JPH0636789A - 積層燃料電池 - Google Patents
積層燃料電池Info
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- JPH0636789A JPH0636789A JP4189778A JP18977892A JPH0636789A JP H0636789 A JPH0636789 A JP H0636789A JP 4189778 A JP4189778 A JP 4189778A JP 18977892 A JP18977892 A JP 18977892A JP H0636789 A JPH0636789 A JP H0636789A
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- electrode
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ブロック内単位セル間に温度差を有する積層燃
料電池の寿命特性を、高温部単位セルのセル電圧の経時
変化特性を改善することにより向上する。 【構成】単位セル２の積層体からなる積層燃料電池２０
が、複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック間に
積層された冷却板３を備えたものにおいて、各単位セル
の燃料電極，空気電極の少なくともいずれか一方の電極
触媒層にあらかじめ含浸される電解質の含浸率を、ブロ
ック内の冷却板に接する位置に積層された低温部単位セ
ル２３での値，例えば５０〜６０％に対して、ブロック
内の中央部に積層された高温部単位セル側で低く，例え
ば３０〜４０％としてなるものとする。
料電池の寿命特性を、高温部単位セルのセル電圧の経時
変化特性を改善することにより向上する。 【構成】単位セル２の積層体からなる積層燃料電池２０
が、複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック間に
積層された冷却板３を備えたものにおいて、各単位セル
の燃料電極，空気電極の少なくともいずれか一方の電極
触媒層にあらかじめ含浸される電解質の含浸率を、ブロ
ック内の冷却板に接する位置に積層された低温部単位セ
ル２３での値，例えば５０〜６０％に対して、ブロック
内の中央部に積層された高温部単位セル側で低く，例え
ば３０〜４０％としてなるものとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複数の単位セルを１
ブロックとして、各ブロック間に冷却板が積層された積
層燃料電池、ことに単位セル相互の温度差により生ずる
セル電圧の差およびセル電圧の経時変化の差を縮小した
積層燃料電池に関する。
ブロックとして、各ブロック間に冷却板が積層された積
層燃料電池、ことに単位セル相互の温度差により生ずる
セル電圧の差およびセル電圧の経時変化の差を縮小した
積層燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の積層燃料電池の構成および
その温度分布を示す説明図、図６は単位セルを展開して
示す斜視図である。図において、積層燃料電池１は単位
セル２の積層体からなり、図の場合５層の単位セル２を
ブロック５として各ブロック間に冷却板３が積層され、
冷却板３に埋め込まれた冷却パイプ４に所定の温度の冷
却媒体を循環することにより、発電反応の生成熱による
積層燃料電池の温度上昇を抑制し、所定の運転温度（例
えばりん酸形燃料電池では１９０°Ｃ程度）を保持して
発電運転を行えるよう構成される。しかしながら、発熱
反応である電気化学反応によって各単位セルに生じた発
電生成熱は、冷却板３との相対位置が単位セル相互で異
なるために、冷却板３により直接冷却される低温部単位
セル２Ｂ，２Ｃの温度Ｔl と、ブロック５の中央近傍に
積層され他の単位セルを介して間接冷却される高温部単
位セル２Ａの温度Ｔh とでは、図中に温度分布曲線１０
で示すようにＴh の方が高く、両者間に１５〜２０°Ｃ
の温度差が発生する。
その温度分布を示す説明図、図６は単位セルを展開して
示す斜視図である。図において、積層燃料電池１は単位
セル２の積層体からなり、図の場合５層の単位セル２を
ブロック５として各ブロック間に冷却板３が積層され、
冷却板３に埋め込まれた冷却パイプ４に所定の温度の冷
却媒体を循環することにより、発電反応の生成熱による
積層燃料電池の温度上昇を抑制し、所定の運転温度（例
えばりん酸形燃料電池では１９０°Ｃ程度）を保持して
発電運転を行えるよう構成される。しかしながら、発熱
反応である電気化学反応によって各単位セルに生じた発
電生成熱は、冷却板３との相対位置が単位セル相互で異
なるために、冷却板３により直接冷却される低温部単位
セル２Ｂ，２Ｃの温度Ｔl と、ブロック５の中央近傍に
積層され他の単位セルを介して間接冷却される高温部単
位セル２Ａの温度Ｔh とでは、図中に温度分布曲線１０
で示すようにＴh の方が高く、両者間に１５〜２０°Ｃ
の温度差が発生する。
【０００３】また、単位セル２は図６にリブ付電極を用
いたりん酸型単位セルを例にその構成を示すように、電
解質９としてのりん酸を保持したマトリックス１４を挟
んでその両側に燃料電極１１および空気電極１５を配し
た構造となっており、燃料電極１１はガス透過性の電極
基材１１Ａのマトリックス側の面に電極触媒層１１Ｂを
設けたものからなり、空気電極１５も同様に電極基材１
５Ａと電極触媒層１５Ｂとで構成される。電極基材１１
Ａ，１５Ａはそれぞれ燃料ガスの供給溝１２および空気
の供給溝１３を備え、電極基材１１Ａ，１５Ａいずれか
一方または両方の溝側には、電解質補給装置としてのリ
ザ−バ−プレ−ト１６が配され、運転中に減少するマト
リックス１４中のりん酸の不足分を、リザ−バ−プレ−
ト１６が保持する電解質９としてのりん酸を電極基材に
形成した親水性の供給通路１５Ｃを介して補給するよう
構成される。このように構成された単位セル２は隣接す
る単位セル相互間にガス不透過性のセパレ−ト板１９を
配して積層することによりガス区分され、反応ガスの供
給溝１２および１３を介して燃料電極には水素リッチな
燃料ガスを，空気電極には酸化剤としての空気を供給す
ることにより、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学
反応に基づく発電が行われる。
いたりん酸型単位セルを例にその構成を示すように、電
解質９としてのりん酸を保持したマトリックス１４を挟
んでその両側に燃料電極１１および空気電極１５を配し
た構造となっており、燃料電極１１はガス透過性の電極
基材１１Ａのマトリックス側の面に電極触媒層１１Ｂを
設けたものからなり、空気電極１５も同様に電極基材１
５Ａと電極触媒層１５Ｂとで構成される。電極基材１１
Ａ，１５Ａはそれぞれ燃料ガスの供給溝１２および空気
の供給溝１３を備え、電極基材１１Ａ，１５Ａいずれか
一方または両方の溝側には、電解質補給装置としてのリ
ザ−バ−プレ−ト１６が配され、運転中に減少するマト
リックス１４中のりん酸の不足分を、リザ−バ−プレ−
ト１６が保持する電解質９としてのりん酸を電極基材に
形成した親水性の供給通路１５Ｃを介して補給するよう
構成される。このように構成された単位セル２は隣接す
る単位セル相互間にガス不透過性のセパレ−ト板１９を
配して積層することによりガス区分され、反応ガスの供
給溝１２および１３を介して燃料電極には水素リッチな
燃料ガスを，空気電極には酸化剤としての空気を供給す
ることにより、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学
反応に基づく発電が行われる。
【０００４】上述の単位セル２において、そのセル（端
子）電圧は水素電極電位と酸素（空気）電極電位の差に
比例するので、電極反応を行う電極触媒層は、空気電極
側では高い電位を，燃料電極側では低い電位を示すよう
工夫されており、例えばアセチレンブラックを触媒担体
とし、その表面に電極触媒としての白金（Ｐｔ）微粒子
を担持した白金触媒が用いられ、これに結合剤としての
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合した素
材を用い、電極基材の表面に膜状の電極触媒層を形成し
た電極が使用される。
子）電圧は水素電極電位と酸素（空気）電極電位の差に
比例するので、電極反応を行う電極触媒層は、空気電極
側では高い電位を，燃料電極側では低い電位を示すよう
工夫されており、例えばアセチレンブラックを触媒担体
とし、その表面に電極触媒としての白金（Ｐｔ）微粒子
を担持した白金触媒が用いられ、これに結合剤としての
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合した素
材を用い、電極基材の表面に膜状の電極触媒層を形成し
た電極が使用される。
【０００５】図７は積層燃料電池の製造手順を示す流れ
図であり、燃料電極１１および空気電極１５はいずれも
その製造工程中に、はっ水処理した電極基板と電極触媒
層とを重ねて圧着した状態で、電解質としてのりん酸液
をあらかじめ含浸しておく工程が組み込まれており、こ
れにより電極触媒層に白金触媒，電解質，および反応ガ
スの三相界面があらかじめ形成され、積層燃料電池１が
組立終了後直ちに発電できる待機状態となるよう構成さ
れる。
図であり、燃料電極１１および空気電極１５はいずれも
その製造工程中に、はっ水処理した電極基板と電極触媒
層とを重ねて圧着した状態で、電解質としてのりん酸液
をあらかじめ含浸しておく工程が組み込まれており、こ
れにより電極触媒層に白金触媒，電解質，および反応ガ
スの三相界面があらかじめ形成され、積層燃料電池１が
組立終了後直ちに発電できる待機状態となるよう構成さ
れる。
【０００６】図８は電解質含浸率と初期セル電圧との関
係を示す特性線図であり、初期セル電圧が、電極触媒層
への電解質含浸率約６０％において最大値を示す山型特
性を示すことから、電解質含浸工程における含浸率を各
単位セルに対して一律に約６０％とすることが知られて
いる。
係を示す特性線図であり、初期セル電圧が、電極触媒層
への電解質含浸率約６０％において最大値を示す山型特
性を示すことから、電解質含浸工程における含浸率を各
単位セルに対して一律に約６０％とすることが知られて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図９は従来の積層燃料
電池における運転時間とセル電圧の関係を示す特性線図
であり、電極触媒層への電解質含浸率を一率６０％に保
持した場合を例に示してある。高温部単位セル２Ａの初
期セル電圧は低温部単位セル２Ｂ，２Ｃのそれよりも高
いが、温度依存性を有するシンタリング現象により運転
時間の経過とともに白金触媒粒子が徐々に粗大化するに
伴ってセル電圧が低下し、５０００時間を経過した時点
ではそのセル電圧Ｖh が低温部単位セルのセル電圧Ｖl
以下に低下する。燃料電池の目標寿命は、通常セル電圧
が定挌電圧の９０％に低下する迄の時間で表され、現在
４００００時間が目標とされている。図９のような寿命
特性を持つ従来の積層燃料電池では、低温部単位セルが
目標寿命に対して充分な余裕を有するのに対し、高温部
単位セルのセル電圧の低下が著しく、積層燃料電池の寿
命が高温部単位セルの寿命に支配され、目標寿命を維持
できないという問題が発生する。
電池における運転時間とセル電圧の関係を示す特性線図
であり、電極触媒層への電解質含浸率を一率６０％に保
持した場合を例に示してある。高温部単位セル２Ａの初
期セル電圧は低温部単位セル２Ｂ，２Ｃのそれよりも高
いが、温度依存性を有するシンタリング現象により運転
時間の経過とともに白金触媒粒子が徐々に粗大化するに
伴ってセル電圧が低下し、５０００時間を経過した時点
ではそのセル電圧Ｖh が低温部単位セルのセル電圧Ｖl
以下に低下する。燃料電池の目標寿命は、通常セル電圧
が定挌電圧の９０％に低下する迄の時間で表され、現在
４００００時間が目標とされている。図９のような寿命
特性を持つ従来の積層燃料電池では、低温部単位セルが
目標寿命に対して充分な余裕を有するのに対し、高温部
単位セルのセル電圧の低下が著しく、積層燃料電池の寿
命が高温部単位セルの寿命に支配され、目標寿命を維持
できないという問題が発生する。
【０００８】この発明の目的は、ブロック内単位セル間
に温度差を有する積層燃料電池の寿命特性を、高温部単
位セルのセル電圧の経時変化特性（寿命特性）を改善す
ることにより向上することにある。
に温度差を有する積層燃料電池の寿命特性を、高温部単
位セルのセル電圧の経時変化特性（寿命特性）を改善す
ることにより向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、ガス透過性の電極基材の一方の
面に電極触媒層を有する燃料電極，空気電極，および両
電極の電極触媒層間に挟持された電解質層を含む単位セ
ル複数層と、各単位セル相互間をガス区分するセパレ−
ト板と、複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック
間に積層された冷却板との積層体からなり、前記電解質
層中の電解質の不足分を前記電極基材を介して供給する
電解質補給装置を備えたものにおいて、前記燃料電極，
空気電極の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層
にあらかじめ含浸される電解質の含浸率を、前記ブロッ
ク内の冷却板に接する位置に積層された低温部単位セル
での値に比べ、前記ブロックの中央部に積層された高温
部単位セル側で低くしてなるものとする。
に、この発明によれば、ガス透過性の電極基材の一方の
面に電極触媒層を有する燃料電極，空気電極，および両
電極の電極触媒層間に挟持された電解質層を含む単位セ
ル複数層と、各単位セル相互間をガス区分するセパレ−
ト板と、複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック
間に積層された冷却板との積層体からなり、前記電解質
層中の電解質の不足分を前記電極基材を介して供給する
電解質補給装置を備えたものにおいて、前記燃料電極，
空気電極の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層
にあらかじめ含浸される電解質の含浸率を、前記ブロッ
ク内の冷却板に接する位置に積層された低温部単位セル
での値に比べ、前記ブロックの中央部に積層された高温
部単位セル側で低くしてなるものとする。
【００１０】また、高温部単位セルの電極触媒層にあら
かじめ含浸される電解質の含浸率が電極触媒層空孔に対
して３０ないし４０％であるものとする。さらに、電極
触媒層の電解質含浸率が、所定温度で電解質を転写含浸
する際の転写時間により含浸率３０ないし４０％に調整
されてなるものとする。
かじめ含浸される電解質の含浸率が電極触媒層空孔に対
して３０ないし４０％であるものとする。さらに、電極
触媒層の電解質含浸率が、所定温度で電解質を転写含浸
する際の転写時間により含浸率３０ないし４０％に調整
されてなるものとする。
【００１１】
【作用】この発明の構成において、燃料電極，空気電極
の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層にあらか
じめ含浸される電解質の含浸率を、ブロック内の冷却板
に接する位置に積層された低温部単位セルでの５０〜６
０％に比べ、ブロックの中央部に積層された高温部単位
セル側で低い、例えば３０〜４０％とするよう構成した
ことにより、含浸率に依存して低下する高温部単位セル
の初期セル電圧はその温度が高いことにより補償され、
低温部単位セルより幾分低い値を保持する。また、高温
部単位セルの電極触媒層の電解質含浸率は、電解質が時
間の経過に伴ってマトリックス側から移行することによ
り徐々に上昇し、これに伴ってセル電圧が上昇して低温
部単位セルのそれを越えるレベルに到達する。その後は
シンタリング現象に基づく白金触媒粒子の粗大化により
セル電圧が徐々に低下するが、シンタリング現象が電解
質に接触している白金触媒粒子に限定されるため、含浸
率を低くした分白金触媒粒子の粗大化が抑制されること
になり、高温部単位セルのセル電圧が低温部単位セルの
それにまで低下する時間を目標寿命４００００時間以上
に延長することが可能となり、従来高温部単位セルの寿
命に支配されていた積層燃料電池の寿命時間を、低温部
単位セルの寿命時間にまで延長する機能が得られる。
の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層にあらか
じめ含浸される電解質の含浸率を、ブロック内の冷却板
に接する位置に積層された低温部単位セルでの５０〜６
０％に比べ、ブロックの中央部に積層された高温部単位
セル側で低い、例えば３０〜４０％とするよう構成した
ことにより、含浸率に依存して低下する高温部単位セル
の初期セル電圧はその温度が高いことにより補償され、
低温部単位セルより幾分低い値を保持する。また、高温
部単位セルの電極触媒層の電解質含浸率は、電解質が時
間の経過に伴ってマトリックス側から移行することによ
り徐々に上昇し、これに伴ってセル電圧が上昇して低温
部単位セルのそれを越えるレベルに到達する。その後は
シンタリング現象に基づく白金触媒粒子の粗大化により
セル電圧が徐々に低下するが、シンタリング現象が電解
質に接触している白金触媒粒子に限定されるため、含浸
率を低くした分白金触媒粒子の粗大化が抑制されること
になり、高温部単位セルのセル電圧が低温部単位セルの
それにまで低下する時間を目標寿命４００００時間以上
に延長することが可能となり、従来高温部単位セルの寿
命に支配されていた積層燃料電池の寿命時間を、低温部
単位セルの寿命時間にまで延長する機能が得られる。
【００１２】なお、電解質の含浸率の調整を、所定温度
で電解質を転写含浸する際の転写時間により行うことに
より、低温部単位セルの５０〜６０％に対して、高温部
単位セルにおける含浸率を３０ないし４０％に，またそ
の中間温度に位置する単位セルでの含浸率を上記数値の
中間値に，それぞれ短い転写時間で容易に低減する機能
が得られる。
で電解質を転写含浸する際の転写時間により行うことに
より、低温部単位セルの５０〜６０％に対して、高温部
単位セルにおける含浸率を３０ないし４０％に，またそ
の中間温度に位置する単位セルでの含浸率を上記数値の
中間値に，それぞれ短い転写時間で容易に低減する機能
が得られる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池の構成
を模式化して示す側面図、図２は実施例における電解質
の転写含浸方法を示す斜視図であり、以下従来技術と同
じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複し
た説明を省略する。図において、積層燃料電池２０およ
び単位セル２の構成はは図５および図６について既に説
明したと同様であり、５層の単位セル２を１ブロックと
し、その層間に冷却板３を配した積層体として構成され
るが、冷却板３により直接冷却される低温部単位セル２
３の電極触媒層には、その空孔容積に対して電解質含浸
率が５０〜６０％となるよう液状の電解質（例えばりん
酸）があらかじめ含浸される。また、ブロック５の中間
に積層されて他の単位セルを介して間接冷却される高温
部単位セル２２の電極触媒層には電解質含浸率が３０〜
４０％となるよう電解質が含浸される。さらに、両者の
中間に位置する中温単位セル２４については電解質含浸
率が両者のほぼ中間の値４０〜５０％となるよう電解質
が含浸される。
る。図１はこの発明の実施例になる積層燃料電池の構成
を模式化して示す側面図、図２は実施例における電解質
の転写含浸方法を示す斜視図であり、以下従来技術と同
じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複し
た説明を省略する。図において、積層燃料電池２０およ
び単位セル２の構成はは図５および図６について既に説
明したと同様であり、５層の単位セル２を１ブロックと
し、その層間に冷却板３を配した積層体として構成され
るが、冷却板３により直接冷却される低温部単位セル２
３の電極触媒層には、その空孔容積に対して電解質含浸
率が５０〜６０％となるよう液状の電解質（例えばりん
酸）があらかじめ含浸される。また、ブロック５の中間
に積層されて他の単位セルを介して間接冷却される高温
部単位セル２２の電極触媒層には電解質含浸率が３０〜
４０％となるよう電解質が含浸される。さらに、両者の
中間に位置する中温単位セル２４については電解質含浸
率が両者のほぼ中間の値４０〜５０％となるよう電解質
が含浸される。
【００１４】上述の実施例において、電解質含浸率の調
整方法は図２に示すように、耐りん酸性を有する平板２
９上に、あらかじめはっ水処理した多孔質電極基材２１
Ａとこれに支持された電極触媒層２１Ｂとからなる電極
材２１を電極基材を平板側にして載置し、更に電極触媒
層の上に電解質９をあらかじめ含浸したカ−ボンマット
２８を重ね、この状態で全体を所定温度に加熱する。温
度が上昇するとともに電解質９の粘度が低下して流動性
を増し、電極触媒層２１Ｂに液状の電解質が転写含浸さ
れる。この時、電極触媒層の空孔への電解質含浸率は加
熱転写温度および加熱転写時間に依存するので、加熱転
写温度を一定に保てば電解質含浸率の調整を転写時間に
より管理することができる。
整方法は図２に示すように、耐りん酸性を有する平板２
９上に、あらかじめはっ水処理した多孔質電極基材２１
Ａとこれに支持された電極触媒層２１Ｂとからなる電極
材２１を電極基材を平板側にして載置し、更に電極触媒
層の上に電解質９をあらかじめ含浸したカ−ボンマット
２８を重ね、この状態で全体を所定温度に加熱する。温
度が上昇するとともに電解質９の粘度が低下して流動性
を増し、電極触媒層２１Ｂに液状の電解質が転写含浸さ
れる。この時、電極触媒層の空孔への電解質含浸率は加
熱転写温度および加熱転写時間に依存するので、加熱転
写温度を一定に保てば電解質含浸率の調整を転写時間に
より管理することができる。
【００１５】図３は実施例になる電解質転写含浸方法に
おける加熱転写時間対電解質含浸率特性線図であり、転
写含浸時間を１５時間とすることにより電解質含浸率５
０％の低温部単位セル２４が得られ、転写含浸時間を８
時間に短縮することにより電解質含浸率３５％の高温部
単位セルが得られた。図４は実施例になる積層燃料電池
の運転時間とセル電圧との関係を示す寿命特性線図であ
り、燃料電極の電解質含浸率を従来と同等の５０〜６０
％に保持し、空気電極の電解質含浸率を高温部単位セル
で３５％，低温部単位セルで５０％に調整した積層燃料
電池を用いて得られたものである。図において、高温部
単位セル２２の初期セル電圧は初期電解質含浸率が３５
％と低いことによる初期セル電圧の低下が、その単位セ
ル温度が高いことにより補償され、低温部単位セル２３
のセル電圧より僅かに低い値を保持する。また、高温部
単位セルの電極触媒層の電解質含浸率は、運転時間の経
過に伴ってマトリックス側から電解質が移行することに
より運転時間１０００時間程度まで徐々に上昇し、これ
に伴ってセル電圧が上昇して低温部単位セルのそれを越
えるレベルに到達する。その後はシンタリング現象に基
づく白金触媒粒子の粗大化によりセル電圧が徐々に低下
するが、シンタリング現象が電解質に接触している白金
触媒粒子に限定されるため、含浸率を低くした分白金触
媒粒子の粗大化が抑制されることになり、高温部単位セ
ルのセル電圧が低温部単位セルのそれにまで低下する時
間を目標寿命４００００時間以上に延長することが可能
となり、従来高温部単位セルの寿命に支配されていた積
層燃料電池の寿命時間を、低温部単位セルの寿命時間に
まで延長できることが実証された。なお、燃料電極側、
あるいは空気電極，燃料電極の双方の電解質含浸率を調
整した積層燃料電池に付いても寿命試験を行った結果、
図４とほぼ同等の特性が得られることが判明した。
おける加熱転写時間対電解質含浸率特性線図であり、転
写含浸時間を１５時間とすることにより電解質含浸率５
０％の低温部単位セル２４が得られ、転写含浸時間を８
時間に短縮することにより電解質含浸率３５％の高温部
単位セルが得られた。図４は実施例になる積層燃料電池
の運転時間とセル電圧との関係を示す寿命特性線図であ
り、燃料電極の電解質含浸率を従来と同等の５０〜６０
％に保持し、空気電極の電解質含浸率を高温部単位セル
で３５％，低温部単位セルで５０％に調整した積層燃料
電池を用いて得られたものである。図において、高温部
単位セル２２の初期セル電圧は初期電解質含浸率が３５
％と低いことによる初期セル電圧の低下が、その単位セ
ル温度が高いことにより補償され、低温部単位セル２３
のセル電圧より僅かに低い値を保持する。また、高温部
単位セルの電極触媒層の電解質含浸率は、運転時間の経
過に伴ってマトリックス側から電解質が移行することに
より運転時間１０００時間程度まで徐々に上昇し、これ
に伴ってセル電圧が上昇して低温部単位セルのそれを越
えるレベルに到達する。その後はシンタリング現象に基
づく白金触媒粒子の粗大化によりセル電圧が徐々に低下
するが、シンタリング現象が電解質に接触している白金
触媒粒子に限定されるため、含浸率を低くした分白金触
媒粒子の粗大化が抑制されることになり、高温部単位セ
ルのセル電圧が低温部単位セルのそれにまで低下する時
間を目標寿命４００００時間以上に延長することが可能
となり、従来高温部単位セルの寿命に支配されていた積
層燃料電池の寿命時間を、低温部単位セルの寿命時間に
まで延長できることが実証された。なお、燃料電極側、
あるいは空気電極，燃料電極の双方の電解質含浸率を調
整した積層燃料電池に付いても寿命試験を行った結果、
図４とほぼ同等の特性が得られることが判明した。
【００１６】
【発明の効果】この発明は前述のように、燃料電極，空
気電極の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層に
あらかじめ含浸される電解質の含浸率を、低温部単位セ
ルでの値に比べ、高温部単位セル側で低い、例えば３０
〜４０％とするよう構成した。その結果、含浸率に依存
して高温部単位セルのセル電圧が変化し、電解質含浸率
５０〜６０の低温部単位セルのそれに近づけられるとと
もに、シンタリング現象に基づくセル電圧の低下もシン
タリング現象が電解質に接触している白金触媒粒子に限
定されることにより緩和されるので、従来積層燃料電池
の寿命特性の弱点となっていた高温部単位セルの寿命特
性を低温部単位セルのそれと同等レベルにまで延長する
ことが可能となり、目標寿命時間４００００時間を満た
す優れた寿命特性を有する積層燃料電池を提供すること
ができる。
気電極の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層に
あらかじめ含浸される電解質の含浸率を、低温部単位セ
ルでの値に比べ、高温部単位セル側で低い、例えば３０
〜４０％とするよう構成した。その結果、含浸率に依存
して高温部単位セルのセル電圧が変化し、電解質含浸率
５０〜６０の低温部単位セルのそれに近づけられるとと
もに、シンタリング現象に基づくセル電圧の低下もシン
タリング現象が電解質に接触している白金触媒粒子に限
定されることにより緩和されるので、従来積層燃料電池
の寿命特性の弱点となっていた高温部単位セルの寿命特
性を低温部単位セルのそれと同等レベルにまで延長する
ことが可能となり、目標寿命時間４００００時間を満た
す優れた寿命特性を有する積層燃料電池を提供すること
ができる。
【００１７】また、電解質含浸率の調整を転写時間を短
縮することにより行うよう構成すれば、多数の単位セル
の電極触媒層への電解質転写含浸処理間を大幅に短縮す
ることができるので、寿命特性に優れた積層燃料電池を
合理化された処理方法により、経済的にも有利に提供で
きる利点が得られる。
縮することにより行うよう構成すれば、多数の単位セル
の電極触媒層への電解質転写含浸処理間を大幅に短縮す
ることができるので、寿命特性に優れた積層燃料電池を
合理化された処理方法により、経済的にも有利に提供で
きる利点が得られる。
【図１】この発明の実施例になる積層燃料電池の構成を
模式化して示す側面図
模式化して示す側面図
【図２】実施例における電解質含浸状況を示す斜視図
【図３】実施例になる電解質転写含浸方法における加熱
転写時間対電解質含浸率特性線図
転写時間対電解質含浸率特性線図
【図４】実施例になる積層燃料電池の運転時間とセル電
圧との関係を示す特性線図
圧との関係を示す特性線図
【図５】従来の積層燃料電池の構成およびその温度分布
を示す説明図
を示す説明図
【図６】単位セルを展開して示す斜視図
【図７】積層燃料電池の製造手順を示す流れ図
【図８】電解質含浸率と初期セル電圧との関係を示す特
性線図
性線図
【図９】従来の積層燃料電池における運転時間とセル電
圧の関係を示す特性線図
圧の関係を示す特性線図
１ 積層燃料電池 ２ 単位セル ２Ａ 高温部単位セル ２Ｂ 低温部単位セル ２Ｃ 低温部単位セル ３ 冷却板 ５ ブロック ９ 電解質 １１ 燃料電極 １１Ａ 電極基材 １１Ｂ 電極触媒層 １４ マトリックス １５ 空気電極（電解質層） １５Ａ 電極基材 １５Ｂ 電極触媒層 １６ 電解質リザ−バ−プレ−ト １９ セパレ−ト板 ２０ 積層燃料電池 ２１ 電極材 ２１Ａ 電極基材 ２１Ｂ 電極触媒層 ２２ 高温部単位セル ２３ 低温部単位セル ２４ 中温部単位セル ２８ 電解質含浸カ−ボンマット ２９ 平板 Ｔl 低温部単位セル温度 Ｔh 高温部単位セル温度
Claims (3)
- 【請求項１】ガス透過性の電極基材の一方の面に電極触
媒層を有する燃料電極，空気電極，および両電極の電極
触媒層間に挟持された電解質層を含む単位セル複数層
と、各単位セル相互間をガス区分するセパレ−ト板と、
複数の単位セルを１ブロックとして各ブロック間に積層
された冷却板との積層体からなり、前記電解質層中の電
解質の不足分を前記電極基材を介して供給する電解質補
給装置を備えたものにおいて、前記燃料電極，空気電極
の少なくともいずれか一方の電極の電極触媒層にあらか
じめ含浸される電解質の含浸率を、前記ブロック内の冷
却板に接する位置に積層された低温部単位セルでの値に
比べ、前記ブロックの中央部に積層された高温部単位セ
ル側で低くしてなることを特徴とする積層燃料電池。 - 【請求項２】高温部単位セルの電極触媒層にあらかじめ
含浸される電解質の含浸率が電極触媒層空孔に対して３
０ないし４０％であることを特徴とする請求項１記載の
積層燃料電池。 - 【請求項３】電解質の含浸率が、所定温度で電解質を転
写含浸する際の転写時間により含浸率３０ないし４０％
に調整されてなることを特徴とする請求項２記載の積層
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4189778A JPH0636789A (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 積層燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4189778A JPH0636789A (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 積層燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636789A true JPH0636789A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=16247049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4189778A Pending JPH0636789A (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 積層燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636789A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006075647A1 (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Mitsubishi Materials Corporation | 固体酸化物形燃料電池 |
-
1992
- 1992-07-17 JP JP4189778A patent/JPH0636789A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006075647A1 (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Mitsubishi Materials Corporation | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2006222074A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-08-24 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
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