件下で運転されている。図に見られ
るように、従来例のセルでは運転時間の経過とともにセ
ルの発電電圧がかなり早い速度で低下しており、反応空
気に含まれる酸素により構造部材の腐食が進行している
ことがわかる。これに対して、本実施例のセルの発電電
圧の低下は緩やかであり、構造部材の腐食が抑制されて
いることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、りん酸
を保持した平板状のマトリックスと、マトリックスを挟
持する燃料極触媒層と空気極触媒層と、これらの外周に
配されたシール部材を備える単位セルを複数積層してな
るりん酸型燃料電池において、燃料極と空気極の少なく
ともいずれか一方、または両方の電極の触媒層を、マト
リックスの外縁より外周方向へ突出する広がりをもつよ
うに構成することとしたので、外周に配したシール部材
を通して反応ガスが漏洩しても、マトリックスの局所的
な温度上昇や局所的な反応ガス欠乏状態、あるいは構造
材の腐食を引き起こす恐れがなくなり、長期にわたり安
定して運転できるりん酸型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と、マトリックスを挟
持する燃料極触媒層と空気極触媒層と、これらの外周に
配されたシール部材を備える単位セルを複数積層してな
るりん酸型燃料電池において、燃料極と空気極の少なく
ともいずれか一方、または両方の電極の触媒層を、マト
リックスの外縁より外周方向へ突出する広がりをもつよ
うに構成することとしたので、外周に配したシール部材
を通して反応ガスが漏洩しても、マトリックスの局所的
な温度上昇や局所的な反応ガス欠乏状態、あるいは構造
材の腐食を引き起こす恐れがなくなり、長期にわたり安
定して運転できるりん酸型燃料電池が得られることとな
った。
【図１】本発明のりん酸型燃料電池の第１の実施例のセ
ルのマトリックスより燃料極側を見た横断面図
ルのマトリックスより燃料極側を見た横断面図
【図２】本発明のりん酸型燃料電池の第２の実施例のセ
ルのマトリックスより空気極側を見た横断面図
ルのマトリックスより空気極側を見た横断面図
【図３】本発明のりん酸型燃料電池の第３の実施例のセ
ルの発電電圧の経時変化を従来例のセルと比較して示し
た特性図
ルの発電電圧の経時変化を従来例のセルと比較して示し
た特性図
【図４】従来のりん酸型燃料電池の単位セルの断面図
で、（ａ）はマトリックスより燃料極側を見た横断面
図、（ｂ）はマトリックスより空気極側を見た横断面図
で、（ａ）はマトリックスより燃料極側を見た横断面
図、（ｂ）はマトリックスより空気極側を見た横断面図
１ 燃料電池積層体 ２ マトリックス ３ 燃料極触媒層 ４ 空気極触媒層 ５ シール部材 ６ 燃料ガス供給マニホールド ７ 燃料ガス排出マニホールド ８ 反応空気供給マニホールド ９ 反応空気排出マニホールド
Claims (1)
- 【請求項１】りん酸を保持した平板状のマトリックス
と、マトリックスを挟持する燃料極触媒層と空気極触媒
層と、これらの外周に配されたシール部材を備える単位
セルを複数積層してなるりん酸型燃料電池において、 燃料極と空気極の少なくともいずれか一方、または両方
の電極の触媒層がマトリックスの外縁より外周方向へ突
出する広がりをもつよう構成されていることを特徴とす
るりん酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027492A JPH11224682A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | りん酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027492A JPH11224682A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | りん酸型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224682A true JPH11224682A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12222644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10027492A Pending JPH11224682A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | りん酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224682A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010232059A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Dainippon Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒層付電解質膜及びそれを用いた燃料電池用膜・電極接合体の製造方法並びに燃料電池 |
| JP2021068596A (ja) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP10027492A patent/JPH11224682A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010232059A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Dainippon Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒層付電解質膜及びそれを用いた燃料電池用膜・電極接合体の製造方法並びに燃料電池 |
| JP2021068596A (ja) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
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