JPS62216174A - 燃料電池の電解質濃度の制御方法 - Google Patents
燃料電池の電解質濃度の制御方法Info
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- JPS62216174A JPS62216174A JP61061446A JP6144686A JPS62216174A JP S62216174 A JPS62216174 A JP S62216174A JP 61061446 A JP61061446 A JP 61061446A JP 6144686 A JP6144686 A JP 6144686A JP S62216174 A JPS62216174 A JP S62216174A
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Classifications
-
- 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
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、燃料電池の電解質の濃度の制御方法に関す
るものであり、特に電解質を加湿して濃度を下げる方法
に関するものである。
るものであり、特に電解質を加湿して濃度を下げる方法
に関するものである。
周知の通り、燃料電池は電解質マトリックスを介在させ
て燃料電極と酸化剤電極を配置し、水素などの燃料ガス
と酸素や空気などの酸化剤ガスを供給して、この時起る
ル気化学反応曝こまって発生する電気エネルギーを取り
出す発電システムである。使用される電解質としては１
例えばリン酸や硫酸などの酸性溶液、アルカリ溶液、溶
融塩などがある。
て燃料電極と酸化剤電極を配置し、水素などの燃料ガス
と酸素や空気などの酸化剤ガスを供給して、この時起る
ル気化学反応曝こまって発生する電気エネルギーを取り
出す発電システムである。使用される電解質としては１
例えばリン酸や硫酸などの酸性溶液、アルカリ溶液、溶
融塩などがある。
これらの燃料電池番こおいては電解質の体積管理が非常
に重要である。ここでは、リン酸型燃料電池１こついて
述べる。電解質マトリックス中の電解質が不足すれば、
クロスオーバーが起こり、過剰になればフランディング
が起こる。これらの現象を避ける為に特開昭５３−３０
７４７号公報１こ記載されているリザーバ技術がある。
に重要である。ここでは、リン酸型燃料電池１こついて
述べる。電解質マトリックス中の電解質が不足すれば、
クロスオーバーが起こり、過剰になればフランディング
が起こる。これらの現象を避ける為に特開昭５３−３０
７４７号公報１こ記載されているリザーバ技術がある。
これは優先的−こ電解質を出し入れする部位を設けて、
電解質マトリックス中での電解質の不足や、反応界面へ
のリン酸の流出を防止しようとするものである。しかし
リザーバの容ｔを越凡て電解質の体積の増減があった場
合には、クロスオーバーやフランディングを防ぐことは
できない。そこで、電解質が不足した場合にも、クロス
オーバーを防止して燃料電池の運転ができるよう１こ、
燃料ガスや空気などの反応ガスをこ水蒸気を付加する。
電解質マトリックス中での電解質の不足や、反応界面へ
のリン酸の流出を防止しようとするものである。しかし
リザーバの容ｔを越凡て電解質の体積の増減があった場
合には、クロスオーバーやフランディングを防ぐことは
できない。そこで、電解質が不足した場合にも、クロス
オーバーを防止して燃料電池の運転ができるよう１こ、
燃料ガスや空気などの反応ガスをこ水蒸気を付加する。
いわゆる加湿運転か従来性なわれていた。この技術は、
加湿すること嘉こよってリン酸の体積を膨張させ、即ち
濃度を希釈し、電解質マトリックス中での液膜番こよる
ガスシール性を良くしてクロスオーバーを防止するもの
であり、この技術については特開昭５９−２２８３６７
号公ｉに詳しく記載されている。
加湿すること嘉こよってリン酸の体積を膨張させ、即ち
濃度を希釈し、電解質マトリックス中での液膜番こよる
ガスシール性を良くしてクロスオーバーを防止するもの
であり、この技術については特開昭５９−２２８３６７
号公ｉに詳しく記載されている。
しかし、上記のような加湿運転は反応ガスの通過する所
、即ち、配管、マニホールド、反応ガス流路、電極基材
、電極触媒層から電解質マトリックスに至るまでがすべ
て水蒸気雰囲気に置かれる為、至る所を濡らして結露し
やす（シ、またリン酸を電解質マ） ＩＪノクスから逆
疹こ触媒層や電極基材あるいは反応ガス流路にまで流出
させ、フランティングを起こし、流路のつまりを生じる
など。
、即ち、配管、マニホールド、反応ガス流路、電極基材
、電極触媒層から電解質マトリックスに至るまでがすべ
て水蒸気雰囲気に置かれる為、至る所を濡らして結露し
やす（シ、またリン酸を電解質マ） ＩＪノクスから逆
疹こ触媒層や電極基材あるいは反応ガス流路にまで流出
させ、フランティングを起こし、流路のつまりを生じる
など。
深刻な事態を起こＴことが多かった。
従来の燃料電池の電解質濃度の制御方法は以上のように
構成ざｎているので、リザーバを設けた場合１こは、ク
ロスオーバーやフラッディングの防止に限界があり、加
湿運転を行った場合には、電極基材や反応ガス流路など
で結露しやす（、またフラッディングや流路のつまりを
生じるｆよどの問題点があった。
構成ざｎているので、リザーバを設けた場合１こは、ク
ロスオーバーやフラッディングの防止に限界があり、加
湿運転を行った場合には、電極基材や反応ガス流路など
で結露しやす（、またフラッディングや流路のつまりを
生じるｆよどの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消する１こめになさ
れたもので、容量に限界のあるリザーバを用いずに、電
極基材、反応ガス流路やマニホールドなどを全く濡らす
ことす（、またフランディングや流路のつまりを生じさ
せることな（、電解質マトリックス中の電解質を加湿し
て、その濃度を制御することのできる燃料電池の電解質
濃度の制御方法を得ることを目的とする。
れたもので、容量に限界のあるリザーバを用いずに、電
極基材、反応ガス流路やマニホールドなどを全く濡らす
ことす（、またフランディングや流路のつまりを生じさ
せることな（、電解質マトリックス中の電解質を加湿し
て、その濃度を制御することのできる燃料電池の電解質
濃度の制御方法を得ることを目的とする。
この発明に係る燃料電池の電解質濃度の制御方法は、酸
化剤電極と燃料電極のうち少くともいずれか一方ｉこ、
水素と酸素を含む混合ガスを供給し。
化剤電極と燃料電極のうち少くともいずれか一方ｉこ、
水素と酸素を含む混合ガスを供給し。
電極の解媒層で水蒸気を発生させて電解質マ） ＩＪラ
ックス加湿するようにしたものである。
ックス加湿するようにしたものである。
この発生に３ける制御方法は、水素と酸素を含む混合ガ
スを゛電極−こ供給し、触媒層の反応面（三相界面）で
反応を起こし、水蒸気を発生させて電解質マトリックス
を加湿するので、混合ガスは。
スを゛電極−こ供給し、触媒層の反応面（三相界面）で
反応を起こし、水蒸気を発生させて電解質マトリックス
を加湿するので、混合ガスは。
配管、マニホールド、反応ガス流路、電極基材。
触媒層に至るまでは水蒸気ではなく水素と酸素という形
で供給され、触媒層で始めて水蒸気に変化する為勝こ、
途中で結露することもなく、フラッディングや反応カス
流路につまりを生じさせることなく電解質マトリックス
を加湿することができる。
で供給され、触媒層で始めて水蒸気に変化する為勝こ、
途中で結露することもなく、フラッディングや反応カス
流路につまりを生じさせることなく電解質マトリックス
を加湿することができる。
発明者らは、クロスオーバーの研究を行なった際に、そ
の過程で酸化剤ガスと燃料ガスを混合して反応ガス流路
に供給した場合、その触媒層界面で混合ガスのＩ！素と
水素のいずれか少ない方の８０係以上という高い効率で
水蒸気に変換されることを見出し、この発明に至った。
の過程で酸化剤ガスと燃料ガスを混合して反応ガス流路
に供給した場合、その触媒層界面で混合ガスのＩ！素と
水素のいずれか少ない方の８０係以上という高い効率で
水蒸気に変換されることを見出し、この発明に至った。
この研究はクロスオーバー現象を模擬する為に、一方の
電極Ｉこ酸素や空気などの酸化剤カスと水素などの燃料
ガスを混合して供給し、出口側のガス組成や出力電圧の
変化などを調べていたものであり、他方の電極に窒ｇ、
ｍ素、空気、水素のいずれのガスが流れていても関係な
く、酸化剤ガスと燃料ガスを混合して供給した１１極で
は８０憾以上の効率で水蒸気が生成されること、温度か
上昇するにつれて反応効率が上昇すること、反応効率は
供給する混合ガスの流量や混合比率にあまり左右されな
いこと、即ち、例えば空気に３体積パーセントで水素を
混合して毎分４０リツトルの速さで供給し′ｒ−場合壷
こ、触媒層界面では水素の約８０％つまり毎分約１リツ
トルの水素が水蒸気蓄こ変換され、毎分８０リンドルの
速さで供給した場合にもやはり水素の約８０係つまり毎
分２リンドルの水素が水蒸気に変換されることがわかっ
た。
電極Ｉこ酸素や空気などの酸化剤カスと水素などの燃料
ガスを混合して供給し、出口側のガス組成や出力電圧の
変化などを調べていたものであり、他方の電極に窒ｇ、
ｍ素、空気、水素のいずれのガスが流れていても関係な
く、酸化剤ガスと燃料ガスを混合して供給した１１極で
は８０憾以上の効率で水蒸気が生成されること、温度か
上昇するにつれて反応効率が上昇すること、反応効率は
供給する混合ガスの流量や混合比率にあまり左右されな
いこと、即ち、例えば空気に３体積パーセントで水素を
混合して毎分４０リツトルの速さで供給し′ｒ−場合壷
こ、触媒層界面では水素の約８０％つまり毎分約１リツ
トルの水素が水蒸気蓄こ変換され、毎分８０リンドルの
速さで供給した場合にもやはり水素の約８０係つまり毎
分２リンドルの水素が水蒸気に変換されることがわかっ
た。
また、電池を運転している状態でも、高い反応効率が維
持され、特に燃料ガスの中各こ空気又は酸素を数体積パ
ーセント混合して燃料電極に供給した場合蕾こは、出力
′電圧の低下がほとんどないこともわ力）つた。
持され、特に燃料ガスの中各こ空気又は酸素を数体積パ
ーセント混合して燃料電極に供給した場合蕾こは、出力
′電圧の低下がほとんどないこともわ力）つた。
従って運転中番ご自由に電解質を加湿して電解質濃度を
制御することができる。
制御することができる。
この発明の一実施例として、リン酸型燃料電池の運転中
の加湿を仮定して以下に説明する。
の加湿を仮定して以下に説明する。
リン酸型燃料電池の運転中、い（つかのセルでクロスオ
ーバーが原因と思われる出力電圧の低ドや温度の上昇が
見られた場合、体止または加湿運転の必要性が生じる。
ーバーが原因と思われる出力電圧の低ドや温度の上昇が
見られた場合、体止または加湿運転の必要性が生じる。
そこで水素と酸素の混合ガス、例えば燃料カスに空気の
混合を爆発限界外の０度で１例えば燃料ル極疹こ供給す
る。即ち、燃料ガス中の水素Ｉこ対し、空気が４体積パ
ーセント以下を保つに混合ガスを燃料電極に供給すると
、触媒層界面で水蒸気を発生し、電解質を加湿する。
混合を爆発限界外の０度で１例えば燃料ル極疹こ供給す
る。即ち、燃料ガス中の水素Ｉこ対し、空気が４体積パ
ーセント以下を保つに混合ガスを燃料電極に供給すると
、触媒層界面で水蒸気を発生し、電解質を加湿する。
加湿の程度は混合する空気の濃度、及び空気を混合した
燃料カスの流ｔ１こより制御できる。これ１こまり、リ
ン酸の体積を膨張でき、クロスオーバーが原因で生じて
いた出力電圧の低ドや温度の上昇はおさまり、正常な運
転を続行できる。
燃料カスの流ｔ１こより制御できる。これ１こまり、リ
ン酸の体積を膨張でき、クロスオーバーが原因で生じて
いた出力電圧の低ドや温度の上昇はおさまり、正常な運
転を続行できる。
なお、上記実施例では、燃料カスと空気の混合カスを燃
料篭極壷こ供給しているが、酸化剤ガスと水素の混合ガ
スを酸化剤電極側こ供給しても電解質濃度を希釈できる
。前述したように燃料電極１こ供給した場合には、電圧
はほとんど下からないので好ましい。
料篭極壷こ供給しているが、酸化剤ガスと水素の混合ガ
スを酸化剤電極側こ供給しても電解質濃度を希釈できる
。前述したように燃料電極１こ供給した場合には、電圧
はほとんど下からないので好ましい。
次蒼ここの発明の他の実施例Ｉこついて、休止中の加湿
を仮定して以ド番こ説明する。燃料電池の休止中ガス供
給系１こは乾燥した窒素ガスを流している。
を仮定して以ド番こ説明する。燃料電池の休止中ガス供
給系１こは乾燥した窒素ガスを流している。
これは吸湿によるフランディングを防止する為１こ必要
な手段である。この為、電解雪中のリン酸の濃度が上昇
して体積が減少し運転を開始するには、クロスオーバー
が著しくなる為、加湿してリン酸の体１１ｔｆ膨張させ
ることが必要である。そこで酸化剤電極側において、空
気１こ水素を爆発限界外の濃度、即ち空気１こ対して水
素が４体積パーセント以丁を保って混合し１こガスを供
給すると、触５層界面で水蒸気を発生し、電解質、％
７Ｊｆｌ湿される。なお通常、空気のみを供給した場合
、その電極の電位が虞す電位になりすぎて、白金のシン
タリングやカーボンの腐＊などの現象を引き起こ「が、
混合カスの場合には水の生成反応が起こるため昏こ、寅
な電位疹こ保たれることもな（、白金のシンタリングや
カーボンの腐食などの心配がない。そして。
な手段である。この為、電解雪中のリン酸の濃度が上昇
して体積が減少し運転を開始するには、クロスオーバー
が著しくなる為、加湿してリン酸の体１１ｔｆ膨張させ
ることが必要である。そこで酸化剤電極側において、空
気１こ水素を爆発限界外の濃度、即ち空気１こ対して水
素が４体積パーセント以丁を保って混合し１こガスを供
給すると、触５層界面で水蒸気を発生し、電解質、％
７Ｊｆｌ湿される。なお通常、空気のみを供給した場合
、その電極の電位が虞す電位になりすぎて、白金のシン
タリングやカーボンの腐＊などの現象を引き起こ「が、
混合カスの場合には水の生成反応が起こるため昏こ、寅
な電位疹こ保たれることもな（、白金のシンタリングや
カーボンの腐食などの心配がない。そして。
クロスオーバーか防止できるまで昏こリン酸の体積膨張
が行なわれた所で、燃料電池としての運転を開始すれば
よい。
が行なわれた所で、燃料電池としての運転を開始すれば
よい。
加湿の程度の制御は、混合する水素と酸素の濃度、即ち
反応ガス暑こ混合する水素又は空気の濃度と混合ガスの
流量という２つの要素を用いることができる。加湿を増
加する方向としては、ａ度と流′ｌ］ｔを増加させれば
よい。この濃度については爆発限界外であることが望ま
しい。一般に爆発限界とは空気１こ対する水素の割合が
４〜９６体積パーセントである。しかじ流電については
任意に選ぶことができ１通常の運転で発生する水蒸気量
よりも多い水蒸気量を付加することも可能である。
反応ガス暑こ混合する水素又は空気の濃度と混合ガスの
流量という２つの要素を用いることができる。加湿を増
加する方向としては、ａ度と流′ｌ］ｔを増加させれば
よい。この濃度については爆発限界外であることが望ま
しい。一般に爆発限界とは空気１こ対する水素の割合が
４〜９６体積パーセントである。しかじ流電については
任意に選ぶことができ１通常の運転で発生する水蒸気量
よりも多い水蒸気量を付加することも可能である。
また、？ＪＲ合ガスの供給は酸化剤ａ極、燃料電極のい
ずれ薔こ供給してもよいか、運転中の加湿の場合Ｇこは
、出力電圧を低ドさせないという利点から燃料に極側６
ζ燃料カスと空気を混合して供給することか４ましい。
ずれ薔こ供給してもよいか、運転中の加湿の場合Ｇこは
、出力電圧を低ドさせないという利点から燃料に極側６
ζ燃料カスと空気を混合して供給することか４ましい。
また供給する混合ガスは、■２と０２以外にＮ２やＣＯ
□ｆ５どの、不活性ガスを含んでいてもよ（、爆発）危
険性を防止するため番こは、Ｎ、やＣＯ２ｆ！どの爆発
を防止しやすいガスを含んでいる方が望ましい。
□ｆ５どの、不活性ガスを含んでいてもよ（、爆発）危
険性を防止するため番こは、Ｎ、やＣＯ２ｆ！どの爆発
を防止しやすいガスを含んでいる方が望ましい。
なお、上記実施例で（まリン酸型燃料電池の場合につい
て説明したが、他の型の燃料電池であってもよく、上記
実施例と同様の効果がある。
て説明したが、他の型の燃料電池であってもよく、上記
実施例と同様の効果がある。
以上述べたように、この発明１こよれば、酸化剤電極と
燃料電極のうちの少くともいずれか一方１こ。
燃料電極のうちの少くともいずれか一方１こ。
水素と酸素を含む混合ガスを供給し、＊極の触媒層で水
蒸気を発生させて電解質マトリックスを加湿すること蚤
こより、容量に限界のめるリザーバを用いず、１！極基
材１反応カス流路やマニホールドなどを全く濡らすこと
な（、またフランディングや流路のつまりそ生じさせる
ことなく、電ｊ５Ｈｆマトリックス中の電解質を加湿し
てその濃度を制御することのできる燃料電池の電解質濃
度の制御方法を提供できる効果がある。
蒸気を発生させて電解質マトリックスを加湿すること蚤
こより、容量に限界のめるリザーバを用いず、１！極基
材１反応カス流路やマニホールドなどを全く濡らすこと
な（、またフランディングや流路のつまりそ生じさせる
ことなく、電ｊ５Ｈｆマトリックス中の電解質を加湿し
てその濃度を制御することのできる燃料電池の電解質濃
度の制御方法を提供できる効果がある。
Claims (1)
- 酸化剤電極と燃料電極のうちの少くともいずれか一方に
、水素と酸素を含む混合ガスを供給し、上記電極の触媒
層で水蒸気を発生させて電解質マトリックスを加湿する
ようにした燃料電池の電解質濃度の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61061446A JPS62216174A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 燃料電池の電解質濃度の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61061446A JPS62216174A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 燃料電池の電解質濃度の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62216174A true JPS62216174A (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=13171296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61061446A Pending JPS62216174A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 燃料電池の電解質濃度の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62216174A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1372205A2 (en) * | 2002-06-14 | 2003-12-17 | Honda Giken Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
-
1986
- 1986-03-17 JP JP61061446A patent/JPS62216174A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1372205A2 (en) * | 2002-06-14 | 2003-12-17 | Honda Giken Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
| EP1372205A3 (en) * | 2002-06-14 | 2005-07-27 | Honda Giken Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
| US7125617B2 (en) | 2002-06-14 | 2006-10-24 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
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