JPS6298567A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPS6298567A JPS6298567A JP60237325A JP23732585A JPS6298567A JP S6298567 A JPS6298567 A JP S6298567A JP 60237325 A JP60237325 A JP 60237325A JP 23732585 A JP23732585 A JP 23732585A JP S6298567 A JPS6298567 A JP S6298567A
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- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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ーを等温下で。
連続的に直接、電気エネルギー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
極とで電解質を挟む構造からなり、燃料極に例えば水素
を、酸化極に酸素をそれぞれ供給することによって、両
極間から直流電力を取りだすようになっている。溶融炭
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６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０２１ ＣＯ２が供給されて（２
）式の反応が生じ、結果として２ｅ−なる電気エネルギ
ーを発生する。
料電池が知られている。燃料電池は一般に燃料極と酸化
極とで電解質を挟む構造からなり、燃料極に例えば水素
を、酸化極に酸素をそれぞれ供給することによって、両
極間から直流電力を取りだすようになっている。溶融炭
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６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０２１ ＣＯ２が供給されて（２
）式の反応が生じ、結果として２ｅ−なる電気エネルギ
ーを発生する。
Ｈ２＋ＣＯｓ”−＋Ｈ２＋ＣＯ２＋２ｅ−（１）１、／
２（）ｚ＋Ｃ○２＋２ｅ−→ＣＯｓ”−（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Ｈ２に改質し、生成したＨ２を燃料として電気エ
ネルギー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（例えば、特開昭５８−１０３７
４参照）、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、したがって、＠池の冷却負
荷が軽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。
２（）ｚ＋Ｃ○２＋２ｅ−→ＣＯｓ”−（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Ｈ２に改質し、生成したＨ２を燃料として電気エ
ネルギー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（例えば、特開昭５８−１０３７
４参照）、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、したがって、＠池の冷却負
荷が軽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゜集電板
、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４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４角の板を積み
重ねる方式である。
この方式では、該燃料及び酸化剤は、４角の辺から各々
の流体を流すことにより、電池反応を行わせるようにな
っている。例えば、第８図に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
素の入口で水素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。
の流体を流すことにより、電池反応を行わせるようにな
っている。例えば、第８図に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
素の入口で水素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。
太き・な変動幅を持ち、このため、温度分布も大きく変
動し、電解質板や電極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われているが、まだ
解決されていない。
動し、電解質板や電極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われているが、まだ
解決されていない。
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、燃料電池内の電流
密度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、燃料電池内の電流
密度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。
本発明は、第１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、電池内部の
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。これを防止するためには、ガス流方向で
の燃料及び酸素利用率を均しくすることあり、ガスの下
流側でのガス流速を小さくするとよい着想を得て、従来
、四角であった燃料′６池を第３図に示すようにドーナ
ツ状にすることにしたものである。
温度分布が大きな変動幅を持つ理由として、電池内部の
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。これを防止するためには、ガス流方向で
の燃料及び酸素利用率を均しくすることあり、ガスの下
流側でのガス流速を小さくするとよい着想を得て、従来
、四角であった燃料′６池を第３図に示すようにドーナ
ツ状にすることにしたものである。
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、＋＜−ナラ状の電解質板１の両面にそれ
ぞれ１−一ナツ状の燃料極２と酸化極３を張り付け、そ
の燃料極２と酸化極３の電解質板１と接してない面にそ
れぞれドーナツ状の集電極板５を張り付けたもの（以下
、これをセルと呼ぶ）である。更に、このセルを中央部
及び外周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に積層したものである。燃料極側のセパレー
タには、内部改質用の触媒６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。
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、＋＜−ナラ状の電解質板１の両面にそれ
ぞれ１−一ナツ状の燃料極２と酸化極３を張り付け、そ
の燃料極２と酸化極３の電解質板１と接してない面にそ
れぞれドーナツ状の集電極板５を張り付けたもの（以下
、これをセルと呼ぶ）である。更に、このセルを中央部
及び外周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に積層したものである。燃料極側のセパレー
タには、内部改質用の触媒６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３図Ａ−Ａ’断面を第２図に、第２図のＢ−Ｂ’
断面を第３図に示す。第１．第２図で７は改質用の触媒
を支えるリブである。燃料供給口８を通って、燃料であ
るＣ Ｈ４は供給され、矢印９の様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２，３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
カソード内を通って、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。
断面を第３図に示す。第１．第２図で７は改質用の触媒
を支えるリブである。燃料供給口８を通って、燃料であ
るＣ Ｈ４は供給され、矢印９の様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２，３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
カソード内を通って、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。
Ａ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
の吸熱反応分布は第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較して、本発明のドーナ
ツ状の内部改質方式の溶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
により、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。
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
の吸熱反応分布は第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較して、本発明のドーナ
ツ状の内部改質方式の溶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
により、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。
一方、本発明で燃料の供給を第２，３図対に反対にする
と、そのときの燃料転化率および吸熱反応は第６，７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われ、従来型より早く転化率は
飽和に達する。このときの吸熱反応は外周部で急激に行
われ、この部分での温度が低下する。しかし、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
来の四角形状より、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。
と、そのときの燃料転化率および吸熱反応は第６，７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われ、従来型より早く転化率は
飽和に達する。このときの吸熱反応は外周部で急激に行
われ、この部分での温度が低下する。しかし、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
来の四角形状より、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。また、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り、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。また、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り、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り、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。
をドーナツ状にすることにより、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り、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効果がある。
な電池反応が進むようにすることができる効果がある。
第１図は本発明の実施例の平面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ’断面図、第３図は第２図のＢ−Ｂ′平面図、第４
，６図は従来例と本発明のガス流方向の燃料転化率との
比較図、第５，７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図は従来例の電流密度分布図である。 １・・・電解質板、２・・・燃料極、３・・・酸化板、
４・・・セパレータ、５・・・集電板、６・・・触媒、
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。
−Ａ’断面図、第３図は第２図のＢ−Ｂ′平面図、第４
，６図は従来例と本発明のガス流方向の燃料転化率との
比較図、第５，７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図は従来例の電流密度分布図である。 １・・・電解質板、２・・・燃料極、３・・・酸化板、
４・・・セパレータ、５・・・集電板、６・・・触媒、
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)
- １、電解質板の上下に、各々燃料極と酸化剤極を設け、
更に、該両電極の表面に集電板を設け、該集電板の燃料
極および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、該燃料及び酸
化剤の出入口を有し、且つ該電解質板、燃料極、酸化剤
極、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、該電解質板、燃料極、酸化剤極、
集電板およびセパレータをドーナッツ状にして構成した
ことを特徴とした燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60237325A JPS6298567A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60237325A JPS6298567A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6298567A true JPS6298567A (ja) | 1987-05-08 |
Family
ID=17013697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60237325A Pending JPS6298567A (ja) | 1985-10-25 | 1985-10-25 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6298567A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5227256A (en) * | 1989-05-03 | 1993-07-13 | Institute Of Gas Technology | Fully internal manifolded fuel cell stack |
| US5342706A (en) * | 1989-05-03 | 1994-08-30 | Institute Of Gas Technology | Fully internal manifolded fuel cell stack |
| EP0977294A1 (de) * | 1998-07-31 | 2000-02-02 | Sulzer Hexis AG | Anlage mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen |
| EP1010207A1 (en) * | 1997-01-23 | 2000-06-21 | Bechtel Corporation | Fuel cell assembly |
| WO2005109557A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2008535190A (ja) * | 2005-04-05 | 2008-08-28 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 流れ場プレート及びその流れ場プレートを用いた燃料電池スタック |
| JP2014137846A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型燃料電池 |
-
1985
- 1985-10-25 JP JP60237325A patent/JPS6298567A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5227256A (en) * | 1989-05-03 | 1993-07-13 | Institute Of Gas Technology | Fully internal manifolded fuel cell stack |
| US5342706A (en) * | 1989-05-03 | 1994-08-30 | Institute Of Gas Technology | Fully internal manifolded fuel cell stack |
| EP1010207A1 (en) * | 1997-01-23 | 2000-06-21 | Bechtel Corporation | Fuel cell assembly |
| EP1010207A4 (en) * | 1997-01-23 | 2004-06-23 | Bechtel Corp | ELECTROCHEMICAL ELEMENT ASSEMBLY |
| EP0977294A1 (de) * | 1998-07-31 | 2000-02-02 | Sulzer Hexis AG | Anlage mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen |
| US6274260B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-08-14 | Sulzer Hexis Ag | Plant with high temperature fuel cells I |
| WO2005109557A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| US8288052B2 (en) | 2004-04-30 | 2012-10-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2008535190A (ja) * | 2005-04-05 | 2008-08-28 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 流れ場プレート及びその流れ場プレートを用いた燃料電池スタック |
| JP2014137846A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型燃料電池 |
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