JPS6269467A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPS6269467A JPS6269467A JP60206504A JP20650485A JPS6269467A JP S6269467 A JPS6269467 A JP S6269467A JP 60206504 A JP60206504 A JP 60206504A JP 20650485 A JP20650485 A JP 20650485A JP S6269467 A JPS6269467 A JP S6269467A
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- Japan
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- fuel
- electrode
- oxidizer
- fuel cell
- annular
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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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
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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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/244—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes with matrix-supported molten electrolyte
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池内に炭化水素と水蒸気を直接供給し、
炭化水素の水蒸気改質と発電を同時に行なわせる内部改
質方式の燃料電池に係り、特に、形状が円形をした燃料
電池に関する。
炭化水素の水蒸気改質と発電を同時に行なわせる内部改
質方式の燃料電池に係り、特に、形状が円形をした燃料
電池に関する。
燃焼の持っている燃焼エネルギに等葛下で、連続的に直
接、電気エネルギに変換する装置として燃料電池が知ら
れている。燃料電池は、一般に、燃料極と酸化極とで電
解質を挾む構造からなり、燃料極に、例えば、水素分、
酸化極に酸素をそれぞれ供給することによって１両極間
から直流電力を取りだすようになっている。浴融炭酸塩
型燃料電池では、電解質板は炭酸リチウム、炭酸カリウ
ムなどの混合溶融塩が用いられ、炭酸イオンが電荷担体
となる。燃料極にはニッケルを主体とした多孔質板が、
酸化極には酸化ニッケルを主体とした多孔質板が用いら
れる。燃料極には、Ｈ２が供給されて（１）式の反応が
生じ、酸化極には０２ 、 ＣＯｔが供給されて（２）
式の反応が生じ、結果として ２ｅ”の電気エネルギを
発生する。
接、電気エネルギに変換する装置として燃料電池が知ら
れている。燃料電池は、一般に、燃料極と酸化極とで電
解質を挾む構造からなり、燃料極に、例えば、水素分、
酸化極に酸素をそれぞれ供給することによって１両極間
から直流電力を取りだすようになっている。浴融炭酸塩
型燃料電池では、電解質板は炭酸リチウム、炭酸カリウ
ムなどの混合溶融塩が用いられ、炭酸イオンが電荷担体
となる。燃料極にはニッケルを主体とした多孔質板が、
酸化極には酸化ニッケルを主体とした多孔質板が用いら
れる。燃料極には、Ｈ２が供給されて（１）式の反応が
生じ、酸化極には０２ 、 ＣＯｔが供給されて（２）
式の反応が生じ、結果として ２ｅ”の電気エネルギを
発生する。
Ｈ，＋ ｃｏｓ”−→Ｈ２＋ＣＯ２＋２ｅ−−−・（１
）１／ ２（ｈ＋ ＣＯｔ ＋ ２ ｅ−−ＣＯ５２−
・・・（２）溶融炭酸塩燃料電池では、従来、燃料極と
接する燃料ガス流路に改質触媒を充填し、水蒸気と共に
炭化水素ガスを直接供給してＨ２ＶＣ改質し、生成した
Ｈ２を燃料として電気エネルギを得る方式が知られてい
る。これらは内部改質型の燃料電池といわれ、改質反応
は吸熱反応であるので電池反応によって発生する熱が利
用でき、従って、電池の冷却負荷が祷減できる点で有利
である。また、外部に置かれる改質装置を省略できるの
でシステムを簡単にできる点でも有利である。
）１／ ２（ｈ＋ ＣＯｔ ＋ ２ ｅ−−ＣＯ５２−
・・・（２）溶融炭酸塩燃料電池では、従来、燃料極と
接する燃料ガス流路に改質触媒を充填し、水蒸気と共に
炭化水素ガスを直接供給してＨ２ＶＣ改質し、生成した
Ｈ２を燃料として電気エネルギを得る方式が知られてい
る。これらは内部改質型の燃料電池といわれ、改質反応
は吸熱反応であるので電池反応によって発生する熱が利
用でき、従って、電池の冷却負荷が祷減できる点で有利
である。また、外部に置かれる改質装置を省略できるの
でシステムを簡単にできる点でも有利である。
燃料電池は第８図に示すように、セパレータ４、集成板
、燃料極２、電解質板１、酸化極３．集電板、セパレー
タ４の順に積層したものを一つのセルとして、このセル
を多数個積層したスタックとして使用される。現在、開
発されている燃料電池は、その形状が四角の板を積み重
ねる方式である。
、燃料極２、電解質板１、酸化極３．集電板、セパレー
タ４の順に積層したものを一つのセルとして、このセル
を多数個積層したスタックとして使用される。現在、開
発されている燃料電池は、その形状が四角の板を積み重
ねる方式である。
この方式では、燃料及び酸化剤は、四角の辺から各々の
流体を流すことにより、を池反応を行なわせるようにな
っている。例えば、第８図のように燃料及び酸化剤を直
行させて流した場合、電流密度分布は昭和６０年度電気
学会全国大会に於いて、発表された第９図のようになる
。燃料である水素及び酸化剤である酸素の入口では水素
濃度及び酸素濃度の最も高い点で電流密度は大きく、酸
素の入口で水系の入口から最も離れた点で、最も小さく
なる。このように、燃料電池内での電流密度は、大きな
変動幅を持ち、このため、ｆＡｌ＆分布も大きく変動し
、′電解質板や電画板のクリープを生じ易くなるという
欠点がある。これを防止するために、現在では、電解質
板や電極板の材料研究が盛んに行なわれているが、また
、解決されてない。
流体を流すことにより、を池反応を行なわせるようにな
っている。例えば、第８図のように燃料及び酸化剤を直
行させて流した場合、電流密度分布は昭和６０年度電気
学会全国大会に於いて、発表された第９図のようになる
。燃料である水素及び酸化剤である酸素の入口では水素
濃度及び酸素濃度の最も高い点で電流密度は大きく、酸
素の入口で水系の入口から最も離れた点で、最も小さく
なる。このように、燃料電池内での電流密度は、大きな
変動幅を持ち、このため、ｆＡｌ＆分布も大きく変動し
、′電解質板や電画板のクリープを生じ易くなるという
欠点がある。これを防止するために、現在では、電解質
板や電極板の材料研究が盛んに行なわれているが、また
、解決されてない。
本発明の目的は、電解質板、燃料極、酸化極および集電
板をドーナツ形状とすることにより、燃料電池内の成流
密反分布や温度分布の均一化をはかれる内部改質型の燃
料電池を提供することにある。
板をドーナツ形状とすることにより、燃料電池内の成流
密反分布や温度分布の均一化をはかれる内部改質型の燃
料電池を提供することにある。
発明者らは、第８図に示した燃料電池での電流密度分布
や温度分布が大きな変動幅を持つ理由として、！池内部
のガス流方向の燃料及び酸素利用率が大きく異なること
にあると考えた。これを防止するには、ガス流方向での
燃料及び酸素利用率を均しくする必要があシ、ガスの下
流側でのガスの流速を小さくするとよいという着想を得
て、従来、四角であった燃料電池を第１図に示すように
ドーナツ状にすることにした。
や温度分布が大きな変動幅を持つ理由として、！池内部
のガス流方向の燃料及び酸素利用率が大きく異なること
にあると考えた。これを防止するには、ガス流方向での
燃料及び酸素利用率を均しくする必要があシ、ガスの下
流側でのガスの流速を小さくするとよいという着想を得
て、従来、四角であった燃料電池を第１図に示すように
ドーナツ状にすることにした。
以下１本発明の詳細を第１図に示す一実施例に基づいて
説明する。第１図は、本発明の燃料′電池の基本構成を
示したもので、ドーナツ状の電解質板ｌの両面に、ドー
ナツ状の燃料極２と酸化極３を張υ付け、その燃料極２
と酸化極３の電解質板ｌと接してない面に、それぞれ、
ドーナツ状の集１！極板５を・戒り付けたもの（以下、
これをセルと呼ぶ）である。更に、このセルを中央部及
び外同部に燃料及び酸化剤の供給、排出口を設けたセパ
レータ４に積層する。燃料極側のセパレータ４には、内
部改質用の触媒を張り付けである。この図は本発明のド
ーナツ状の燃料電池のアノード側のセパレータ部で開い
た平面図である。この第１図のｆｆ−１１断面をＨ２図
（で、第２図のＩＩＩ−ｒ［Ｉ断面を第３図に示す。図
で７は改゛成用の触媒を支えるリブである。燃料供給口
８を通って、燃料であるＣＨ４は供給され、矢印９のよ
うにガス流路を通って、燃料ガス排出口１０から系外へ
排出される。
説明する。第１図は、本発明の燃料′電池の基本構成を
示したもので、ドーナツ状の電解質板ｌの両面に、ドー
ナツ状の燃料極２と酸化極３を張υ付け、その燃料極２
と酸化極３の電解質板ｌと接してない面に、それぞれ、
ドーナツ状の集１！極板５を・戒り付けたもの（以下、
これをセルと呼ぶ）である。更に、このセルを中央部及
び外同部に燃料及び酸化剤の供給、排出口を設けたセパ
レータ４に積層する。燃料極側のセパレータ４には、内
部改質用の触媒を張り付けである。この図は本発明のド
ーナツ状の燃料電池のアノード側のセパレータ部で開い
た平面図である。この第１図のｆｆ−１１断面をＨ２図
（で、第２図のＩＩＩ−ｒ［Ｉ断面を第３図に示す。図
で７は改゛成用の触媒を支えるリブである。燃料供給口
８を通って、燃料であるＣＨ４は供給され、矢印９のよ
うにガス流路を通って、燃料ガス排出口１０から系外へ
排出される。
これらはセパレータの外枠１１で還元雰囲気を維持して
いる。一方、カソード側は第２図、３３図に示すように
、酸化剤供給口１２を通って、酸化剤が供給され、矢印
１３のようにカンード内を通って、排出口１４から排出
される。このとき、燃料排出口１０と酸化剤排出口１３
は別の流路であり、互いに隔離されている。第４図に触
媒長さ方向とＣＨ４転化率との関係を示す。人は従来の
四角形状で、Ｂは本発明のドーナツ形状で燃料ガスを流
した場合の例である。この図から、Ａに比較して、Ｂの
ほうが燃料供給側である入口側で転化率は小さいが、燃
料供給口側では燃料濃度が大きいため電池反応に十分な
水素濃度は得られる。また、第４図の転化率の距離微分
で与えられる反応熱、この場合には吸熱反応の吸熱反応
分布ｒｒ！第５図に示すようになる。すなわち、従来の
四角形状の燃料電池に比して、本発明のドーナツ大の内
部改質方式の浴融炭酸塩燃料電池にした場合には、吸熱
反応に伴う反応熱が平均化されていることがわかる。こ
のため、電池内の温度分布が従来より。
いる。一方、カソード側は第２図、３３図に示すように
、酸化剤供給口１２を通って、酸化剤が供給され、矢印
１３のようにカンード内を通って、排出口１４から排出
される。このとき、燃料排出口１０と酸化剤排出口１３
は別の流路であり、互いに隔離されている。第４図に触
媒長さ方向とＣＨ４転化率との関係を示す。人は従来の
四角形状で、Ｂは本発明のドーナツ形状で燃料ガスを流
した場合の例である。この図から、Ａに比較して、Ｂの
ほうが燃料供給側である入口側で転化率は小さいが、燃
料供給口側では燃料濃度が大きいため電池反応に十分な
水素濃度は得られる。また、第４図の転化率の距離微分
で与えられる反応熱、この場合には吸熱反応の吸熱反応
分布ｒｒ！第５図に示すようになる。すなわち、従来の
四角形状の燃料電池に比して、本発明のドーナツ大の内
部改質方式の浴融炭酸塩燃料電池にした場合には、吸熱
反応に伴う反応熱が平均化されていることがわかる。こ
のため、電池内の温度分布が従来より。
平均化される。このように、本発明では、燃料供給側で
燃料濃度が高いのでガス流速を大きくシ。
燃料濃度が高いのでガス流速を大きくシ。
燃料が使用されて、水素濃度が小さくなる部分で。
ガス流速を遅くすることによシ３低康度の水素でも十分
な電池反応が進むようにすることができる。
な電池反応が進むようにすることができる。
一方１本発明で燃料の供給を第２図、第３図とは反対に
すると、そのときの燃料転化率および吸熱反応は第６図
、第７図に示すようになる。すなわち、燃料の転化は燃
料供給側である外周部で急激に行なわれ、従来型よシ早
く転化率は飽和に達する。このときの吸熱反応は外周部
で急激に行なわれ、この部分での温度が低下する。しか
し１本発明では形状がドーナツ状であるために、歪み応
力に対して従来の四角形状よシ強く、この温度の低下に
よる電解質の粘度低下をガスをシールするための作用と
して利用できる。
すると、そのときの燃料転化率および吸熱反応は第６図
、第７図に示すようになる。すなわち、燃料の転化は燃
料供給側である外周部で急激に行なわれ、従来型よシ早
く転化率は飽和に達する。このときの吸熱反応は外周部
で急激に行なわれ、この部分での温度が低下する。しか
し１本発明では形状がドーナツ状であるために、歪み応
力に対して従来の四角形状よシ強く、この温度の低下に
よる電解質の粘度低下をガスをシールするための作用と
して利用できる。
本発明は溶融炭酸塩型の燃料電池について記述している
が、内部改質型のメタノール燃料電池にも適用できるこ
とはいうまでもない。まな、他の燃料電池であってもド
ーナツ状の内側から燃料を供給する方式にすれば、燃料
供給側で燃料濃度が高いのでガス流速を大きくし、燃料
が使用されて、水素濃度が小さくなる部分で、ガス流速
を遅くすることによシ、低濃度の水素でも十分な電池反
応が進むようにすることができることはいうまでもない
。
が、内部改質型のメタノール燃料電池にも適用できるこ
とはいうまでもない。まな、他の燃料電池であってもド
ーナツ状の内側から燃料を供給する方式にすれば、燃料
供給側で燃料濃度が高いのでガス流速を大きくし、燃料
が使用されて、水素濃度が小さくなる部分で、ガス流速
を遅くすることによシ、低濃度の水素でも十分な電池反
応が進むようにすることができることはいうまでもない
。
本発明によれば、電解質板、燃料極、酸化極と集電板と
をドーナツ状にすることによシ、燃料供給側で燃料濃度
が高いのでガス流速を大きくシ。
をドーナツ状にすることによシ、燃料供給側で燃料濃度
が高いのでガス流速を大きくシ。
燃料が使用されて、水素濃度が小さくなる部分で、ガス
流速を遅くすることによシ、低濃度の水素でも十分な電
池反応が進むようにすることができる。
流速を遅くすることによシ、低濃度の水素でも十分な電
池反応が進むようにすることができる。
第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は第１図の
「−「矢視断面図、！３図は第２図の■−■矢視図、第
４図、第５図は従来例と本発明のガス流方向の燃料転化
率とを比較した図、第６図。 第７図は従来例と本発明の吸熱反応に伴う吸熱分布の比
較図、第８図は燃料電池の構成を示す斜視図、第９図は
従来例の醒゛流密度分布図である。 １・・・電解質板、２・・・燃料極、３・・・酸化極、
４・・・セパＶ−タ、Ｓ・・・集電板、７−リブ、８・
・・燃料供給口、１０・・・燃料ガス排出口、１１・・
・セパレータの外枠、１２・・・酸化剤供給口、１４・
・・排出口。
「−「矢視断面図、！３図は第２図の■−■矢視図、第
４図、第５図は従来例と本発明のガス流方向の燃料転化
率とを比較した図、第６図。 第７図は従来例と本発明の吸熱反応に伴う吸熱分布の比
較図、第８図は燃料電池の構成を示す斜視図、第９図は
従来例の醒゛流密度分布図である。 １・・・電解質板、２・・・燃料極、３・・・酸化極、
４・・・セパＶ−タ、Ｓ・・・集電板、７−リブ、８・
・・燃料供給口、１０・・・燃料ガス排出口、１１・・
・セパレータの外枠、１２・・・酸化剤供給口、１４・
・・排出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電解質板の上、下に、それぞれ、燃料極と酸化剤極
を設け、更に、前記燃料極と前記酸化剤極の表面に集電
板を設け、前記集電板の前記燃料極および前記酸化剤極
と接してない側に各々燃料及び酸化剤となる流体を流せ
るような流路を形成し、前記燃料及び前記酸化剤の出入
口をもち、且つ、前記電解質板、前記燃料極、前記酸化
剤極、前記集電板を保持するセパレータを主たる構成要
素とする燃料電池に於いて、 前記電解質板、前記燃料極、前記酸化剤極、前記集電板
および前記セパレータをドーナツツ状に構成したことを
特徴とする燃料電池。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、 前記ドーナツツ状の構成体の内面及び外面に前記燃料及
び前記酸化剤の出入口を設けたことを特徴とする燃料電
池。 ３、前記第２項に於いて、ドーナツツ状の内面から燃料
を供給することを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60206504A JPS6269467A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60206504A JPS6269467A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6269467A true JPS6269467A (ja) | 1987-03-30 |
Family
ID=16524461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60206504A Pending JPS6269467A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6269467A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267869A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-11-01 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH0443566A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
-
1985
- 1985-09-20 JP JP60206504A patent/JPS6269467A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267869A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-11-01 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH0443566A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
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