JPH06267554A - 固体高分子電解質燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質燃料電池

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JPH06267554A
JPH06267554A JP5053678A JP5367893A JPH06267554A JP H06267554 A JPH06267554 A JP H06267554A JP 5053678 A JP5053678 A JP 5053678A JP 5367893 A JP5367893 A JP 5367893A JP H06267554 A JPH06267554 A JP H06267554A
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JP
Japan
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electrolyte
electrode
water
fuel cell
cathode
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Withdrawn
Application number
JP5053678A
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English (en)
Inventor
Katsuo Hashizaki
克雄 橋崎
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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】 【目的】この発明は、水酸イオン及び水素イオンより生
成される水及び水素イオン又は水酸イオンと共に電解質
中を移動してくる水を蒸気又は液体のまま排出し、電池
の起電力低下を回避することを主要な目的とする。 【構成】電解質の両面側にアノード極、カソード極を夫
々配置した電極接合体(20)と、前記電極接合体のアノー
ド極側に設けられ、前記アノード極に燃料を供給する燃
料通路(26a) を有した第1ガスセパレータ(26)と、前記
電極接合体のカソード極に酸化剤を供給する酸化剤通路
(27a) を有した第2ガスセパレータ(27)とを具備する固
体高分子電解質燃料電池において、前記電解質は互いに
向い合う水素イオン導電性を有する第1電解質材(28)と
水酸イオン導電性を有する第2電解質材(29)からなり、
第1・第2電解質材の界面に発電に伴なって生成される
水,水素イオン又は水酸イオンと共に前記電解質材を移
動してくる水を排出する細孔(30)を設けたことを特徴と
する固体高分子電解質燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質燃
料電池の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】固体高分子電解質燃料電池は、図2に示
す如く、電解質1に水素イオン導電性の高分子イオン交
換膜(例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂イオン交
換膜)を用い、両側に触媒電極(例えば白金)2,3及
び多孔質カーボン電極4,5を備えた電極接合体6構造
をしている。燃料中の供給水素は、カーボン電極(アノ
ード極)4中を拡散して触媒電極(アノード極)2上で
水素イオン化され、水素イオンは電解質1中を水の介在
のもとH+ ・xH2 Oとして、カソード極へ向って移動
する。
【0003】触媒電極(カソード極)3上でカーボン電
極(カソード極)5中を拡散してきた酸化剤中の供給酸
素及び外部回路7を流通してきた電子と反応して水が生
成される。その生成水は、水素イオンと共に電解質1を
移動してきた水と共に蒸気となってカーボン電極(カソ
ード極)5中を拡散して残存酸化剤とともに燃料電池外
へ排水される。なお、この時、外部回路7を流通してき
た電子の流れが直流の電気エネルギーとして利用でき
る。以下に、上記固体高分子電解質燃料電池における反
応式を示す。 アノード側:H2 →2H+ +2e- カソード側:(1/2)O2 +2H+ +2e- →H2 O 全反応:H2 +(1/2)O2 →H2
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体高分子電解質燃料電池によれば、発電に伴って発生
する生成水,及び水素イオンと共にアノード極よりカソ
ード極へ移動する移動水が、水蒸気分圧の上昇により残
存酸化剤中に効率よく蒸気となって排出されにくい。そ
のため、多孔質カーボン電極中のガス拡散が悪くなり、
電池の起電力低下を招いていた。
【0005】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電解質を互いに向い合う水素イオン導電性を有する
第1電解質材と水酸イオン導電性を有する第2電解質材
から構成し、第1・第2両電解質材の界面に発電に伴な
って生成される水,水素イオン又は水酸イオンと共に前
記電解質材を移動してくる水を排出する細孔を設けるこ
とにより、水酸イオン及び水素イオンより生成される水
及び水素イオン又は水酸イオンと共に電解質中を移動し
てくる水を蒸気又は液体のまま排出し、電池の起電力低
下を回避しえる固体高分子電解質燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、電解質の両
面側にアノード極、カソード極を夫々配置した電極接合
体と、前記電極接合体のアノード極側に設けられ、前記
アノード極に燃料を供給する燃料通路を有した第1ガス
セパレータと、前記電極接合体のカソード極側に設けら
れ、前記カソード極に酸化剤を供給する酸化剤通路を有
した第2ガスセパレータとを具備する固体高分子電解質
燃料電池において、
【0007】前記電解質は互いに向い合う水素イオン導
電性を有する第1電解質材と水酸イオン導電性を有する
第2電解質材からなり、両電解質材の界面に発電に伴な
って生成される水,水素イオン又は水酸イオンと共に前
記電解質材を移動してくる水を排出する細孔を設けたこ
とを特徴とする固体高分子電解質燃料電池である。
【0008】
【作用】この発明においては、電解質に水酸イオン導電
性を持つ部分及び水素イオン導電性を持つ部分とを持た
せることで、その界面に生成される水及び水素イオン又
は水酸イオンと共に移動してくる水は、残存酸化剤中の
水蒸気分圧に関係なく排水できるようになるため、電池
外への水の排出効率がよい。また、カソード極側にその
生成水や移動水が集まらないので、多孔質カーボン電極
中での酸化剤のガス拡散性が向上する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1(A),
(B)を参照して説明する。ここで、図1(A)はこの
実施例に係る固体高分子電解質燃料電池の平面図、図1
(B)は同燃料電池の側面図を示す。
【0010】図中の符号20は、電解質21の両面側に白金
からなる第1触媒電極(アノード極)22,白金からなる
第2触媒電極(カソード極)23を配置し、更にそれらの
外側に多孔質からなる第1カーボン電極(アノード極)
24,多孔質からなる第2カーボン電極(カソード極)25
を備えた電極接合体である。この電極接合体20のアノー
ド側には燃料を通過させる燃料通路26aを有した第1ガ
スセパレータ26が配置され、カソード側には酸化剤を通
過させる燃料通路27aを有した第2ガスセパレータ27が
配置されている。
【0011】前記電解質21は、互いに向き合う水素イオ
ン導電性を有する第1電解質28と水酸イオン導電性を有
する第2電解質材29から構成されている。前記第1・第
2電解質材28,29の界面には、発電に伴なって生成され
る水,水素イオン又は水酸イオンと共に前記電解質材2
8,29を移動してくる水を排出する細孔(又はウィッ
ク)30が設けられている。こうした構成の固体高分子電
解質燃料電池において、アノード極,カソード極では次
の反応が起こる。 アノード極:H2 →2H+ +2e- カソード極:O2 +2H2 O+4e- →4OH-
【0012】上記実施例に係る固体高分子電解質燃料電
池は、互いに向い合う水素イオン導電性を有する第1電
解質材28と水酸イオン導電性を有する第2電解質材29か
ら電解質21が構成され、かる第1・第2両電解質材28,
29の界面に発電に伴なって生成される水,水素イオン又
は水酸イオンと共に前記電解質材28,29を移動してくる
水を排出する細孔30を設けた構成になっている。従っ
て、発電に伴なって生成される水,水素イオン又は水酸
イオンと共に前記電解質材28,29を移動してくる水を、
第1カーボン電極24,第2カーボン電極25を通さず細孔
30により燃料電池外へ排出でき、酸化剤中の水蒸気分圧
の影響を受けずこれら水を排出できるとともに、前記カ
ーボン電極24,25中の酸化剤のガス拡散性を向上でき
る。
【0013】
【発明の効果】以上詳述した如くこの発明によれば、電
解質を互いに向い合う水素イオン導電性を有する第1電
解質材と水酸イオン導電性を有する第2電解質材から構
成し、第1・第2両電解質材の界面に発電に伴なって生
成される水,水素イオン又は水酸イオンと共に前記電解
質材を移動してくる水を排出する細孔を設けることによ
り、水酸イオン及び水素イオンより生成される水及び水
素イオン又は水酸イオンと共に電解質材中を移動してく
る水を蒸気又は液体のまま排出し、電池の起電力低下を
回避しえる固体高分子電解質燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る固体高分子電解質燃
料電池の説明図であり、図1(A)は同電池の平面図、
図1(B)は同電池の側面図。
【図2】固体高分子電解質燃料電池の機能を説明するた
めの図。
【符号の説明】
20…電極接合体、 21…電解質、 22…
第1触媒電極、23…第2触媒電極、 24…第1カー
ボン電極、25…第2カーボン電極、26…第1ガスセパレ
ータ、26a…燃料通路、 27…第2ガスセパレー
タ、27a…酸化剤通路、 28…第1電解質材、
29…第2電解質材、30…細孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質の両面側にアノード極、カソード
    極を夫々配置した電極接合体と、前記電極接合体のアノ
    ード極側に設けられ、前記アノード極に燃料を供給する
    燃料通路を有した第1ガスセパレータと、前記電極接合
    体のカソード極側に設けられ、前記カソード極に酸化剤
    を供給する酸化剤通路を有した第2ガスセパレータとを
    具備する固体高分子電解質燃料電池において、 前記電解質は互いに向い合う水素イオン導電性を有する
    第1電解質材と水酸イオン導電性を有する第2電解質材
    からなり、両電解質材の界面に発電に伴なって生成され
    る水,水素イオン又は水酸イオンと共に前記電解質材を
    移動してくる水を排出する細孔を設けたことを特徴とす
    る固体高分子電解質燃料電池。
JP5053678A 1993-03-15 1993-03-15 固体高分子電解質燃料電池 Withdrawn JPH06267554A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767663B2 (en) * 1999-08-12 2004-07-27 Inventqjaya Sdn. Bhd. Oxygen separation through hydroxide-conductive membrane

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767663B2 (en) * 1999-08-12 2004-07-27 Inventqjaya Sdn. Bhd. Oxygen separation through hydroxide-conductive membrane

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