JPS59228364A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS59228364A
JPS59228364A JP58103060A JP10306083A JPS59228364A JP S59228364 A JPS59228364 A JP S59228364A JP 58103060 A JP58103060 A JP 58103060A JP 10306083 A JP10306083 A JP 10306083A JP S59228364 A JPS59228364 A JP S59228364A
Authority
JP
Japan
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electrolyte
matrix
flow path
fuel cell
filled
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Pending
Application number
JP58103060A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenro Mitsuta
憲朗 光田
Hideaki Miyoshi
英明 三好
Toshiaki Murahashi
村橋 俊明
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS59228364A publication Critical patent/JPS59228364A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • YGENERAL 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
    • 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

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は燃料電池に関し、特に電解質マトリックスへ
の電解質の供給に関するものである。
周知の通り、燃料電池は対向して配置された燃料電極(
アノード)と酸化剤電極(カソード)の間に電解質マト
リックスを配し、燃料電極および酸化剤電極にそれぞれ
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して運転される一種の
発電装置である。燃料電池は、用いられる電解質の種類
によってリン酸形、アルカリ形、溶融塩形などに分類さ
れる。
この発明をリン酸形を対象として説明するが他の種類の
燃料電池にも適用可能であることはもちろ−んである。
以下、リン酸形燃料電池について従来例を図をもとに説
明する。リン酸形燃料電池には、ガス分離板に反応ガス
流路を形成する。リプ付ガス分離板型と電極基材に反応
ガス流路を形成するリグ付電極型とがある。第1図はリ
グ付ガス分離板型に関するものであシ、第3図、第4図
はリグ付電極型に関するものである。
まず、リグ付ガス分離板型について説明する。
第1図はリグ付ガス分離板型燃料電池を示す断面図であ
り、図において、(1)はガス分離板、(2)は厚さ約
400 p mの多孔質のカーボンペーパで構成された
電極基材、(3)、(4)はシール部、(5)は触媒層
、(6)は電解質マトリックス、(7)は外部電解質リ
ザーバ、(8)は反応ガス流路である。この例では、シ
ール部(3〕、(4) 、!: して、電極基材(2)
K炭化硅素の微粒子を充填し、これにリン酸を保持して
ガスシール性ヲ保つウェットシールタイプ(3)と、フ
ッ素ゴムパツキンを用いたパッキンシ〜ルクイグ(4)
の両者を併用した場合を示した。また、この図は簡単の
ためかfr、ワ模式的に描かれており、反応ガス流路(
8)の数も少ないが、実際は、ガス分離板(1)け厚さ
5mm程度、長さおよび奥ゆきは50(7)〜1m程度
であり、反応ガス流路(8)の深さおよび幅も1mmし
て構成されており、その厚さは100μm〜200μm
程度である。一般K、リン酸形燃料電池の寿命として4
万時間程度が要求されるが、第1図に示したリグ付ガス
分離板型においては保持されるリン酸の絶対量が限られ
ているため、運転中リン酸が蒸発消失し、数千時間ごと
にリン酸を補給しなければならないっ外部電解質リザー
バ(7)はこのリン酸M給のための機構であり、リザー
バ(7)に補給したリン酸は、ウェットシール部(3)
を通って電解質マトリックス(6) I/il:達する
。また、リン酸の蒸発消失の他にも、温度変動などリン
酸の体積が変動する際にリン酸が電解質マ) l)ツク
ス(6)の外へ流出する場合もあり、この場合にも外部
電解質リザーバ(7)を介してのリン酸補給が行なわれ
る。リン酸補給は燃料電池の運転を休止して行なわれる
ものであるから、短時間のうちに補給を終え、運転を再
開できる状態にする必要がある。したがって、補給され
たリン酸は速やかに電解質マド1,1ツクス(6)の隅
々にまで浸透しなければならない。この浸透速度は保持
体である炭化硅素粒子の粒径に依存するところが大であ
る。第2図は浸透速度の炭化硅素粒径依存性を示す特性
図であり、平均粒径1.2.3.5.10μmの炭化硅
素マトリックスを短冊状に形成し、その一端をリン酸(
160〜180℃)に浸して、吸い上げられるリン酸の
液面からの高さを測定したものである。この図から明ら
かなように、粒径が大きいほど浸透速度が早くなる。し
かし逆に、粒径が大きくなるとリン酸の保持力が低下し
、温度変動などによるリン酸の体積変動の際、電解質マ
) IJソクス(6)の外へ流出するリン酸が多くなり
、電池の特性や寿命に悪い影響を及ぼす。つ捷り、炭化
硅素粒子の粒径については、リン酸補給の機能性から見
れば大きいものほど良く、電池の特性や寿命から見れば
小さいものほど良い。かと言って、大粒径のものと小粒
径のものとの混合物としてしまうと、リン酸補給の機能
性、電池の特性や寿命の何れの側から見ても満足すべき
結果は得られない。したがって、実際には、電池の特性
や寿命を重視して小粒径(平均粒径1μm以下)の炭化
硅素粒子が用いられている。このため、リン酸補給には
かなり長い時間を必要としている。
次に1リズ付電極型燃料電池について説明する。
リブ付電極型燃料電池は、ガス流路(8)間の電極基材
(2)部に部分的に炭化硅素粒子を充填した内部電解質
リザーバ機構を有するため、約4万時間に及ぶ電池運転
時間中にリン酸を補給する必要はないと言われて′いる
。第3図は従来のリブ付電極型燃料電池における内部電
解質リザーバの位置を示す平向図であり、第4図は第3
図に示す燃料電池の主にアノード側について示す断面で
ある。第3図と第4図とで、内部電解質リザーバ(9)
の位置が対応するはずであるが、第4図では簡単のため
反応ガス流路(8)および内部電解質リブ′−バ(9)
の数を減らして表わしているので、対応していない。リ
プ付電極型燃料電池は、電解質マトリックス(6)にお
けるリン酸の体積変化に対する制御を近傍にある内部電
解質リザーバ(9)で行なおうとするものであるが、内
部電解質リザー/<(9)として電極基材(2)に充填
する炭化硅素粒子の粒径は電解質マトリックス(6)と
同等のものが用いられている。したがって、内部電解質
リザーバ(9)は単に電解質マトリックス(6)の厚さ
を厚くするこ々なく電解質マトリックス(6)の体積を
増加させたに過ぎず、電解質供給速度や融通性などの電
解質リゾ−ツク(9)としての機能性についてはいささ
か疑問である。また、第3図、第4図に示したようなリ
グ付電極型燃料電池では外部からのリン酸の補給はでき
ない。したがって、リン酸の絶対量が不足した場合には
電池の運転を停止しなければならない。
従来のリン酸形燃料電池は以上のように構成されている
ので、電解質リザーノ寸(7)、(9)から電解質マト
リックス(6)への電解質の供給を速やかに行なうこと
ができないという欠点があった。このため、リプ付ガス
分離板型においては電解質の供給作業に時間がかかり、
リプ付電極型においては電解質供給速度や融通性など内
部電解質リザーノ<(9)の機能性が阻害され、部分的
に枯渇状態に陥ることこの発明は上記のような従来のも
のの欠点を除去するためになされたもので、電解質マト
リックス中に、電解質リザーバから延長された電解質流
路を形成し、この電解質流路に電解質流路外の上記電解
質マトリックスに充填されている粒子より平均粒径の大
きな粒子を充填することにより、上記電解質マド1,1
ンクスの電解質保持特性を実用上損うことなく、上記電
解質マトリックスへの電解質の浸透速度を速め、部分的
な枯渇状態を避けることのできる燃料電池を提供するこ
とを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。第5
図はこの発明の一実施例例よるリグ付ガス分離板型燃料
電池における外部電解質リザーバおよび電解質流路の位
置を示す平面図であり、第6図は第5図に示す燃料電池
の主にアノード側について示す断面図である。図におい
て、(10)は電解質マトリックス(6)中に形成され
、外部電解質リザーバ(7)から延長された電解質流路
であり、この電解質流路(10)には、電解質流路(l
O)外の電解質マトリックス(6)K充填されている粒
子より平均粒径の大きな粒子が充填されている。なお、
電解質流路(10)に充填される粒子の平均粒径は浸透
速度の関係から3μm以上が好ましく、電解質流路(1
0)外の電解質マドl)ツクス(6)に充填される粒子
の平均粒径は電解質保持特性を維持するため1μm以下
が好ましい。また、電解質流@ (10)およびこの電
解質流路(lO)外の電解質マトリックス(6)に充填
される粒子は、炭化硅素が一般的であるが、それぞれ、
炭化硅素、ダイヤモンド、五酸化クンタル、五酸化ニオ
ブ、リン酸ジルコニクム、リン酸アルミニウム、窒化硅
素、および炭化ホウ素のうちの少なくとも1種を主成分
とするものであればよい。
この実施例によれば、外部電解質リゾ−7<(7)から
供給された電解質は、まず、浸透速度の速い大粒径粒子
が充填された電解質流路(10)に浸透する。
次に、浸透速度の遅い小粒径粒子が充填された電解質流
II (10)外の電解質マトリックスに徐々に浸透し
て行き、電解質の供給は完結する。従来のように小粒径
粒子のみで電解質マトリックス(6)を形成した場合に
比べ、電解質の供給時間は飛躍的に短縮され、かつ電解
質マトリックス(6)の隅々にまで行きわたる。また、
小粒径粒子で大粒径粒子を充填した電解質流路(10)
を挾むように構成しCいるので、電解質マトリックス(
6)の電解質保持特性を実用上損うこともない。
第7図はこの発明の他の実施例によるリプ付電極型燃料
電池における電解質リザーバおよび電解質流路の位置を
示す平面図であね、第8図は第7図に示す燃料電池の主
にアノード側について示す断面図である。図から分かる
ように、各内部電解質リザーバ(9)はそれぞれ電解質
流路(10)を介してつながっており、電解質は電解質
流路(10)中を非常に速く移動することができるので
、電解質リザーバ(9)としての機能性は従来に比べ飛
躍的に向上し、電解質マトリックス(6)の隅々にまで
速やかに電解質を供給することが可能である。また、ガ
ス分離板(1)に外部電解質リザーバ(7)を形成し、
これと電解質流lit! (10)とを接続したので、
電解質の外部からの供給も可能である。但し、外部電解
質リザーバ(7)がない場合でも、この発明の目的は達
せられる。
なお、電解質流路(10)は第5図や第7図に示すよう
に、一方の電解質リザーバ(7)から他方の電解質リザ
ーバ(7)へ連続していた方が望ましいが、電解質マト
リックス(6)の途中まで伸びているだけでも効果はあ
る。また、電解質流路(lO)の形状は第5図、第7図
に示す実施例に限るものではない。
また、上記実施例ではガス分離板(1)、単電池(2)
、(5)、(6バガス分離板(1)の順に重ねて構成し
た単層形燃料電池について主に説明したが、この発明は
ガス分離板(1)と単電池(2)、(5)、(6)とを
交互に複数個積層して構成される積層形燃料電池にも適
用できるのは言うまでもないことである0さらに、上記
実施例では主にリン酸形燃料電池について説明したが、
リン酸形に限らず他の種類の燃料電池においても上記実
施例で示したような改良が有効であることは当業者にと
って明らかである。
以上のように、この発明によれば、電解質マトリックス
中に、電解質リザーバから延長された電解質流路を形成
し、この電解質流路に電解質流路外の上記電解質マトリ
ックスに充填されている粒子より平均粒径の大きな粒子
を充填したので、上記電解質マトリックスの電解質保持
特性を実用上損うことなく、上記電解質マトリックスへ
の電解質の浸透速度を速め、部分的な枯渇状態を避ける
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のリグ付ガス分離板型燃料電池を示す断面
図、第2図は電解質の浸透速度の粒径依存を示す特性図
、第3図は従来のリグ付電極型燃料電池を示す平面図、
第4図は第3図に示す燃料電池の主にアノード側につい
て示す断面図、第5図はこの発明の一実施例によるリプ
付ガス分離板型燃料電池を示す平面図、第6図は第5図
に示す燃料電池の主にアノード側について示す断面図、
第7図はこの発明の他の実施例によるリグ付電極型燃料
電池を示す平面図、第8図は第7図に示す燃料電池の主
にアノード側について示す断面図である。 図において、(1)はガス分離板、(2)は電極基材、
(5)は触媒層、(6)は電解質マトリックス、(7)
、(9)はリザーバ、(8)は反応ガス流路、(10)
は電解質流路であり、電極基材(2)と触媒層(5)と
で電極を構成している。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を写すものと
する。 代理人大岩 増雄 第1図 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃料電極、電解質マトリックス、および酸化剤電
    極を有する単電池とガス分離板とを重ねて構成し、上記
    電極およびガス分離板の少なくとも一方に電解質リデー
    バを備える燃料電池において、上記電解質マトリックス
    中に、上記電解質リデーバから延長された電解質流路を
    形成し、この電解質流路に電解質流路外の上記電解質マ
    トリックスに充填されている粒子より平均粒径の大きな
    粒子を充填したことを特徴とする燃料電池。
  2. (2)電解質流路に充填された粒子の平均粒径が5μm
    以上、上記電解質流路外の電解質マトリックスに充填さ
    れた粒子の平均粒径が1μm以下である特許請求の範囲
    第1項記載の燃料電池。
  3. (3)電解質流路およびこの電解質流路外の電解質マト
    リックスに充填された粒子は、それぞれ、炭化硅素、ダ
    イヤモンド、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、リン酸ジ
    ルコニウム、リン酸アルミニウム、窒、イヒ硅素、およ
    び炭化ホウ素のうちの少なくさも1種金主成分とするも
    のである特許請求の範囲第1項または第2項記載の燃料
    電池。
JP58103060A 1983-06-09 1983-06-09 燃料電池 Pending JPS59228364A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6253571U (ja) * 1985-09-24 1987-04-02
JPS63190256A (ja) * 1987-02-02 1988-08-05 Hitachi Ltd 燃料電池用電解質板

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5736785A (en) * 1980-08-15 1982-02-27 Hitachi Ltd Fuel cell
JPS5848366A (ja) * 1981-09-17 1983-03-22 Hitachi Ltd 燃料電池

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