JPS6334858A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS6334858A
JPS6334858A JP61178121A JP17812186A JPS6334858A JP S6334858 A JPS6334858 A JP S6334858A JP 61178121 A JP61178121 A JP 61178121A JP 17812186 A JP17812186 A JP 17812186A JP S6334858 A JPS6334858 A JP S6334858A
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gas
electrolyte
fuel cell
dense layer
separation plate
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JP61178121A
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Masaaki Matsumoto
正昭 松本
Yasuyuki Hamazaki
濱崎 晏行
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、積層形燃料電池のセル構成に関するもので
ある。
(従来の技術〕 第4図は例えば特公昭58−152号公報や特開昭59
66067号公報に示された従来の最も代表的なセル構
成を示す断面図であり、図において、(1)は電解質マ
トリックス(2)および(3)は電極、(4)および(
5)は電極、!S材、(6)及び(7)は電極の触媒層
、(8)および(9)は湿潤ガスシール部、αのはガス
分離板(セパレータ、インクコネクタとも呼ばれる。 
) Qllおよび叩は互いに直交する燃料と酸化剤ガス
のガス流路である。
次に動作について説明する。ガス分離viQIは不透気
性の例えば緻密な炭素の板でその両面に互いに直交する
ガス流路αυ、0乃を形成している。一方、を極基材(
41,+51はポーラスな例えば炭素繊維で構成されて
おり、ガス流路0υ、αのへ供給された燃料ガスおよび
酸化剤ガスは電極基材(4)、および(5)中で拡散さ
れ電極触媒層(6)および(7)の全面に達し、電解質
マトリックス(1)を通して反応、発電する。
ここで、反応に使われなかった余剰ガスや反応生成物で
ある水蒸気ガスは、ガス流路aυおよび亜を通じて外部
へ排出される。この排出ガス中には電解質マトリックス
(1)や電極(2)および(3)に含まれる電解質が燃
料電池の動作条件で決まる蒸気となって存在し、電解質
も外部へ排出される。
湿潤ガスシール+81. (91は、燃料および酸化剤
ガスがポーラスな電極基材f41. +51から外部へ
漏洩するのを防いでいる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の燃料電池は以上のように構成されているので、電
解質は電解質マトリックス+1)、触媒層(6)。
(7)および湿潤ガスシール+81. (91にしか保
持されない。従って長期の運転を行った場合、茫敗、飛
散などにより電解質が不足し電解質の補給を頻繁に行う
必要があった。
また、動作圧力、動作温度、ガス利用率、セル面内位置
等の運転条件によって、電解質の体積が大きく変化する
が、この電解質の体積変化を吸収する能力がなく例えば
特開昭58−161269号公報等に示される外部リザ
ーバを設けてもセルサイズが大きく電解質マトリックス
(1)内の電解質の移動距離が長くなると充分ta能せ
ず電解質の膨張分は触媒層+61. !?+、電極基材
(41,(51あるいはガス流路Qll(2)へあふれ
、電池はフランディングを起こし電池特性が低下してし
まうなどの問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、余分の電解質を貯蔵することを可能にすると
ともに電解質の体積変化をフランディングすることなく
吸収しうる燃料電池を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る燃料電池は、ガス分離板に緻密層とこの
緻密層の両面にガス流路を形成するようにボアサイズ分
布を持つ多孔部を配置するとともに、多孔部に電解液を
貯蔵したものである。
〔作用〕
この発明における燃料電池のガス分離板は、緻密層によ
り両面に流すガスの混合を防ぎ、緻密層の両側に設けた
ボアサイズ分布を持つ多孔部は、互いにガス流路を形成
することによりガスを電極へ供給すると共に、多孔部内
に反応に直接関与しない余剰の電解質を貯蔵する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、(1)は電解πマトリックス、(6)およ
び(7)は電極触媒層、αBおよびα乃は互いに直交す
る燃料および酸化剤ガスのガス流路、01はガス分離板
(複合化リブ付セパレータと称す。)で緻密[Q31と
、その緻密層a1の両面リブ状で?を極と接する側でボ
アサイズ分布が大きくなるように形成された多孔部0a
、αωにより密層α噂の一体構成化されている。
次に動作について説明する。ガス分離板(複合化リブ付
セパレータ)αeの両面のボアサイズ分布を持つ多孔部
圓およびα1によって形成された互いに直交するガス流
路aυおよび(2)にそれぞれ燃料および酸化剤ガスを
供給する。この時、ガス分離板aeの緻密ra asは
、両面を流れる燃料と酸化剤が互いに混しるのを防いで
おり、両ガスは’1極触媒層(6)および(7)へ達す
る。触媒層へ達したガスはイオン化し電解質マトリック
ス(1)を通して反応し発電が行われる。ここで、反応
に使われなかった余剰ガスや反応生成物である水蒸気ガ
スは、ガス流路αυおよび@を通じて外部へ排出される
。この排出ガス中には、電解質マトリックス(1)や電
極触媒層(6)および(7)中に含まれる電解質を蒸気
として含み、電解質が外部へ排出される。従って、長期
の運転を行った場合には、電解質マトリックスfllお
よび電極触媒層(6)および(7)中の電解質が不足し
てくるが、ガス分M仮αeの多孔部Oaおよび0すの両
方あるいはいずれか一方に含浸された電解質が不足分を
補って電解質マトリックス(1)および電極触媒N(6
)および(7)へ移動し、長期に亘って燃料電池を安定
動作させる。電解質の移動は、それぞれの部材が持つボ
アサイズと電解質に対するぬれ性で決まる毛管吸引力で
行われるので、それぞれの部材の間でボアサイズおよび
撥水処理の程度を調整する。
以上、電解質の蒸散・飛散等による不足分の補給機能を
説明したが、特に電解質ガリン酸の場合などでは、起動
停止あるいは運転条件(動作圧力。
動作温度、ガス利用率、セル面内位置等)によって電解
質の体積が大きく変化(膨張・収縮)し、この電解質の
体積変化を吸収する機能も必要である。ガス分離板αQ
の多孔部041およびθつは電解質を含浸してはいるが
更に空孔部を残した状態に組立てられており運転中、電
解質マトリックス(1)や電極触媒N(6)および(7
)で膨張した電解質を近接したガス分離板αeの多孔部
Q41およびαうに吸収できる。
電解質の収縮の場合は、不足の場合と同じで必要な部分
に電解質は戻る。
以上の機能をする多孔部の内部で、電極に接する側のボ
アサイズを大きくしであるので多孔部に貯蔵あるいは吸
収された電解質はボアサイズ分布の小さい側から充填さ
れ、電極に接する側では空孔になりガス拡散性が確保さ
れ、ガス流路の供給されたガスは有効に電極触媒層の全
面に達し、効率よく電池反応を行える。
なお、上記実施例では多孔部α船およびaつをリプ状と
して説明したが必ずしもその必要はなく電極触媒層に均
等にガスを供給できればよく、ガス流路αD、および側
が形成される様に多孔部を第2図に示すように一均な飛
石状に配設してもよい。また、ガス分離板α違のいずれ
か一方を第3図に示すように従来形の緻密層で形成して
もよい。
また、多孔部に貯蔵された電解液が緻密層に移動しない
ために多孔部と緻密層の間に撥水層を設けてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればガス分ylsIfi、
を緻密層とこの緻密層の両面にボアサイズ分布を持つ多
孔部を設けてガス流路を形成すると共に、多孔部は電解
質の貯蔵ができるように構成したので、電池内に余分の
電解質を内蔵でき長期間、電解質の補給なしで安定に動
作できる。また、運転条件による電解質の体積変化も電
極面全体にわたる多孔部で効率的に吸収されるのでフラ
ッディング等のトラブルを起こすことがない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による燃料電池を示す断面
図、第2図、第3図はそれぞれこの発明の他の実施例を
示す断面図、第4図は従来の燃料電池を示す断面図であ
る。 図において、filは電解質マトリックス、α0および
(2)はガス流路、01は緻密層、(141およびO5
+は多孔部、αeはガス分離板である。 尚、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人   大  岩  増  雄 第1図 15°l゛又分難才良 第2図 第3図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質マトリックスを挟む1対の電極を、ガス分
    離板を介して複数個積層するものにおいて、前記ガス分
    離板が緻密層とこの緻密層の両面にボアサイズ分布を持
    つ多孔部を有する構造からなることを特徴とする燃料電
    池。
  2. (2)ガス分離板の緻密層とこの緻密層の両面に配置さ
    れたボアサイズ分布を持つ多孔部が一体化もしくは接合
    形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の燃料電池。
  3. (3)ガス分離板の両面にそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガ
    スを互いに直交して流せる流路を構成してボアサイズ分
    布を持つ多孔部を配置したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第2項記載の燃料電池。
  4. (4)多孔部のボアサイズ分布が電極と接する側で大き
    なボアサイズを持つことを特徴とする特許請求の範囲1
    項〜第3項の何れかに記載の燃料電池。
  5. (5)ガス分離板のボアサイズ分布を持つ多孔部に電解
    液を貯蔵したことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜
    第4項の何れかに記載の燃料電池。
  6. (6)ガス分離板の多孔部のボアサイズは、電極および
    マトリックスの最大ボアよりも大きくしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第3項、第5項の何れかに
    記載の燃料電池。
  7. (7)ガス分離板の多孔部と緻密層の間を撥水処理を行
    うことを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の燃料電
    池。
  8. (8)ガス分離板の両面に設けた多孔部で、片面ずつボ
    アサイズ分布を変える、あるいは、一方に撥水処理しと
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項、第5
    項の何れかに記載の燃料電池。
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