JPH0577152B2 - - Google Patents
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- JPH0577152B2 JPH0577152B2 JP61201441A JP20144186A JPH0577152B2 JP H0577152 B2 JPH0577152 B2 JP H0577152B2 JP 61201441 A JP61201441 A JP 61201441A JP 20144186 A JP20144186 A JP 20144186A JP H0577152 B2 JPH0577152 B2 JP H0577152B2
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- Japan
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- electrolyte
- gas
- fuel cell
- plate
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- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
-
- 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
-
- 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
-
- 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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- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は燃料電池に係り、特に長寿命化及び高
性能化に好適な燃料電池に関する。
性能化に好適な燃料電池に関する。
燃料電池は従来は第７図に示すように構成され
ていた。すなわち、マトリツクスに形成された細
孔に電解質を保持させてなる電解質板１と、この
電解質板１を挟持して対向する１対の電極、すな
わちアノード２及びカソード３とによつて構成さ
れた単位電池が、セパレータ４を介して複数個積
層されている。このセパレータ４にはアノード２
に燃料ガス５を供給するための燃料流路６及びカ
ソード３に酸化剤ガス７を供給するための酸化剤
流路８が、それぞれ両面に直交した状態で設けら
れている。しかし上記の従来の構造によると、電
解質板１中の電解質が反応ガスなどによつて持ち
去られて不足状態となつても、電解質の補給がで
きず寿命が短いという問題があつた。
ていた。すなわち、マトリツクスに形成された細
孔に電解質を保持させてなる電解質板１と、この
電解質板１を挟持して対向する１対の電極、すな
わちアノード２及びカソード３とによつて構成さ
れた単位電池が、セパレータ４を介して複数個積
層されている。このセパレータ４にはアノード２
に燃料ガス５を供給するための燃料流路６及びカ
ソード３に酸化剤ガス７を供給するための酸化剤
流路８が、それぞれ両面に直交した状態で設けら
れている。しかし上記の従来の構造によると、電
解質板１中の電解質が反応ガスなどによつて持ち
去られて不足状態となつても、電解質の補給がで
きず寿命が短いという問題があつた。
この問題を解決するために、特開昭57−157469
号公報及び特開昭57−63775号公報に記載された
ような提案が知られている。前者はセパレータの
周辺部に電解質をリザーブし、電解質を電解質板
の周辺部から補給する構造となつており、後者は
ガス供給用の溝に電解液保持部材を挿入してこの
保持部材に電解液を含浸させ、マトリツクスの電
解液が不足した場合には毛管現象で保持部材から
電解液が自動的に補充されるようにしたものであ
る。
号公報及び特開昭57−63775号公報に記載された
ような提案が知られている。前者はセパレータの
周辺部に電解質をリザーブし、電解質を電解質板
の周辺部から補給する構造となつており、後者は
ガス供給用の溝に電解液保持部材を挿入してこの
保持部材に電解液を含浸させ、マトリツクスの電
解液が不足した場合には毛管現象で保持部材から
電解液が自動的に補充されるようにしたものであ
る。
しかしながら前者の提案によると電解質のリザ
ーブ量によつて電池の大ききさが大きくなり、さ
らに電解質板の外周部への補給性はよいが、中央
部まで均等に補給することは困難であるという問
題があつた。また後者ではガス供給用の溝にリザ
ーブされる電解質の量を多くすると電極の無効面
積が増え、同等の出力を得るためには電池サイズ
を拡大する必要があり、製造コストが高くなると
いう問題があつた。また熱容量が大きいことによ
る起動時の供給熱量が増大し、さらに放熱損失の
増大に伴う熱効率の低下という問題があつた。
ーブ量によつて電池の大ききさが大きくなり、さ
らに電解質板の外周部への補給性はよいが、中央
部まで均等に補給することは困難であるという問
題があつた。また後者ではガス供給用の溝にリザ
ーブされる電解質の量を多くすると電極の無効面
積が増え、同等の出力を得るためには電池サイズ
を拡大する必要があり、製造コストが高くなると
いう問題があつた。また熱容量が大きいことによ
る起動時の供給熱量が増大し、さらに放熱損失の
増大に伴う熱効率の低下という問題があつた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、小形で寿命の長い高性能な燃料電池を提供す
ることを目的とする。
り、小形で寿命の長い高性能な燃料電池を提供す
ることを目的とする。
上記の目的は、アノード及びカソードの少くと
も一方の対向していない波形集電板の面とセパレ
ータとの間に形成された空間に、電解質を保持し
た導電性の多穴質体を充填し、前記波形集電板の
電極との接触面に複数個の孔部を設けて燃料電池
を構成することによつて達成される。
も一方の対向していない波形集電板の面とセパレ
ータとの間に形成された空間に、電解質を保持し
た導電性の多穴質体を充填し、前記波形集電板の
電極との接触面に複数個の孔部を設けて燃料電池
を構成することによつて達成される。
本発明は上記のように、反応ガスが流れても電
池に関与しない部分、即ち波形集電板の電極と対
向しない面とセパレータとの間に形成された空間
全面に、リザーブ用電解質を保持した導電性の多
穴質体を充填したので、新たにリザーブ空間を設
けることなく、電解質板の全ての部分に均質に電
解質を補給することができるとともに、電極とセ
パレータとを電気的に接続する集電板の働きを補
うことができる。また電解質は多穴質体に保持さ
れているため、リザーブされた電解質の流出が防
止でき、リザーブ空間に反応ガスが流れることも
防止できる。さらに電解質が毛管力によつて移動
するための重力を利用するものと異なり、リザー
バを電解質板の上下いずれにも設けることがで
き、リザーブ量を多くして長寿命化を図ることが
できる。
池に関与しない部分、即ち波形集電板の電極と対
向しない面とセパレータとの間に形成された空間
全面に、リザーブ用電解質を保持した導電性の多
穴質体を充填したので、新たにリザーブ空間を設
けることなく、電解質板の全ての部分に均質に電
解質を補給することができるとともに、電極とセ
パレータとを電気的に接続する集電板の働きを補
うことができる。また電解質は多穴質体に保持さ
れているため、リザーブされた電解質の流出が防
止でき、リザーブ空間に反応ガスが流れることも
防止できる。さらに電解質が毛管力によつて移動
するための重力を利用するものと異なり、リザー
バを電解質板の上下いずれにも設けることがで
き、リザーブ量を多くして長寿命化を図ることが
できる。
〔実施例〕
以下、本発明に係る燃料電池の一実施例を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
第１図及び第２図に本発明の第１の実施例を示
す。これらの図において、第７図に示す従来例と
同一または同等部分または同一符号を付して示
し、説明を省略する。セパレータ４の上面と下面
にはそれぞれ波形集電板９，１０が設けられてお
り、アノード２に接する波形集電板９にはアノー
ド２に燃料ガス５を供給するための燃料流路６
が、またカソード３に接する波形集電板１０には
カソード３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤
流路８が、それぞれ互に直交するように形成され
ている。さらに波形集電板９，１０の電極と対向
しない面とセパレータ４とによつて形成された空
間全面には、補給用の電解質を貯蔵している電解
質リザーバ１１が設けられ、波形集電板９，１０
の電極２，３と接する面には多数の電解質補給孔
１２が形成されている。この電解質リザーバ１１
はNi，Cu，Alなどの電解質に対して化学的に安
定な金属の多穴質体で形成され、この多穴質体の
細孔中に電解質が保持されている。また電解質リ
ザーバ１１に形成された細孔径は電極２，３及び
電解質板１に形成された細孔径より大きくなつて
おり、電解質板中の電解質が不足した場合、毛管
現象で自動的にリザーバから電極２，３を介して
電解質板１に電解質が補給されるようになつてい
る。さらに電解質リザーバ１１は導電性を有して
おり、アノード２及びカソード３の両電極とセパ
レータ４を電気的に接続する働きも併せ持つてい
る。
す。これらの図において、第７図に示す従来例と
同一または同等部分または同一符号を付して示
し、説明を省略する。セパレータ４の上面と下面
にはそれぞれ波形集電板９，１０が設けられてお
り、アノード２に接する波形集電板９にはアノー
ド２に燃料ガス５を供給するための燃料流路６
が、またカソード３に接する波形集電板１０には
カソード３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤
流路８が、それぞれ互に直交するように形成され
ている。さらに波形集電板９，１０の電極と対向
しない面とセパレータ４とによつて形成された空
間全面には、補給用の電解質を貯蔵している電解
質リザーバ１１が設けられ、波形集電板９，１０
の電極２，３と接する面には多数の電解質補給孔
１２が形成されている。この電解質リザーバ１１
はNi，Cu，Alなどの電解質に対して化学的に安
定な金属の多穴質体で形成され、この多穴質体の
細孔中に電解質が保持されている。また電解質リ
ザーバ１１に形成された細孔径は電極２，３及び
電解質板１に形成された細孔径より大きくなつて
おり、電解質板中の電解質が不足した場合、毛管
現象で自動的にリザーバから電極２，３を介して
電解質板１に電解質が補給されるようになつてい
る。さらに電解質リザーバ１１は導電性を有して
おり、アノード２及びカソード３の両電極とセパ
レータ４を電気的に接続する働きも併せ持つてい
る。
本実施例によれば、電解質板１中の電解質が不
足すると電解質リザーバ１１中の電解質が電解質
補給孔１２を通り、さらにアノード２またはカソ
ード３を通つて上下方向より電解質板１に供給さ
れ、電解質板１の中の電解質の消耗を補うことが
でき、電池寿命を延す効果がある。また電解質リ
ザーバ１１は導電性を有するため、電極２，３と
セパレータ４とを電気的に接続する波形集電板
９，１０の働きも補い、電池内部抵抗を減少させ
て電池性能を向上させる効果もある。さらに電解
質リザーバ１１を構成している空間は、反応ガス
が流れても電池反応に関与しないためガスが流れ
ないように閉止板などを設けて塞ぐべき空間であ
るので、電解質リザーバ１１はこの空間のガス流
を止める閉止板の働きもしている。その上リザー
ブ空間を設けることによる電池寸法の拡大もな
く、コンパクトとなり、製造コストの低減及び熱
放散低減による熱効率向上の効果もある。
足すると電解質リザーバ１１中の電解質が電解質
補給孔１２を通り、さらにアノード２またはカソ
ード３を通つて上下方向より電解質板１に供給さ
れ、電解質板１の中の電解質の消耗を補うことが
でき、電池寿命を延す効果がある。また電解質リ
ザーバ１１は導電性を有するため、電極２，３と
セパレータ４とを電気的に接続する波形集電板
９，１０の働きも補い、電池内部抵抗を減少させ
て電池性能を向上させる効果もある。さらに電解
質リザーバ１１を構成している空間は、反応ガス
が流れても電池反応に関与しないためガスが流れ
ないように閉止板などを設けて塞ぐべき空間であ
るので、電解質リザーバ１１はこの空間のガス流
を止める閉止板の働きもしている。その上リザー
ブ空間を設けることによる電池寸法の拡大もな
く、コンパクトとなり、製造コストの低減及び熱
放散低減による熱効率向上の効果もある。
第３図、第４図及び第５図に本発明の第２の実
施例を示す。この実施例では電解質リザーバ１１
と電池外部とを連通させる連通路１３，１４，１
５を設けて、この連通路に外部から圧力をかける
ことによつて電解質リザーバ１１から電解質を押
し出し、電解質板１に電解質を補給するようにし
たものである。この場合、第５図に示すように電
池の４方向の側面には反応ガスの給排用としてそ
れぞれ燃料入口マニホルド１６、酸化剤入口マニ
ホルド１７、燃料出口マニホルド１８、酸化剤出
口マニホルド１９が設けられている。それに加え
て電解質補給量をコントロールするための圧力用
のマニホルド２０が対向する二辺に設けられてお
り、それぞれ連通路１３，１４を介して連通路１
５に接続されている。
施例を示す。この実施例では電解質リザーバ１１
と電池外部とを連通させる連通路１３，１４，１
５を設けて、この連通路に外部から圧力をかける
ことによつて電解質リザーバ１１から電解質を押
し出し、電解質板１に電解質を補給するようにし
たものである。この場合、第５図に示すように電
池の４方向の側面には反応ガスの給排用としてそ
れぞれ燃料入口マニホルド１６、酸化剤入口マニ
ホルド１７、燃料出口マニホルド１８、酸化剤出
口マニホルド１９が設けられている。それに加え
て電解質補給量をコントロールするための圧力用
のマニホルド２０が対向する二辺に設けられてお
り、それぞれ連通路１３，１４を介して連通路１
５に接続されている。
上記第２の実施例によれば、前述したように連
通路１３，１４，１５を介して各電解質リザーバ
１１に外部から電解質補給のための圧力が伝達さ
れるとともに、リザーブ用の電解質がなくなつた
場合にマニホルド２０から連通路１３，１４，１
５を介して電解質リザーバ１１に電解質を補給す
ることができる。また電解質リザーバ１１を形成
する多穴質体の細孔径は電極２，３の細孔径より
小さくなつているので、加圧しない状態でリザー
バの電解質が電極１，２の方に吸い出されること
はない。
通路１３，１４，１５を介して各電解質リザーバ
１１に外部から電解質補給のための圧力が伝達さ
れるとともに、リザーブ用の電解質がなくなつた
場合にマニホルド２０から連通路１３，１４，１
５を介して電解質リザーバ１１に電解質を補給す
ることができる。また電解質リザーバ１１を形成
する多穴質体の細孔径は電極２，３の細孔径より
小さくなつているので、加圧しない状態でリザー
バの電解質が電極１，２の方に吸い出されること
はない。
第６図に本発明の第３の実施例を示す。この実
施例では電解質リザーバ１１をアノード２側にの
み設け、カソード３側には設けずに酸化剤ガスを
流して電池を冷却する冷却ガス流路２１を形成し
たものである。一般にガス組成と利用率の関係で
アノード側を流れる燃料ガスに比べて、カソード
側を流れる酸化剤ガスの方が流量が多くなつてい
る。また電池より低い温度の反応ガスを電池に供
給して電池を冷却しようとする冷却方式の場合、
一般に酸化剤ガスの方を利用するため、酸化剤ガ
スの流量はさらに増加してしまう。従つて酸化剤
流路のガス流速が燃料流路のガス流速より大きく
なり、電池内で燃料側と酸化剤側の圧力差が発生
して電解質板１を通して燃料と酸化剤が混合する
ガスクロスオーバの原因となる。このためカソー
ド３側のリザーバ空間を冷却ガス流路２１として
用い、そこに酸化剤ガスを流すことにより酸化剤
ガスの流路断面積が倍増し、圧力損失が低減され
て燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力差が少くなる。
この結果ガスクロスオーバの危険性が減少し電池
の信頼性が向上した。
施例では電解質リザーバ１１をアノード２側にの
み設け、カソード３側には設けずに酸化剤ガスを
流して電池を冷却する冷却ガス流路２１を形成し
たものである。一般にガス組成と利用率の関係で
アノード側を流れる燃料ガスに比べて、カソード
側を流れる酸化剤ガスの方が流量が多くなつてい
る。また電池より低い温度の反応ガスを電池に供
給して電池を冷却しようとする冷却方式の場合、
一般に酸化剤ガスの方を利用するため、酸化剤ガ
スの流量はさらに増加してしまう。従つて酸化剤
流路のガス流速が燃料流路のガス流速より大きく
なり、電池内で燃料側と酸化剤側の圧力差が発生
して電解質板１を通して燃料と酸化剤が混合する
ガスクロスオーバの原因となる。このためカソー
ド３側のリザーバ空間を冷却ガス流路２１として
用い、そこに酸化剤ガスを流すことにより酸化剤
ガスの流路断面積が倍増し、圧力損失が低減され
て燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力差が少くなる。
この結果ガスクロスオーバの危険性が減少し電池
の信頼性が向上した。
この実施例によると、前記第１及び第２の実施
例より電解質のリザーブ量は減少する欠点はある
が、燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を少くするこ
とができ、ガスクロスオーバを防止して電池を安
全に運転することができる。
例より電解質のリザーブ量は減少する欠点はある
が、燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を少くするこ
とができ、ガスクロスオーバを防止して電池を安
全に運転することができる。
上述したように本発明によれば、燃料電池のア
ノード及びカソードの少くとも一方の対向してい
ない波形集電板の面とセパレータとの間に形成さ
れた空間に、電解質を保持した導電性の多穴質体
を充填し、前記波形集電板の電極との接触面に複
数個の孔部を設けたので、新たにリザーブ空間を
設けることなく、電解質板の全ての部分に均質に
電解質を補給することができるとともに、電極と
セパレータとを電気的に接続する集電板の働きを
補うことができ、小形で寿命の長い高性能な燃料
電池を提供することができる。
ノード及びカソードの少くとも一方の対向してい
ない波形集電板の面とセパレータとの間に形成さ
れた空間に、電解質を保持した導電性の多穴質体
を充填し、前記波形集電板の電極との接触面に複
数個の孔部を設けたので、新たにリザーブ空間を
設けることなく、電解質板の全ての部分に均質に
電解質を補給することができるとともに、電極と
セパレータとを電気的に接続する集電板の働きを
補うことができ、小形で寿命の長い高性能な燃料
電池を提供することができる。
第１図は本発明に係る燃料電池の第１の実施例
を示す分解斜視図、第２図は第１図の縦断面図、
第３図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、
第４図は第３図の波形集電極と電解質リザーバを
示す斜視図、第５図は第３図の平面図、第６図は
本発明の第３の実施例を示す縦断面図、第７図は
従来の燃料電池を示す分解斜視図である。 １……電解質板、２……アノード、３……カソ
ード、４……セパレータ、５……燃料ガス、６…
…燃料流路、７……酸化剤ガス、８……酸化剤流
路、９，１０……波形集電板、１１……電解質リ
ザーバ（多孔質体）、１２……電解質補給孔（孔
部）、１３，１４，１５……連通路。
を示す分解斜視図、第２図は第１図の縦断面図、
第３図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、
第４図は第３図の波形集電極と電解質リザーバを
示す斜視図、第５図は第３図の平面図、第６図は
本発明の第３の実施例を示す縦断面図、第７図は
従来の燃料電池を示す分解斜視図である。 １……電解質板、２……アノード、３……カソ
ード、４……セパレータ、５……燃料ガス、６…
…燃料流路、７……酸化剤ガス、８……酸化剤流
路、９，１０……波形集電板、１１……電解質リ
ザーバ（多孔質体）、１２……電解質補給孔（孔
部）、１３，１４，１５……連通路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電解質板を挟持して相対向するアノード及び
カソードの２つの電極と、これらの電極に反応ガ
スを供給するためのガス流路がそれぞれ形成され
た波形集電板とからなる単位電池を、セパレータ
を介して積層してなる燃料電池において、 前記アノード及びカソード電極の少なくとも一
方と対向していない前記波形集電板の面と前記セ
パレータとの間に形成された空間に、電解質を保
持した導電性の多孔質体を充填するとともに、前
記波形集電板の前記電極との接触面に複数個の孔
部を設けたことを特徴とする燃料電池。 ２ 特許請求の範囲第１項において、電解質を保
持する多孔質体の細孔径は電極の細孔径より大き
く形成されたことを特徴とする燃料電池。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、前記多孔質体が充填された空間は連通路を介
して電池外部と連通されたことを特徴とする燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61201441A JPS6358768A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61201441A JPS6358768A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358768A JPS6358768A (ja) | 1988-03-14 |
| JPH0577152B2 true JPH0577152B2 (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=16441139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61201441A Granted JPS6358768A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6358768A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0652656B2 (ja) * | 1987-09-30 | 1994-07-06 | 株式会社日立製作所 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| JP2501169B2 (ja) * | 1993-03-18 | 1996-05-29 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池及び電解質補給容器及び電解質補給方法 |
| JP4019554B2 (ja) * | 1998-08-03 | 2007-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セパレータ用多連凹凸板の製造方法 |
| GB2515994A (en) * | 2013-04-08 | 2015-01-14 | Acal Energy Ltd | Fuel cells |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077671B2 (ja) * | 1986-01-17 | 1995-01-30 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池 |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP61201441A patent/JPS6358768A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6358768A (ja) | 1988-03-14 |
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