JPS61233973A - 液体燃料電池の燃料濃度検出装置 - Google Patents

液体燃料電池の燃料濃度検出装置

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JPS61233973A
JPS61233973A JP60074264A JP7426485A JPS61233973A JP S61233973 A JPS61233973 A JP S61233973A JP 60074264 A JP60074264 A JP 60074264A JP 7426485 A JP7426485 A JP 7426485A JP S61233973 A JPS61233973 A JP S61233973A
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Shuzo Iwaasa
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は液体燃料電池の燃料濃度検出装置に係り、特に
燃料電池へ液体燃料を循環供給するように形成されてい
る液体燃料電池の燃料濃度検出装置に関する。
〔発明の背景〕
一般に液体を燃料とする燃料電池としては、酸性型とア
ルカリ型とがあり、そして燃料にはメタノール、ホルマ
リン、ヒドラジン等が採用されている。この種燃料電池
についてその原理を簡単に第2図に基づき説明すると、
図中1は燃料電池を示し、十、−は電気取出し端子を示
している。この燃料電池1は、燃料極2.この燃料極に
対向配置された酸化剤極(酸素を使う場合には酸素極。
空気を使う場合には空気極ともいう)3.またこの酸化
剤極3と燃料極2間に設けられた電解質室4、それに燃
料極2に隣接して設けられている燃料室5.酸化剤極3
に隣接して設けられている酸化剤室6等により構成され
ている。尚図中7は燃料(燃料と水を含む場合あり)ま
たは燃料と電解液の混合液とその供給方向を示し、8は
酸化剤とその供給方向を示している。
このように構成された燃料電池の動作は、燃料7が燃料
室5に供給され、また酸化剤8が酸化剤室6に供給され
ると、燃料7は燃料極2に浸透して電気化学反応により
電子が生成され、外部回路に負荷を与えれば直流電流が
得られる。尚この場合燃料室5には生成物9が発生する
1、この生成物は燃料がメタノールやホルマリンであれ
ば炭酸ガスや炭酸塩であり、燃料がヒドラジンであれば
窒素である。また、燃料7の供給が循環型のものの場合
には、この生成物の中に余剰の燃料や電解液が含まれる
。このときには勿論排出ガスは循環系の途中から別に放
出する必要がある。
一方酸化剤室6側では、酸化剤室に酸化剤8を供給する
と、酸化剤8は酸化剤極3に浸透拡散し、そして電気化
学反応により電子が消費され、電解質が酸性型の場合に
は生成物10が発生する。この生成物は主に水であるが
、勿論余剰の空気も含まれている。
ところでこの液体を燃料とする燃料電池では、第3図に
示すように、電流一定にとった場合供給する燃料7の濃
度C1に対してセル電圧Vは山状′の特性を示す、すな
わち燃料の濃度C1が低いところでは燃料不足をきたし
てセル電圧が低下し。
逆に燃料の濃度が高いところでは、燃料極2で反応にあ
ずからない余剰の燃料が電解質室4を経て酸化剤極3に
浸透し、ここで直接燃焼を起こす。
この結果発熱を伴いながら酸化剤極3の電位を低下させ
、セル電圧が低下してしまうのである・このように燃料
の濃度が高過ぎたり低過ぎたりする(C2,以下あるい
はC12以上)と、消費した燃料の量に対する電気エネ
ルギーに変換するに必要な燃料の量の比は小さくなり、
燃料利用率は大巾に低下する。したがってこの燃料の濃
度の選定は非常に大切なのである。
この燃料の濃度の適切値、すなわち第3図に示しである
濃度Cm、〜Cm、の値は種々実験検討されている。
たとえばメタノールを燃料とし、酸性電解液型の場合、
第24図電池討論会予稿集Nα2BO2,第257頁に
、電流密度64mA/adにとったとき、濃度C,,と
じて0.5moffi/Q、濃度C□は2■o Q /
 Qが示されている。
また特開昭56−118273号公報には濃度C0とし
て約5wt%(約1.6a+on/n)が示されている
一部ヒドラジンを燃料とする液体燃料電池でも特公昭4
8−31300号公報には1.5 %(0,5moQ/
Ω)付近で安定な運転がなされているが、これを越える
と電圧が低下し、温度上昇がある旨記載されている。
以上のことからもわかるように、安定に運転ができる濃
度範囲としては濃度Cm1が約0.3yao(1/nm
濃度C12が約2+mojl/Q程度であろう。
どのように燃料電池においては燃料の濃度は非常に重要
なものであり、したがってその濃度を検出(あるいは測
定)する装置も正確なものが要求されてくる。
次にこの濃度検出装置について実用に供されている燃料
電池とともに説明する。
第4図は濃度検出装置を備えた燃料電池を線図で示した
もので、前述した第1図と同一部品には同一符号が付さ
れている。
酸化剤8はブロワ−11によって空気室6に供給され、
反応後列ガス10が排出される。一方燃料供給系は、燃
料と電解液の混合液(アノライトとも云われる)7をポ
ンプ12にて循環する系をもち、かつこれに燃料タンク
13よりバルブ14を経て前記循環系に設けられている
アノライトタンク15に燃料が適量供給される系よりな
っている。尚生成ガス9aは循環系の一部が解放され、
これより排出されるようになっている。
燃料の供給はバルブ14の開閉により行なわれるわけで
あるが、このバルブの開閉指令及び制御はアノライトタ
ンク15部に設けられている濃度検出装置16及びバル
ブ制御装置[17によってなされる。
濃度検出装置16は次のように形成されている。
すなわち第5図に示すようにアノード電極(以下アノー
ドと云う)17とこのアノードに対向配置されたカソー
ド電極(以下カソードと云う)18゜それに電源19.
検出器20より形成されている。
アノード17は白金板17aに燃料抑制層17bをプレ
スして密着させたものより形成されている。
この構成において、アノード17とカソード18との間
に電源19によりたとえば0.85  (V)の直流電
圧を印加すると、前述したアノライト中のメタノール濃
度に比例して電流量が変化し、その変化量によって濃度
検出ができる。したがッテ構成が非常に簡単で、燃料で
あるメタノール濃度を測定することが可能である。
しかしながら、このものではたしかにメタノールの濃度
が測定できるが、次のようにその検出器7度が悪い嫌い
がある。すなわち第8図を参照願うと、この図は濃度と
検出電流との関係を表わしたもので、曲線aが前述した
もので、濃度C1に対して電流値は変化しているが、そ
の電流変化は小さく検出感度は悪いのである。
さらに前述した白金板17a (第5図)と燃料抑制層
17b間の密着が不十分となりがちでこの間に液だまり
が出来易く、このためにメタノールの濃度変化にともな
う応答性が悪い嫌いもある。
尚この他にも濃度検出装置として、参照電極を用いるサ
イクリックポルタンメトリー法や、たとえば特開昭58
−118273号公報のように小型の燃料電池を設けて
それを濃度検出装置として用いるもの等もあるが、しか
し前者のサイクリックポルタンメトリー法を採用する場
合には、検出用電極の他に参照電極を必要とし、さらに
ファンクションジェネレータなどの装置が必要で、検出
系システムが複雑になってセンサの最大使命である信頼
性に欠ける嫌いがある。
また後者の小型の燃料電池を用いる場合には、単にその
装置をアノライトタンクに挿入するだけ1ではすまず、
空気を供給するシステムが必要になるなど小形化に難が
あるとともに信頼性に欠ける嫌いがある。
また、燃料にヒドラジンを使う場合にはともかく、メタ
ノールやホルマリンを使う場合にはサイクリックポルタ
ンメトリー法を使っても検出出力が複雑に変化し判定が
難しいところがある。
その他、負荷電流に比例するところから積分量が一定量
になると燃料を供給する方法もあるが、二九は負荷が変
わったり、停止がくりかえされると燃料濃度がずれてく
るなどが生じ実用的でないことや、半導体によるガス濃
度センサでは一定値に落ち着くまでに時間がかかり応答
が悪いなどの問題点がある。
このようなわけで従来から構成簡単にして信頼性のある
この種濃度検出装置が要望されてしまた。
【発明の目的〕
本発明はこれにかんがみなされたもので、信頼性が高く
かつ高感度で構成の簡単な濃度検出装置を提供するにあ
る。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は、濃度検出装置のアノード電極に、触
媒層を介して燃料の透過を抑制する燃料抑制層を固着す
るようになし所期の目的を達成するようにしたものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。第1図にはその濃度検出装置16が線図で示されてい
る。アノード17.カソード18゜電源19.検出器2
oは従来同様構成されているが、アノード17には触媒
層21を介して燃料抑制層17bが設けられているので
ある。
燃料抑制層17bは、カーボン繊維をすいて紙状にし、
その浸透性の調節と強撥水性のポリテトラフルオロエチ
レン微粒子の懸濁液を処理し焼成したもので、これらの
調節によって燃料透過量をたとえば7 X 10−”w
ofl/aim +ain 、 moQ / 11前後
にする。そしてこれの片側に白金系の触媒層21を、同
じポリテトラフルオロエチレン微粒子の懸濁液と混練し
たものを添着し、焼成することで、触媒層と燃料抑制層
とを結合させる。これをたとえばタンタルからなるアノ
ード17に触媒層で密着させる。尚、このとき、燃料が
燃料抑制層側から浸入するように、かつ電極の押えも兼
ねる枠材によって固定するとよい。
このような構成のものの実用実験においては、たとえば
電極面積4dで、電圧を0.9  (V)に選び、また
燃料抑制層17bの燃料透過量としてI X 10−”
2 X 10−’ (maQ/a#、 win 、 m
offi/Q)の範囲のもので、燃料の濃度0〜1.5
mo 12 / Qにおいて、検出電流は第8図のC曲
線で示すように良感度でよい直線性を示した。
すなわちこの装置であると、触媒層21が集電体と燃料
抑制層17b間に介在されるので、この間に液のたまり
が生ぜず、液の浸透がよくなり検出感度及び検出の応答
性がよくなるのである。
尚ここで使用した燃料抑制層17bは繊維質カーボン板
でなくても多孔質であればよいし、焼結金属体などの導
電性多孔体でもよい、また、この場合には単に燃料を抑
制する機能を持っていればよいので、絶縁性である焼結
セラミックスや有機質の多孔体を用いることができる。
また、触媒層の抑制層への付加方法も塗布、添着、電気
泳動法。
CVD法など種々の方法が採用可能である。
第6図は本発明の他の実施例を示すもので、燃料抑制層
が二重の場合である。すなわち燃料抑制層17bのカソ
ードとの対向面側に第2の燃料抑制層17cが設けられ
た場合である。この第2の燃料抑制層17cはカーボン
粉体やフッ化黒鉛粉体などを撥水性と結着性を兼ねた性
能をもつポリテトラフルオロエチレンの懸濁液と混練し
たものからなり、これを燃料抑制層17bに塗布後焼付
けて一体化して形成される。
マタカソード18も白金板を用いず触媒層18bをカソ
ード板18aに添着するか電気泳動法でつけることによ
りカソード板18aに特殊な材質のものを使用する必要
がなく安価で検出感度の良好なものが得られる。
次に第7図に示す実施例について説明する。これもカソ
ード側の改良で、カソード18は導電性の多孔質材18
cに触媒層18bを形成後カソード板18aに密着した
構成をとっている。
導電性の多孔質材として、カーボン繊維からなる紙状あ
るいは導電性高分子、焼結金属体などが使用できる。こ
れは、カソード板18aと触媒層18bとの充分な密着
に有効である。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明してきたように、アノード電−極に、
触媒層を介して燃料抑制層を固着するようになしたから
、アノード電極と燃料抑制層間には液のたまりなどが生
ぜず、液の浸透がよくなり、又電極間の反応の活性化が
はかられ、検出感度及び検出の応答性がよくなり、した
がって信頼性が高く、かつ高感度で構成の簡単なこの種
燃料電池の燃料濃度検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料濃度検出装置の一実施例を示す線
図、第2図は液体燃料電池を示す線図、第3図は燃料の
濃度とセル電圧の関係を示す特性図、第4図は従来の燃
料濃度検出装置を備えた燃料電池を示す線図、第5図は
従来の燃料濃度検出装置を示す線図、第6図及び第7図
は本発明の燃料濃度検出装置の他の実施例を示す線図、
第8Wiは燃料濃度と検出電流の関係を示す特性図であ
る。 16・・・濃度検出装置、17・・・アノード電極、1
7b・・・燃料抑制層、18・・・カソード電極、19
・・・電源、20・・・検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、液体を燃料とする燃料電池の、その液体燃料中にア
    ノード電極とカソード電極が浸設され、該両電極に電圧
    が印加されて電気化学反応により燃料の濃度を検出する
    ようになした液体燃料電池の燃料濃度検出装置において
    、前記アノード電極に、触媒層を介して燃料の透過を抑
    制する燃料抑制層を固着するようにしたことを特徴とす
    る液体燃料電池の燃料濃度検出装置。
JP60074264A 1984-10-31 1985-04-10 液体燃料電池の燃料濃度検出装置 Expired - Lifetime JPH0626132B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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