JPS61128470A - 燃料電池のセパレ−タ - Google Patents
燃料電池のセパレ−タInfo
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- JPS61128470A JPS61128470A JP59249591A JP24959184A JPS61128470A JP S61128470 A JPS61128470 A JP S61128470A JP 59249591 A JP59249591 A JP 59249591A JP 24959184 A JP24959184 A JP 24959184A JP S61128470 A JPS61128470 A JP S61128470A
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- Japan
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- separator
- electrode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池に係わり、特に反応ガス利用率の高い
条件で使用するに好適な燃料電池に関する。
条件で使用するに好適な燃料電池に関する。
従来、セパレータ内のガス流路方式と出力の電流密度と
の関係においては、Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏ
ｃ。
の関係においては、Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏ
ｃ。
（１９８３年）におけるＷｏｌｆおよびＷｉｌｅｍｓｋ
ｉによる“Ｍｏ１ｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅ
ｌｌ Ｃｅ１ｌ ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｄｅｌ”
と題する文献において論じられている。
ｉによる“Ｍｏ１ｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅ
ｌｌ Ｃｅ１ｌ ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｄｅｌ”
と題する文献において論じられている。
溶融炭酸塩形燃料電池のガスのセパレータ内フローパタ
ーンとしてカウンタフロー、クロスフロー、コーフロー
について電流密度分布、平均電流密度の大小を比較論じ
ている。また、これらを組み合わせた複雑な流路形式の
セパレータ構造も考案。
ーンとしてカウンタフロー、クロスフロー、コーフロー
について電流密度分布、平均電流密度の大小を比較論じ
ている。また、これらを組み合わせた複雑な流路形式の
セパレータ構造も考案。
検討されている。これらの溶融塩炭酸塩型燃料電池のセ
パレータ流路構造に共通していることは、燃料ガス側流
路では流れの方向に進むにつれて、反応ガスと燃料側電
極付近で電気化学反応によって生成されるＨ、Ｏ，Ｇｏ
、といった生成ガスとが混在する形でガス流路に再流入
する。従って流路出口に近づくほど、反応ガス（ＨＩ
ガス）に対して生成ガス（Ｈ，Ｏ，Ｇｏ、）の割合が増
し反応ガスの濃度が低下する１反応ガス濃度が低下する
と電気化学反応によって取り出させる電流密度は減少し
ていき、燃料ガス入口部と出口部では、かなりの電流密
度差を生じる。電流密度に差がでると。
パレータ流路構造に共通していることは、燃料ガス側流
路では流れの方向に進むにつれて、反応ガスと燃料側電
極付近で電気化学反応によって生成されるＨ、Ｏ，Ｇｏ
、といった生成ガスとが混在する形でガス流路に再流入
する。従って流路出口に近づくほど、反応ガス（ＨＩ
ガス）に対して生成ガス（Ｈ，Ｏ，Ｇｏ、）の割合が増
し反応ガスの濃度が低下する１反応ガス濃度が低下する
と電気化学反応によって取り出させる電流密度は減少し
ていき、燃料ガス入口部と出口部では、かなりの電流密
度差を生じる。電流密度に差がでると。
当然、反応熱も異なりこのため温度分布も均一でなくな
り、電池の信頼性、寿命の面から問題となる。また、電
池の効率を高めるためには燃料側のガス利用率を高くす
ることが非常に重要となるが、この利用率を高くなると
当然燃料流量が減少するため、出口部でますます反応ガ
ス濃度の低下を招き、ある場合には１反応ガスがゼロと
なり全く反応しない領域がでることも充分に考えられ、
大きな問題となる。
り、電池の信頼性、寿命の面から問題となる。また、電
池の効率を高めるためには燃料側のガス利用率を高くす
ることが非常に重要となるが、この利用率を高くなると
当然燃料流量が減少するため、出口部でますます反応ガ
ス濃度の低下を招き、ある場合には１反応ガスがゼロと
なり全く反応しない領域がでることも充分に考えられ、
大きな問題となる。
第５図に内部マニホールドタイプの溶融炭酸塩型燃料電
池（直交フロータイブ）の積層構造を示すが、セパレー
タ４のガス流路部３０が示しである。この場合、溝１１
が何本も直すぐにはしっており、その部分をガスが流れ
る。また凸部１０は電極と接触する。これ溝部では前述
したように反応ガスが流れるが同時に電極３、電解質１
の界面で発生するＨ、Ｏ，Ｇｏ、といった生成ガスも入
り込む、従って、流路出口部２１で反応ガス濃度が入口
部２０と比べかなり低下することになる。
池（直交フロータイブ）の積層構造を示すが、セパレー
タ４のガス流路部３０が示しである。この場合、溝１１
が何本も直すぐにはしっており、その部分をガスが流れ
る。また凸部１０は電極と接触する。これ溝部では前述
したように反応ガスが流れるが同時に電極３、電解質１
の界面で発生するＨ、Ｏ，Ｇｏ、といった生成ガスも入
り込む、従って、流路出口部２１で反応ガス濃度が入口
部２０と比べかなり低下することになる。
本発明の目的は、燃料ガスの濃度が電池内金面にわたっ
てできるだけ均一化することにより、電流密度差あるい
は温度差が極端につかないセパレータ流路構造を提供す
ることにある。
てできるだけ均一化することにより、電流密度差あるい
は温度差が極端につかないセパレータ流路構造を提供す
ることにある。
本発明は、電池解析プログラムにより種々のフローパタ
ーンについて電流密度分布を計算した結果、フローパタ
ーンによる反応ガス濃度の均一化がむずかしく、逆にど
のような流路パターンにしろ、反応ガスと生成ガスが混
在する流路では入口から出口に到るまでに相当の反応ガ
ス濃度の低下を招くことが必須であることが判明し、電
流密度が反応ガス濃度の関数として極めて大きな影響を
及ぼすことを考慮して、この出口での反応ガスの濃度低
下を解消する手段として反応ガスが流れる流路と、未反
応ガスと生成ガスが流れる流路をゼパレータ内に交互に
隣接して設け、電極で発生した生成ガス及び未反応ガス
が、反応ガス流路とは別の流路に流れるようにすること
により、入口部での反応ガスの濃度をほぼ維持したまま
、電池内の全面にガスが行きわたるようにしたものであ
る。
ーンについて電流密度分布を計算した結果、フローパタ
ーンによる反応ガス濃度の均一化がむずかしく、逆にど
のような流路パターンにしろ、反応ガスと生成ガスが混
在する流路では入口から出口に到るまでに相当の反応ガ
ス濃度の低下を招くことが必須であることが判明し、電
流密度が反応ガス濃度の関数として極めて大きな影響を
及ぼすことを考慮して、この出口での反応ガスの濃度低
下を解消する手段として反応ガスが流れる流路と、未反
応ガスと生成ガスが流れる流路をゼパレータ内に交互に
隣接して設け、電極で発生した生成ガス及び未反応ガス
が、反応ガス流路とは別の流路に流れるようにすること
により、入口部での反応ガスの濃度をほぼ維持したまま
、電池内の全面にガスが行きわたるようにしたものであ
る。
内部マニホールドタイプの溶融炭酸塩形燃料電池本体の
一般の構成を第５図に示す、電池単セルは電解質板１が
アノード（燃料）電極板２、カソード（空気）電極板３
にはさまれる形でセットされる。これが幾つも積層され
るが、それらを１つ１つ仕切るのがセパレータであり、
この場合電極板３がセパレータ４と接する。セパレータ
４のカソード側２０には溝１１が多数きってありこれと
前記電極板３との間にできる空間部が、空気＋炭酸ガス
流路となる。流路と流路の間は凸部１０と電極板３によ
り分離されている。今、カソード側のセパレータ流路構
造を示したが本発明のアノード側のセパレータ構造につ
いては後述する。燃料ガス、空気＋炭酸ガスはヘッダー
６を介しセパレータに空けられ貫通穴１００を通って全
セルに行きわたる、そして未反応ガス及び生成ガスは反
対側のへラグ−に集まり排出される。
一般の構成を第５図に示す、電池単セルは電解質板１が
アノード（燃料）電極板２、カソード（空気）電極板３
にはさまれる形でセットされる。これが幾つも積層され
るが、それらを１つ１つ仕切るのがセパレータであり、
この場合電極板３がセパレータ４と接する。セパレータ
４のカソード側２０には溝１１が多数きってありこれと
前記電極板３との間にできる空間部が、空気＋炭酸ガス
流路となる。流路と流路の間は凸部１０と電極板３によ
り分離されている。今、カソード側のセパレータ流路構
造を示したが本発明のアノード側のセパレータ構造につ
いては後述する。燃料ガス、空気＋炭酸ガスはヘッダー
６を介しセパレータに空けられ貫通穴１００を通って全
セルに行きわたる、そして未反応ガス及び生成ガスは反
対側のへラグ−に集まり排出される。
次に本発明の実施例として７ノード側のセパレータ構造
及び動作を第１〜第４図を用いて説明する。
及び動作を第１〜第４図を用いて説明する。
セパレータ４の内部には中空部９が設けられており、こ
の中を燃料ガスが流れる。そして燃料ガスはさらにセパ
レータ凸部と電極板２かあるいは集電極５０と接する部
分に電極面に向かって空けられた多数の穴７を通って集
電板５０を通り電極板２に入り電解質１と電極中の多孔
質の壁面部。
の中を燃料ガスが流れる。そして燃料ガスはさらにセパ
レータ凸部と電極板２かあるいは集電極５０と接する部
分に電極面に向かって空けられた多数の穴７を通って集
電板５０を通り電極板２に入り電解質１と電極中の多孔
質の壁面部。
および反応ガスの３界面上６０で電気化学反応を生じ、
そこでＨ，Ｏ，Ｃｏ、といったガスが新たに発生する。
そこでＨ，Ｏ，Ｃｏ、といったガスが新たに発生する。
この電極内で発生したガスと未反応の燃料ガスは新たに
設けられた流路８に入るか再び島 はセパレータ４の凹部と集電板５０あるいは電極板２と
によって囲まれる空間である。さて、穴７と空間８との
流路抵抗からみて、未反応ガス＋生成ガスがかなりの割
合で流路８に流れこむことになる。また反応ガスの流れ
る方向と直角に前記流路８が設けられているため、反応
ガスが進むにつれて発生する生成ガスはその前面に位置
する前記流路８に流入する。このため１反応ガスは比較
的、生成ガスによる濃度低下をうけることなくセル全体
に行きわたることになる。したがって比較的電流密度を
均一にすることが可能となる。なお第４図はガスの供給
部、排出部までを含む内部マニホールド形のセパレータ
構造である。なお燃料ガスが均一にすみずみまで行きわ
たるようにセパレータ内の中空部９は仕切り板７０によ
り４つの部分に仕切られている。そして燃料ガスは肩側
のヘッダー８０を介して前記４つのブロックに注入され
る。なお縦穴１０１により燃料ガスは他の積層セル部に
も供給される。そして前記流路８に入ったなお縦穴１０
２により他のセルの排出ガスも回収される。
設けられた流路８に入るか再び島 はセパレータ４の凹部と集電板５０あるいは電極板２と
によって囲まれる空間である。さて、穴７と空間８との
流路抵抗からみて、未反応ガス＋生成ガスがかなりの割
合で流路８に流れこむことになる。また反応ガスの流れ
る方向と直角に前記流路８が設けられているため、反応
ガスが進むにつれて発生する生成ガスはその前面に位置
する前記流路８に流入する。このため１反応ガスは比較
的、生成ガスによる濃度低下をうけることなくセル全体
に行きわたることになる。したがって比較的電流密度を
均一にすることが可能となる。なお第４図はガスの供給
部、排出部までを含む内部マニホールド形のセパレータ
構造である。なお燃料ガスが均一にすみずみまで行きわ
たるようにセパレータ内の中空部９は仕切り板７０によ
り４つの部分に仕切られている。そして燃料ガスは肩側
のヘッダー８０を介して前記４つのブロックに注入され
る。なお縦穴１０１により燃料ガスは他の積層セル部に
も供給される。そして前記流路８に入ったなお縦穴１０
２により他のセルの排出ガスも回収される。
本発明によればセル全体にわたり比較的均一でしかも入
口部と殆んど変わらない高濃度の燃料ガスを供給するこ
とができるので、セル内の電流密度及び温度分布を均一
化できる効果がある。
口部と殆んど変わらない高濃度の燃料ガスを供給するこ
とができるので、セル内の電流密度及び温度分布を均一
化できる効果がある。
第１図は本発明の一実施例の主要部の斜視図、第２図は
第１図の断面図、第３図は第２図の拡大図、第４図は、
本発明の全体を示す平面図、第５図は従来の電池本体構
造の全体図である。 １・・・電解質板、２・・・アノード電極板、３・・・
カソード電極板、４・・・セパレータ、５・・・端板、
９・・・反応第１凹 竿２図 第３０ Ｏ 茅４０ 茅Ｉｓ図 手続補正書（方式） 昭和６０年４月 １も 特許庁 長 官 志賀 学 殿 事件の表示 昭和５９年特許願第 ２４９５９１ 号？ｔｔｉ ’
ｉＥ ｔ７） Ｈゝ１−０．１゜、〜ゎ、。４明細書第
１頁第１８行から第２頁第１行を広めように訂正する。 「ｉ密度との関係においては、ジエイ・エレクトロケミ
カル・ソサエティ（Ｊ、Ｅｌａｃｔｒｏｃｈｅａ＋、Ｓ
ｏｃ、 ）（１９８３年）におけるウオルフ（Ｗｏｌｆ
）およびライレムスキー（ｖｉｌθ＋ｍ５ｋｉ）による
“モルトン カーボネート フューエル セル パフォ
ーマンスモデル” （”Ｍｏ１ｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａ
ｔｅ Ｆｕｅｌｌ Ｃａ１ｌＰｅｒｆｏｒ＋１ａｎｃｅ
Ｍｏｄｅｌ”）と題する文献において、論じられてい
る。」
第１図の断面図、第３図は第２図の拡大図、第４図は、
本発明の全体を示す平面図、第５図は従来の電池本体構
造の全体図である。 １・・・電解質板、２・・・アノード電極板、３・・・
カソード電極板、４・・・セパレータ、５・・・端板、
９・・・反応第１凹 竿２図 第３０ Ｏ 茅４０ 茅Ｉｓ図 手続補正書（方式） 昭和６０年４月 １も 特許庁 長 官 志賀 学 殿 事件の表示 昭和５９年特許願第 ２４９５９１ 号？ｔｔｉ ’
ｉＥ ｔ７） Ｈゝ１−０．１゜、〜ゎ、。４明細書第
１頁第１８行から第２頁第１行を広めように訂正する。 「ｉ密度との関係においては、ジエイ・エレクトロケミ
カル・ソサエティ（Ｊ、Ｅｌａｃｔｒｏｃｈｅａ＋、Ｓ
ｏｃ、 ）（１９８３年）におけるウオルフ（Ｗｏｌｆ
）およびライレムスキー（ｖｉｌθ＋ｍ５ｋｉ）による
“モルトン カーボネート フューエル セル パフォ
ーマンスモデル” （”Ｍｏ１ｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａ
ｔｅ Ｆｕｅｌｌ Ｃａ１ｌＰｅｒｆｏｒ＋１ａｎｃｅ
Ｍｏｄｅｌ”）と題する文献において、論じられてい
る。」
Claims (1)
- １、燃料ガスと酸化ガスの流路を区別し、また未反応ガ
スと電極反応で生成したガスを出口まで導くための流路
を有する燃料電池セパレータの前記生成ガスが発生する
流路側において、前記反応ガスが流れる流路とは別に電
極面と接し、出口のみを有する流路を設けたことを特徴
とする燃料電池のセパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59249591A JPS61128470A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 燃料電池のセパレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59249591A JPS61128470A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 燃料電池のセパレ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61128470A true JPS61128470A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17195289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59249591A Pending JPS61128470A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 燃料電池のセパレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61128470A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0440968A1 (de) * | 1990-02-08 | 1991-08-14 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche einer plattenförmigen keramischen Hochtemperatur-Brennstoffzelle |
| WO1994011912A1 (en) * | 1992-11-13 | 1994-05-26 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell fluid flow field plate with discontinuous fluid flow channels |
| WO1999044248A1 (de) * | 1998-02-27 | 1999-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Gasverteiler für eine brennstoffzelle |
| WO2000062363A1 (de) * | 1999-04-10 | 2000-10-19 | Piller Gmbh | Brennstoffzelle mit polymerelektrolyt |
| WO2002013287A3 (de) * | 2000-08-08 | 2002-12-12 | Stefan Hoeller | Elektrochemische zelle mit polymerelektrolytmembran |
-
1984
- 1984-11-28 JP JP59249591A patent/JPS61128470A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0440968A1 (de) * | 1990-02-08 | 1991-08-14 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche einer plattenförmigen keramischen Hochtemperatur-Brennstoffzelle |
| WO1994011912A1 (en) * | 1992-11-13 | 1994-05-26 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell fluid flow field plate with discontinuous fluid flow channels |
| WO1999044248A1 (de) * | 1998-02-27 | 1999-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Gasverteiler für eine brennstoffzelle |
| WO2000062363A1 (de) * | 1999-04-10 | 2000-10-19 | Piller Gmbh | Brennstoffzelle mit polymerelektrolyt |
| WO2002013287A3 (de) * | 2000-08-08 | 2002-12-12 | Stefan Hoeller | Elektrochemische zelle mit polymerelektrolytmembran |
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