JPS61256568A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPS61256568A JPS61256568A JP60096754A JP9675485A JPS61256568A JP S61256568 A JPS61256568 A JP S61256568A JP 60096754 A JP60096754 A JP 60096754A JP 9675485 A JP9675485 A JP 9675485A JP S61256568 A JPS61256568 A JP S61256568A
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- Japan
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- fuel
- cell
- cross
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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
- 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
- H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
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- H—ELECTRICITY
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明繻燃料電池Ｃ係り、特Ｃ；電池の燃料流通路又は
酸化剤流通路の構造Ｃ１関する。
酸化剤流通路の構造Ｃ１関する。
従来燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネルギ
ーに二変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池に、通常電解質を挾んで一対の多孔質電極を
配置するとともＣ二、一方の電極背面に水素等の流体燃
料を接触させ、また他方の颯ａの背面（；酸素等の流体
酸化剤を接触させ、このとき起る電気化学反応を利用し
て、上記電極間から電気エネルギーを収り出丁様Ｃ二し
たものであり、削記燃料と酸化剤が供給されている限り
高い効率で電気エネルギーを収り出すことができるもの
である。第５図（ａ）（ｂ）は従来の燃料電池の構成を
示す部分断面図と縦断面図である。
ーに二変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池に、通常電解質を挾んで一対の多孔質電極を
配置するとともＣ二、一方の電極背面に水素等の流体燃
料を接触させ、また他方の颯ａの背面（；酸素等の流体
酸化剤を接触させ、このとき起る電気化学反応を利用し
て、上記電極間から電気エネルギーを収り出丁様Ｃ二し
たものであり、削記燃料と酸化剤が供給されている限り
高い効率で電気エネルギーを収り出すことができるもの
である。第５図（ａ）（ｂ）は従来の燃料電池の構成を
示す部分断面図と縦断面図である。
第５ ｎ （ａ） ｃおいて単位セルは電解質を含浸し
たマトリックス１に接する面Ｃ：触媒が付加されている
アノードリプ付電極２及び下側シー多孔質体で形成され
マトリックス１に接する面（：触媒が付加されているカ
ソードリプ付電極３と配置し構成される。を記リプ付電
極２．３はそれぞれリプ４．５によって互いＣ：直行す
るような向きに溝７．８が複数本規則的Ｃ二平行に設け
てあり、これらの溝７．８はそれぞれ流体燃料および流
体酸化剤の流通路を構成する。上記のよう（：構成され
た単位セル２０をガス不透過性、耐熱性及び耐リン酸性
セパレータープレート９を介し、複数個積面して、積層
セル１０が形成される。
たマトリックス１に接する面Ｃ：触媒が付加されている
アノードリプ付電極２及び下側シー多孔質体で形成され
マトリックス１に接する面（：触媒が付加されているカ
ソードリプ付電極３と配置し構成される。を記リプ付電
極２．３はそれぞれリプ４．５によって互いＣ：直行す
るような向きに溝７．８が複数本規則的Ｃ二平行に設け
てあり、これらの溝７．８はそれぞれ流体燃料および流
体酸化剤の流通路を構成する。上記のよう（：構成され
た単位セル２０をガス不透過性、耐熱性及び耐リン酸性
セパレータープレート９を介し、複数個積面して、積層
セル１０が形成される。
第５図（ｂｌにおいて上記積層セル１０は、そのと下を
シール用導体１１で挾みこまれ、さらＣ：そのと下（ユ
装置された締付金具１２１；より積層方向に締付固定し
て電池本体３０が形成される。さらζ；このように積層
した電池本体：３０に流体燃料、例えば水素と、流体酸
化剤例えば電気を供給及び排気するものとして電池本体
の測面ｔニマシホールド１３を、フッ素ゴム系の成形バ
ッキング１４を配置すると共≦：、電池本体と成形バン
キング１４の間にフッ素樹脂系のシール材１５を介在さ
せて固着し、各単位セルに一括して燃料および酸化剤を
供給排出するようＣ二構成している。
シール用導体１１で挾みこまれ、さらＣ：そのと下（ユ
装置された締付金具１２１；より積層方向に締付固定し
て電池本体３０が形成される。さらζ；このように積層
した電池本体：３０に流体燃料、例えば水素と、流体酸
化剤例えば電気を供給及び排気するものとして電池本体
の測面ｔニマシホールド１３を、フッ素ゴム系の成形バ
ッキング１４を配置すると共≦：、電池本体と成形バン
キング１４の間にフッ素樹脂系のシール材１５を介在さ
せて固着し、各単位セルに一括して燃料および酸化剤を
供給排出するようＣ二構成している。
ところで、燃料ガスＣ二含まれる水素、酸化剤ガスＩ′
−含まれる酸素は、それぞれ流通路である溝７゜８と通
過中に、このときに起る電気化学反応【：より連続的に
消費される。そのため、流通路である溝７，８の入口付
近でトス、水素及び酸素分圧が高なり、溝７．８の出口
（二近づくζ；つれて分圧は小さくなる。この結果、電
気化学反応は分圧の高い流入溝、７．８人口付近で生じ
やすくなり、セル平面の°電流密度分布は、第２図Ｃユ
示す如く末端にいく程悪くなることがわかる。
−含まれる酸素は、それぞれ流通路である溝７゜８と通
過中に、このときに起る電気化学反応【：より連続的に
消費される。そのため、流通路である溝７，８の入口付
近でトス、水素及び酸素分圧が高なり、溝７．８の出口
（二近づくζ；つれて分圧は小さくなる。この結果、電
気化学反応は分圧の高い流入溝、７．８人口付近で生じ
やすくなり、セル平面の°電流密度分布は、第２図Ｃユ
示す如く末端にいく程悪くなることがわかる。
以上の事より、セル有効面積から算出した電流密度で運
転しても、局部的に高電池密度部が生じるため、特に高
利用率運転時では、その部分が限界電流密度に近い領域
となり、全体のセル特性に悪影響を及ぼす等の問題があ
る。また長時間の電池運転においても局部的（＝電流Ｉ
６１度の闘い部分はリン酸の待ち出しが増加し、反応点
の減少・劣化（二つながる。これにより電池寿命（＝も
大きく悪影響を及ぼす等の問題がある。
転しても、局部的に高電池密度部が生じるため、特に高
利用率運転時では、その部分が限界電流密度に近い領域
となり、全体のセル特性に悪影響を及ぼす等の問題があ
る。また長時間の電池運転においても局部的（＝電流Ｉ
６１度の闘い部分はリン酸の待ち出しが増加し、反応点
の減少・劣化（二つながる。これにより電池寿命（＝も
大きく悪影響を及ぼす等の問題がある。
本発明はと記亭情に遁６てなされたものでその目的は電
池の電流密度分布を流体の流れ方向（１沿つて均一にし
、供給ガス高利用率領域でセル特性が良好で、かつ長寿
命で信頼性のある燃料電池を提供することにある。
池の電流密度分布を流体の流れ方向（１沿つて均一にし
、供給ガス高利用率領域でセル特性が良好で、かつ長寿
命で信頼性のある燃料電池を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明に燃料電池の燃料流通
路および／または酸化剤流通路の玉流側断面積が下流倶
１断ｌｆｉ積よりも大きくなるよう構成したことを特徴
とする。
路および／または酸化剤流通路の玉流側断面積が下流倶
１断ｌｆｉ積よりも大きくなるよう構成したことを特徴
とする。
以下本発明の一実施例につ、いて図面を参照して説明す
る。
る。
第１図（ａｌ Ｃ：’Ｍいて、セパレータープレート９
がカソードリパブ付電極３ Ｃ接する面Ｃ二、カンード
溝８の幅より小さく、かつカソード溝８人口から出口へ
かけて、徐々喜二山が高くなる＆ｆ二凸部１６を、前記
カソード溝８と同数でかつ溝（＝合致するよう規準的に
、平行ｌ二股ける。
がカソードリパブ付電極３ Ｃ接する面Ｃ二、カンード
溝８の幅より小さく、かつカソード溝８人口から出口へ
かけて、徐々喜二山が高くなる＆ｆ二凸部１６を、前記
カソード溝８と同数でかつ溝（＝合致するよう規準的に
、平行ｌ二股ける。
またセパレータプレート９の前記凸部１６の反対側の面
には凸部１６と直交する方向書ニアノード溝７め幅より
一回りｒＪＸさくかつアノード溝７人口から出口へかＣ
すて、徐々Ｃ二重が高くなる様に凸部１７を前記アノー
ド溝７と同数でかつ溝（；合致するよう規則的ｌ二平行
ｌ：設ける。
には凸部１６と直交する方向書ニアノード溝７め幅より
一回りｒＪＸさくかつアノード溝７人口から出口へかＣ
すて、徐々Ｃ二重が高くなる様に凸部１７を前記アノー
ド溝７と同数でかつ溝（；合致するよう規則的ｌ二平行
ｌ：設ける。
次Ｃ：前述の如く構成したセパレータプレート９燃料及
び酸化剤流通溝断面積が入口から出口にかけて徐々に小
さくなる様に組立てる０ 次（：上記のようシー構成した本発明の燃料電池の作用
について説明する。燃料流通路７、及び酸化剤流通路８
は、セパレータープレート９に設けた流通路入口から出
口にかけて徐々Ｃ二重が高くなる凸部１６ 、１７ζ；
エリ、溝断面積が徐々に小さくなるので、燃料流通路７
及び酸化剤流通路８と流れる供給ガスの流速は、出ロｉ
二近づくにつれて徐々に大きくなる。
び酸化剤流通溝断面積が入口から出口にかけて徐々に小
さくなる様に組立てる０ 次（：上記のようシー構成した本発明の燃料電池の作用
について説明する。燃料流通路７、及び酸化剤流通路８
は、セパレータープレート９に設けた流通路入口から出
口にかけて徐々Ｃ二重が高くなる凸部１６ 、１７ζ；
エリ、溝断面積が徐々に小さくなるので、燃料流通路７
及び酸化剤流通路８と流れる供給ガスの流速は、出ロｉ
二近づくにつれて徐々に大きくなる。
第３図は、本発明で実施したセパレーター前二凸部を設
は溝断面積を小さくし、供給ガス流速を大きくした場合
（図中点線人で示す）と、凸部を設けず溝断面積＃ス大
きい場合（図中実線Ｂで示す）の電池特性を示している
。ここでの凸部は、傾斜をつけず、単に供給ガス流速の
増加が、電池特性に及ぼす影響のみを示している両者の
流通溝断面積比は２：３である。第３図から燃料流通路
７及び酸化剤流通路８を流れる供給ガス流速が大きい方
が、供給ガス拡散効果が良好となり電池特性が良好であ
ることがわかる。
は溝断面積を小さくし、供給ガス流速を大きくした場合
（図中点線人で示す）と、凸部を設けず溝断面積＃ス大
きい場合（図中実線Ｂで示す）の電池特性を示している
。ここでの凸部は、傾斜をつけず、単に供給ガス流速の
増加が、電池特性に及ぼす影響のみを示している両者の
流通溝断面積比は２：３である。第３図から燃料流通路
７及び酸化剤流通路８を流れる供給ガス流速が大きい方
が、供給ガス拡散効果が良好となり電池特性が良好であ
ることがわかる。
これより本発明の燃料電池Ｃ二おいては、前述した様（
二出口（二近づくにつれて供給ガス流通溝面積を・ｊＸ
さくする様Ｃ二構成したので、燃料及び酸化剤が流通溝
を通過する際、連続的に消費されて分圧が低下し、電気
化学反応が抑制されるが、徐々に供給ガス流速を増加さ
せる事で供給ガス拡散効果が良好（二なり、セル平面全
体で、同程度の電気化学反応が生じるようになる。その
紀果セル平面の電流密度分布が均一となり、高利用率時
もより電圧を安定に維持することができるだけでなく、
電池の長寿命化にもつながる。
二出口（二近づくにつれて供給ガス流通溝面積を・ｊＸ
さくする様Ｃ二構成したので、燃料及び酸化剤が流通溝
を通過する際、連続的に消費されて分圧が低下し、電気
化学反応が抑制されるが、徐々に供給ガス流速を増加さ
せる事で供給ガス拡散効果が良好（二なり、セル平面全
体で、同程度の電気化学反応が生じるようになる。その
紀果セル平面の電流密度分布が均一となり、高利用率時
もより電圧を安定に維持することができるだけでなく、
電池の長寿命化にもつながる。
また供給ガス流通溝断面積の縮少化ζユリプ付電極を加
工する事４（＜達成したので、リブ付電極の特徴である
マトリックス層のリン酸が減少すると吸蔵しているリン
酸を補給し、長寿命化を促すいわゆる１リザ一バー機能
”をそこなうこと無く、またリブ付電極のガス拡散面積
を減少させることなく先述の電池性能の向上をもたらす
ことができた。さら（：は、供給ガス流通溝断面積を小
さくしたので、供給ガスが流通溝を通過する時の圧損が
大きくなる。その結果セルを多数積層した時の配流効果
が増大し各セルに供給ガスが均−Ｃ二分配されスタック
全体の利用率特性が良好となる。
工する事４（＜達成したので、リブ付電極の特徴である
マトリックス層のリン酸が減少すると吸蔵しているリン
酸を補給し、長寿命化を促すいわゆる１リザ一バー機能
”をそこなうこと無く、またリブ付電極のガス拡散面積
を減少させることなく先述の電池性能の向上をもたらす
ことができた。さら（：は、供給ガス流通溝断面積を小
さくしたので、供給ガスが流通溝を通過する時の圧損が
大きくなる。その結果セルを多数積層した時の配流効果
が増大し各セルに供給ガスが均−Ｃ二分配されスタック
全体の利用率特性が良好となる。
次に本発明の他の実施例を第４図を参照しながら説明す
る。第４図１二示す如く、カソードリブ付電極及びアノ
ードリブ付電極の酸化剤流通溝幅及び燃料流通溝幅を出
ロｌ二近づくにしたがい、小さくなる様に構成したので
、酸化剤流通溝及び燃料流通溝を流れる酸化剤及び燃料
ガス実流速は大きくなり本冥施例と同様すｔＩｌｌ１１
１２性能の向上をもたらす事ができる。
る。第４図１二示す如く、カソードリブ付電極及びアノ
ードリブ付電極の酸化剤流通溝幅及び燃料流通溝幅を出
ロｌ二近づくにしたがい、小さくなる様に構成したので
、酸化剤流通溝及び燃料流通溝を流れる酸化剤及び燃料
ガス実流速は大きくなり本冥施例と同様すｔＩｌｌ１１
１２性能の向上をもたらす事ができる。
以上説明した様に本発明は次のような効果がある。アノ
ード及びカソード電極の供給ガス流通溝断面積を、流通
溝出口に近づ（Ｃつれて小さくなる様に構成したので、
出口（二近づくにつれて徐々に流速を増加させ供給ガス
拡散効果を良好Ｃユすることでセル手面電流密度が均一
となり、高利用率時もより電圧を安定に維持できるだけ
でなく、電池の長寿命化にもつながる利点がある６また
多数セルを積ｊ−シた時Ｃ：供給ガス流通溝断面積を！
ｊ＼さくしたので、供給ガスが流通溝を通過する時圧損
が大きくなる結果、配流効果が増大する利点がある。
ード及びカソード電極の供給ガス流通溝断面積を、流通
溝出口に近づ（Ｃつれて小さくなる様に構成したので、
出口（二近づくにつれて徐々に流速を増加させ供給ガス
拡散効果を良好Ｃユすることでセル手面電流密度が均一
となり、高利用率時もより電圧を安定に維持できるだけ
でなく、電池の長寿命化にもつながる利点がある６また
多数セルを積ｊ−シた時Ｃ：供給ガス流通溝断面積を！
ｊ＼さくしたので、供給ガスが流通溝を通過する時圧損
が大きくなる結果、配流効果が増大する利点がある。
第１ ｌ５（ａＨｂｌは本発明の一実施例を示すセパレ
ータープレート側面図及び積層セル部分側面図、第２図
は従来セル平面の電流密度分布を示す特性図、第３図は
本発明の詳細な説明する特性図、第４図は他の実施例を
示すセル側面図、第５図ｆ８） （ｂ） ）ｉ従来の燃
料電池を示す部分構成図とＭ、断面図である。 １・・・マトリックス ２・・・アノードリブ付
電極３・・・カソードリブ付電極 ９・・・セパレータープレート １６・・・カンード溝に接する凸部 １７、′・・・アノード溝に接する凸部代理人 弁理士
則 近 憲 佑 （ほか１名） 第 １ 図 （α） 口 第 ２ 図 電流訃及 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 （２）
ータープレート側面図及び積層セル部分側面図、第２図
は従来セル平面の電流密度分布を示す特性図、第３図は
本発明の詳細な説明する特性図、第４図は他の実施例を
示すセル側面図、第５図ｆ８） （ｂ） ）ｉ従来の燃
料電池を示す部分構成図とＭ、断面図である。 １・・・マトリックス ２・・・アノードリブ付
電極３・・・カソードリブ付電極 ９・・・セパレータープレート １６・・・カンード溝に接する凸部 １７、′・・・アノード溝に接する凸部代理人 弁理士
則 近 憲 佑 （ほか１名） 第 １ 図 （α） 口 第 ２ 図 電流訃及 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 （２）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃料が流通する燃料流通路と、酸化剤が流通する酸
化剤流通路とを有する一対のガス拡散電極間に電界質を
保持する電界質マトリックスが挾持される単位セルをガ
ス不透過性セパレータプレート介して順次複数個積層し
てなる燃料電池において、上記燃料流通路および／また
は酸化剤流通路の上流側断面積が下流側断面積よりも大
きくなるよう構成した燃料電池。 ２）前記セパレータプレートに上流側断面積が下流側断
面積より小さい凸部を設け、この凸部を燃料流通路およ
び／または酸化剤流通路にはめ込んだことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60096754A JPS61256568A (ja) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60096754A JPS61256568A (ja) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61256568A true JPS61256568A (ja) | 1986-11-14 |
Family
ID=14173447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60096754A Pending JPS61256568A (ja) | 1985-05-09 | 1985-05-09 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61256568A (ja) |
Cited By (20)
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-
1985
- 1985-05-09 JP JP60096754A patent/JPS61256568A/ja active Pending
Cited By (31)
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