JPH0594832A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH0594832A JPH0594832A JP3252637A JP25263791A JPH0594832A JP H0594832 A JPH0594832 A JP H0594832A JP 3252637 A JP3252637 A JP 3252637A JP 25263791 A JP25263791 A JP 25263791A JP H0594832 A JPH0594832 A JP H0594832A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高分子電解質が乾くことなく信頼性に優れる固
体高分子電解質型燃料電池を得る。 【構成】セルと、反応ガス供給系と、反応ガス排出系
と、加湿器と、リサイクルループとを有し、セルは固体
高分子電解質膜にアノードとカソードを配したものであ
り、反応ガス供給系は加湿器を介してセルに反応ガスを
供給するものであり、反応ガス排出系はセルを通過した
反応ガスを排出するものであり、リサイクルループは排
出された反応ガス排出系の反応ガスを再度セルに帰還さ
せる回路であり、そのループ内に加湿器を備え、加湿器
は反応ガスに水蒸気を加えるものである。
体高分子電解質型燃料電池を得る。 【構成】セルと、反応ガス供給系と、反応ガス排出系
と、加湿器と、リサイクルループとを有し、セルは固体
高分子電解質膜にアノードとカソードを配したものであ
り、反応ガス供給系は加湿器を介してセルに反応ガスを
供給するものであり、反応ガス排出系はセルを通過した
反応ガスを排出するものであり、リサイクルループは排
出された反応ガス排出系の反応ガスを再度セルに帰還さ
せる回路であり、そのループ内に加湿器を備え、加湿器
は反応ガスに水蒸気を加えるものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体高分子電解質型燃
料電池に係り、特に固体高分子電解質の含水量を最適状
態に保持する固体高分子電解質型燃料電池に関する。
料電池に係り、特に固体高分子電解質の含水量を最適状
態に保持する固体高分子電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は固体高分
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。アノードまた
はカソードの各電極は固体高分子電解質膜と電極基材と
により挟まれる。固体高分子電解質膜はスルホン酸基を
持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、あるいはフロロカー
ボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化し
たものなどが知られているが最近ではパーフロロカーボ
ンスルホン酸膜を用いて燃料電池の長寿命化を図ったも
のが知られるに至った。
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。アノードまた
はカソードの各電極は固体高分子電解質膜と電極基材と
により挟まれる。固体高分子電解質膜はスルホン酸基を
持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、あるいはフロロカー
ボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化し
たものなどが知られているが最近ではパーフロロカーボ
ンスルホン酸膜を用いて燃料電池の長寿命化を図ったも
のが知られるに至った。
【０００３】固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
【０００４】アノードでは（１）式の反応が起きる。 Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソードでは（２）式の反応が起こる。 １／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝Ｈ2 Ｏ （２）
【０００５】つまりアノードにおいては系の外部より供
給された水素がプロトンと電子を生成する。生成したプ
ロトンはイオン交換膜中をカソードにむかって移動し電
子は外部回路を通ってカソードに移動する。一方カソー
ドにおいては系の外部より供給された酸素とイオン交換
膜中をアノードより移動してきたプロトンと外部回路よ
り移動してきた電子が反応し、水を生成する。
給された水素がプロトンと電子を生成する。生成したプ
ロトンはイオン交換膜中をカソードにむかって移動し電
子は外部回路を通ってカソードに移動する。一方カソー
ドにおいては系の外部より供給された酸素とイオン交換
膜中をアノードより移動してきたプロトンと外部回路よ
り移動してきた電子が反応し、水を生成する。
【０００６】このような固体高分子電解質型燃料電池に
おいてはプロトンがアノードよりカソードに向かってイ
オン交換膜中を移動する際に水和の状態で移動するため
アノード近傍では含水量が減少しイオン交換膜が乾いて
くる。そのためにアノード近傍では水を供給しないとプ
ロトンの移動が困難になる。また酸化剤として空気を用
いる場合は理論消費量の数倍の空気を送るためイオン交
換膜中の水分が空気に持ち出されそのために膜が乾いて
くる。また固体高分子電解質型燃料電池は一般的に１０
０℃付近の温度で運転されるために水分が蒸発してイオ
ン交換膜が乾くということもある。このために従来は適
量と計算される一定量の水蒸気を燃料ガスおよぴ／また
は酸化剤ガス中に補給して電池に送り込む方法を採用し
ている。水蒸気補給の一般的な方法としては所定温度に
維持されたバブラに反応ガスをバブリングする方法がと
られている。
おいてはプロトンがアノードよりカソードに向かってイ
オン交換膜中を移動する際に水和の状態で移動するため
アノード近傍では含水量が減少しイオン交換膜が乾いて
くる。そのためにアノード近傍では水を供給しないとプ
ロトンの移動が困難になる。また酸化剤として空気を用
いる場合は理論消費量の数倍の空気を送るためイオン交
換膜中の水分が空気に持ち出されそのために膜が乾いて
くる。また固体高分子電解質型燃料電池は一般的に１０
０℃付近の温度で運転されるために水分が蒸発してイオ
ン交換膜が乾くということもある。このために従来は適
量と計算される一定量の水蒸気を燃料ガスおよぴ／また
は酸化剤ガス中に補給して電池に送り込む方法を採用し
ている。水蒸気補給の一般的な方法としては所定温度に
維持されたバブラに反応ガスをバブリングする方法がと
られている。
【０００７】図２は従来の固体高分子電解質型燃料電池
を示す配置図である。固体高分子電解質膜２にアノード
１とカソード３が配置されセルが構成される。このセル
のアノード１には燃料ガスが供給される。セルのカソー
ド３には酸化剤ガスが供給される。燃料ガスと酸化剤ガ
スの両反応ガスはそれぞれの反応ガス供給系１１、１２
を通って供給される。反応ガス供給系にはそれぞれバブ
ラである加湿器５が設けられる。セルを通った両反応ガ
スはそれぞれの反応ガス排出系９、１０を介して排出さ
れる。
を示す配置図である。固体高分子電解質膜２にアノード
１とカソード３が配置されセルが構成される。このセル
のアノード１には燃料ガスが供給される。セルのカソー
ド３には酸化剤ガスが供給される。燃料ガスと酸化剤ガ
スの両反応ガスはそれぞれの反応ガス供給系１１、１２
を通って供給される。反応ガス供給系にはそれぞれバブ
ラである加湿器５が設けられる。セルを通った両反応ガ
スはそれぞれの反応ガス排出系９、１０を介して排出さ
れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来の方法にあっては反応ガスをバブラに一回通過させる
のみであり、水蒸気の反応ガスへの補給量が不足して長
時間の運転後には膜は乾燥状態となり電池性能が低下す
るという問題があった。乾燥状態になると膜の電気抵抗
が上昇してセルの特性が低下する。この発明は上述の点
に鑑みてなされその目的は反応ガス中に水蒸気を十分補
給するようにしてセル特性の低下がなく、信頼性に優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
来の方法にあっては反応ガスをバブラに一回通過させる
のみであり、水蒸気の反応ガスへの補給量が不足して長
時間の運転後には膜は乾燥状態となり電池性能が低下す
るという問題があった。乾燥状態になると膜の電気抵抗
が上昇してセルの特性が低下する。この発明は上述の点
に鑑みてなされその目的は反応ガス中に水蒸気を十分補
給するようにしてセル特性の低下がなく、信頼性に優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的はセルと、反
応ガス供給系と、反応ガス排出系と、加湿器と、リサイ
クルループとを有し、セルは固体高分子電解質膜にアノ
ードとカソードを配したものであり、反応ガス供給系は
加湿器を介してセルに反応ガスを供給するものであり、
反応ガス排出系はセルを通過した反応ガスを排出するも
のであり、リサイクルループは排出された反応ガス排出
系の反応ガスを再度セルに帰還させる回路であり、その
ループ内に加湿器を備え、加湿器は反応ガスに水蒸気を
加えるものであるとすることにより達成される。
応ガス供給系と、反応ガス排出系と、加湿器と、リサイ
クルループとを有し、セルは固体高分子電解質膜にアノ
ードとカソードを配したものであり、反応ガス供給系は
加湿器を介してセルに反応ガスを供給するものであり、
反応ガス排出系はセルを通過した反応ガスを排出するも
のであり、リサイクルループは排出された反応ガス排出
系の反応ガスを再度セルに帰還させる回路であり、その
ループ内に加湿器を備え、加湿器は反応ガスに水蒸気を
加えるものであるとすることにより達成される。
【００１０】
【作用】リサイクルループを帰還する反応ガスは既に水
蒸気を含んでおり再度加湿器を通過させることにより反
応ガス中の水蒸気含有量を増加させることができる。
蒸気を含んでおり再度加湿器を通過させることにより反
応ガス中の水蒸気含有量を増加させることができる。
【００１１】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１はこの発明の実施例に係る固体高分子電解質
型燃料電池を示す配置図である。従来の固体高分子電解
質型燃料電池を示す配置図とはリサイクルループ７、８
が設けられている点が異なる。各リサイクルループには
ポンプ４、６がそれぞれ設けられる。リサイクルする反
応ガスは加湿器５を通ってセルに導かれる。リサイクル
する反応ガスは加湿器を多数回通過するので水蒸気含有
量は大きくセルに対して必要量の水を補給することがで
きる。リサイクルする反応ガスの還流比はセルの出力特
性との関係で任意に設定することができる。
する。図１はこの発明の実施例に係る固体高分子電解質
型燃料電池を示す配置図である。従来の固体高分子電解
質型燃料電池を示す配置図とはリサイクルループ７、８
が設けられている点が異なる。各リサイクルループには
ポンプ４、６がそれぞれ設けられる。リサイクルする反
応ガスは加湿器５を通ってセルに導かれる。リサイクル
する反応ガスは加湿器を多数回通過するので水蒸気含有
量は大きくセルに対して必要量の水を補給することがで
きる。リサイクルする反応ガスの還流比はセルの出力特
性との関係で任意に設定することができる。
【００１２】上述の例では加湿器にバブラを使用してい
るが、バブラの他水蒸気発生装置や超音波加湿器、内部
加湿器等もリサイクルループとともに使用することがで
きる。 また図示しないがセルの乾燥状態を検知する導
電率形の信号によりポンプ６または４を駆動して反応ガ
スのリサイクル量を制御すれば、セル内高分子電解質の
水分量を最適状態に維持することもできる。
るが、バブラの他水蒸気発生装置や超音波加湿器、内部
加湿器等もリサイクルループとともに使用することがで
きる。 また図示しないがセルの乾燥状態を検知する導
電率形の信号によりポンプ６または４を駆動して反応ガ
スのリサイクル量を制御すれば、セル内高分子電解質の
水分量を最適状態に維持することもできる。
【００１３】
【発明の効果】セルと、反応ガス供給系と、反応ガス排
出系と、加湿器と、リサイクルループとを有し、セルは
固体高分子電解質膜にアノードとカソードを配したもの
であり、反応ガス供給系は加湿器を介してセルに反応ガ
スを供給するものであり、反応ガス排出系はセルを通過
した反応ガスを排出するものであり、リサイクルループ
は排出された反応ガス排出系の反応ガスを再度セルに帰
還させる回路であり、そのループ内に加湿器を備え、加
湿器は反応ガスに水蒸気を加えるものであるので固体高
分子電解質は常時湿潤状態に維持され安定した電池の運
転が可能となる。また本発明の電池では従来の電池に比
較してセルを通過する反応ガスの総量をより多くするこ
とができるので反応ガスの等配性を良くすることがで
き、さらにセル内部での温度分布をより小さくすること
ができる。
出系と、加湿器と、リサイクルループとを有し、セルは
固体高分子電解質膜にアノードとカソードを配したもの
であり、反応ガス供給系は加湿器を介してセルに反応ガ
スを供給するものであり、反応ガス排出系はセルを通過
した反応ガスを排出するものであり、リサイクルループ
は排出された反応ガス排出系の反応ガスを再度セルに帰
還させる回路であり、そのループ内に加湿器を備え、加
湿器は反応ガスに水蒸気を加えるものであるので固体高
分子電解質は常時湿潤状態に維持され安定した電池の運
転が可能となる。また本発明の電池では従来の電池に比
較してセルを通過する反応ガスの総量をより多くするこ
とができるので反応ガスの等配性を良くすることがで
き、さらにセル内部での温度分布をより小さくすること
ができる。
【図１】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池を示す配置図
料電池を示す配置図
【図２】従来の固体高分子電解質型燃料電池を示す配置
図
図
１ アノード ２ 固体高分子電解質 ３ カソード ４ ポンプ ５ 加湿器 ６ ポンプ ７ リサイクルループ ８ リサイクルループ ９ 反応ガス排出系 １０ 反応ガス排出系 １１ 反応ガス供給系 １２ 反応ガス供給系
Claims (3)
- 【請求項１】セルと、反応ガス供給系と、反応ガス排出
系と、加湿器と、リサイクルループとを有し、 セルは固体高分子電解質膜にアノードとカソードを配し
たものであり、 反応ガス供給系は加湿器を介してセルに反応ガスを供給
するものであり、 反応ガス排出系はセルを通過した反応ガスを排出するも
のであり、 リサイクルループは排出された反応ガス排出系の反応ガ
スを再度セルに帰還させる回路であり、そのループ内に
加湿器を備え、 加湿器は反応ガスに水蒸気を加えるものであることを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、加湿器
はバブラであることを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、反応ガ
ス供給系の加湿器とリサイクルループ内の加湿器は同一
のものであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3252637A JPH0594832A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3252637A JPH0594832A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594832A true JPH0594832A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17240123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3252637A Pending JPH0594832A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0594832A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06231788A (ja) * | 1993-02-03 | 1994-08-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JPH0714597A (ja) * | 1993-06-07 | 1995-01-17 | Daimler Benz Ag | 燃料電池装置の運転用プロセスガスに加湿する方法及び装置 |
| US6124052A (en) * | 1997-07-11 | 2000-09-26 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Solid polymer electrolyte fuel cell system |
| EP1095414A4 (en) * | 1998-05-19 | 2001-09-19 | Int Fuel Cells Llc | DEVICE AND METHOD FOR MANAGING WATER IN THE OPERATION OF A FUEL CELL |
| JP2002184439A (ja) * | 2000-10-05 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR20030010236A (ko) * | 2001-07-26 | 2003-02-05 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지의 스택 구조 |
| WO2004062016A1 (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Sony Corporation | 水素ガス湿度制御装置、燃料電池、水素ガス湿度制御方法および燃料電池の湿度制御方法 |
| KR100486561B1 (ko) * | 2002-06-21 | 2005-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 수소가스가 재활용되는 혼합 연료전지 |
| JP2005259547A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Kemitsukusu:Kk | 燃料電池およびその駆動システム |
| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
-
1991
- 1991-10-01 JP JP3252637A patent/JPH0594832A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0714597A (ja) * | 1993-06-07 | 1995-01-17 | Daimler Benz Ag | 燃料電池装置の運転用プロセスガスに加湿する方法及び装置 |
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| JP2002518791A (ja) * | 1998-05-19 | 2002-06-25 | インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション | 燃料電池の作動における水の制御装置および制御方法 |
| JP2002184439A (ja) * | 2000-10-05 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR20030010236A (ko) * | 2001-07-26 | 2003-02-05 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지의 스택 구조 |
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| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
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