JPS58150271A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS58150271A JPS58150271A JP57032422A JP3242282A JPS58150271A JP S58150271 A JPS58150271 A JP S58150271A JP 57032422 A JP57032422 A JP 57032422A JP 3242282 A JP3242282 A JP 3242282A JP S58150271 A JPS58150271 A JP S58150271A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- fuel
- air electrode
- air
- fine holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- H01M8/08—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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は燃料電池に係り、特に電解質の貯蔵方式に１史
用するに好適な燃料′電池に関する。
用するに好適な燃料′電池に関する。
従来の燃料電池は第１図のように構成され、燃料ガスで
ある水素Ｈ２及び酸化剤ガスである仝気０２を矢印のよ
うに直交するように流し、水素と酸素の周知の反応で電
気エネルギーを取出している。ラスの流れるガス通路３
をＭする空気極１は、ガス通路と反対側の面に触媒層が
処理され、また空気が触媒ノーに速やかに達することが
できるようポーラスな炭素材料で形成されている。空気
極１の対極となる燃料極２Ｖｉ、空気極１と同様燃料の
ガス、１ｍｇ４及び触媒層を有し、かつポーラスな炭素
材料で形成されている。イオンの良導体であるリン酸等
の直解液を保持するマトリックス５は、両極１，２間に
密着するように配設されている。
ある水素Ｈ２及び酸化剤ガスである仝気０２を矢印のよ
うに直交するように流し、水素と酸素の周知の反応で電
気エネルギーを取出している。ラスの流れるガス通路３
をＭする空気極１は、ガス通路と反対側の面に触媒層が
処理され、また空気が触媒ノーに速やかに達することが
できるようポーラスな炭素材料で形成されている。空気
極１の対極となる燃料極２Ｖｉ、空気極１と同様燃料の
ガス、１ｍｇ４及び触媒層を有し、かつポーラスな炭素
材料で形成されている。イオンの良導体であるリン酸等
の直解液を保持するマトリックス５は、両極１，２間に
密着するように配設されている。
空気極１と燃料極２及びこれら間のマトリックス５から
なる単位電池が、セパレータ６と交互にａ増されて、大
容量の発電設備として構成されている。
なる単位電池が、セパレータ６と交互にａ増されて、大
容量の発電設備として構成されている。
燃料及び空気をそれぞれ供給もしくけ排出するだめの給
排装置７が、積層された電池の西側面に固着され１．漬
ノー電池を一括して矢印で示すように燃料及び空気の給
排を行っている。筐だ、数個の単位電池の績ノー毎に冷
却装置８が挿入され、冷却水寺により電池の温度を一定
に保ちつつ、冷却を計るようにしている。
排装置７が、積層された電池の西側面に固着され１．漬
ノー電池を一括して矢印で示すように燃料及び空気の給
排を行っている。筐だ、数個の単位電池の績ノー毎に冷
却装置８が挿入され、冷却水寺により電池の温度を一定
に保ちつつ、冷却を計るようにしている。
このように構成された燃料電池は、水素、酸素の反応に
より電気エネルギーを取出しているわけであるが、実際
の現象としては、それぞれのガス通路全通る水素及び空
気中のば素は、ポーラスな炭素材料による電極基板内を
拡散し、触媒層に達する。一般に触媒ノーでの反応は、
燃料極では、水素イオンと電子に分離し、水素イオンは
電解質中に拡散していく。この反応速度は比較的大きい
。
より電気エネルギーを取出しているわけであるが、実際
の現象としては、それぞれのガス通路全通る水素及び空
気中のば素は、ポーラスな炭素材料による電極基板内を
拡散し、触媒層に達する。一般に触媒ノーでの反応は、
燃料極では、水素イオンと電子に分離し、水素イオンは
電解質中に拡散していく。この反応速度は比較的大きい
。
一方仝気極側では、酸素分子が電子を取込みイオン化し
、かつ電解質中の水素イオンと結合して、水が生成され
る。この反応は一般に水素側に比較すると速度が小さい
。このような過程における電子の授受が電気エネルギー
として取出せるわけであるが、一般に燃料極と空気極と
では、空気極側の反応が生じに＜＜、かつ、空気中の酸
素分圧が小さいために、設素の拡散不良による電池性能
低ドが生じる。
、かつ電解質中の水素イオンと結合して、水が生成され
る。この反応は一般に水素側に比較すると速度が小さい
。このような過程における電子の授受が電気エネルギー
として取出せるわけであるが、一般に燃料極と空気極と
では、空気極側の反応が生じに＜＜、かつ、空気中の酸
素分圧が小さいために、設素の拡散不良による電池性能
低ドが生じる。
このため従来の燃料電池では、単純に空気極側の触媒量
を槽太さぜるのみで対策しており、酸素の拡散性等につ
いてはなんら対策されていない。
を槽太さぜるのみで対策しており、酸素の拡散性等につ
いてはなんら対策されていない。
すなわち、従来の燃料（セ及び空気極に用いる電極基板
は、同質のものを用いており、カス拡散に対する配慮が
なされていない。一方、マトリックス中の電解質を長期
間保持させるため直極基板に電解質を貯蔵し、マトリッ
クス中の市屏質を補給する技術も開発されているが、こ
の場合にも、燃料極及び空気極のいずれも同様に扱って
いるため、酸素の拡散不良による性能低下をきたしてい
る。
は、同質のものを用いており、カス拡散に対する配慮が
なされていない。一方、マトリックス中の電解質を長期
間保持させるため直極基板に電解質を貯蔵し、マトリッ
クス中の市屏質を補給する技術も開発されているが、こ
の場合にも、燃料極及び空気極のいずれも同様に扱って
いるため、酸素の拡散不良による性能低下をきたしてい
る。
δらに、この対策のためあらかじめ空気極側の貯蔵量を
小さめにすると、マトリックス中の電解質を逆に取込ん
でしまい、電解質の不足による電池内部抵抗の増大及び
燃料と空気の混合による直接燃焼を生じ、電池性能の低
下及び寿命が短い欠点があった。
小さめにすると、マトリックス中の電解質を逆に取込ん
でしまい、電解質の不足による電池内部抵抗の増大及び
燃料と空気の混合による直接燃焼を生じ、電池性能の低
下及び寿命が短い欠点があった。
本発明の燃料電池の目的は、燃料極及び空気極のガス拡
散性を好適に制御し、性能向上、及び長寿命化による信
頼性の高い燃料電池を提供することにある。
散性を好適に制御し、性能向上、及び長寿命化による信
頼性の高い燃料電池を提供することにある。
本発明は、燃料極よりも空気極のガス拡散性を大きくす
ることにより、大電流密度領域における性能低下を防止
すること全特徴とするものである。
ることにより、大電流密度領域における性能低下を防止
すること全特徴とするものである。
以Ｆ１本発明の燃料電池の実施例を第２図から第７図に
より説明する。
より説明する。
単位電池の部分を拡大した第２図では、触媒層９を処理
した燃料極２及び空気極１がマトリックス５を挾んで対
向配置されている。燃料極２及び空気極１は、モデル的
に記すとそれぞれ細孔１０゜１１を有する。また、空気
極１は燃料極２よシも細孔径が大きくなるように製造さ
れている。この製造方法は、例えば炭素繊維の線径、長
を変えることで容易に製造できる。このように製造した
電極を第２図のように配置し、かつ両極にリン酸を含ま
せて、ガス流路３，４にそれぞれ空気、燃料を流すと、
水素分子１２、酸素分子１３、窒素分子１４がそれぞれ
細孔１０，１１を拡散し、触媒ノーに達し発電する。
した燃料極２及び空気極１がマトリックス５を挾んで対
向配置されている。燃料極２及び空気極１は、モデル的
に記すとそれぞれ細孔１０゜１１を有する。また、空気
極１は燃料極２よシも細孔径が大きくなるように製造さ
れている。この製造方法は、例えば炭素繊維の線径、長
を変えることで容易に製造できる。このように製造した
電極を第２図のように配置し、かつ両極にリン酸を含ま
せて、ガス流路３，４にそれぞれ空気、燃料を流すと、
水素分子１２、酸素分子１３、窒素分子１４がそれぞれ
細孔１０，１１を拡散し、触媒ノーに達し発電する。
燃料極２と空気極１のガス透過性を変えたときの発電性
能を第３図に示している。実験′電池ａは、空気極、燃
料極とも線＆１０μｍ主体で製造した′￥１Ｌ極、実験
電池すは、空気極を線径３０μｍ主体で製造した電極を
用い友ものである。空気極１側のガス拡散性を上げた電
池すは、特に大電流密度領域での性能向上が大である。
能を第３図に示している。実験′電池ａは、空気極、燃
料極とも線＆１０μｍ主体で製造した′￥１Ｌ極、実験
電池すは、空気極を線径３０μｍ主体で製造した電極を
用い友ものである。空気極１側のガス拡散性を上げた電
池すは、特に大電流密度領域での性能向上が大である。
すなわち、ガス拡散性が大であると同時に、細孔径が燃
料極、マトリックス層に比べ太きいため、毛管現象によ
るリン酸保持力が小さくなり、マトリックス中のリン酸
を吸出すことがなく、マトリックス中のリン酸不足によ
る水素、酸素の直接燃及を防止できるものである。
料極、マトリックス層に比べ太きいため、毛管現象によ
るリン酸保持力が小さくなり、マトリックス中のリン酸
を吸出すことがなく、マトリックス中のリン酸不足によ
る水素、酸素の直接燃及を防止できるものである。
このように、燃料極２のガス拡散性よりも空気極１のガ
ス拡散性を高くすることにより、電池性能を向上させる
効果がある。
ス拡散性を高くすることにより、電池性能を向上させる
効果がある。
また、上述した実験電池すの電極構成で、電極の上下関
係を変えて発電試験を行った結果を第４図に示している
。
係を変えて発電試験を行った結果を第４図に示している
。
燃料極２が空気極１より上になるように配置した構成の
電池の特性曲線Ａは、逆に配置した電池の特性曲線Ｂに
比べて性能が良好である。これは、溌水性の小さい燃料
極が下にある機付、あらかじめ含ませたリン酸の電極内
分布が下側はど大きくなり、マトリックス側で小さくな
るため、マトリックス中のリン酸を吸収しやすくなるた
めであり、電極厚みが大きくなるほど顕著である。
電池の特性曲線Ａは、逆に配置した電池の特性曲線Ｂに
比べて性能が良好である。これは、溌水性の小さい燃料
極が下にある機付、あらかじめ含ませたリン酸の電極内
分布が下側はど大きくなり、マトリックス側で小さくな
るため、マトリックス中のリン酸を吸収しやすくなるた
めであり、電極厚みが大きくなるほど顕著である。
このように、燃料極２を上側に空気極１を下側となるよ
うに配置することで、電池性能を向上させる効果がある
。
うに配置することで、電池性能を向上させる効果がある
。
本発明の第５図の例では空気のガス流路３の幅＼すなわ
ち流路の底部を燃料のガス流路４に比べて大きくして、
空気の透過面積を広くして、酸素の拡散ｔを多くするこ
とにより電池性能の低下を防止できるようにしたもので
ある。
ち流路の底部を燃料のガス流路４に比べて大きくして、
空気の透過面積を広くして、酸素の拡散ｔを多くするこ
とにより電池性能の低下を防止できるようにしたもので
ある。
筐た、第６図の例では空気のガス流路３の底部と触媒層
９との間の厚み、すなわち空気の透過部の厚みを燃料の
流路４に比べ薄くすることにより、空気の透過量を多く
し、を池性能の低下を防止したものである。
９との間の厚み、すなわち空気の透過部の厚みを燃料の
流路４に比べ薄くすることにより、空気の透過量を多く
し、を池性能の低下を防止したものである。
更に第７図の例では空気のガス流路３の底部に窪み４八
を設けで、Ａｉ前記同様に空気の透過、拡散のｉを多く
シ、電池性能の低下を防止したものである。窪み４Ａは
、孔または溝が好ましく、１だ、触媒層９−１′で貫通
させても良いものである。
を設けで、Ａｉ前記同様に空気の透過、拡散のｉを多く
シ、電池性能の低下を防止したものである。窪み４Ａは
、孔または溝が好ましく、１だ、触媒層９−１′で貫通
させても良いものである。
なお、本発明の燃料電池の笑施例では燃料と空気の流れ
を直交形で説明しているが、向流形でも全く同様の効果
がある。
を直交形で説明しているが、向流形でも全く同様の効果
がある。
以上説明した如く燃料電池を構成すれば、各電極の細孔
径を好適に制御することで、特に空気の拡散がしやすく
なり、電池性能、特に大電流密度領域における性能全向
上させることができる効果がある。
径を好適に制御することで、特に空気の拡散がしやすく
なり、電池性能、特に大電流密度領域における性能全向
上させることができる効果がある。
第１図は一般的な燃料′電池の構成を示す斜視図、第２
図は本発明を適用した燃料′重態の一実施例を示す縦断
面図、第３図及び第４図はそれぞれ′直流密度と電池電
圧の関係を示す特性図、第５図から第７図はそれぞれ本
発明の燃料電池の他の例を示す縦断面図である。 １・・・空気極、２・・・燃料極、３，４・・・ガス通
路、５第３図 第４閉 電又著序（−一） 第６図 第■図
図は本発明を適用した燃料′重態の一実施例を示す縦断
面図、第３図及び第４図はそれぞれ′直流密度と電池電
圧の関係を示す特性図、第５図から第７図はそれぞれ本
発明の燃料電池の他の例を示す縦断面図である。 １・・・空気極、２・・・燃料極、３，４・・・ガス通
路、５第３図 第４閉 電又著序（−一） 第６図 第■図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ガス通路を有すると共に、触媒処理した燃料極と空
気極の間に、電解質を保有するマトリックスを挟持して
なる単位屯池をセパレータを介して複数個積層するもの
において、前記空気極はそのガス拡散性を燃料極のガス
拡散性よシ大すくシ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、前記空気極は燃料
極より下に配置したことを特徴とする燃料電池。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記空気極はこの
カス通路の幅を、燃料極のそれよりも大きくしたことを
特徴とする燃料電池。 ４゜特許請求の範囲第１項において、前記空気極はこの
ガス通路底部と触媒ｊ−間の寸法を、燃料極のそれより
も小嘔＜シたことを４徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57032422A JPS58150271A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57032422A JPS58150271A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 燃料電池 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4027795A Division JPH0719610B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58150271A true JPS58150271A (ja) | 1983-09-06 |
Family
ID=12358507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57032422A Pending JPS58150271A (ja) | 1982-03-03 | 1982-03-03 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58150271A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216457A (ja) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS628453A (ja) * | 1985-07-03 | 1987-01-16 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS6220255A (ja) * | 1985-07-17 | 1987-01-28 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS6348766A (ja) * | 1986-08-14 | 1988-03-01 | Kureha Chem Ind Co Ltd | リブ高さの異なる複合電極基板及びその製造方法 |
| JPH03155053A (ja) * | 1989-11-13 | 1991-07-03 | Fuji Electric Co Ltd | リン酸型燃料電池 |
| JPH06188008A (ja) * | 1992-04-01 | 1994-07-08 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JP2001319671A (ja) * | 2000-05-11 | 2001-11-16 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池 |
| WO2005057698A1 (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2021026992A (ja) * | 2019-08-08 | 2021-02-22 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池用接合体、及び燃料電池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5137414A (ja) * | 1974-09-26 | 1976-03-29 | Susumu Ubukata | |
| JPS5422537A (en) * | 1977-07-20 | 1979-02-20 | Engelhard Min & Chem | Fuel battery assembly and method of manufacture thereof |
-
1982
- 1982-03-03 JP JP57032422A patent/JPS58150271A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| US7592092B2 (en) | 2003-12-11 | 2009-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell having a hydrogen electrode catalyst layer porosity that is lower than the air electrode catalyst layer porosity |
| JP2021026992A (ja) * | 2019-08-08 | 2021-02-22 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池用接合体、及び燃料電池 |
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