JPH01307172A - マトリックス型燃料電池の電解液補給装置 - Google Patents

マトリックス型燃料電池の電解液補給装置

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JPH01307172A
JPH01307172A JP63136595A JP13659588A JPH01307172A JP H01307172 A JPH01307172 A JP H01307172A JP 63136595 A JP63136595 A JP 63136595A JP 13659588 A JP13659588 A JP 13659588A JP H01307172 A JPH01307172 A JP H01307172A
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JP
Japan
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electrolyte
refilling
pressure
trough
battery
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JP63136595A
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English (en)
Inventor
Yoshiharu Kobayashi
義治 小林
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01307172A publication Critical patent/JPH01307172A/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
    • H01M8/04Auxiliary 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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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〕 本発明は電解液保持体としての多孔性のマトリックス層
を含む単電池を複数個積層してなるマトリックス型燃料
電池の電解液補給装置に関する。
〔従来の技術〕
前述のマトリックス型燃料電池においては、電解液を保
持する多孔性の絶縁体層としてなるマトリックス層を挟
んで、燃料ガスが供給されアノード反応を維持する燃料
ガス電極例えば水素電極と、酸化ガスが供給されカソー
ド反応を維持する酸化ガス電極例えば空気電極とが配置
される。これらは一つの発電要素体としての単電池を構
成するが、前述の燃料、酸化画電極に連続的に反応ガス
すなわち燃料ガスおよび酸化ガスを供給するために、1
i8i自体に反応ガスを通流させるための溝を切るか、
単電池を複数個積層する際に燃料ガス区画と酸化ガス区
間とを仕切るために単電池相互間に介装されるセパレー
タ板に溝が設けられる。前者を溝つき電極構造、後者を
溝つきセパレータ板構造と呼ぶことにする。
一方、電解液に溶解される電解質または電解液として用
いられる電解質には、−mに化学的変化を生しることが
少なくかつ蒸発等によるバ少も少ない物質1例えばりん
酸が使用されるが、電池の長期運転中には電解質が微量
ずつではあるが電池内から失われて行くことを避けるこ
とができず、電解質ないしは電解液の補給のためのなん
らかの手段を講しておかねばならない。
次第に失われて行く電解質をマトリックスに補給するた
め、単電池あるいはその41層体内に電解液を貯留する
電解液貯蔵部が設けられることが多い。この電解液貯蔵
部は、例えば前述の溝つき電極構造の場合は電極内に、
11つきセパレータ仮構造の場合にはセパレータ板に、
それぞれ局部的に電解液の保持性および透過性を賦与す
ることにより形成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の電解液貯蔵部は電池内の限られたスペース内に設
けなければならないので、貯留できる電解液の量に制限
があり、かつ溝つき電極構造の場合は多孔質材料で構成
される該電極のガス拡散機能が貯蔵部を設けることによ
り多少とも阻害される欠点がある。
電解質補給の問題を解決するには、上述の欠点を克服す
ることのほか、次の事項を満足する電解液補給装置を開
発する必要がある。
fal  各単電池への電解液補給路が共通していると
と単電池相互間が電解液を通じていわゆる液絡を生しる
(bl  電池を長期にわたって運転する上で、電解液
補給路からの洩れを防止しなければならない。
fc)  電解液は温度が変化すると粘度がかなり変化
しやすく、また電解液中に気泡が混入すると見掛けの粘
性ないしは流体抵抗が変わってくるので、多少流体抵抗
が変化しても確実に電解質を補給できなくてはならない
とくに(C)項は、電極ないしはセパレータ板を極力薄
(して電池積層体の外形寸法を縮小しようとするとき、
電解液補給路の断面積がこれに応して当然小さくなるか
ら、信転性の高い電解液補給装置を開発する上でのかな
りの障害となる因子である。
本発明の目的は、前述のような課題を克服して、電池内
の電解液補給路中の流体抵抗が変化しても、確実に電解
液を補給できるマトリックス型燃料電池の電解液補給v
装置う得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明によれば、電解液
保持体としての多孔性のマトリックス層と、このマトリ
ックス層に連通ずるよう沿層方向に形成され電解液保持
性を有する電解液貯蔵部とを内部に備えた単電池を複数
個積層してなる電池積層体に電解液を補給する装置であ
って、電池積層体とは隔離された加圧容器からなり加圧
手段を有する電解液補給槽と、この電解液補給槽の包蔵
電解液中に一方端が開口した母管部、およびこの母管部
から分岐して他方端が前記電解液貯蔵部に連通した複数
の支管部からなる電解液補給管と、前記母管部内の残存
電解液を燃料電池外部に排出する手段とを備えてなるも
のとする。
〔作用〕
上記手段において、電解液を包蔵しその液面を所定の圧
力で加圧する加圧手段を備えた電解液補給槽と、この補
給槽の包蔵電解液中に一方端が開口した母管部とこの母
管部から分岐して他方端が各単電池の電解液貯蔵部に連
通した支管部とを設けたことにより、補給槽に加える所
定の圧力を電池積層体に供給される反応ガスの圧力より
幾分高くすることによって母管部に押し出された電解液
を支管部を介して各電解液貯蔵部に分配供給することが
できる。
また、電解液補給チューブ内の残存電解液を排出する手
段を設けたことにより、燃料電池の停止中に電解液の補
給作業を行い、運転中には補給チューブ内の電解液を排
除することが可能となり、したがって運転中の液絡を容
易に回避できる。
〔実施例〕
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第1図はこの発明の実施例装置の全体構成を示す構造図
、第2図は第1図の要部を示す斜視図であり、電解液貯
蔵部の詳細構造を示したものである。第1図において、
lOは電池積層体であり、複数の単電池1とガス不浸透
性を有するカーボン板からなるセパレータ板5とが交互
に積層され、積層面に所定の面圧が加えられることによ
り一体化形成される。各単電池1はマトリ・ックス層2
と、燃料ガス電極3と、酸化ガス電極4とを含んでいる
。さらに各電極3.4は、それぞれ電極基板3a。
4aと、触媒層3b、4bとからなっており、各電極基
板3a、4aはマトリックス層2とは反対側の面にそれ
ぞれ反応ガス用の溝3c、4cを有する6図示された酸
化ガス側の電極基板4aの溝4Cは、周知のように前述
の燃料ガス側の電極基板3aの$3cと直交する方向に
切られている。これらの単電池1は周縁部に配されたパ
ツキン6とともに、気密性のセパレータ板5を介して相
互に積層されて、前述の電池積層10を形成している。
一方、21は電解液(りん酸液)20の補給槽であり、
補給に必要な電解液を十分な量だけ貯留させるとともに
、加圧ガスとしての例えば不活性ガス33の加圧手段3
0および加圧管31を偵える。また、補給槽21は電解
液20に対する耐食性を必要とするので、例えばりん酸
電解質に対しては四ふつ化エチレン (商品名テフロン
)が好適である。22は電解液補給管(以下補給管と略
称する)であり、−万端が補給槽21の包ii!電解液
20中に開口し、バッキング44により補給槽を気密に
貫通して外部に引き出され、他方端が弁42を介して大
気中に開放される母管部23と、母管部23から分岐し
他方端が各単電池1の燃料ガス電極基板3aに形成され
た電解′/&、補給/1!13eに連通した複数の支管
部24とで構成される。
また、電解液は各単電池に均等に所定量補給する必要が
あるため、母管部23と支管部24が連通する孔は、各
単電池毎に異なった面積に開口させ、それぞれの支管内
を通過する電解液の圧力損失により単電池間の電解液補
給流量を均等化する必要がある。
さらに、電解液補給母管と支管により、複数の単電池が
接続されている為、単電池間で液絡しないよう電解液補
給母管、もしくは支管の少なくとも一方はテフロンチュ
ーブ等の絶縁チューブで形成される。また、補給が終了
したら少なくとも補給母管の中に電解液が残っていては
ならない。そのため、母管部23の出口側に配された弁
42およびその入口側に配された吸気コック41からな
る電解液の排出手段を設け、燃料電池の発電運転中は母
管部内の残存電解液を受器43に向けて排出する。
一方燃料ガス電極3の電極基板3aは第2歯にその斜視
図を示すように、セパレータ板5に接する面倒に互いに
並行して複数の燃料ガス用a3cが形成され、溝3cに
平行に一方端が行き止まりの電解液の補給溝3eが形成
される。補給溝3eの一方端には母管部23から分岐し
た支管部24の端部がはめ込まれ、開口部24aがa3
eに連通する。
電極基材3aはガス拡散材料1例えば多孔質のグラファ
イト材料で構成されるので、電極基材3aには一般に撥
液性のテフロン系材料等を浸透させておいて、電極基材
3aから電解液が外部に洩れ出さないように処置される
。 3dは電解液20の貯蔵部であり、電Bi1基材3
aの溝3eを包囲する限定された部分のみテフロン系材
料の浸透によるIn液性処理を行なわないことによって
電解液の保持性および透過性を持った貯蔵部が形成され
る。また、電極基材3aの裏側に支持された電極触媒層
3bには第1図に示すように電解液の連通孔3fが分布
形成されており、電池積層体10として形成された以貯
藏部3dに蓄積された電解液は連通孔3fを介してマト
リックス2に連通し、かつ溝3eにはめ込まれた支管部
が幾分押しつぶされて溝3eが電解液室を形成するので
、母管部23.支管部24.溝3e、貯蔵部3d、連通
孔3fからなる電解液の供給通路が形成される。
したがって、加圧手段30によって補給槽21の包蔵電
解液20の液面に所定の圧力を加え、弁42を開いて母
管部23内の気体を追い出した後弁42を閉しれば、電
解液20は各支管部24を介して各jIL電池lの溝3
eに分岐供給されて貯蔵部3dに浸透し、連通孔3fを
介してマトリックスに供給される。このとき、前記供給
通路内の電解液は電池内の反応ガス圧より所定値だけ高
い圧力に付勢された状態で供給が行われるので、供給通
路内の電解液に対する流体抵抗が温度変化や気泡の混入
等の原因で多少変化しても、補給は確実に行われる。ま
た、発電運転中の液絡を防ぐために母管部23の残存電
解液を排出する際、支管部24に供給された電解液が逆
戻りすることを防ぐには、母管部23と支管部24の分
岐部の高さ方向位置を対応する溝3eの高さ方法位置よ
り高くしておくことが好ましく、またこのようにするこ
とにより支管部24に侵入した気泡を母管部側に排出す
ることが容易化され、気泡による支管部の閉塞または流
体抵抗の増加を防ぐことができる。
〔発明の効果〕
この発明は前述のように、加圧手段を有する電解液補給
槽を燃料電池とは別体に設け、母管および支管からなる
電解液補給管を介して反応ガス圧より幾分高い圧力に加
圧された電解液を各単電池の電解液貯蔵部に分岐供給す
るよう構成した。その結果、電解液の粘度変化や気泡の
混入による流体抵抗の変化に左右されることなく各単電
池に均等に電解液を供給できるとともに、発電運転中の
液絡を防ぐために母管部の残存電解液を排出手段を介し
て排出する場合に、支管部に供給された電解液の逆流を
防止できるので、電解液の供給と排出を交互に容昂に繰
返すことが可能となり、液絡を確実に防止できる。また
、電解液補給槽は加圧に必要な密閉構造の加圧容器内に
反応ガスとは全く隔離されて収納されるので、電解液洩
れによるトラブル発生の可能性を極めて少なくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例装置を示す燃料電池積層体の
断面図を含む構成図、第2図は実施例装置の要部を示す
斜視図である。 1:単電池、2:マトリツクス、3:燃料ガス電極、4
二酸化剤ガス電極、5:セパレータ板、10:電池積層
体、3d:電解液貯蔵部、3e:電解液補給槽、3f:
電解液連通孔、20;電解液、21;電解液補給:★、
22:電解液補給管、23:母管部、24;支管部、3
0:加圧手段、41.42:弁(電解液の!)L出手段
)、33:加圧ガス。 代メ!人弁理士 山 口  巌    畠ノ ・−頓 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)電解液保持体としての多孔性のマトリックス層と、
    このマトリックス層に連通するよう沿層方向に形成され
    電解液保持性を有する電解液貯蔵部とを内部に備えた単
    電池を複数個積層してなる電池積層体に電解液を補給す
    る装置であって、電池積層体とは隔離された加圧容器か
    らなり加圧手段を有する電解液補給槽と、この電解液補
    給槽の包蔵電解液中に一方端が開口した母管部、および
    この母管部から分岐して他方端が前記電解液貯蔵部に連
    通した複数の支管部からなる電解液補給管と、前記母管
    部内の残存電解液を燃料電池外部に排出する手段とを備
    えてなることを特徴とするマトリックス型燃料電池の電
    解液補給装置。
JP63136595A 1988-06-02 1988-06-02 マトリックス型燃料電池の電解液補給装置 Pending JPH01307172A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014209489A (ja) * 2010-01-25 2014-11-06 ラモット アット テル−アヴィヴ ユニヴァーシテイ リミテッドRamot At Tel−Avivuniversity Ltd エネルギ貯蔵及び発生システム

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014209489A (ja) * 2010-01-25 2014-11-06 ラモット アット テル−アヴィヴ ユニヴァーシテイ リミテッドRamot At Tel−Avivuniversity Ltd エネルギ貯蔵及び発生システム

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