JPH1116589A - りん酸型燃料電池 - Google Patents
りん酸型燃料電池Info
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- JPH1116589A JPH1116589A JP9166810A JP16681097A JPH1116589A JP H1116589 A JPH1116589 A JP H1116589A JP 9166810 A JP9166810 A JP 9166810A JP 16681097 A JP16681097 A JP 16681097A JP H1116589 A JPH1116589 A JP H1116589A
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- JP
- Japan
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- porous carbon
- phosphoric acid
- carbon plate
- fuel cell
- porous
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】発電に伴って飛散するりん酸がセル内部で効果
的に回収、再利用され、りん酸を補給しなくとも長期に
わたり安定して運転できるものとする。 【解決手段】りん酸を保持したマトリックス１の一方の
主面に、アノード２と燃料ガスの通流溝を備えた多孔質
カーボン板４Ａを配し、もう一方の主面に、カソード３
と空気の通流溝を備えた多孔質カーボン板４Ｂを配して
形成されたセルを、セパレータ６を介して順次積層して
構成するものにおいて、多孔質カーボン板４Ａ、４Ｂの
電極と反対側の平滑面にガスの流れ方向に延びる溝を備
え、この溝に、多孔質カーボン板４Ａ、４Ｂより小さい
細孔を有する多孔質充填材を充填する。
的に回収、再利用され、りん酸を補給しなくとも長期に
わたり安定して運転できるものとする。 【解決手段】りん酸を保持したマトリックス１の一方の
主面に、アノード２と燃料ガスの通流溝を備えた多孔質
カーボン板４Ａを配し、もう一方の主面に、カソード３
と空気の通流溝を備えた多孔質カーボン板４Ｂを配して
形成されたセルを、セパレータ６を介して順次積層して
構成するものにおいて、多孔質カーボン板４Ａ、４Ｂの
電極と反対側の平滑面にガスの流れ方向に延びる溝を備
え、この溝に、多孔質カーボン板４Ａ、４Ｂより小さい
細孔を有する多孔質充填材を充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、りん酸を電解質
として用い、燃料と酸化剤を供給して電気化学反応によ
り電気エネルギーを得るりん酸型燃料電池に係わり、特
にりん酸の回収を可能とする構造に関する。
として用い、燃料と酸化剤を供給して電気化学反応によ
り電気エネルギーを得るりん酸型燃料電池に係わり、特
にりん酸の回収を可能とする構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来より用いられているりん酸
型燃料電池のセルの基本構成を示す分解斜視図である。
一般に、電解質であるりん酸を平板状のマトリックス１
と呼ばれる多孔体に保持し、この両主面にアノード２
（燃料電極）およびカソード３（酸化剤電極）を配し、
さらにその両外面に、電極部に対向する多孔質カーボン
板４とシール部に対向する多孔質カーボン板５との接合
体を配してセルを構成し、セパレータ６を介して順次積
層するのが通例である。本構成において、アノード２に
対向する多孔質カーボン板４に備えたガス通流溝に燃料
ガスを供給し、カソード３に対向する多孔質カーボン板
４に備えたガス通流溝に酸化剤ガス（空気）を供給する
ことにより、電極上の触媒作用により電気化学反応を起
こさせ、外部に電気を取り出す仕組みとなっている。な
お、多孔質カーボン板４は、ガスを供給するためのガス
通流溝を備えるばかりでなく、その細孔中に補充用のり
ん酸を貯留するりん酸リザーバ機能を備えて構成される
のが一般的である。
型燃料電池のセルの基本構成を示す分解斜視図である。
一般に、電解質であるりん酸を平板状のマトリックス１
と呼ばれる多孔体に保持し、この両主面にアノード２
（燃料電極）およびカソード３（酸化剤電極）を配し、
さらにその両外面に、電極部に対向する多孔質カーボン
板４とシール部に対向する多孔質カーボン板５との接合
体を配してセルを構成し、セパレータ６を介して順次積
層するのが通例である。本構成において、アノード２に
対向する多孔質カーボン板４に備えたガス通流溝に燃料
ガスを供給し、カソード３に対向する多孔質カーボン板
４に備えたガス通流溝に酸化剤ガス（空気）を供給する
ことにより、電極上の触媒作用により電気化学反応を起
こさせ、外部に電気を取り出す仕組みとなっている。な
お、多孔質カーボン板４は、ガスを供給するためのガス
通流溝を備えるばかりでなく、その細孔中に補充用のり
ん酸を貯留するりん酸リザーバ機能を備えて構成される
のが一般的である。
【０００３】電解質として用いるりん酸は蒸気圧が非常
に低く、電池内に保持されたりん酸が短時間で枯渇する
恐れはないが、商業的に用いるりん酸型燃料電池では４
〜６万時間の寿命が必要とされており、このように長時
間運転する場合にはセル内のりん酸の消失が深刻な問題
となる。すなわち、仮にマトリックス１中のりん酸量が
不足すると、アノード２とカソード３に供給されている
燃料ガスと酸化剤ガスが、マトリックス１を通して相互
に混合することとなるので、燃料電池の出力が極端に低
下するばかりでなく、場合によっては爆発を生じる危険
性がある。
に低く、電池内に保持されたりん酸が短時間で枯渇する
恐れはないが、商業的に用いるりん酸型燃料電池では４
〜６万時間の寿命が必要とされており、このように長時
間運転する場合にはセル内のりん酸の消失が深刻な問題
となる。すなわち、仮にマトリックス１中のりん酸量が
不足すると、アノード２とカソード３に供給されている
燃料ガスと酸化剤ガスが、マトリックス１を通して相互
に混合することとなるので、燃料電池の出力が極端に低
下するばかりでなく、場合によっては爆発を生じる危険
性がある。
【０００４】このため、りん酸型燃料電池ではりん酸が
不足しないように種々の方法が採られている。最も単純
な方法は外部からりん酸を補給する方法であり、その典
型的な例は、１年に１回程度実施される定期点検作業の
機会を利用して、燃料電池の運転を停止し、りん酸を補
給する方法である。また、この他の方法としては、 Ear
l H. BROWN and Carlton D. WHITT ;INDUSTRIAL AN
D ENGINEERING CHEMISTRY, Vol.44, No.3, P.615 (195
2)に記載のように、りん酸の蒸気圧に温度依存性があ
り、温度が上昇すると指数関数的に蒸気圧が高くなるこ
とを利用して、燃料ガスや酸化剤ガスの出口部分を冷却
してガスの温度を下げることにより、ガス中に含まれて
いるりん酸を凝縮させてセル内で回収する方法がある。
不足しないように種々の方法が採られている。最も単純
な方法は外部からりん酸を補給する方法であり、その典
型的な例は、１年に１回程度実施される定期点検作業の
機会を利用して、燃料電池の運転を停止し、りん酸を補
給する方法である。また、この他の方法としては、 Ear
l H. BROWN and Carlton D. WHITT ;INDUSTRIAL AN
D ENGINEERING CHEMISTRY, Vol.44, No.3, P.615 (195
2)に記載のように、りん酸の蒸気圧に温度依存性があ
り、温度が上昇すると指数関数的に蒸気圧が高くなるこ
とを利用して、燃料ガスや酸化剤ガスの出口部分を冷却
してガスの温度を下げることにより、ガス中に含まれて
いるりん酸を凝縮させてセル内で回収する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、りん酸型燃
料電池の単セル１個の出力電圧は高々 0.7Ｖ程度である
ので、実用に供する場合には、通常 100〜200 枚程度の
セルを積層し、電気的に直列接続して実用規模の電圧を
出力するように構成されている。また、発電に伴なって
電気エネルギーと同程度の熱エネルギーを生じるので、
安定した出力を確保するためには、積層電池を冷却して
温度を一定に保持する必要がある。このため、数セル
毎、例えば 5〜10セル毎に冷却板を挿入して発生する熱
を外部に取り出し、これを給湯や冷暖房の熱源として利
用している。
料電池の単セル１個の出力電圧は高々 0.7Ｖ程度である
ので、実用に供する場合には、通常 100〜200 枚程度の
セルを積層し、電気的に直列接続して実用規模の電圧を
出力するように構成されている。また、発電に伴なって
電気エネルギーと同程度の熱エネルギーを生じるので、
安定した出力を確保するためには、積層電池を冷却して
温度を一定に保持する必要がある。このため、数セル
毎、例えば 5〜10セル毎に冷却板を挿入して発生する熱
を外部に取り出し、これを給湯や冷暖房の熱源として利
用している。
【０００６】このように数セル毎に冷却板を挿入して構
成すれば、積層電池は所定の温度に保持され安定した出
力が得られることとなるが、冷却板の間に挟まれたセル
は積層位置により異なった温度となり、冷却板に近接し
たセルの温度は、冷却板間の中央部分に位置したセルの
温度より低くなる。一方、前述のごとくりん酸の蒸気圧
は温度の上昇とともに指数関数的に上昇するので、冷却
板に近接したセルより冷却板間の中央部分に位置したセ
ルの方が消失するりん酸量が多量となる。
成すれば、積層電池は所定の温度に保持され安定した出
力が得られることとなるが、冷却板の間に挟まれたセル
は積層位置により異なった温度となり、冷却板に近接し
たセルの温度は、冷却板間の中央部分に位置したセルの
温度より低くなる。一方、前述のごとくりん酸の蒸気圧
は温度の上昇とともに指数関数的に上昇するので、冷却
板に近接したセルより冷却板間の中央部分に位置したセ
ルの方が消失するりん酸量が多量となる。
【０００７】消失したりん酸を外部より補給する場合に
は、消失したりん酸量を正確に把握する必要があるが、
上記のように積層電池ではセルの温度がセルの積層され
る位置により異なり、これに伴ってりん酸の消失量も異
なるので、消失量を正確に把握することは困難である。
特に、４〜６万時間の寿命を達成するには、数回にわた
ってりん酸を補給する必要があり、このように補給が数
回にわたると、所要補給量を知ることは事実上不可能で
ある。このため、りん酸を外部より補給する方法におい
ては、りん酸の補給量が不足し、保持量が不足して燃料
電池の出力が極端に低下する事態となったり、逆にりん
酸の補給量が過剰となり、反応部分への燃料ガスや酸化
剤ガスの供給が阻害されて電池性能が著しく低下する事
態が生じることとなる。
は、消失したりん酸量を正確に把握する必要があるが、
上記のように積層電池ではセルの温度がセルの積層され
る位置により異なり、これに伴ってりん酸の消失量も異
なるので、消失量を正確に把握することは困難である。
特に、４〜６万時間の寿命を達成するには、数回にわた
ってりん酸を補給する必要があり、このように補給が数
回にわたると、所要補給量を知ることは事実上不可能で
ある。このため、りん酸を外部より補給する方法におい
ては、りん酸の補給量が不足し、保持量が不足して燃料
電池の出力が極端に低下する事態となったり、逆にりん
酸の補給量が過剰となり、反応部分への燃料ガスや酸化
剤ガスの供給が阻害されて電池性能が著しく低下する事
態が生じることとなる。
【０００８】このため、この欠点を避ける方法として、
最近、セル内でりん酸を回収して再利用する方法が試み
られている。セル内でりん酸を回収する一般的な方法と
しては、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付近を冷却
して温度を下げ、これらのガスとともに電池の外部に持
ち出されるりん酸をセル内で凝縮させて回収する方法が
ある。すなわち、図４に示したごときセルを多数個積層
して構成された積層電池においては、燃料ガスは、各セ
ルのアノードに対向する多孔質カーボン板４に備えられ
たガス通流溝を一方の側面から相対する側面へと通流さ
れ、酸化剤ガスは、カソードに対向する多孔質カーボン
板４に備えられたガス通流溝を一方の側面から相対する
側面へと、燃料ガスの通流方向と直交して通流される。
この構成において燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付
近を冷却すると、電気化学反応に伴い蒸発してガス中に
滞留していたりん酸は露点に達して凝縮され、多孔質カ
ーボン板４の細孔内に取り込まれ、マトリックス１へと
戻されて再利用されることとなる。
最近、セル内でりん酸を回収して再利用する方法が試み
られている。セル内でりん酸を回収する一般的な方法と
しては、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付近を冷却
して温度を下げ、これらのガスとともに電池の外部に持
ち出されるりん酸をセル内で凝縮させて回収する方法が
ある。すなわち、図４に示したごときセルを多数個積層
して構成された積層電池においては、燃料ガスは、各セ
ルのアノードに対向する多孔質カーボン板４に備えられ
たガス通流溝を一方の側面から相対する側面へと通流さ
れ、酸化剤ガスは、カソードに対向する多孔質カーボン
板４に備えられたガス通流溝を一方の側面から相対する
側面へと、燃料ガスの通流方向と直交して通流される。
この構成において燃料ガスあるいは酸化剤ガスの出口付
近を冷却すると、電気化学反応に伴い蒸発してガス中に
滞留していたりん酸は露点に達して凝縮され、多孔質カ
ーボン板４の細孔内に取り込まれ、マトリックス１へと
戻されて再利用されることとなる。
【０００９】しかしながら、このようにガスの出口付近
を冷却してりん酸を凝縮し再利用する方法においても、
凝縮されるりん酸はもともと上流側で蒸発、飛散してき
たものであり、蒸発、飛散により減少した上流側のりん
酸の不足を解消するには、多孔質カーボン板の出口付近
で取り込まれたりん酸を上流側へと移動させる必要があ
る。多孔質カーボン板はりん酸との接触角が９０度以上
であるので、りん酸は多孔質カーボン板の細孔の径が小
さい部分から順次埋まっていく。均質な細孔径分布を備
えた多孔質カーボン板においては、りん酸で埋まってい
る細孔の最大径は、りん酸が飛散する上流側の方がりん
酸が凝縮される下流側の方より小さいと考えられ、この
りん酸で埋まっている細孔の最大径の差が駆動力となっ
て、りん酸は下流側より上流側へと徐々に移動すること
となる。
を冷却してりん酸を凝縮し再利用する方法においても、
凝縮されるりん酸はもともと上流側で蒸発、飛散してき
たものであり、蒸発、飛散により減少した上流側のりん
酸の不足を解消するには、多孔質カーボン板の出口付近
で取り込まれたりん酸を上流側へと移動させる必要があ
る。多孔質カーボン板はりん酸との接触角が９０度以上
であるので、りん酸は多孔質カーボン板の細孔の径が小
さい部分から順次埋まっていく。均質な細孔径分布を備
えた多孔質カーボン板においては、りん酸で埋まってい
る細孔の最大径は、りん酸が飛散する上流側の方がりん
酸が凝縮される下流側の方より小さいと考えられ、この
りん酸で埋まっている細孔の最大径の差が駆動力となっ
て、りん酸は下流側より上流側へと徐々に移動すること
となる。
【００１０】このように、ガスの出口付近を冷却するこ
とにより蒸発、飛散したりん酸を凝縮させて再利用する
方法が試みられているが、凝縮したりん酸の多孔質カー
ボン板中の下流側より上流側への移動の速度が必ずしも
十分ではないため、移動量の不足によって上流側のりん
酸の保持量が不十分となり、さらには下流側の凝縮部の
りん酸量が過剰となって、電池特性が大幅に低下すると
いう難点がある。
とにより蒸発、飛散したりん酸を凝縮させて再利用する
方法が試みられているが、凝縮したりん酸の多孔質カー
ボン板中の下流側より上流側への移動の速度が必ずしも
十分ではないため、移動量の不足によって上流側のりん
酸の保持量が不十分となり、さらには下流側の凝縮部の
りん酸量が過剰となって、電池特性が大幅に低下すると
いう難点がある。
【００１１】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、発電にともなって蒸発、飛散するりん酸
がセル内部で効果的に回収されて再利用され、外部から
りん酸を補給しなくとも長期にわたり安定して運転でき
るりん酸型燃料電池を提供することにある。
難点を解消し、発電にともなって蒸発、飛散するりん酸
がセル内部で効果的に回収されて再利用され、外部から
りん酸を補給しなくとも長期にわたり安定して運転でき
るりん酸型燃料電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、りん酸を電解質として保持し
た平板状のマトリックスの一方の主面に、アノードとこ
のアノードに燃料ガスを供給するためのガス通流溝を有
する多孔質カーボン板とを配し、もう一方の主面に、カ
ソードとこのカソードに酸化剤ガスを供給するためのガ
ス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配して形成され
た燃料電池単セルを、セパレータを介して複数個積層し
て構成されるりん酸型燃料電池において、アノード側の
多孔質カーボン板とカソード側の多孔質カーボン板のう
ち、少なくともいずれか一方の多孔質カーボン板の電極
に対向する部分の反対面に、この多孔質カーボン板に備
えたガス通流溝のガスの通流方向と略平行に配された溝
を備え、かつ、この溝の内部に、この多孔質カーボン板
の電極に対向する部分の細孔より径の小さな細孔を備え
た多孔質充填材、例えば、カーボンブラックとポリテト
ラフロロエチレンとの混合物、あるいはシリコンカーバ
イドとポリテトラフロロエチレンとの混合物よりなる多
孔質充填材を充填することとする。
めに、本発明においては、りん酸を電解質として保持し
た平板状のマトリックスの一方の主面に、アノードとこ
のアノードに燃料ガスを供給するためのガス通流溝を有
する多孔質カーボン板とを配し、もう一方の主面に、カ
ソードとこのカソードに酸化剤ガスを供給するためのガ
ス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配して形成され
た燃料電池単セルを、セパレータを介して複数個積層し
て構成されるりん酸型燃料電池において、アノード側の
多孔質カーボン板とカソード側の多孔質カーボン板のう
ち、少なくともいずれか一方の多孔質カーボン板の電極
に対向する部分の反対面に、この多孔質カーボン板に備
えたガス通流溝のガスの通流方向と略平行に配された溝
を備え、かつ、この溝の内部に、この多孔質カーボン板
の電極に対向する部分の細孔より径の小さな細孔を備え
た多孔質充填材、例えば、カーボンブラックとポリテト
ラフロロエチレンとの混合物、あるいはシリコンカーバ
イドとポリテトラフロロエチレンとの混合物よりなる多
孔質充填材を充填することとする。
【００１３】前述のごとく、多孔質カーボン板はりん酸
との接触角が９０度以上であるので、冷却され凝縮して
多孔質カーボン板に取り込まれたりん酸は、多孔質カー
ボン板の細孔の径が小さい部分から順次埋まっていく。
したがって、上記のごとく、多孔質カーボン板に備えた
ガス通流溝のガスの通流方向と略平行に溝を配して、こ
の溝の内部に、この多孔質カーボン板の電極に対向する
部分の細孔より径の小さな細孔を備えた多孔質充填材を
充填すれば、ガスの出口付近で冷却され回収されたりん
酸は、小さな細孔を備えた溝中の多孔質充填材の細孔を
通して容易に上流側へと移動するので、上流側のりん酸
の不足が回避されることとなる。
との接触角が９０度以上であるので、冷却され凝縮して
多孔質カーボン板に取り込まれたりん酸は、多孔質カー
ボン板の細孔の径が小さい部分から順次埋まっていく。
したがって、上記のごとく、多孔質カーボン板に備えた
ガス通流溝のガスの通流方向と略平行に溝を配して、こ
の溝の内部に、この多孔質カーボン板の電極に対向する
部分の細孔より径の小さな細孔を備えた多孔質充填材を
充填すれば、ガスの出口付近で冷却され回収されたりん
酸は、小さな細孔を備えた溝中の多孔質充填材の細孔を
通して容易に上流側へと移動するので、上流側のりん酸
の不足が回避されることとなる。
【００１４】
＜実施例１＞図１は、本発明のりん酸型燃料電池の実施
例のセルの基本構成を示す分解斜視図である。本図にお
いて、図４に示した従来の構成例の構成部品と同一機能
を有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明は
省略する。本実施例の構成の従来例との差異は、アノー
ド２に対向して配された多孔質カーボン板４Ａ、および
カソード３に対向して配された多孔質カーボン板４Ｂに
あり、従来例に用いられている多孔質カーボン板４が均
一な細孔径分布をもつ多孔質カーボン材より形成されて
いたのに対して、本実施例に用いられている多孔質カー
ボン板４Ａ，４Ｂは、それぞれ電極側の面の反対側の平
滑面にガスの流れ方向と平行する溝を備え、この溝の内
部に多孔質カーボン板４Ｄの細孔より小さい平均径約１
７μｍの細孔を有する多孔質充填材７を充填して形成さ
れていることにある。したがって、本構成のセルにおい
ては、ガスの出口付近を冷却することによりガス中のり
ん酸が凝縮され、回収されたりん酸は、多孔質充填材の
径の小さな細孔中を通じてガスの入口側へと運ばれるの
で、りん酸の不足を生じることなく安定して運転でき
る。
例のセルの基本構成を示す分解斜視図である。本図にお
いて、図４に示した従来の構成例の構成部品と同一機能
を有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明は
省略する。本実施例の構成の従来例との差異は、アノー
ド２に対向して配された多孔質カーボン板４Ａ、および
カソード３に対向して配された多孔質カーボン板４Ｂに
あり、従来例に用いられている多孔質カーボン板４が均
一な細孔径分布をもつ多孔質カーボン材より形成されて
いたのに対して、本実施例に用いられている多孔質カー
ボン板４Ａ，４Ｂは、それぞれ電極側の面の反対側の平
滑面にガスの流れ方向と平行する溝を備え、この溝の内
部に多孔質カーボン板４Ｄの細孔より小さい平均径約１
７μｍの細孔を有する多孔質充填材７を充填して形成さ
れていることにある。したがって、本構成のセルにおい
ては、ガスの出口付近を冷却することによりガス中のり
ん酸が凝縮され、回収されたりん酸は、多孔質充填材の
径の小さな細孔中を通じてガスの入口側へと運ばれるの
で、りん酸の不足を生じることなく安定して運転でき
る。
【００１５】なお、上記の多孔質充填材は、カーボンブ
ラック（キャボット社製商品名バルカンＸＣ−７２） 1
00ｇに対して、ポリテトラフロロエチレン（三井デュポ
ンフロロケミカル社製商品名テフロン３０Ｊ）を50ｇ添
加し、良く混合した後に凝集剤を添加して凝集させ、得
られた凝集物を濾過分離し、得られたケーキ状の物を混
練して溝寸法に合う形状に成形し、これを 280℃で焼成
することにより得られる。また、上記のカーボンブラッ
クに代わって、マトリックスに用いられるものと同様の
シリコンカーバイドを用いても、同様の効果をもつ多孔
質充填材を得ることができる。
ラック（キャボット社製商品名バルカンＸＣ−７２） 1
00ｇに対して、ポリテトラフロロエチレン（三井デュポ
ンフロロケミカル社製商品名テフロン３０Ｊ）を50ｇ添
加し、良く混合した後に凝集剤を添加して凝集させ、得
られた凝集物を濾過分離し、得られたケーキ状の物を混
練して溝寸法に合う形状に成形し、これを 280℃で焼成
することにより得られる。また、上記のカーボンブラッ
クに代わって、マトリックスに用いられるものと同様の
シリコンカーバイドを用いても、同様の効果をもつ多孔
質充填材を得ることができる。
【００１６】＜実施例２＞図３は、本発明のりん酸型燃
料電池の他の実施例のセルの基本構成を示す分解斜視図
である。本構成の特徴は、アノード２に対向して配され
た多孔質カーボン板４Ｃ、およびカソード３に対向して
配された多孔質カーボン板４Ｄが、通流するガスの入口
側から出口側に行くに従い平均細孔径が増大する多孔質
カーボン材より形成されている点が特徴である。すなわ
ち、図２において左前方より右後方へと燃料ガスが供給
される多孔質カーボン板４Ａは、燃料ガスの流れ方向に
平行して左前方より右後方へ行くに従い平均細孔径が増
大する多孔質カーボン材より形成されており、また、右
前方より左後方へと酸化剤ガスとして空気が供給される
多孔質カーボン板４Ｂは、空気の流れに平行して右前方
より左後方へ行くに従い平均細孔径が増大する多孔質カ
ーボン材より形成されている。
料電池の他の実施例のセルの基本構成を示す分解斜視図
である。本構成の特徴は、アノード２に対向して配され
た多孔質カーボン板４Ｃ、およびカソード３に対向して
配された多孔質カーボン板４Ｄが、通流するガスの入口
側から出口側に行くに従い平均細孔径が増大する多孔質
カーボン材より形成されている点が特徴である。すなわ
ち、図２において左前方より右後方へと燃料ガスが供給
される多孔質カーボン板４Ａは、燃料ガスの流れ方向に
平行して左前方より右後方へ行くに従い平均細孔径が増
大する多孔質カーボン材より形成されており、また、右
前方より左後方へと酸化剤ガスとして空気が供給される
多孔質カーボン板４Ｂは、空気の流れに平行して右前方
より左後方へ行くに従い平均細孔径が増大する多孔質カ
ーボン材より形成されている。
【００１７】図３は、図２の多孔質カーボン板４ＤのＡ
−Ａ面における平均細孔径の分布を従来例と比較して示
す特性図で、横軸に示したガス入口は図２の多孔質カー
ボン板４Ｄの右前方端に、ガス出口は多孔質カーボン板
４Ｄの左後方端に対応している。図中に示した特性は
従来例の平均細孔径の分布を、また特性は本実施例の
多孔質カーボン板４Ｄの平均細孔径の分布を示すもの
で、本実施例の多孔質カーボン板４Ｄでは、供給される
空気の入口側から出口側へと行くに従って平均細孔径が
増大するよう構成されており、空気の出口側を冷却する
ことにより凝縮され、回収されたりん酸は、平均細孔径
のより小さな入口側へと容易に移動することとなる。
−Ａ面における平均細孔径の分布を従来例と比較して示
す特性図で、横軸に示したガス入口は図２の多孔質カー
ボン板４Ｄの右前方端に、ガス出口は多孔質カーボン板
４Ｄの左後方端に対応している。図中に示した特性は
従来例の平均細孔径の分布を、また特性は本実施例の
多孔質カーボン板４Ｄの平均細孔径の分布を示すもの
で、本実施例の多孔質カーボン板４Ｄでは、供給される
空気の入口側から出口側へと行くに従って平均細孔径が
増大するよう構成されており、空気の出口側を冷却する
ことにより凝縮され、回収されたりん酸は、平均細孔径
のより小さな入口側へと容易に移動することとなる。
【００１８】なお、上記のごとき平均細孔径の分布をも
つ多孔質カーボン板４Ｄは、例えば、多孔質カーボン板
を製造する際に、粒子径の異なる造孔剤を数種類用意
し、ガス入口側からガス出口側に向かって徐々に粒子径
の小さいものから順に配置することにより、実質上所望
の平均細孔径の分布をもつ多孔質カーボン板を得ること
ができる。
つ多孔質カーボン板４Ｄは、例えば、多孔質カーボン板
を製造する際に、粒子径の異なる造孔剤を数種類用意
し、ガス入口側からガス出口側に向かって徐々に粒子径
の小さいものから順に配置することにより、実質上所望
の平均細孔径の分布をもつ多孔質カーボン板を得ること
ができる。
【００１９】また、本実施例では、アノード２に対向し
て配された多孔質カーボン板４Ａ、およびカソード３に
対向して配された多孔質カーボン板４Ｂの双方を、通流
するガスの入口側から出口側に行くに従い平均細孔径が
増大する多孔質カーボン材より形成することとしている
が、いずれか一方のみを上記のごとき多孔質カーボン材
より形成することとしても、その多孔質カーボン板にお
いて、出口側を冷却することによりガス中に飛散したり
ん酸が凝縮されて回収され、平均細孔径の小さな入口側
へと容易に移動し、再利用されることは言うまでもな
い。
て配された多孔質カーボン板４Ａ、およびカソード３に
対向して配された多孔質カーボン板４Ｂの双方を、通流
するガスの入口側から出口側に行くに従い平均細孔径が
増大する多孔質カーボン材より形成することとしている
が、いずれか一方のみを上記のごとき多孔質カーボン材
より形成することとしても、その多孔質カーボン板にお
いて、出口側を冷却することによりガス中に飛散したり
ん酸が凝縮されて回収され、平均細孔径の小さな入口側
へと容易に移動し、再利用されることは言うまでもな
い。
【００２０】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、りん酸
を電解質として保持した平板状のマトリックスの一方の
主面に、アノードとこのアノードに燃料ガスを供給する
ためのガス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配し、
もう一方の主面に、カソードとこのカソードに酸化剤ガ
スを供給するためのガス通流溝を有する多孔質カーボン
板とを配して形成された燃料電池単セルを、セパレータ
を介して複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、アノード側の多孔質カーボン板とカソード側の
多孔質カーボン板のうち少なくともいずれか一方の多孔
質カーボン板の電極に対向する部分の反対面に、この多
孔質カーボン板に備えたガス通流溝のガスの通流方向と
略平行に配された溝を備え、かつ、この溝の内部に、こ
の多孔質カーボン板の電極に対向する部分の細孔より径
の小さな細孔を備えた多孔質充填材、例えば、カーボン
ブラックとポリテトラフロロエチレンとの混合物、ある
いはシリコンカーバイドとポリテトラフロロエチレンと
の混合物よりなる多孔質充填材を充填することとして
も、同様に、りん酸が効果的に回収されて再利用される
ので、外部からりん酸を補給しなくとも長期にわたり安
定して運転できるりん酸型燃料電池として好適である。
を電解質として保持した平板状のマトリックスの一方の
主面に、アノードとこのアノードに燃料ガスを供給する
ためのガス通流溝を有する多孔質カーボン板とを配し、
もう一方の主面に、カソードとこのカソードに酸化剤ガ
スを供給するためのガス通流溝を有する多孔質カーボン
板とを配して形成された燃料電池単セルを、セパレータ
を介して複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、アノード側の多孔質カーボン板とカソード側の
多孔質カーボン板のうち少なくともいずれか一方の多孔
質カーボン板の電極に対向する部分の反対面に、この多
孔質カーボン板に備えたガス通流溝のガスの通流方向と
略平行に配された溝を備え、かつ、この溝の内部に、こ
の多孔質カーボン板の電極に対向する部分の細孔より径
の小さな細孔を備えた多孔質充填材、例えば、カーボン
ブラックとポリテトラフロロエチレンとの混合物、ある
いはシリコンカーバイドとポリテトラフロロエチレンと
の混合物よりなる多孔質充填材を充填することとして
も、同様に、りん酸が効果的に回収されて再利用される
ので、外部からりん酸を補給しなくとも長期にわたり安
定して運転できるりん酸型燃料電池として好適である。
【図１】本発明のりん酸型燃料電池の実施例のセルの基
本構成を示す分解斜視図
本構成を示す分解斜視図
【図２】本発明のりん酸型燃料電池の他の実施例のセル
の基本構成を示す分解斜視図
の基本構成を示す分解斜視図
【図３】図２に示した実施例のセルの多孔質カーボン板
のＡ−Ａ面における平均細孔径の分布を従来例と比較し
て示す特性図
のＡ−Ａ面における平均細孔径の分布を従来例と比較し
て示す特性図
【図４】従来のりん酸型燃料電池のセルの基本構成を示
す分解斜視図
す分解斜視図
１ マトリックス ２ アノード ３ カソード ４Ａ 多孔質カーボン板（アノード対向部） ４Ｂ 多孔質カーボン板（カソード対向部） ４Ｃ 多孔質カーボン板（アノード対向部） ４Ｄ 多孔質カーボン板（カソード対向部） ５ 多孔質カーボン板（シール部） ６ セパレータ ７ 多孔質充填材
Claims (3)
- 【請求項１】りん酸を電解質として保持した平板状のマ
トリックスの一方の主面に、アノードとこのアノードに
燃料ガスを供給するためのガス通流溝を有する多孔質カ
ーボン板とを配し、もう一方の主面に、カソードとこの
カソードに酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝を有
する多孔質カーボン板とを配して形成された燃料電池単
セルを、セパレータを介して複数個積層して構成される
りん酸型燃料電池において、 前記のアノード側の多孔質カーボン板とカソード側の多
孔質カーボン板のうち、少なくともいずれか一方の多孔
質カーボン板の電極に対向する部分の反対面に、この多
孔質カーボン板に備えたガス通流溝のガスの通流方向と
略平行に配された溝を備え、かつ、この溝の内部に、こ
の多孔質カーボン板の電極に対向する部分の細孔より径
の小さな細孔を備えた多孔質充填材が充填されてなるこ
とを特徴とするりん酸型燃料電池。 - 【請求項２】前記多孔質充填材が、カーボンブラックと
ポリテトラフロロエチレンとの混合物、あるいはシリコ
ンカーバイドとポリテトラフロロエチレンとの混合物よ
りなることを特徴とする請求項１に記載のりん酸型燃料
電池。 - 【請求項３】前記のアノード側の多孔質カーボン板とカ
ソード側の多孔質カーボン板のうち少なくともいずれか
一方の多孔質カーボン板が、マトリックスに保持する電
解質を予め貯留する電解質リザーバ機能を備えて構成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載のり
ん酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9166810A JPH1116589A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | りん酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9166810A JPH1116589A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | りん酸型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1116589A true JPH1116589A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15838098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9166810A Pending JPH1116589A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | りん酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1116589A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015144912A1 (de) | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Siqens Gmbh | Vorrichtung und verfahren zur lebensdauerverlängerung von ht-pem brennstoffzellen |
| WO2019108309A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
| US11133519B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-09-28 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
| US12278380B2 (en) | 2019-10-15 | 2025-04-15 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery current collector comprising metal plate having through holes and porous reinforcing material that fills through holes, and secondary battery comprising same |
-
1997
- 1997-06-24 JP JP9166810A patent/JPH1116589A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015144912A1 (de) | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Siqens Gmbh | Vorrichtung und verfahren zur lebensdauerverlängerung von ht-pem brennstoffzellen |
| DE102014104310A1 (de) | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Siqens Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Lebensdauerverlängerung von HT-PEM Brennstoffzellen |
| WO2019108309A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
| US10991957B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-04-27 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including multiple flow capacities in a condensation zone |
| US11133519B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-09-28 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell assembly including varied flow resistance |
| US12278380B2 (en) | 2019-10-15 | 2025-04-15 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery current collector comprising metal plate having through holes and porous reinforcing material that fills through holes, and secondary battery comprising same |
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