JPS61121265A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS61121265A
JPS61121265A JP59241717A JP24171784A JPS61121265A JP S61121265 A JPS61121265 A JP S61121265A JP 59241717 A JP59241717 A JP 59241717A JP 24171784 A JP24171784 A JP 24171784A JP S61121265 A JPS61121265 A JP S61121265A
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anode
cathode
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catalyst layer
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憲朗 光田
Yoshiaki Sakamoto
阪本 芳昭
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池に関し、特(−小出力の電力源と
して用いられるもの(=関する。
〔従来の技術〕
燃料電池は外部から供給される燃料と酸化剤との電気化
学的反応により発電を行なう装置であり、基本的には電
解質によって隔てられたアノードである燃料側電極及び
カソードである酸化剤側電極を備え、ガス分離板によっ
て両電極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され
る。
第5図は従来の単電池(6)を示す断面図である。
図において、(1)は燃料側の電極基材、(2)は燃料
側電極基材fi+の一面部に設けられた燃料側触媒層、
(3)は電解質保持体で、例えば電解質保持マトリック
ス、(4)は酸化剤側電極基材(51の一面部で、電解
質保持マトリックス(31に対設された酸化剤側触媒゛
  層である。また、第6図は単電池(61とガス分離
板(7)とを交互C:積層した燃料電池の断面図を示す
もので、この場合は4つの単電池161):より構成し
ている。図において、(8)は酸化剤ガス流路、【91
は燃料ガス流路、α〔は集電板である。ガス分離板(7
1は電子導電性材料によって構成されており、酸化剤ガ
スと燃料ガスを単電池(61T:、供給するための酸化
剤ガス流路(81及び燃料ガス流路(9)が設けられて
いる。酸化剤ガス流路(81と燃料ガス流路(91はそ
れぞれ平行な面上C:形成され透視したとき直交するよ
うに構成されている。
次C:動作について説明する。単電池161 Cおいて
、燃料側電極基材fil V、はがス分離板(71の燃
料ガス流路(9)から燃料ガスが供給され、燃料側触媒
層(21中の三相界面で反応する。同様に、酸化剤側電
極基材(5)(−は酸化剤ガス流路(8)から酸化剤ガ
スが供給され、酸化剤側触媒層(41中の三相界面で反
応が起こる。この反応が起こると電解質保持マl−IJ
フックス2引中でイオンが移動し、両電極基材il+ 
、 +51間で電荷の授受が行なわれて起電力を生じる
。ガス分解板(7)は単電池(61への反応ガスの供給
という働きの他に、積層した上下の単電池+61を電気
的1:直列に接続するという働きをする。第6図では4
つの単電池(61がガス分離板(7)によって直列も一
接続され、生じた電気は集電板叫によって集められて外
部負荷(−接続される。
以上のような燃料電池は電力源として用いられる。しか
し、得られた電圧は直流であり、工場や家庭1:詔ける
電力消費は100〜220vの二相または三相の交流が
用いられる。従って燃料電池から得られた電力はインバ
ータを介して交流に変換されるのであるが、インバータ
、での変換効率を良くするには少な(とも80V以上の
直流電圧が必要である。しかる;:、燃料電池の出力′
電圧は単電池当り0.6〜0,8vであり、60Vを得
るには80〜100セルの積層か必要である。ガス分離
板(7)を含めて単電池(6)当りにかかる厚さは、い
か1:薄く構成しても5mmが限度である。また、動作
温度を制御するためl:冷却器を単電池の数セルごと(
−挿入する必要がある。従ちて60Vの出力を得る;;
は1〜2mの高さく;なり、大出力の電力源としてはと
もかく、小出力の電力源として簡易に用いるには大きす
ぎる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の燃料電池は以上のように構成されているので、所
定の電圧を得るためには高さを増さなければならず、小
出力の電力源として簡易に用いる1:は外形が大きすぎ
るという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高基を増さずに所定の電圧を得ることができ
、小出力の成力源左して適したコレパクトでかつ電圧を
上げることができる燃料電池を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る燃料電池は、ガス透気性の電極基材の一
面部の一部分に燃料−触媒層を設け、この触媒層が形成
されていない一面部に対向する他面部に酸化剤側触媒層
を設け、電極基材の中央部で両触媒層間にガスシール部
を有する電極体を備え、電極体の燃料側触媒層形成部を
$1アノードとし、第1電解質保持体を介在して第1カ
ンードを対設し、電極体の酸化剤側触媒層形成部を第2
カソードとし、34!2電解質保持体を介在して第2ア
ノードと対設させると共に第1アノードと第2アノード
が尚レベルであり、$1カンードと第2カソードが同一
レベルであり、 第1アノードと第2アノードにまたかりアノードとの間
(;燃料ガス流路が形成された電気絶縁性ガス供給板を
備え、かつ第1カソードと第2カソードにまたがりカソ
ードとの間に酸化剤ガス流路が形成された電気絶縁性ガ
ス供給板を備えたものである。
〔作用〕
この発明における電極基材は、ガスシール部を介在して
一面部にアノードと他面部にカソードを構成するため、
単電池を電気的に直列に接続する働きを兼ねる。従って
、同一レベル方向に単電池を直列化でき、妬さを増すこ
となく電圧を上げることかできる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図S二ついて説明する。第
1図はこの発明の一実施例に係るアノード・カソード体
の断面を示すもので、図において、(lla)はガス透
気性の電極基材、(2a)は電極基材(lla)の−面
部の一部分【二設けられた燃料側触媒層、(4a)は燃
料側触媒層(阻)が形成されていない電極基材(lla
)の−m1部に対向する他面部に設けられた酸化剤側触
媒層、(12a)は電極基材(lla)の中央部で両触
媒層(2a) 、 (4a)間をガスシールするガスシ
ール部であり、電極基材(lla) 、燃料側触媒層(
々)、酸化剤側触媒層(4a)、ガスシール部(12a
)で電極体Aを構成している。また、この電極体Aは燃
料側触媒層形成部、例えば燃料側触媒゛ 層(22k)
とこれが形成された電極基材(lla)の一部分でアノ
ードを構成し、酸化剤側触媒層形成部、例えは酸化剤側
触媒層(4a)とこれが形成された電極基材(lla)
の一部分でカソードを構成している。
アノード・カソード体は、複数の電極体を電解質保持体
、例えば電解質保持マl−IJソックス介在させて積層
されている。例えば、電極体(ハ)の燃料側触媒層(2
a)は第1電解質保持マ)IJソックス3a)を介在し
て、電極体(D)の酸化剤側触媒層(4d)と対設して
mlア/−ド・カソードを構成し、電極体(Alの酸化
剤側触媒層(4a)は第2′4解質保持マトリツクス(
3b)を介在して、電極体(Blの燃料側触媒層(2b
)と対設して第2アノード・カソードを構成している。
また、複数の電極体の各アノードは同レベルに形成され
ると共に、各カソードは同レベルに形成されている。さ
らに、このアノード′・′カソード体の各アノードにま
た゛がって電気絶縁性の゛燃゛料ガス供給板が形成され
、各カソードにまたがって電気絶縁性の酸化剤ガス供給
板が形成され゛て燃°“料電池を構成している。ここで
、各符号の添字のアルファベットは一つの電極基材上(
=構成された材料に共通した符号を示しており、一般に
述べる場合は添字なしの符号を用いる。
上記のよろに構成された燃料電池は、各アノード・カソ
ードでそれぞれ単電池を形成し、電極基材αυは各電極
の働きをすると共に、各単電池を直列に接続する働きを
兼ねており、各単電池は複数の電極基材圓によって横方
向に直列に接続されている。この時、一つの電極基材U
中には燃料ガス及び酸化剤ガスが流れるため、これらの
混合を防ぐためI:がスシール部(L渇が設けられてい
る。ガス透過性の電極基材住υに対するガスシール処理
の一例として、電極基材αυに例えばリン酸ジルコニウ
ムや5酸化リンなどの無機粒子を充填し、電解質を含浸
させたウェットシール処理がある。また、バッキング材
などを充填する乾式のガス不透気化化処理でもよい。
第2図はアノード・カソード体の端部の一例を示すもの
で、σIは集電板であり、直列C二接続された単電池の
一番端の電極基材(l])とその端部(19と密接に接
触しており、集電するものである。
以上のように構成された燃料電池は同一レベルに直列化
できるため、高さを増さすに電圧を上げることかできる
また、上記実施例では、電極基材住υの中央部で両触媒
層+21 、 [41間は曲率な有して構成しているが
、第3図に示すように直線的に構成しても同様の効果が
ある。
さらに、′144図は、例えば9個の電極体を直列に接
続したカソード・アノード体を、電気絶縁性ガス供給板
(13を介して4段積層して形成した燃料電池の断面構
成図を示すものである。この実施例では、集電板ααと
電気配線(1滲によって上下方向にも直列に接続され、
合計36セルの単電池が接続されている。°電気絶縁性
ガス供給板Q31はアノードに燃料ガスを供給する燃料
ガス流路(9)、及びカソードに酸化剤ガスを供給する
酸化剤ガス流路18)を構成すると共に、積層されたカ
ソード・アノード体を電気的に絶縁する。この実施例に
よれば、第6図に示した従来の燃料電池と同じ高さで、
9倍の積層数となり、電圧を上げることができる。また
、解電極体の電極基材αυの長さを短かくすると、一段
のカソード・アノード体の直列数をさらに多(でき、コ
ンパクトで、自由に電圧を上げることができり。
また、この発明はアルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電
池、溶融炭酸塩型燃料電池など、あらゆる型の燃料電池
に適用することができる。
〔発明の効果〕
以上のように、これ発明によればガス透気性の電極基材
の一面部の一部分C:燃料側触媒層を設け、この触媒層
が形成されていない一面部ζ:対向する他面部に酸化開
側触媒層を設け、上記電極基材の中央部で両触媒層間に
ガスシール部を有する電極体を備え、 上記、電極体の燃料側触媒層形成部を第17ノードとし
、第1電解質保持体を介在して第1カソードを対設し、
上記電極体の酸化剤側触媒層形成部を第2カソードとし
、第2電解質保持体を介在して第2アノードを対設させ
ると共に第17ノードと第2アノードが同レベルであり
、第1カソードと第2カソードが同レベルであり、 第1アノードと第2アノードにまたがりアノードとの間
に燃料ガス流路が形成された電気絶縁性ガス供給板を備
え、かつ第1カソードと第2カソードにまたがりカソー
ドとの間に酸化剤ガス流路が形成された電気絶縁性ガス
供給板を備えることにより、カソード・アノードを同一
レベル方向に直列化でき、高さを増さずに電圧を上げる
ことができる。従って、このような燃料電池を多段に積
み上げれば、コンパクトで電圧を上げることができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による燃料電池に係るカソ
ード・アノード体を示す断面図、第2図はカソード・ア
ノード体の端部の一例を示す断面図、第3図はこの発明
の他の実施例による燃料電池Cニルるカソード・アノー
ド体を示す断面図、第4図はこの発明のさらに他の実施
例(−よる燃料電池を示す断面構成図、第5図は従来の
燃料電池C係る単電池を示す断面図、第6図は従来の燃
料電池を示す断面図である、 (2a) 、 (2b) 、 (2c)−燃料側触媒層
、(3a)、 (3b)(3C) =・・電解質保持体
、(4a) 、 (4o) 、 (4a) =−酸化剤
側触媒層、(81・・・酸化剤ガス流路、(91・・・
燃料ガス流路、(lla) 、 (1)1)) 、 (
llc) 、  (1)(1) ・・・電極基材、(1
2a) 、  (12b)・・−ガスシール部、uト・
・砿気絶縁性ガス供給板、A、M、0.D・・・電極体
。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガス透気性の電極基材の一面部の一部分に燃料側
    触媒層を設け、この触媒層が形成されていない一面部に
    対向する他面部に酸化剤側触媒層を設け、上記電極基材
    の中央部で両触媒層間にガスシール部を有する電極体を
    備え、 上記電極体の燃料側触媒層形成部を第1アノードとし、
    第1電解質保持体を介在して第1カソードを対設し、上
    記電極体の酸化剤側触媒層形成部を第2カソードとし、
    第2電解質保持体を介在して第2アノードを対設させる
    と共に、第1アノードと第2アノードが同レベルであり
    、第1カソードと第2カソードが同レベルであり、 第1アノードと第2アノードにまたがりアノードとの間
    に燃料ガス流路が形成された電気絶縁性ガス供給板を備
    え、かつ第1カソードと第2カソードにまたがりカソー
    ドとの間に酸化剤ガス流路が形成された電気絶縁性ガス
    供給板を備えた燃料電池。
  2. (2)ガスシール部は、電極基材に無機粒子を充填し、
    電解質を含浸したウェットシール部であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
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