JPS63298978A - 燃料電池のセルスタック - Google Patents
燃料電池のセルスタックInfo
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- JPS63298978A JPS63298978A JP62133004A JP13300487A JPS63298978A JP S63298978 A JPS63298978 A JP S63298978A JP 62133004 A JP62133004 A JP 62133004A JP 13300487 A JP13300487 A JP 13300487A JP S63298978 A JPS63298978 A JP S63298978A
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Classifications
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
- H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
-
- 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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- H—ELECTRICITY
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- 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
- 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
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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〕
本発明は、電解液を含浸保持するマトリ、クスを有する
単電池を積み重ねてなる燃料電池のセルスタックの構造
に関する。
単電池を積み重ねてなる燃料電池のセルスタックの構造
に関する。
燃料電池は電気化学反応を利用して化学エネルギーを直
接電気エネルギーに変換するものであり、通常基本構成
要素である単電池を積み重ねて構成される。マトリ、ジ
ス形燃料電池、例えばりん酸形燃料電池の単電池にはリ
プ付電極方式とりプ付セパレータ方式のニガ式がある。
接電気エネルギーに変換するものであり、通常基本構成
要素である単電池を積み重ねて構成される。マトリ、ジ
ス形燃料電池、例えばりん酸形燃料電池の単電池にはリ
プ付電極方式とりプ付セパレータ方式のニガ式がある。
リプ付セパレータ方式の単電池１は第２図に示すように
電解液であるりん酸を含浸保持するマトリ、クス２と、
これを挾持して触媒層を有する多孔質の燃料電極３と酸
化剤電極４とが配設され、さらにこの一対の電極を挾ん
で一方の板面に反応ガスとしての燃料ガスの流路となる
溝５ａと他方の板面に反応ガスとしての酸化剤ガスの流
路となる溝５ｂとを有するガス不透過性のリプ付セパレ
ータ５が配されて構成されている。
電解液であるりん酸を含浸保持するマトリ、クス２と、
これを挾持して触媒層を有する多孔質の燃料電極３と酸
化剤電極４とが配設され、さらにこの一対の電極を挾ん
で一方の板面に反応ガスとしての燃料ガスの流路となる
溝５ａと他方の板面に反応ガスとしての酸化剤ガスの流
路となる溝５ｂとを有するガス不透過性のリプ付セパレ
ータ５が配されて構成されている。
リプ付電極方式の単電池は第３図に示すようにりん酸を
含浸保持するマトリ、クス２を挾持して燃料極触媒層６
と、これを保持して燃料ガスの流路となる溝７ａを有す
るガス透過性の電極基材７とからなる燃料電極８および
酸化剤極触媒層９と、これを保持して醸化剤ガスの流路
となる溝１０ａを有するガス透過性の電極基材１０とか
らなる酸化剤電極１】が配されて構成される。１２は燃
料ガスと酸化剤ガ、スとの混合を防ぐためのガス不透過
性のセパレート板である。
含浸保持するマトリ、クス２を挾持して燃料極触媒層６
と、これを保持して燃料ガスの流路となる溝７ａを有す
るガス透過性の電極基材７とからなる燃料電極８および
酸化剤極触媒層９と、これを保持して醸化剤ガスの流路
となる溝１０ａを有するガス透過性の電極基材１０とか
らなる酸化剤電極１】が配されて構成される。１２は燃
料ガスと酸化剤ガ、スとの混合を防ぐためのガス不透過
性のセパレート板である。
上記の単電池においてリブ付セパレー、ト板の溝５ａや
電極基材の溝７ａかも燃料ガスを燃料電極３゜８へ、溝
５ｂや溝１０ａから酸化剤ガスを酸化剤電極４．１】に
それぞれ供給して単電池にて電気化学反応を起こさせて
電気を発生ずる。
電極基材の溝７ａかも燃料ガスを燃料電極３゜８へ、溝
５ｂや溝１０ａから酸化剤ガスを酸化剤電極４．１】に
それぞれ供給して単電池にて電気化学反応を起こさせて
電気を発生ずる。
ところで燃料電池のセルスタックは上記の単電池を３〜
８個積み重ねるごとに冷却板を介装して構成され、セル
スタックに燃料ガスと酸化剤ガスを供給して燃料電池の
運転を行ない、セルスタックから所定の電圧の１！気を
取出して負荷に供給している。この際、冷却板に冷却媒
体を通流することにより、燃料電池の運転時発生する熱
を除去して運転温度を保持するようにしている。
８個積み重ねるごとに冷却板を介装して構成され、セル
スタックに燃料ガスと酸化剤ガスを供給して燃料電池の
運転を行ない、セルスタックから所定の電圧の１！気を
取出して負荷に供給している。この際、冷却板に冷却媒
体を通流することにより、燃料電池の運転時発生する熱
を除去して運転温度を保持するようにしている。
このような燃料電池のセルスタックにおいて、運転条件
下で徐々ζこマトリ、ジス中の電解液のりん酸が消失減
少し経時的に内部抵抗が増大したり、あるいは対向する
電極の反応ガスがマｌ−ＩＩワックス介して混合し、単
電池内部で直接慾焼反応を生じ電極に損傷を与え、燃料
電池の性能低下や運転の停止を引き起こすので、通常燃
料電池の使用中、電池特性を監視する等して適当な時期
に電解液を補給して前記電池の特性低下や損傷を防止し
ている。
下で徐々ζこマトリ、ジス中の電解液のりん酸が消失減
少し経時的に内部抵抗が増大したり、あるいは対向する
電極の反応ガスがマｌ−ＩＩワックス介して混合し、単
電池内部で直接慾焼反応を生じ電極に損傷を与え、燃料
電池の性能低下や運転の停止を引き起こすので、通常燃
料電池の使用中、電池特性を監視する等して適当な時期
に電解液を補給して前記電池の特性低下や損傷を防止し
ている。
燃料電池の運転に伴って生じるマトリックスに保持され
たりん酸の消失減少速度は単電池の温度により差異が生
じる。すなわち、単電池の温度が高い程消失減少速度は
大きい、ところで燃料電池の運転時発生する熱はセルス
タックに介装された冷却板に通流する冷却媒体により除
去されて運転温度が保持されるが、冷却板に近い位置に
ある単電池程温度が低く、遠い位置にある単電池程温度
が高いという積層方向の温度差が生じる。このため温度
の高い程りん酸の消失速度が大きく、温度の高い単電池
は温度の低い単電池に比し短時間で性能低下が生じる。
たりん酸の消失減少速度は単電池の温度により差異が生
じる。すなわち、単電池の温度が高い程消失減少速度は
大きい、ところで燃料電池の運転時発生する熱はセルス
タックに介装された冷却板に通流する冷却媒体により除
去されて運転温度が保持されるが、冷却板に近い位置に
ある単電池程温度が低く、遠い位置にある単電池程温度
が高いという積層方向の温度差が生じる。このため温度
の高い程りん酸の消失速度が大きく、温度の高い単電池
は温度の低い単電池に比し短時間で性能低下が生じる。
一般に燃料電池ではｆｌ１７ｍＬ、たすべての単電池の
出力電圧性能を監視して運転することは計測系、制御系
のコストパフォーマンスの観点から現実的ではないので
、多くとも３〜８個の単′ｌｔ池ごとに監視を行なって
運転されることが多い。したがって各単電池の性能は上
記抽出して測定された単電池の性能から推定するしかな
いので、単電池ごとの運転条件下での温度の差異により
一部の単電池が性能低下を生じても確認しにくいため、
電解液の補給時期を逸することがある。この場合、りん
酸の消失減少速度が大きい単電池では前述のように単電
池の性能低下や損傷を起こし、運転の停止にいたるとい
う問題点がある。
出力電圧性能を監視して運転することは計測系、制御系
のコストパフォーマンスの観点から現実的ではないので
、多くとも３〜８個の単′ｌｔ池ごとに監視を行なって
運転されることが多い。したがって各単電池の性能は上
記抽出して測定された単電池の性能から推定するしかな
いので、単電池ごとの運転条件下での温度の差異により
一部の単電池が性能低下を生じても確認しにくいため、
電解液の補給時期を逸することがある。この場合、りん
酸の消失減少速度が大きい単電池では前述のように単電
池の性能低下や損傷を起こし、運転の停止にいたるとい
う問題点がある。
本発明の目的は、燃料′電池の運転時、冷却板により生
じる積Ｊ傭方向の単電池の温度差による電解液消失速度
が異なっても、すべての単電池が均一な性能低下を示す
燃料電池のセルスタック構造を提供することである。
じる積Ｊ傭方向の単電池の温度差による電解液消失速度
が異なっても、すべての単電池が均一な性能低下を示す
燃料電池のセルスタック構造を提供することである。
上記問題点は、本発明によれば電解液を含浸保持するマ
トリックスを有する単電池を複数個積み重ねるごとに冷
却板を介装してなる燃料電池のセルスタックにおいて、
前記マトリックスの電解液保持容積を前記冷却板から遠
ざかる位置にある単電池程大きくするものとする。
トリックスを有する単電池を複数個積み重ねるごとに冷
却板を介装してなる燃料電池のセルスタックにおいて、
前記マトリックスの電解液保持容積を前記冷却板から遠
ざかる位置にある単電池程大きくするものとする。
燃料電池の運転に伴い、冷却板の冷却作用により冷却板
から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなってマト
リ、クスに含浸保持された電解液の消失減少速度が大き
くなるが、冷却板から遠ざかる位置にある単電池程電解
液保持容積を大きくしたので、保持される電解液量は大
きくなる。したがって積層方向の温度差により′電解液
の消失減少速度が異なっても各単電池は％解腋を有効に
保持し、一部の単電池の電池特性の低下や損傷を起こさ
ない。
から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなってマト
リ、クスに含浸保持された電解液の消失減少速度が大き
くなるが、冷却板から遠ざかる位置にある単電池程電解
液保持容積を大きくしたので、保持される電解液量は大
きくなる。したがって積層方向の温度差により′電解液
の消失減少速度が異なっても各単電池は％解腋を有効に
保持し、一部の単電池の電池特性の低下や損傷を起こさ
ない。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
なお、第１図において第２図のものと同一部品には同じ
符号を付し、その説明を省略する。
符号を付し、その説明を省略する。
第１図において、１はリプ付セパレータ方式の単１！池
であり、複数個積み重ねるごとに冷却管１４を備えた冷
却板を介装してセルスタック１５を構成している。図に
おいて冷却板はリプ付セパレータ５を二枚のセパレート
板５Ｃと５ｄとに分離し、冷却管１４をセパレート板５
ｄに設けられた溝内に配設して構成され、冷却板とリブ
付セパレート板とを共用している。
であり、複数個積み重ねるごとに冷却管１４を備えた冷
却板を介装してセルスタック１５を構成している。図に
おいて冷却板はリプ付セパレータ５を二枚のセパレート
板５Ｃと５ｄとに分離し、冷却管１４をセパレート板５
ｄに設けられた溝内に配設して構成され、冷却板とリブ
付セパレート板とを共用している。
ところで単電池１，１ａはこの順で冷却板から遠い位ｆ
斤に配されており、本考案に係るマトリックス２．２ａ
は冷却板より遠いマトリ、クス２の方を近いマトリ、ク
ス２ａよりその厚さを太き（している。
斤に配されており、本考案に係るマトリックス２．２ａ
は冷却板より遠いマトリ、クス２の方を近いマトリ、ク
ス２ａよりその厚さを太き（している。
すなわち冷却板から遠い位置にある単電池のマトリック
ス程その厚さを大きくしている。
ス程その厚さを大きくしている。
なお、上記のマトリ、クスはその気孔率が４８〜５２％
の範囲内に収められたものが使用されている。
の範囲内に収められたものが使用されている。
またマｌ−ＩＪワックスその厚さを過剰に大きくすると
単電池の内部抵抗が増大して低い電圧特性となるため、
最大０．２！Ｅｌ以下とするのが望ましい。
単電池の内部抵抗が増大して低い電圧特性となるため、
最大０．２！Ｅｌ以下とするのが望ましい。
このようなセルスタック１５に矢印入方向から燃料ガス
を、Ｂ方向から酸化剤ガスを供給して燃料電池を運転し
、単電池１，１ａにて電気化学反応を起こさせてセルス
タック１５から電気を取出している。
を、Ｂ方向から酸化剤ガスを供給して燃料電池を運転し
、単電池１，１ａにて電気化学反応を起こさせてセルス
タック１５から電気を取出している。
この際電気化学反応時発生する熱は冷却管１４に通流す
る冷却媒体により除去されて燃料電池の運転温度（約１
９０℃）に保持される。この場合冷却板から遠い位置に
ある単電池程、すなわち単電池１の方が１３より温度が
高くなり、前述のように電解液の消失減少速度が大きく
なるが、単電池１のマトリックス２の方が単電池１ａの
マトリックス２ａより厚（しているので、温度の高い単
電池には電解液のりん酸を多く、温度の低い単電池には
電解液のりん酸を少なく保持することができる。したが
って燃料電池の運転（こ伴９て単電池の温度の差異によ
り電解液の消失減少速度が異なっても電解液が保持され
、すべての単電池の性能低下が均一化され、単電池の電
池特性の監視を抽出単電池で行なっても電解液の補給時
期を明確に決定できる。
る冷却媒体により除去されて燃料電池の運転温度（約１
９０℃）に保持される。この場合冷却板から遠い位置に
ある単電池程、すなわち単電池１の方が１３より温度が
高くなり、前述のように電解液の消失減少速度が大きく
なるが、単電池１のマトリックス２の方が単電池１ａの
マトリックス２ａより厚（しているので、温度の高い単
電池には電解液のりん酸を多く、温度の低い単電池には
電解液のりん酸を少なく保持することができる。したが
って燃料電池の運転（こ伴９て単電池の温度の差異によ
り電解液の消失減少速度が異なっても電解液が保持され
、すべての単電池の性能低下が均一化され、単電池の電
池特性の監視を抽出単電池で行なっても電解液の補給時
期を明確に決定できる。
なお、本実施例ではセルスタックをリブ付セパレータ方
式の単電池で構成しているが、リブ付電極方式の単電池
で構成しても同じ作用が得られる。
式の単電池で構成しているが、リブ付電極方式の単電池
で構成しても同じ作用が得られる。
他の実施例としてマトリックスの厚さを０１〜０、１２
１１１の範囲に収め、その気孔率を４０〜６０％の範囲
内で冷却板から遠ざかる位置にある単゛電池程気孔率の
大きいマトリックスを組み込み、マトリ。
１１１の範囲に収め、その気孔率を４０〜６０％の範囲
内で冷却板から遠ざかる位置にある単゛電池程気孔率の
大きいマトリックスを組み込み、マトリ。
クスが保持する電解液量を多くすることにより前述と同
じ効果が得られる。
じ効果が得られる。
以上の説明で明らかなように燃料電池のセルスタックに
おいて冷却板から遠ざかる位置にある単電池程、マトリ
、クスの電解液保持容積を大きくして保持される電解液
量を多くすることにより、冷却板の冷却作用により冷却
板から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなって電
解液消失減少速度が大きくなっても電解液が保持される
ので、燃料電池の運転経過に伴って生じる電池性能低下
を各単電池で均一化でき、このため出力電圧性能を抽出
単゛週池で測定して明確に電解液補給時期を決定できる
ので一部の単電池が寛解液の不足ｌこよる性能低下や損
傷を起こして運転停止に至ることがなくなるという効果
がある。また電解液消失減少速度の大きい単電池の電解
液保持債を多くしているので、電解液の補給間隔が長く
なり、燃料電池の保守が容易になるという効果もある。
おいて冷却板から遠ざかる位置にある単電池程、マトリ
、クスの電解液保持容積を大きくして保持される電解液
量を多くすることにより、冷却板の冷却作用により冷却
板から遠ざかる位置にある単電池程温度が高くなって電
解液消失減少速度が大きくなっても電解液が保持される
ので、燃料電池の運転経過に伴って生じる電池性能低下
を各単電池で均一化でき、このため出力電圧性能を抽出
単゛週池で測定して明確に電解液補給時期を決定できる
ので一部の単電池が寛解液の不足ｌこよる性能低下や損
傷を起こして運転停止に至ることがなくなるという効果
がある。また電解液消失減少速度の大きい単電池の電解
液保持債を多くしているので、電解液の補給間隔が長く
なり、燃料電池の保守が容易になるという効果もある。
第１図は本発明の実施例によるマトリ、クスを有する単
電池を積層した燃料電池のセルスタックの分解斜視図、
第２図はリプ付セパレータ方式の単電池の分解斜視図、
第３図はリブ付電極方式の単電池の分解斜視図である。 １、ｌａ：単電池、２：マトリ、クス、１４：冷却管、
１５：セルスタック。
電池を積層した燃料電池のセルスタックの分解斜視図、
第２図はリプ付セパレータ方式の単電池の分解斜視図、
第３図はリブ付電極方式の単電池の分解斜視図である。 １、ｌａ：単電池、２：マトリ、クス、１４：冷却管、
１５：セルスタック。
Claims (1)
- 電解液を含浸保持するマトリックスを有する単電池を複
数個積み重ねるごとに冷却板を介装してなる燃料電池の
セルスタックにおいて、前記マトリックスの電解液保持
容積を、前記冷却板から遠ざかる位置にある単電池程大
きくしたことを特徴とする燃料電池のセルスタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62133004A JPS63298978A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 燃料電池のセルスタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62133004A JPS63298978A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 燃料電池のセルスタック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63298978A true JPS63298978A (ja) | 1988-12-06 |
Family
ID=15094535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62133004A Pending JPS63298978A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 燃料電池のセルスタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63298978A (ja) |
-
1987
- 1987-05-28 JP JP62133004A patent/JPS63298978A/ja active Pending
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