JPS62147664A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池

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JPS62147664A
JPS62147664A JP60290159A JP29015985A JPS62147664A JP S62147664 A JPS62147664 A JP S62147664A JP 60290159 A JP60290159 A JP 60290159A JP 29015985 A JP29015985 A JP 29015985A JP S62147664 A JPS62147664 A JP S62147664A
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秀夫 岡田
Toshiki Kahara
俊樹 加原
Koichi Mitsugi
三次 浩一
Yoshio Iwase
岩瀬 嘉男
Masahito Takeuchi
将人 竹内
Koki Tamura
弘毅 田村
Shigeyoshi Kobayashi
成嘉 小林
Hidekazu Fujimura
秀和 藤村
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
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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
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、燃料電池の反応ガス供給方法に係り、特に大
型燃料電池の発電時に発生する電流密度分布の不均一、
ならびに電極温度分布の不均一に伴う電池性能低下を防
止し、長期間にわたって安定した電池性能を得るために
改良された反応ガスの供給方法に関する。
〔発明の背景〕
燃料電池は、第2図に示すように、電解質板1を挾持し
て相対向配置するアノード3およびカソード2からなる
単位電池を、セパレータ4を介して積層することによっ
て形成される。
このセパレータ4には、反応ガスが供給されるための流
路溝5,6が形成されている。
反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスからなり、セパレー
タ4のアノード3側流路溝6には燃料ガスが供給され、
一方力ソード2側のセパレータ4の流路溝5には酸化剤
ガスが供給される。このような反応ガスの供給の結果、
電気化学反応の進行に伴い電子が発生し、この電子を外
部回路に取り出すことにより電気エネルギを発生する。
このような燃料電池では、一般に反応ガスの供給は燃料
ガスおよび酸化剤ガスの場合とも、第2図に示すように
、ガスの流れがセパレータ4内を一方向に流れる方式が
利用されてきた。このような一方向にのみ流れる反応ガ
スの供給方法の場合、〔「溶融炭酸塩型燃料電池の解析
モデル」電気化学協会発行(Molten Carbo
nate Fuel CellPerformance
 Model、J、Electrochem、5oc)
V o 1 。
130、Ncil  48P〜55P)においても示さ
れるように、電極に発生する電流密度分布および温度分
布に偏りが生ずる。
この電流密度分布および温度分布の偏りについて詳説す
る。
第3図は、前記文献に記載されている電流密度分布およ
び温度分布の状態を示した図で、セルサイズIMにおい
て、燃料ガス利用率75%、酸化剤ガス利用率25%、
入口反応ガス温度527℃で反応ガスを供給した場合の
電極表面上での電流密度分布(上側の図)および温度分
布(下側の図)の計算値の結果を示す状態図である。
電流密度分布および温度分布を示す(1)〜(3)の図
は、平均負荷電流密度(jay)を変えた場合の電極表
面上での電流密度分布および温度分布を示す。なお、T
avは平均電極温度を示す。
電気化学反応(電気出力)は温度依存性があり、高温側
はど反応が進行しやすく、また分極も小さくなるので高
い電流密度が得られることになる。
また、電気化学反応はガス分率(濃度)に対して依存性
があり、燃料ガスである水素ガス濃度が高く、酸化剤ガ
スである酸素または二酸化炭素濃度が高い方が電気化学
反応が進行しやすくなる。
燃料ガスの入口側で高電流密度が得られるのは、ガス分
率の依存性により、酸化剤ガスの出口側で高電流密度が
得られるのは、熱が電極の下流側に運ばれるため高温部
ができることによるものである。このように、酸化剤ガ
スの下流側で高温部ができるのは、電気化学反応が発熱
反応のため負荷電流が高いほど温度が上がることによる
。したがって、第3図(1)のように、平均負荷電流密
度が高い方が、温度分布が顕著となる。
このように第3図で示したごとく、電流密度分布の低い
部分で発電効率が十分でないばかりでなく、電流密度の
高い部分の安定性を損い、電池の長期安定性を害すると
いう問題が生ずる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、発電効率を向上し、かつ電池の長期間
安定性を図る燃料電池の反応ガス供給方法を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
反応ガスは、入口側から出口側に向って遂次組成が変化
し、そのうち燃料ガスではH2が、酸化剤ガスでは02
とCOzが消費され、出口側はど濃度が減少する。一方
、ガスの流れによって電池内部に温度分布が発生し、そ
れが電池性能に影響を与えている。このような電流密度
分布および温度分布が発生する結果、それが電池性能に
影響を及ぼしている。
そこで、本発明者らは、電極面における電流密度分布お
よび温度分布を平均化することについて鋭意検討の結果
、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は1反応ガスである燃料ガスまたは酸
化剤ガスを第2図に示すように一方向からのみ流すので
はなく、交互に対向するような方向をもつ複数の流れを
形成するよにし、かつ隣接する反対方向の流れをもつガ
ス流は、相互に分離独立していることを特徴とする燃料
電池の反応ガス供給方法である。
このような交互に対向するような方向をもつ複数の反応
ガスの流れを形成するのは、ガスの流路に平行してガス
隔壁を設け、このガス隔壁を介してガスを分割し、ガス
を対向して供給するようにすればよい。このようなガス
隔壁は、セパレータに配設することのほか、l!極板に
配設することも可能である。またガス隔壁を多く設ける
ことによって、ガス流を多く設けることが可能となる。
〔発明の実施例〕
次に、本発明に係る燃料電池の反応ガス供給方法の一実
施例を添付図面に従って詳説する。
第1図は、カソードおよびアノードそれぞれに一つの隔
壁を設け、酸化剤ガスと燃料ガスが直交に流れる場合の
実施例を示した構成図である。
図において、アノード12側およびカソード11側には
それぞれガス隔壁13が一つ設けられている。燃料ガス
14はガス隔壁3によって二つの流れが形成され、これ
らの流れは相互に逆方向に流れ、互いに対向する方向を
もつ二つの流れを形成する。また、同様に、酸化剤ガス
15もガス隔壁によって二つの逆方向に流れる対向流を
形成する。
酸化剤ガス15および燃料ガス14は、それぞれ直交す
るような流れとなっている。
このようなガス流路構成をとると、第4図に示すように
、電流密度の分布が平均化する。すなわち、電流密度は
、A点、B点、0点、D点において高くなり、電流密度
の関係は A≧B>C夕り のようになる。このように電流密度分布が平均化する結
果、第3図(1)に示した反応ガスの流れが一つである
場合に比べて、発電効率が向上することになる。
第4図のように電流密度が平均化するのは。
次のような理由による。すなわち、第3図(1)に示し
たように、電流密度分布が高いのは、燃料ガスの濃度が
高くかつ酸化剤ガスの濃度が薄い部分(温度分布が高い
部分)である。したがって、反応ガスの流れを細分割し
、隣接する流路ごとに逆方向となるような対向流を形成
すれば5かかる電流密度が高くなる状態が多くなり、そ
の結果、電流密度分布が均一となる。よって、反応ガス
の流れるのを分割数が多ければ多いほど、電流密度が高
い部分がそれだけ多く生じ、結果、電流密度は一層平均
化することにより、発電効率も増゛加する。
燃料ガス14および酸化剤ガス15の流れの関係は第1
図で示すような直交の関係になる場合のほか、第5図に
示すように対向の関係にすることもできる。すなわち、
隔壁13によって分割された燃料ガス14の分割流は、
アノードと電解質板を介して対向配置するカソード側に
流れる酸化剤ガス15と対向するように流れる場合であ
る。この場合、電流密度は電極板の中間部付近で高くな
る。また、第1図で示した管台と同様に、反応ガスが隔
壁13によって分割されているため、電流密度が高い部
分は複数存在し、その結果、電流密度分布は平均化する
。
また、第6図で示すように、燃料ガス14および酸化剤
ガス15が、隔壁13によって流れを細分割され、燃料
ガス14および酸化剤ガス15が、それぞれ平行となる
ように平行流を形成することもできる。
このように燃料ガス14と酸化剤ガス15が平行流を形
成するように流れる場合は、中間部において電流密度が
高くなる。また第5図において説明した場合と同様に、
電流密度の高い部分が複数個存在するために、電流密度
分布が平均化する。
第7図にアノード12側及びカソード11側にそれぞれ
ガス隔壁13を2つ設け、ガスの流れを三分割にして交
互にし、燃料ガス14流れと酸化剤ガス流れ15を直交
となるようにした場合を示す。
このように、ガス隔壁を多く設け、反応ガス流れを多く
分割すれば、電流密度の高い部分が2分割の場合に比べ
多く存在するようになる。よって、−Mi!流密度分布
が平均化する。
第8図にカソード側にガス隔壁13を2つ設け、酸化剤
ガス5の流れを三分割の対向流とし、酸化剤ガス15と
直交する燃料ガス14の流れを隔壁を設けず一方向にの
みした場合を示す。
〔実験例〕
アノードにはニッケル電極、カソードには酸化ニッケル
銀電極を用い、電極有効面積900dの電池を構成し、
燃料ガスには溶積比で80%H2−20%COz酸化剤
ガスニは15%02−30%C0z−55%NSを用い
て、上記各反応ガス流れを持つ燃料電池の発電試験を行
った。試験結果を第1表に示す。
第1表において、Aは第1図で示すように反応ガス流れ
を形成した場合、Bは第5図で示すように反応ガス流れ
を形成した場合、Cは第6図で示すように反応ガス流れ
を形成した場合、Dは第7図で示すように反応ガス流れ
を形成した場合、Eは第8図で示すように反応ガス流れ
を形成した場合、Fは本発明の効果の精度を確認するた
めのもので第9図で示すように従来の反応ガス流れを形
成した場合を示す。
第   1   表 第1表から明らかなように、反応ガス流れを分割された
対向流とすることにより、従来の反応ガス流れ(F)と
比較して、500時間後の電池性能に大きな違いが見ら
れた。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係る燃料電池の反応ガス供
給方法によれば、電流密度が平均化するために発電効率
が向上し、かつ電池出力が長期間にわたって安定する。
また、電流密度が平均化するために電池の安定性が長期
間にわたって保たれ、電池寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る反応ガス供給方法を示す図、第2
図は燃料電池の一般構成を示す分割斜視図、第3図は従
来の燃料電池の電流密度分布および温度分布を示す状態
図、第4図は第1図の反応ガス流れの場合の電流密度分
布を示す図、第5図ないし第8図は本発明に係る反応ガ
ス供給方法の他の実施例を示す図、第9図は従来の反応
ガスの供給方法を示す図である。 1・・・電解質板、2,11・・・カソード、3,12
・・・アノード、4・・・セパレータ、5.6・・・反
応ガス流路溝、13・・・ガス隔壁、14・・・燃料ガ
ス1.15・・・酸化剤ガス。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、電解質板を挾持して対向配置された一対の電極板か
    らなる単位電池を、セパレータを介して複数個を積層し
    てなる燃料電池の当該電極板とセパレータとの間に反応
    ガスを流通させる燃料電池の反応ガス供給方法において
    、前記反応ガスは交互に対向する方向をもつ複数の流れ
    を形成するように流通され、かつ隣接する対向流は相互
    に分離、独立するようになつていることを特徴とする燃
    料電池の反応ガス供給方法。
JP60290159A 1985-12-23 1985-12-23 溶融炭酸塩型燃料電池 Granted JPS62147664A (ja)

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