JPH01137565A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH01137565A
JPH01137565A JP62295508A JP29550887A JPH01137565A JP H01137565 A JPH01137565 A JP H01137565A JP 62295508 A JP62295508 A JP 62295508A JP 29550887 A JP29550887 A JP 29550887A JP H01137565 A JPH01137565 A JP H01137565A
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JP
Japan
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layer
electrolyte
fuel cell
reservoir
stored
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Pending
Application number
JP62295508A
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English (en)
Inventor
Taesuke Nakayama
中山 妙輔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH01137565A publication Critical patent/JPH01137565A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H01M8/04283Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
    • 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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  • Sustainable Energy (AREA)
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  • Electrochemistry (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、積層形燃料電池のガス分離板に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第4図は例えば特公昭58−152号公報に示された従
来の燃料電池の最も代表的なセル構成を示す断面図であ
る。図において、(1)は電解質を保持するマトリック
ス、(2)および(3)は電極であり、例えば炭素繊維
などで構成された多孔質の電極基材(4)(5)に電解
質を含む触媒層(6) (7)が設けられており、端部
には湿潤ガスシール部+81 (91が設けられている
叫は不透気性の例えば緻密な炭素の板で形成されたガス
分離板(セパレータ又はインタコネクタとも呼ばれる〕
であり、その両面には燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路
となる互いに直交する溝(13Q11が形成されている
。なお、一般的にはマトリックス(IJと電極(2+ 
(3)を組合せたもの(以下単位発電素子と称す〕とガ
ス分離板αGとを交互に積層して燃料電池が構成される
次に動作について説明する。ガス分離板αQの互いに直
交する溝Q3(ト)に、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤
ガスを供給する。これらのガスは、電極基材(41(5
1中で拡散され電極(21(31の触媒層(6) (7
1の全面に達し、マトリックス(1)を通して反応し発
電する。
ここで、反応に使われなかった余剰ガスおよび反応生成
物である水蒸気ガスは、溝cla(ト)を通じて外部に
排出されるが、この排出ガス中には、マトリックス(υ
および′rt極(21(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。電極(21(3)の面内には反応の多
い部分と少ない部分が存在し、反応の多い部分では反応
生成物である水蒸気ガスや余剰ガスが多く、これらと共
に電解質も外部へ多く排出される。従って、長期間発電
していると反応の多い部分での電解質の社が少しづつ減
少し、最終的にはマトリックス(1)に反応に必要な量
の電解質がなくなり出力がでなくなる。この問題を解決
するために本出願人による特願昭61−168725号
では、ガス分離板の一部を多孔質にして、この多孔質の
部分に反応に直接関与しない余剰の電解質を貯蔵するこ
とが示されている。
なお、湿潤ガスシール+81 (91は、燃料ガスおよ
び酸化剤ガスが多孔質の電極基材(41(5)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
解質はマトリックス(1)、電極(21(30こしか保
持されておらず、長期の運転を行なった場合、蒸散・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
なう必要があった。また、この問題を解決するためにな
された特願昭61−168725号においても、ガス分
離板の多孔質部に貯蔵した余剰の電解質がな(なってし
まうと、この多孔質部に電解質を補給する手段がないた
め、ガス分離板に多孔質部がないものと同様に補給を頻
繁に行なう必要が生ずるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ガス分離板に設けた多孔質部に電解質を常に
補給でき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、電解質を保持するマトリッ
クスとこれを挾む一対の電極とにより構成された単位発
電素子、一方の面に複数の溝を有し多孔質の第1層と、
この第1層の他方の面に一方の面が当接された不透気性
の第zlilと、この第2脂の他方の面に一方の面が当
接され他方の面に上記第1層の溝と直交する複数の溝を
有し多孔質の第3層と、この第3層および上記第1層の
端部に溝方向に添って設けられ上記第2層と一体化され
た不透気性のシール部とで構成され、上記単位発電素子
と交互に積層されるガス分離板、上記シール部に電解質
が貯溜される貯溜部を設けるとともに、この貯溜部を上
記第1層または第3層に連通させたものである。
〔作用〕
この発明における貯溜部は第1[または第3層に連通ず
ることにより、貯溜部内に貯溜される電解質を上記第1
wJまたは第3層に常に補給する。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例による燃料電池のセル構成を示
す分解斜視図、第2図は第1図のガス分離板の一部を示
す部分斜視図である。第1図および第2図において、(
1)から(3]は上記従来のものと同一のものであり、
単位発電素子を構成する。α旧よこの単位発電素子と交
互に積層されるガス分離板である。ガス分離板(6)に
おいて、口は一方の面に複数の湯口がリブ部Q4および
ウェブ部側により形成され多孔質の第1層、aSはこの
第111の他方の面すなわちウェブ部側と接着一体化さ
れた不透気性の第2層、靭は一方の面に溝(7)がリブ
邪曲およびウェブ部(4)により形成され多孔質の第3
層であり、溝(7)が第1層(6)のma3と直交する
向きに他方の面が第2層theに接着一体化されている
ゆは第1層@の両端部に溝方向に添って設けられ第2層
QOと接着一体化された不透気性のシール部、(支)は
第3層σηの両端部に溝方向に添って設けられ第2層O
Qと接着一体化された不透気性のシール部、卿はシール
部局に端部が封止された溝状に形成された貯溜部であり
、第3mσηと連通する連通穴■および封止された端部
を貫通する貫通穴(7)が設けられている。(至)は貫
通穴(至)をふさぐ栓である。
なお、上記のように構成されたガス分離板口は複合化リ
ブ付セパレータとも呼ばれ、単位発電素子と交互に積層
されて燃料電池を構成するが、この時、第1/1H1a
および第3層σηに電解質が貯蔵されるとともに、貯溜
部(至)に電解質が貯溜される。
次に動作について説明する。ガス分離板συの第1層側
および第3層aηに形成された溝□□□および(7)に
それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する。
この時、ガス分離板口の第2層はこれらの溝aaaaを
流れる燃料ガスと酸化剤ガスが互に混じるのを防いでお
り、両ガスは電極(21(3)へ達し、イオン化してマ
トリックス(1)を通して反応し発電が行なわれる。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、溝03(ト)を通じて外部へ排出され
るが、この排出ガス中には、マトリックス(1)や電極
+21 (31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、長期の運転を行なっ
た場合には、マトリックス(υおよび電極(21(31
甲の電解質が不足してくるが、ガス分離板口の第1層(
ロ)および第3層側に貯蔵された電解質が、第11dQ
3および第3層側のウェブ部C15Gl)を浸透して自
由に第1層側および第3層0内を移動し、リブ部σ4Q
1を通して不足分を補ってマトリックス(1)および電
極(2) (31へ移動する。
第3図は、電解質がリン酸の場合のリン酸蒸発量と運転
時間の関係を動作温度が205℃と220℃の場合につ
いて示したものであり、運転時間の累積が致方時間レベ
ルになると、電解質のセル内の貯蔵風を越える策になる
。しかも、動作温度が高くなると電解質の蒸発量も多く
なる。従って、高温で致方時間運転するためには、ガス
分離板(ロ)の内部に貯蔵する電解質の値を多くすると
ともに、外部から電解質を補給することが必要である。
ガス分離板αDのシール部(支)の貯溜部Qに貯溜され
た電解質は、連冗9穴(ロ)を通って第3層側へ移動し
、第31曽a力の電解質が少ない所、あるいは電解質の
濃度が小さい所へ浸透するとともに、第3m1lI力の
リブI’ Ql 8 i11+って電% tz+ (3
)およびマトリックス(1)へ移動する。シール部(資
)の貯溜部(至)に貯溜された電解質がこの移動によっ
て消費されなくなってしまうと、貫沖穴(イ)の栓(至
)を抜いて、外部から貫通穴(ハ)に電解質を注入し、
貯溜部(イ)に電解質を貯溜する。このようにして、致
方時間レベルの長期運転においても、シール部局の貯溜
部峙に電解質を貯溜および補給することができ、連通穴
(財)を通して第3層に常に補給することができるので
、安定に動作することができる。
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、特に電解質が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
質の体積が太き(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συ
の第1層(6)および第3層αηは、電解質を貯蔵【ノ
てはいるが、史に空孔部を残した状態になっており、運
転中に電解質マトリックスtl+や電極(2+ (31
で膨張したr!i解質を吸収できるとともに、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。
なお、上記実施例では、シール部艶の貯溜部口に(川も
挿入さね、ていない場合について説明したが、第31−
〇力の気孔径と同じか、あるいは大きい気孔径を有する
多孔質体を貯溜部口に挿入して空間を充てんすると、貯
溜部Qの長手方向に対して電解質がより均一に分布し、
必要以上に@3層α力へ電解質が移動せず、第31シα
ηで不足した量の電解質のみを貯溜部[株]から補給す
ることができる。
ま1こ、上記実施例ではシール部口にのみ貯溜部−を設
けた場合について説明したが、貯溜部(至)はシール部
製のみ、あるいはシール部ゆ(資)の両方に設けてもよ
く、第1層側または第3鳩Uに連通しておれば、上記実
施例と同様の効果を突する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば燃料電池を、電解質を
保持するマトリックスとこれを挾む一対の電極とにより
構成された単位発電素子、一方の面に複数の溝を有し多
孔質の第1層と、この第1層の他方の面に一方の面が当
接された不透気性の第2層と、この第2層の他方の面に
一方の面が当接され他方の面に上記第1#の溝と直交す
る複数の溝を有し多孔質の第3層と、この第3層および
上記第17層の向@部に溝方向に添って設けられ上記第
2崖と一体化された不透気性のシール部とでa成され上
記単位発電素子と交互に積層されるガス分離板、上記シ
ール部に電解質が貯溜される貯溜部を設けるとともに、
この貯溜部が上記第1層または第3Mに連通するように
構成したので、第1層または第3層に貯溜部から常に電
解質を補給できるため、外部から電解質の補給を頻繁に
行なう必要なく長期の運転ができる燃料電池が得られる
効果がある。
【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の基本構成
を示す分解斜視図、第2図は第1図のガス分離板の一部
を示す部分斜視図、第3図はリン酸蒸発量と運転時間の
関係を示す特性図、第4図は従来の燃料電池の基本構成
を示す断面図である。 因において、(1]はマトリックス、(2)および(3
)は電極、(6)はガス分離板、四はガス分離仮止の第
1層、明はガス分離板0の第2層、aηはガス分離板α
Dの第3HJ、@および口はガス分離板αυのシール部
、口は貯溜部である。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質を保持するマトリックスとこれを挾む一対
    の電極とにより構成された単位発電素子、一方の面に複
    数の溝を有し多孔質の第1層と、この第1層の他方の面
    に一方の面が当接された不透気性の第2層と、この第2
    層の他方の面に一方の面が当接され他方の面に上記第1
    層の溝と直交する複数の溝を有し多孔質の第3層と、こ
    の第3層および上記第1層の両端部に溝方向に添つて設
    けられ上記第2層と一体化された不透気性のシール部と
    で構成され、上記単位発電素子と交互に積層されるガス
    分離板、上記シール部に設けられ上記第1層または第3
    層に連通し電解質が貯溜される貯溜部を備えた燃料電池
  2. (2)貯溜部は端部が封止された溝であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
  3. (3)溝は封止された端部に貫通穴を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の燃料電池。
  4. (4)貯溜部は多孔質体が挿入されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記
    載の燃料電池。
JP62295508A 1987-11-24 1987-11-24 燃料電池 Pending JPH01137565A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2515994A (en) * 2013-04-08 2015-01-14 Acal Energy Ltd Fuel cells

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