JPH0534782B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0534782B2 JPH0534782B2 JP59201701A JP20170184A JPH0534782B2 JP H0534782 B2 JPH0534782 B2 JP H0534782B2 JP 59201701 A JP59201701 A JP 59201701A JP 20170184 A JP20170184 A JP 20170184A JP H0534782 B2 JPH0534782 B2 JP H0534782B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- phosphoric acid
- electrolyte layer
- electrode
- holder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は電解質の補給を容易にした構造を有す
る燃料電池の製造方法に関する。
る燃料電池の製造方法に関する。
液状の電解質を使用する燃料電池では、発電に
伴ない電解質が電池から飛散消失することが知ら
れている。例えば、リン酸を電解質とするリン酸
型燃料電池では、空気極における水の生成に伴な
つてリン酸が飛散するとされている。このため、
電池を長時間運転するとリン酸が不足して内部抵
抗が上昇し、電池性能が低下する。この内部抵抗
の上昇は次のように説明される。すなわち、リン
酸が不足して来ると、リン酸が保持されている電
解質層中に空隙が現われ、水素イオンの移動が阻
害される。このため、リン酸を電解質層へ補給す
る方法が種々提案されている。それらは２つに大
別される。１つは、電池の組立前に電極に予めリ
ン酸を電極に貯蔵（リザーブ）しておき、徐々に
リン酸を電解質層へ移動させる方法である（例え
ば、米国特許4115627号明細書参照）。他の１つ
は、電極の両端に接するセパレータにリン酸の
“ため”（リザーバ）を設け、これに電池外部から
通じる補給孔とリザーバから電解質層へ通じる補
給孔を設けてリン酸を補給する方法である（例え
ば特開昭54−154047号公報参照）。前者の方法で
は、反応ガスが拡散する電極の基板の細孔内にリ
ン酸がリザーブされるため、リザーブ量には限度
が有る。また、後者の方法では、電池を多数積層
した場合に補給孔の連結が困難である。
伴ない電解質が電池から飛散消失することが知ら
れている。例えば、リン酸を電解質とするリン酸
型燃料電池では、空気極における水の生成に伴な
つてリン酸が飛散するとされている。このため、
電池を長時間運転するとリン酸が不足して内部抵
抗が上昇し、電池性能が低下する。この内部抵抗
の上昇は次のように説明される。すなわち、リン
酸が不足して来ると、リン酸が保持されている電
解質層中に空隙が現われ、水素イオンの移動が阻
害される。このため、リン酸を電解質層へ補給す
る方法が種々提案されている。それらは２つに大
別される。１つは、電池の組立前に電極に予めリ
ン酸を電極に貯蔵（リザーブ）しておき、徐々に
リン酸を電解質層へ移動させる方法である（例え
ば、米国特許4115627号明細書参照）。他の１つ
は、電極の両端に接するセパレータにリン酸の
“ため”（リザーバ）を設け、これに電池外部から
通じる補給孔とリザーバから電解質層へ通じる補
給孔を設けてリン酸を補給する方法である（例え
ば特開昭54−154047号公報参照）。前者の方法で
は、反応ガスが拡散する電極の基板の細孔内にリ
ン酸がリザーブされるため、リザーブ量には限度
が有る。また、後者の方法では、電池を多数積層
した場合に補給孔の連結が困難である。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
決し、電解質の補給が容易な燃料電池の製造方法
を提供するにある。
決し、電解質の補給が容易な燃料電池の製造方法
を提供するにある。
本発明は、単位電池毎にリン酸のリザーバを設
け、かつリン酸が直接電解質層に移動するように
するため、電解質層の構成材料と同じ材料を用い
て電解質層とリザーバの間を連通させた点にあ
る。さらに具体的に述べれば、多孔質基板１４表
面に触媒層１３を設けてなる一方の電極の表面の
対向する２辺上の周囲に、電解質通路を有する電
解質層ホルダ８を載せ、該電解質層ホルダ８で挟
まれた前記触媒層１３の表面及び前記電解質層ホ
ルダ８内の電解質通路に電解質保持マトリツクス
材粒子をポリテトラフルオロエチレン又はリン酸
塩で結着させた粉末とリン酸とを混合してなるペ
ーストを充填して電解質層１０を形成し、該電解
質層１０の上に多孔質基板２表面に触媒層３を設
けた他方の電極を載せ、該他方の電極の対向する
２辺の両側の前記電解質層ホルダ８と対面する位
置に電解質貯蔵溝１２と該溝を前記電解質層ホル
ダ８内の電解質通路まで結ぶ貫通孔７とを有する
電極ホルダ６を配置し、前記一対の電極を外側か
ら加圧して前記ペーストの一部を前記電解質貯蔵
溝１２に到達するまで押し上げたのち該電解質貯
蔵溝１２にリン酸を貯蔵し、前記一対の電極の外
側からセパレータで締め付けるようにして燃料電
池を製造した点に本発明の特徴がある。リン酸型
燃料電池の電解質層は、一般にシリコンカーバイ
ドの微細粒子をポリテトラフルオロエチレンまた
はリン酸塩で結着させた粉末をリン酸と混合した
ペースト状の材料で形成される。したがつて、電
池の組立時に、一方の電極の周囲に少くとも一方
の面に電解質通路としてたとえば凹部を有する電
解質層ホルダを配し、前記ペーストを電極上に塗
布し、溝（リザーバ）及び貫通孔を有する電極ホ
ルダをリザーバが上となるように電解質層ホルダ
の上に配し、塗布されたペーストの上に電極を乗
せて押付けると、ペーストが電解質層ホルダの凹
部から電極ホルダの貫通孔を通つてリザーバに到
達し、リザーバから電解質層へのリン酸の補給路
が形成される。
け、かつリン酸が直接電解質層に移動するように
するため、電解質層の構成材料と同じ材料を用い
て電解質層とリザーバの間を連通させた点にあ
る。さらに具体的に述べれば、多孔質基板１４表
面に触媒層１３を設けてなる一方の電極の表面の
対向する２辺上の周囲に、電解質通路を有する電
解質層ホルダ８を載せ、該電解質層ホルダ８で挟
まれた前記触媒層１３の表面及び前記電解質層ホ
ルダ８内の電解質通路に電解質保持マトリツクス
材粒子をポリテトラフルオロエチレン又はリン酸
塩で結着させた粉末とリン酸とを混合してなるペ
ーストを充填して電解質層１０を形成し、該電解
質層１０の上に多孔質基板２表面に触媒層３を設
けた他方の電極を載せ、該他方の電極の対向する
２辺の両側の前記電解質層ホルダ８と対面する位
置に電解質貯蔵溝１２と該溝を前記電解質層ホル
ダ８内の電解質通路まで結ぶ貫通孔７とを有する
電極ホルダ６を配置し、前記一対の電極を外側か
ら加圧して前記ペーストの一部を前記電解質貯蔵
溝１２に到達するまで押し上げたのち該電解質貯
蔵溝１２にリン酸を貯蔵し、前記一対の電極の外
側からセパレータで締め付けるようにして燃料電
池を製造した点に本発明の特徴がある。リン酸型
燃料電池の電解質層は、一般にシリコンカーバイ
ドの微細粒子をポリテトラフルオロエチレンまた
はリン酸塩で結着させた粉末をリン酸と混合した
ペースト状の材料で形成される。したがつて、電
池の組立時に、一方の電極の周囲に少くとも一方
の面に電解質通路としてたとえば凹部を有する電
解質層ホルダを配し、前記ペーストを電極上に塗
布し、溝（リザーバ）及び貫通孔を有する電極ホ
ルダをリザーバが上となるように電解質層ホルダ
の上に配し、塗布されたペーストの上に電極を乗
せて押付けると、ペーストが電解質層ホルダの凹
部から電極ホルダの貫通孔を通つてリザーバに到
達し、リザーバから電解質層へのリン酸の補給路
が形成される。
電極ホルダは通常のカーボン板を加工すればよ
いが、リン酸を吸収する性質はできるだけないも
のがよい。リザーバ及び貫通孔の内壁はポリテト
ラフルオロエチレンコーテイングなどの不浸透処
理をしておくことが望ましい。リザーバの容積は
リン酸の消失量と電池の寿命の関係から決定され
る。貫通孔の数及び大きさはリン酸の消失速度か
ら決定される。電解質層の厚さはできるだけ薄い
方が電池の内部抵抗が小さくなつて望ましい。し
たがつて、電解質層ホルダの厚さは、0.1〜１mm、
望ましくは0.2〜0.5mmがよい。また、電解質層ホ
ルダの材料はポリテトラフルオロエチレン、シリ
コンカーバイトなど200℃前後でリン酸と実質的
に反応せず、かつ絶縁性の物質でなければならな
い。
いが、リン酸を吸収する性質はできるだけないも
のがよい。リザーバ及び貫通孔の内壁はポリテト
ラフルオロエチレンコーテイングなどの不浸透処
理をしておくことが望ましい。リザーバの容積は
リン酸の消失量と電池の寿命の関係から決定され
る。貫通孔の数及び大きさはリン酸の消失速度か
ら決定される。電解質層の厚さはできるだけ薄い
方が電池の内部抵抗が小さくなつて望ましい。し
たがつて、電解質層ホルダの厚さは、0.1〜１mm、
望ましくは0.2〜0.5mmがよい。また、電解質層ホ
ルダの材料はポリテトラフルオロエチレン、シリ
コンカーバイトなど200℃前後でリン酸と実質的
に反応せず、かつ絶縁性の物質でなければならな
い。
以下実施例によつて本発明をさらに詳しく説明
する。本発明の最も典型的な実施例を第１図に示
す。多孔質炭素基板１４の上に接触層１３を設け
た電極の上に、厚さ0.5mmのポリテトラフルオロ
エチレン板製電解質層ホルダ８を置き、電解質層
１０の部分にシリコンカーバイドをリン酸ジルコ
ニウムで結着させた微粉とリン酸を混合して調整
したペーストを塗り上から電極を乗せ、さらに電
極ホルダ６を乗せ、所定の圧力で押し付けた。リ
ザーバ１２へ溢れ出たペーストを除き、所定のリ
ン酸をリザーバ１２へ貯蔵し、上からセパレータ
１でしめ付け、電池を構成した。この電池に燃料
流路４から水素ガス、空気流路９から空気ガスを
供給して約200℃で連続発電した。なお、符号２
は基板、３は触媒層、１５はセパレータ、５はリ
ン酸を示している。その結果を第４図にとして
示す。またリザーバ１２、貫通孔７、凹部１１を
設けない以外は実施例と同じ電池を用いて連続発
電した結果をとして第４図に示す。本実施例に
より、電池の寿命が延びることが確認された。
する。本発明の最も典型的な実施例を第１図に示
す。多孔質炭素基板１４の上に接触層１３を設け
た電極の上に、厚さ0.5mmのポリテトラフルオロ
エチレン板製電解質層ホルダ８を置き、電解質層
１０の部分にシリコンカーバイドをリン酸ジルコ
ニウムで結着させた微粉とリン酸を混合して調整
したペーストを塗り上から電極を乗せ、さらに電
極ホルダ６を乗せ、所定の圧力で押し付けた。リ
ザーバ１２へ溢れ出たペーストを除き、所定のリ
ン酸をリザーバ１２へ貯蔵し、上からセパレータ
１でしめ付け、電池を構成した。この電池に燃料
流路４から水素ガス、空気流路９から空気ガスを
供給して約200℃で連続発電した。なお、符号２
は基板、３は触媒層、１５はセパレータ、５はリ
ン酸を示している。その結果を第４図にとして
示す。またリザーバ１２、貫通孔７、凹部１１を
設けない以外は実施例と同じ電池を用いて連続発
電した結果をとして第４図に示す。本実施例に
より、電池の寿命が延びることが確認された。
以上、本発明の燃料電池は電解質の補給が容易
な構造となつているので、連続発電に適する。
な構造となつているので、連続発電に適する。
第１図は本発明の典型的な実施例を示す電池の
構成図、第２図は本発明の構成要素である電解質
層ホルダの構成図、第３図は本発明の構成要素で
ある電極ホルダの構成図、第４図は本発明に基づ
いて構成した電池及び比較例による電池の連続発
電実験結果を示す特性図である。 １，１５……セパレータ、２，１４……基板、
３，１３……触媒層、５……リン酸、６……電極
ホルダ、７……貫通孔、８……電解質層ホルダ、
１０……電解質層、１１……凹部。
構成図、第２図は本発明の構成要素である電解質
層ホルダの構成図、第３図は本発明の構成要素で
ある電極ホルダの構成図、第４図は本発明に基づ
いて構成した電池及び比較例による電池の連続発
電実験結果を示す特性図である。 １，１５……セパレータ、２，１４……基板、
３，１３……触媒層、５……リン酸、６……電極
ホルダ、７……貫通孔、８……電解質層ホルダ、
１０……電解質層、１１……凹部。
Claims (1)
- １ 多孔質基板１４表面に触媒層１３を設けてな
る一方の電極の表面の対向する２辺上の周囲に、
電解質通路を有する電解質層ホルダ８を載せ、該
電解質層ホルダ８で挟まれた前記触媒層１３の表
面及び前記電解質層ホルダ８内の電解質通路に電
解質保持マトリツクス材粒子をポリテトラフルオ
ロエチレン又はリン酸塩で結着させた粉末とリン
酸とを混合してなるペーストを充填して電解質層
１０を形成し、該電解質層１０の上に多孔質基板
２表面に触媒層３を設けた他方の電極を載せ、該
他方の電極の対向する２辺の両側の前記電解質層
ホルダ８と対面する位置に電解質貯蔵溝１２と該
溝を前記電解質層ホルダ８内の電解質通路まで結
ぶ貫通孔７とを有する電極ホルダ６を配置し、前
記一対の電極を外側から加圧して前記ペーストの
一部を前記電解質貯蔵溝１２に到達するまで押し
上げたのち該電解質貯蔵溝１２にリン酸を貯蔵
し、前記一対の電極の外側からセパレータで締め
付けることを特徴とする燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59201701A JPS6180760A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59201701A JPS6180760A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6180760A JPS6180760A (ja) | 1986-04-24 |
| JPH0534782B2 true JPH0534782B2 (ja) | 1993-05-24 |
Family
ID=16445482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59201701A Granted JPS6180760A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6180760A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5848366A (ja) * | 1981-09-17 | 1983-03-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS58166652A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池の電解液補給装置 |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP59201701A patent/JPS6180760A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6180760A (ja) | 1986-04-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |