JPH02215050A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH02215050A JPH02215050A JP1035402A JP3540289A JPH02215050A JP H02215050 A JPH02215050 A JP H02215050A JP 1035402 A JP1035402 A JP 1035402A JP 3540289 A JP3540289 A JP 3540289A JP H02215050 A JPH02215050 A JP H02215050A
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- Japan
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- electrolyte
- phosphoric acid
- fuel
- matrix
- fuel cell
- Prior art date
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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
-
- 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］
この発明は燃料電池に関し、特に電解質マトリックスお
よび触媒層に電解質を補給する構造に関するものである
。
よび触媒層に電解質を補給する構造に関するものである
。
［従来の技術］
第６図は例えば特開昭６３−２４５６１号広報に示され
た従来の燃料電池の要部拡大断面図であり、（１）は電
解質を保持するマトリックス、（２）および（３）は電
界触媒層、（４）および（５）は互いに直交する燃料お
よび酸化剤ガスのガス流路、（６）はガス分離板で緻密
層（７）とその両面にリブ状に形成された多孔部（８）
、 （９）により一体構成されている。この構成より
成る単電池を複数個積層し、燃料電池本体としてのセル
スタックを構成している。
た従来の燃料電池の要部拡大断面図であり、（１）は電
解質を保持するマトリックス、（２）および（３）は電
界触媒層、（４）および（５）は互いに直交する燃料お
よび酸化剤ガスのガス流路、（６）はガス分離板で緻密
層（７）とその両面にリブ状に形成された多孔部（８）
、 （９）により一体構成されている。この構成より
成る単電池を複数個積層し、燃料電池本体としてのセル
スタックを構成している。
次に、上記構成の動作について説明する。互いに直交す
るガス流路（４） 、 （５）にそれぞれ燃料および酸
化剤ガスを供給する。このとき、ガス分離板（６）の緻
密部（７）は燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに交じるの
を防いでおり、両ガスは電極触媒層（２） 、 （３）
に達する。電界触媒層（２）、（３）に達したガスはイ
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。このマトリックス（１）は、十分な電解質
を保持していないと、マトリックス（１）を通して両ガ
スが交互に拡散混合してしまい、安定な発電が行えない
。
るガス流路（４） 、 （５）にそれぞれ燃料および酸
化剤ガスを供給する。このとき、ガス分離板（６）の緻
密部（７）は燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに交じるの
を防いでおり、両ガスは電極触媒層（２） 、 （３）
に達する。電界触媒層（２）、（３）に達したガスはイ
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。このマトリックス（１）は、十分な電解質
を保持していないと、マトリックス（１）を通して両ガ
スが交互に拡散混合してしまい、安定な発電が行えない
。
一方、燃料電池を長期間運転すると、蒸発、その他によ
り次第に電解質が消耗してマトリックス（１）に保持さ
れている電解質の量が減少する。このため長期間安定し
た運転を続けるには、必要に応じて電解質をマトリック
ス（１）に補給し、常に十分な電解質を保持させておく
必要がある。また各単電池中の電解質消耗速度は一様で
なく、マトリックス（１）中の電解質保持量もバラツキ
が生じている。
り次第に電解質が消耗してマトリックス（１）に保持さ
れている電解質の量が減少する。このため長期間安定し
た運転を続けるには、必要に応じて電解質をマトリック
ス（１）に補給し、常に十分な電解質を保持させておく
必要がある。また各単電池中の電解質消耗速度は一様で
なく、マトリックス（１）中の電解質保持量もバラツキ
が生じている。
この対策として従来より、各単電池の内部にマトリック
ス（１）へ通ずる電解質溜めとなるリザーバーを設けて
おく方式、更にほこのりザーバーへ外部より電解質を補
給する方法が提案されている。これらの場合、上述のよ
うに、各単電池で電解質保持量に差が生じているため、
補給量も、その保持量に応じて加減する必要がある。
ス（１）へ通ずる電解質溜めとなるリザーバーを設けて
おく方式、更にほこのりザーバーへ外部より電解質を補
給する方法が提案されている。これらの場合、上述のよ
うに、各単電池で電解質保持量に差が生じているため、
補給量も、その保持量に応じて加減する必要がある。
第７図、および第８図は例えば特開昭５９−２１７９５
８号広報で示された方法を表わす図である。
８号広報で示された方法を表わす図である。
この方法はマトリックス（１）と液絡されたリザーバー
（１５）にスタック上部より電解質を順次滴下させ、各
単電池のマトリックス（１）中の電解質保持量が十分な
量に達するよう制御させるものである。ところがこの方
法ではリブ付′７４極や、第６図に示された構成をもつ
電極においては、触媒層に添設された多孔部に電解質を
リザーブさせる構成となっているため５滴下によって供
給された電解質はマトリックス（１）に十分な量を供給
しようとすれば、多孔部にも必要以上の電解質で満たさ
れてしまい、両ガスの供給を阻害することになってしま
う。
（１５）にスタック上部より電解質を順次滴下させ、各
単電池のマトリックス（１）中の電解質保持量が十分な
量に達するよう制御させるものである。ところがこの方
法ではリブ付′７４極や、第６図に示された構成をもつ
電極においては、触媒層に添設された多孔部に電解質を
リザーブさせる構成となっているため５滴下によって供
給された電解質はマトリックス（１）に十分な量を供給
しようとすれば、多孔部にも必要以上の電解質で満たさ
れてしまい、両ガスの供給を阻害することになってしま
う。
［発明が解決しようとする課題］
このように、マトリックス（１）の毛管吸引力のみによ
って、電解質供給量を制御することは不可能である。ま
たリザーバーより電解質を供給することは、リザーバー
容量により補給量が制限されてしまうため、長期間の運
転における電解質の補給回数の埠減に制約が生じてしま
う。
って、電解質供給量を制御することは不可能である。ま
たリザーバーより電解質を供給することは、リザーバー
容量により補給量が制限されてしまうため、長期間の運
転における電解質の補給回数の埠減に制約が生じてしま
う。
この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、短時間で多くの電解質を供給し、長期間の運転
における電解質補給の回数を低減することを目的とする
。
もので、短時間で多くの電解質を供給し、長期間の運転
における電解質補給の回数を低減することを目的とする
。
［課題を解決するための手段］
この発明に係る燃料電池は、燃料通路または酸化剤通路
の何れか一方に連通して電解質注入管を設け、電解質を
電解質注入から該通路に直接供給するようにしたもので
ある。
の何れか一方に連通して電解質注入管を設け、電解質を
電解質注入から該通路に直接供給するようにしたもので
ある。
［作用］
この発明における燃料電池は、電解質を電解質注入管か
ら燃料通路または酸化剤通路の何れか一方の通路に直接
供給するようにしたことにより、短い時間に大量の電解
質が供給できる。
ら燃料通路または酸化剤通路の何れか一方の通路に直接
供給するようにしたことにより、短い時間に大量の電解
質が供給できる。
［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を示す模式図であり、第６
図と同一または相当部分は同一符号を付し、その説明は
省略する。
図と同一または相当部分は同一符号を付し、その説明は
省略する。
第１図において、（２１）は電解質供給管であり、耐腐
食性を考慮して例えばＰＴＦＥ製のチューブを用いた。
食性を考慮して例えばＰＴＦＥ製のチューブを用いた。
また（２２）は電解質タンクである。電解質を圧入する
ための圧力源として例えば窒素のボンベ（２５）を用意
し、これを減圧弁（２４）で減圧し、圧力計（２３）で
圧力を読み取って、所定の圧力に調節した。チューブ（
２１）はガス通路（４）に深く差し込まれている。
ための圧力源として例えば窒素のボンベ（２５）を用意
し、これを減圧弁（２４）で減圧し、圧力計（２３）で
圧力を読み取って、所定の圧力に調節した。チューブ（
２１）はガス通路（４）に深く差し込まれている。
実施例によれば電解質タンク（２２）に８５％濃度のリ
ン酸をためておき、これを８０℃に加熱し、５００００
１１１Ａｇの圧力をかけたところ、３０時間で最大１５
０ｃｃのリン酸が最大吸収量の単電池に供給補給された
。またこの補給量は約１００００時間の運転期間におけ
るリン酸の飛しょう消失量に相当し、すなわちこの補給
により、次の１００００時間の安定な発電か可能になっ
たわけである。
ン酸をためておき、これを８０℃に加熱し、５００００
１１１Ａｇの圧力をかけたところ、３０時間で最大１５
０ｃｃのリン酸が最大吸収量の単電池に供給補給された
。またこの補給量は約１００００時間の運転期間におけ
るリン酸の飛しょう消失量に相当し、すなわちこの補給
により、次の１００００時間の安定な発電か可能になっ
たわけである。
また、この一定圧力によるリン酸の供給によって、他に
比べてリン酸の消失量の少なかった単電池に対しては、
約６０ｃｃ程しか供給されておらず、多孔部（８）、、
（９）に必要以上のリン酸が供給されておらずガス供給
阻害を引き起こすことにはならなかった。
比べてリン酸の消失量の少なかった単電池に対しては、
約６０ｃｃ程しか供給されておらず、多孔部（８）、、
（９）に必要以上のリン酸が供給されておらずガス供給
阻害を引き起こすことにはならなかった。
これらの作用について、詳細に述べる。
まずこの発明による電解質の補給供給は、もっばら触媒
層に添設されている多孔部（８） 、 （９）に供給さ
れるものであり、マトリックス（１）には直接供給され
るものでなない。ところが発明者の実験によれば、高温
で保持された単電池においては多孔部（８） 、 （９
）のリン酸保持量の増加にともないマトリックス（１）
内のリン酸保持量が増加することを確認している。
層に添設されている多孔部（８） 、 （９）に供給さ
れるものであり、マトリックス（１）には直接供給され
るものでなない。ところが発明者の実験によれば、高温
で保持された単電池においては多孔部（８） 、 （９
）のリン酸保持量の増加にともないマトリックス（１）
内のリン酸保持量が増加することを確認している。
この現象はマトリックス（１）と多孔部（８）、＜９）
の毛管吸引力によるバランス化によって引き起こされる
もので、その結果を第２図に示す。一方、この発明は燃
料、酸化剤通路のいずれか一方のみに電解質供給を行え
ば良いものであり、これは上述のリン酸のバランス化は
、マトリックス（１）を挟む両多孔部（８）、（９３間
でも引き起こされるからである。
の毛管吸引力によるバランス化によって引き起こされる
もので、その結果を第２図に示す。一方、この発明は燃
料、酸化剤通路のいずれか一方のみに電解質供給を行え
ば良いものであり、これは上述のリン酸のバランス化は
、マトリックス（１）を挟む両多孔部（８）、（９３間
でも引き起こされるからである。
次に一定圧力によって、所定量の電解質が過不足なく補
給供給される作用についての詳細を述べる。
給供給される作用についての詳細を述べる。
第３図はこの発明による電解質補給時の断面図を示すも
ので、第６図と同一または相当部分は同一符号を付し、
その説明は省略する。図中（２１）は第１図で示した電
解質供給管であり、実施例の一例では外形ｌφのＰＴＦ
Ｅチューブを用いた。
ので、第６図と同一または相当部分は同一符号を付し、
その説明は省略する。図中（２１）は第１図で示した電
解質供給管であり、実施例の一例では外形ｌφのＰＴＦ
Ｅチューブを用いた。
第４図は、ガス分離板の平面図を示すもので、第３図と
同一または相当部分は同一符号を付した。図中に示され
るようにＰＴＦＥチューブはガス分離板（６）の中央に
、その注入口を設置しガス通路（５）に沿って差し込ん
でいる。第３図、第４図における０部に供給されたリン
酸は、０部のガス通路の一部リン酸で満たし０部へと浸
透する。０部に浸透したリン酸は、０部の多孔部に浸透
し、０部へと浸透が拡がってゆく。このように順にリン
酸の浸透が第４図中央部より面内上下左もへと拡がり、
最終的にガス分離板（６）上の多孔部（８） 、 （９
）の全域にリン酸が浸透してゆく。
同一または相当部分は同一符号を付した。図中に示され
るようにＰＴＦＥチューブはガス分離板（６）の中央に
、その注入口を設置しガス通路（５）に沿って差し込ん
でいる。第３図、第４図における０部に供給されたリン
酸は、０部のガス通路の一部リン酸で満たし０部へと浸
透する。０部に浸透したリン酸は、０部の多孔部に浸透
し、０部へと浸透が拡がってゆく。このように順にリン
酸の浸透が第４図中央部より面内上下左もへと拡がり、
最終的にガス分離板（６）上の多孔部（８） 、 （９
）の全域にリン酸が浸透してゆく。
この浸透は、多孔部（８）、（９）の毛管吸引力（Ｐｃ
）および圧入圧力（Ｐｐ）を駆動力として、前述の様に
面内に拡がってゆくが、この時浸透方向に対し逆向きの
圧損の力（Ｐｆ）が働いている。これを式に表わすと浸
透速度をυとして、電解質リン酸の密度をρとすれば −ｐ ｖ ’ ＝ Ｐｃ ＋ Ｐｐ −Ｐｆ −”−（
式１）となる。ところが毛管吸引力Ｐｃは、多孔部内の
リン酸占有率増加にともなって減少するため、一定の圧
入圧力でリン酸を圧入した場合、浸透速度υは多孔部内
のリン酸占有率が小さいほど、すなわち多孔部内のリン
酸消失量が多いほど、大きくなる。また圧入補給による
多孔部内のリン酸占有率増加にともなって浸透速度Ｖは
小さくなる。
）および圧入圧力（Ｐｐ）を駆動力として、前述の様に
面内に拡がってゆくが、この時浸透方向に対し逆向きの
圧損の力（Ｐｆ）が働いている。これを式に表わすと浸
透速度をυとして、電解質リン酸の密度をρとすれば −ｐ ｖ ’ ＝ Ｐｃ ＋ Ｐｐ −Ｐｆ −”−（
式１）となる。ところが毛管吸引力Ｐｃは、多孔部内の
リン酸占有率増加にともなって減少するため、一定の圧
入圧力でリン酸を圧入した場合、浸透速度υは多孔部内
のリン酸占有率が小さいほど、すなわち多孔部内のリン
酸消失量が多いほど、大きくなる。また圧入補給による
多孔部内のリン酸占有率増加にともなって浸透速度Ｖは
小さくなる。
この様子を第５図に示した。この図はリン酸を５ｃｃ／
ｈｒの補給速度で圧入する際に要する圧入圧力と多孔部
内リン酸占有率の関係を示すものである。この図で示さ
れることは、「圧入圧力を調節することにより、多孔部
内のリン酸占有率のレベルを制御することができる」と
いうものであり、発明者は圧入圧力として５０００ｍｍ
Ａｇを選び多孔部内リン酸占有率を５０％になるまで圧
入補給を行うことができた。
ｈｒの補給速度で圧入する際に要する圧入圧力と多孔部
内リン酸占有率の関係を示すものである。この図で示さ
れることは、「圧入圧力を調節することにより、多孔部
内のリン酸占有率のレベルを制御することができる」と
いうものであり、発明者は圧入圧力として５０００ｍｍ
Ａｇを選び多孔部内リン酸占有率を５０％になるまで圧
入補給を行うことができた。
この際、マトリックス（１）を挟んだ対側の多孔部（８
） 、 （９）への浸透は、マトリックス（１）および
触媒層（２） 、 （３）における圧損が十分に大きい
ため無視できる。ただし高温に保持した場合は、毛管吸
引力による単電池内のリン酸占有率のバランス化速度が
増大するので、圧入補給時は、十分に保持温度を下げて
行わねばならない。
） 、 （９）への浸透は、マトリックス（１）および
触媒層（２） 、 （３）における圧損が十分に大きい
ため無視できる。ただし高温に保持した場合は、毛管吸
引力による単電池内のリン酸占有率のバランス化速度が
増大するので、圧入補給時は、十分に保持温度を下げて
行わねばならない。
以上のように電解質の注入時の過圧圧力を調整すること
により電解質補給量を制御できるようにしたので、長期
運転中に消失した電解質の量に応じた補給量を加減する
ことができる。また、電解質を電解質注入管（２１）か
ら直接注入するので、補給に要する時間が短かく且つ一
時に大量の補給が可能となり補給回数を低減できる。
により電解質補給量を制御できるようにしたので、長期
運転中に消失した電解質の量に応じた補給量を加減する
ことができる。また、電解質を電解質注入管（２１）か
ら直接注入するので、補給に要する時間が短かく且つ一
時に大量の補給が可能となり補給回数を低減できる。
尚、上記実施例では電解質注入管が燃料ガス流路に連通
して配設された場合について述べたが電解質注入管を酸
化剤ガス流路に連通して配設するようにしてもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
して配設された場合について述べたが電解質注入管を酸
化剤ガス流路に連通して配設するようにしてもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
［発明の効果］
以上のように、この発明によれば燃料電池の何れか一方
のガス流路に電解質供給管から直接電解質を注入補給す
るようにしたので、電解質の補給に要する時間が短かく
、かつ−時に大量の補給が可能で補給回数を低減できる
効果がある。
のガス流路に電解質供給管から直接電解質を注入補給す
るようにしたので、電解質の補給に要する時間が短かく
、かつ−時に大量の補給が可能で補給回数を低減できる
効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による燃料電池を示す斜視
図、第２図はこの発明に係る電解質保持状態を示す特性
図、第３図はこの発明に係る電解質補給時の状態を示す
要部断面図、第４図はこの発明に係る分離板を示す平面
図、第５図はこの発明に係る電解質圧力状態を示す特性
図、第６図は従来の燃料電池を示す要部拡大断面図、第
７図は従来の燃料電池の電解質補給状態を示す断面図、
第８図は第７図■−■線における断面図である。 図において、（１）はマトリックス、（４）は燃料ガス
流路、（５）は酸化剤ガス流路、（２１）は電解質注入
管である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
図、第２図はこの発明に係る電解質保持状態を示す特性
図、第３図はこの発明に係る電解質補給時の状態を示す
要部断面図、第４図はこの発明に係る分離板を示す平面
図、第５図はこの発明に係る電解質圧力状態を示す特性
図、第６図は従来の燃料電池を示す要部拡大断面図、第
７図は従来の燃料電池の電解質補給状態を示す断面図、
第８図は第７図■−■線における断面図である。 図において、（１）はマトリックス、（４）は燃料ガス
流路、（５）は酸化剤ガス流路、（２１）は電解質注入
管である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 電解質を保持するマトリックスを挟んで対向して配置さ
れているとともに前記マトリックス側に触媒層がそれぞ
れ形成されてなる燃料極、酸化剤極と、前記燃料極に接
して設けられ燃料の通る燃料通路と、前記酸化剤極に接
して設けられ酸化剤の通る酸化剤通路とを備えた燃料電
池において、上記燃料通路または上記酸化剤通路の何れ
か一方に連通して配設された電解質注入管を備え、電解
質を上記電解質注入管から該通路へ直接供給するように
したことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035402A JPH02215050A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035402A JPH02215050A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02215050A true JPH02215050A (ja) | 1990-08-28 |
Family
ID=12440916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1035402A Pending JPH02215050A (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02215050A (ja) |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP1035402A patent/JPH02215050A/ja active Pending
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