JPS61264683A - 燃料電池電極部の電流分布測定装置 - Google Patents

燃料電池電極部の電流分布測定装置

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JPS61264683A
JPS61264683A JP60105333A JP10533385A JPS61264683A JP S61264683 A JPS61264683 A JP S61264683A JP 60105333 A JP60105333 A JP 60105333A JP 10533385 A JP10533385 A JP 10533385A JP S61264683 A JPS61264683 A JP S61264683A
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fuel cell
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Heishiro Goto
後藤 平四郎
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Fuji Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は反応ガス導入溝を有する燃料極と酸化剤極とに
よフ電解液層を挾持してなる燃料電池電極部の電流分布
測定装置に関する@この種の電流分布測定装置において
は燃料電池の効率的な運転を維持し電極部の局所的な過
熱にもとづく電池の劣化、寿命の縮減を防止するために
燃料電池の実働時の実負荷のもとにおける電極部の電流
分布を随時容易に計測し得るものであることが望まれる
〔従来技術とその問題点〕
一般に燃料電池は第1図に示す如く電解液層1を両側面
からそれぞれが反応ガス導入溝2aあるいは3aを有す
る多孔質のカーボン材からなる燃料極2と酸化剤極3、
通常は空気中の酸素を利用する空気極とにより挾持し、
前記燃料極2.酸化剤極3の外側にそれぞれセパレータ
4及び6を介して負極集電板5と正極集電板7とを設け
、前記各極板をそれに加わる力が数kll/cm程度に
なる如き圧力で締め合わせて構成されている。その際燃
料電池に対し要求される発電電力を賄なうには、通常前
記各種の基板に200?−2の電流密度と電池Qπ 当す17弱の発電電圧を有する前記単電池において、適
当な極基板面積を選んで電流容量を決めるとともに、そ
れに対する電圧を前記単電池の複数個の直列積層によシ
得る如くにされる。
第1図に示す燃料電池においては、負極集電板5の端子
5aと正極集電板7の端子7aとの間に負荷8を接続し
、前記燃料極2の前記反応ガス導入溝2aを通して燃料
ガスを導き、電解液と触媒の存在のもとにイオン化して
電子を放出させる。
その際放出された電子は前記燃料極2の外側に接するセ
パレータ4を通過して更にその外側に設けられた負極集
電板5の負極端子5aよシ負荷8を通り、更に正極端子
7&より正極集電板7に移動して酸化剤極3に至り、酸
化剤極3において反応ガス導入溝3aを通して導入され
る酸化剤ガス、通常は空気中の酸素が触媒の存在のもと
に前記電子を受取り、電解液層を通って来た水素イオン
と反応して水になるという過程において負荷8に対して
電力供給が行なわれる。その際の生成物は残存空気と共
に燃料電池の外部に排出される。したがってこの場合燃
料電池の主電流工は前記電子とは逆に第1図に示す矢印
の方向に前記電池内部を流通する。
その際前記電池の内部においては前記燃料極2゜酸化剤
極3の何れもが反応ガス導入溝2a、3aを有するため
、前記電流Iは電極部を均等に貫流するのではなくて、
第6図に示す如く前記各極基板の反応ガス導入溝2aあ
るいは3aのそれぞれの相互を境しかつ前記セパレータ
4あるいは電解液層1に当接するうねの部分2b4るい
は3bK集中する。
更に燃料電池の内部においては前記の化学反応の過程が
、前記燃料ガスと空気と電解液と更に触媒との気体・液
体並びに固体からなる三相界面において170ないし2
20 tK達する高温下で連続的に維持されるのである
が、しかしその場合前記電解液や触媒が常に電極部に均
等に配分されることを期待するのは無理である。むしろ
電解液層1における電解液の含浸分布が一様でなく電解
液の十分な個所と不十分な個所とが生じ、また燃料極2
あるいは酸化剤極3における触媒層が同様に不均等な分
布をするなど燃料電池の製作の過程において前述の現象
が生じるのが一般であるから、問題は前記の電極部各部
に生ずる不均等分布が許容し得るものであるか否かであ
る。
前記の不均等分布が許容し得ない根太になると、前記燃
料極2あるいは酸化剤極3において電流が、前記反応ガ
ス導入溝2aあるいは3aの間のうねの部分2bあるい
は3bに集中して流れる現象と相まって、局所的に電流
が集中する傾向が一層助長され甚しい発熱のためにその
部分が急速に劣化する。しかもこの劣化現象はその周辺
に徐々にではあるが連鎖反応的に拡大し電極部の発電に
有効な面積が縮減される結果最終的には定格出力を維持
し難くなる。
更に所定の電圧を得るために前述の如くこの種の単電池
を多数直列に積層して使用するのが一般であるから、そ
の際各単電池を締付けるのに際し、全面接触は考えられ
ず、単電池相互間に局部的接触が行なわれ当然その個所
に接触電気抵抗が生じそれにもとづく電圧降下が現われ
る。通常この種の接触電気抵抗は単電池当りIXI(r
オーム程度でそれ自体は一般的には無視し得る程度であ
るとしても、通常低電圧電流に構成される燃料電池の場
合、定格電流が数百アンペアに達する上に単電池の直列
積層数が大であるから、前記接触電気抵抗にもとづく電
圧降下が定格電圧の割には著しく高くな゛)、出力電圧
の低下による影響が大になるばか夛でなく、前記電圧降
下にもとづく電極部内部の電力損失が増大し、その損失
熱が前記集中電流による損失熱に加わるから、これらの
諸Jλ失熱を排除するための燃料電池の冷却手段の容量
が増大するという欠点も生じる〇 前記の如く燃料電池の出力面、保守面などに現われる不
都合な影舎を排除し燃料電池の寿命を維持するためには
、該電池の実働時における実負荷のもとての電極部にお
ける電流分布の状態を測定し適切な管理を行なうことが
極めて肝要であるにもかかわらず、従来は信頼するに足
る簡便な測定手段が見当らないのが実状である。
〔発明の目的〕
本発明は従来の燃料電池の電極部における電流分布を測
定する手段に関する前記の如き事情に鑑み、簡便な構成
で実負荷時に随時燃料電池の電極部の電流分布を測定し
得る装置を提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
前記の目的を達成するために本発明では首記の電流分布
測定装置において、前記電極部を構成する燃料極と酸化
剤極との少くとも何れか一方の極の基板の全面積にわた
る適宜の複数個所に該基板の厚さ方向に適宜の間隔で位
置する一対の電位測定点と、該一対の電位測定点におい
て前記基板にそれぞれ個別に接続される一対の電位測定
用引出線とからなり、該電位測定用引出線を介して前記
極基板各部の前記一対の電位測定点間の電位差を計測す
る如くにして、測定された前記電位差より電流値を計算
して燃料電池電極部の電流分布を測定するものである。
〔発明の実施例〕
次に図面に表わされた実施例にもとづいて本発明の詳細
な説明する0 第1図に示す如く電解液層1が両側面からそれぞれ反応
ガス導入溝2aあるいは3aを有する多孔質のカーボン
材からなる燃料極2及び酸化剤極3によシ挾持され、前
記燃料極2並びに酸化剤極3の外側にそれぞれセパレー
タ4,6を介して配置された負極集電板5と正極集電板
7との外表面から前記各極板に作用する力が数kg/a
n程度になる力で締め合わされてなるとともに、前記正
負の極集電板5,7に設けられた端子5m、7aを外部
負荷8に接続して給電する如くにされた燃料電池におい
ては、第2図並びに第3図(4)、@に示す如く燃料極
2の基板の反応ガス導入溝2aを境する平行な各うねの
部分2bに適宜の間隔を保って位置する上下に一対の電
位測定点9,10を前記極板全面にわたって適宜の複数
対定め、更にそれぞれの電位測定点9.IOK引出線1
1.12を接続し、前記極板に形成された反応ガス導入
溝2aを利用してその内側を前記燃料電池の外部に引出
す如くにしている。
その際前記引出線11.12には保護を目的として耐熱
性と耐化学反応腐蝕性とに優れ、かつ前記引出線を前記
反応ガス導入溝内に収納するのに都合の良い形状寸法の
テフロン被覆を施した白金あるいは金の線材を使用し、
前記燃料極2の基板のうねの部分2bの前記セパレート
4に当接する面即ち前記引出点9に相当する位置に、第
5図に示す如く前記引出線11を完全に埋設し、極板を
相互に締め合わす所定の力即ち数に9/cmでセパレー
ト4で押圧した際に、前記極基板あるいはセパレートに
き裂あるいは損傷を生ずることなく前記引出線11を保
持するに足るだけの埋設溝14を形成し、第4図に示す
テフロン被覆13を有する引出線11の裸の先端部分1
1aを前記埋設溝14に埋設押圧して前記先端部分11
aと燃料極2の基板の9ね2bとの間の良好な電気的接
触を確保するとともに、前記引出線11の本体を前記う
ね2bの一方の側の反応ガス導入溝2a内を通して他方
の先、端11bを電極部の外部に引出す0次に他方の電
位測定点10に相当する前記極基板のうね2bの高さ方
向に底の部分には前記引出線1−2をある程度の締代の
もと(挿入するに足るだけの保持穴15を形成し、紋穴
15に前記引出#12の先端の裸の部分12aを挿入し
前記極基板のうねの部分2bの前記引出線11が引出さ
れた反応ガス導入溝と反対側の反応ガス導入溝2aを通
して前記引出線と同様に電極部の外側に引出すことも第
5図に示す通シである0その際引出線12を前記反応ガ
ス導入溝2aの内部に確実に保持するため該引出線12
の屈曲部16を隣接する前記うねの部分2bに当接させ
て支持する如くにするのが良い。
前記の如く例えば燃料極2の基板に複数対の電位測定点
9,10を全面にわたって所要対数求め、該測定点それ
ぞれに前記引出線11.12を電気的に接続し、電極部
の外部に引出した自由端11b。
12bに適宜の計測器を接続して測定した前記接続点9
と10との間の降下電圧値ΔVと前記燃料極2の基板の
固有抵抗Rとによ!OI=″v/Rとして前記電圧降下
の原因となる前記電位測定点の位置する部分の燃料極基
板を流れる電流値を知ることができる。この種の計測を
前記燃料極2の全面にわたって適宜の複数個所について
行ない、得られた結果から等電流点を結ぶことによフ被
測定極の電流分布を容易にシミュレートすることができ
る・〔発明の効果〕 本発明は以上に説明した如く、反応ガス導入溝を有する
燃料極と酸化剤極とによシミ解液層を挾持してなる燃料
電池電極部の電流分布測定装置において、前記電極部を
構成する燃料極と酸化剤極との少くとも何れか一方の極
の基板の全体にわたる適宜の複数個所に該基板の厚さ方
向に適宜の間隔で位置する一対の電位測定点と、該一対
の電位測定点において前記基板にそれぞれ個別に接続さ
れる一対の電位測定用引出線とからなり、該電位測定用
引出線を介して前記極基板各部の前記一対の電位測定点
間の電位差を計測する如くKすることによシ、燃料電池
の実働中に実負荷のもとて電極部の各極基板における電
流分布を容易にかつ適′確に測定し、前記極基板全体に
わたり電流密度が許容限度内にある如くに管理すること
によシ前記各極基板における局所的な過熱を抑制し電池
の劣化、寿命の縮減を防止するとともに、前記電極部の
電流分布の変化を検知して電解液補給の必要の有無など
を予知し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に関わる燃料電池の電極部の構成を示す
斜視概略組立図を、第2図は燃料極全体に分布して定め
られる複数対の電位測定点と該電位測定点に接続される
引出線の取付けを示す斜視図を、第3図■及び(至)は
前記引出線を電極部の外側に引出す手段を示す概略正面
図と概略側面図を、第4図は前記引出線の一例を示す外
形図を、第5図は前記燃料極の反応ガス導入溝を境する
うねの部分に一対の前記引出線をそれぞれの前記電位測
定点に電気的接続する手段の詳細を示す斜視概略外形図
を、第6図は前記電極部における給電電流の通流方向と
電流の集中部分を示す概略正面図を表わす。 1・・・・・・電解液層、2・・・・・・燃料極、3・
・・・・・酸化剤極、2a、3a・・・・・・反応ガス
導入溝、9,10・・・・・・電位測定点、11.12
・・・・・・電位測定用引出線、11a。 12a・・・・・・電位測定用引出線の前記電位測定点
に電気的に接続される裸の部分、13・・・・・・絶縁
被覆。 第1図 a 第[J 第2図 IQ (A)            (B)第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)反応ガス導入溝を有する燃料極と酸化剤極とにより
    電解液層を挾持してなる燃料電池電極部の電流分布測定
    装置において、前記電極部を構成する燃料極と酸化剤極
    との少くとも何れか一方の極の基板の全体にわたる適宜
    の複数個所に該基板の厚さ方向に適宜の間隔で位置する
    一対の電位測定点と該一対の電位測定点において前記基
    板にそれぞれ個別に接続される一対の電位測定用引出線
    とからなり、該電位測定用引出線を介して前記極基板各
    部の前記一対の電位測定点間の電位差を計測する如くに
    してなることを特徴とする燃料電池電極部の電流分布測
    定装置。 2)特許請求の範囲第1項に記載の装置において、前記
    一対の電位測定用引出線それぞれを前記極基板に設けら
    れた反応ガス導入溝を利用して前記電極部の外部に引出
    す如くにしてなることを特徴とする燃料電池電極部の電
    流分布測定装置。 3)特許請求の範囲第1項ないし第2項の何れかに記載
    の装置において、前記一対の電位測定用引出線が前記電
    位測定点に電気的に接続される部分を除き、前記極基板
    の前記反応ガス導入溝を前記電極部の外部に引出される
    のに好都合な外形寸法を有する耐熱性、耐化学反応腐蝕
    性に優れた絶縁材で被覆されていることを特徴とする燃
    料電池電極部の電流分布測定装置。
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