JPS63254674A - 酸素混入燃料ガス用燃料電池装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電極に望ましくない局部的高温加熱点を生ず
ることなく、酸素で汚染された燃料を用いることができ
る改良された燃料電池装置に関する。特に本発明は、燃
料に含まれる過度の酸素が希釈され、且つ（又は）燃料
が電極の電気化学的に活性な部分に達する前に触媒によ
り燃焼される燃料電池装置に関する。

〔従来の技術〕

陰極ガスとして燃料電池装置により使用される原ｆ１水
素が汚染された燃料は、水蒸気改質、石炭ガス化、水電
気分解、及び（又は）炭化水素の部分的酸化の如き種々
の方法により製造することができる。更に水素は、塩素
及びアルカリ液の製造及び塩素酸ナトリウムの製造の如
き工業的製法の副産物になることもある。これらの方法
の多くでは、得られる水素は酸素で汚染されているであ
ろう。

酸素で汚染された水素が燃料電池の陰極側に供給される
と、白金触媒にふれた時、水素と酸素が燃焼する。この
燃焼は、電極の電気化学的に活性な白金で被覆された領
域で起き、そこでは水素もその発熱電気化学的反応に関
与する。電池組み立て体の熱除去或は冷却系は、典型的
には電気化学的反応によって発生した熱から生ずると思
われる範囲の温度で効果的に作動するように設計されて
いる。極端な負荷或は高い周囲の操作温度により課せら
れることがある付加的な冷却要件は、一般に、従来の冷
却系によって効果的に取り扱うことができず、電池の損
傷をもたらすことがある。前述の望ましくない「付加的
冷却要件」は、約０．２％より多くの酸素汚染物を含む
原料燃料を燃料電池組み立て体で用いた時、燃料ガスが
燃料電池装置の電極の電気化学的に活性な領域に到達す
る前にその酸素汚染物の濃度を減少させる工程が取られ
ないならば燃ｆ１電池組み立て体の冷却系に課せられる
ことになるであろう。その理由は、今後酸素汚染物の燃
焼として言及する水素との化字的結りによる酸素汚染物
の燃焼が、電池？！！極のあるＯｉ域て水素の電気化学
的反応と同時に起き、それによってそれらの領域の電池
温度が著しく上昇することになると言うことにある。こ
の現象は局部的に電池の破壊を起すことがあり、電池装
置の全平均操作温度を、組み立て体の冷却系によって効
果的に処理することができなくなる水準まで上界させる
。

〔本発明についての記述〕

本発明の燃料電池袋＝では、水素燃料ガス中の酸素の濃
度は、燃料ガスが装置の電極の電気化学的に活性な部分
に達する前に酸素汚染物を別個に燃焼させ、且つ（又は
）希釈することにより約０．２％の水準まで低下される
。約０．２％の酸素水準は、従来の冷却系によって満足
に取り扱つかうことができない水準まで電池の電気化学
的に活性な部分で発生する熱を不当に増大することはな
いことが発見されている。酸素汚染物が燃料ガス巾約０
．２％〜約０．５％の範囲以内の水！いで存在する場合
、燃料ガスが電極の電気化学的に活性な領域に到達する
前に、電極構造体の上で酸素汚染物の一部分を燃焼させ
ることによりその減少が達成される。

酸素汚染物が約０．５％より多い場き、燃料ガスは、再
循環された陰極排気物と、分離酸素燃焼工程に入る前に
混合することができる。

酸素汚染物の分離燃焼は、装置中の電極の燃料空間導入
側の方へ陰極触媒層を伸ばすことにより達成される。同
時に、陽極触媒は伸ばされてはいないであろう、従って
、電池の電気化学的に活性な部分から燃料空間導入側へ
伸びている陰極触媒の帯が存在し、燃料ガスはその触媒
帯を通過してから電池の電気化学的に活性な領域に到達
しなければならないであろうｅ′：ｒ、池の電気化学的
に活性な領域は、陰極触媒と陽極触媒の層が電極上で同
じ広さになっている領域だけであることはコ２められる
であろう、酸素で汚染された燃料ガスが電池の電気化学
的に活性な領域中へ送られた時、同じ領域での酸素の燃
焼と水素の電気化学的反応の両方によって熱が発生する
であろう、これら二つの反応は同時に熱を発生し、その
結果通常・の操作温度よりも高い温度が電池中局部的に
生ずるであろう、酸素汚染物が伸びた陰極触媒帯によっ
て予め燃焼されるか又は反応される場６、電池中に過度
に加熱された領域が生ずることはなく、その結果全平均
装置温度は低くなり、従来の組み立て体冷却系によって
適切に取り扱うことができる。電池に入る燃料ガスが約
０．５％より大きな酸素含有量をもつ場合、電池の陰極
側からの排気物の一部分を再循環させて戻し、入ってく
る燃料ガスと混合する。陰極排気物は実質的に酸素を含
まないので、再ｗｉ環によって、入ってくる燃料中の酸
素の予測可能な希釈を行なうことができる。再循環の目
的は単に入ってくる燃料ガス中の酸素の濃度を約Ｑ　、
５％へ低下させることにある。

従って、本発明の目的は、酸素で汚染された陰極撚ｆ４
ガス登用いて効果的に操作することができる改良された
燃料電池を与えることである。

本発明の別の目的は、酸素で汚染された燃料を不当に高
い操作温度を生ずることなく用いることができる上述の
特性をもつ燃料電池装置を与えることである。

本発明の更に別の目的は、電極上の電気化学的に活性な
領域が同じ広さになっていない電極上の領域で過度の酸
素汚染物が電池生触媒により燃焼される上述の特性をも
つ燃料電池装置を与えることである。

本発明の更に別の目的は、電気化学的反応に関与しない
陰極の触媒被覆領域で酸素汚染物が予め燃焼される上述
の特性をもつ燃料電池装置を与えることである。

本発明の更に別の目的は、前燃焼領域が、電池中の燃料
導入側と電気化学的に活性な領域との間に狭まれ、その
結果入ってくる燃ｔ＋の全てがその酸素汚染物の少なく
とも一部分が電気化学的に活性な領域に入る前に予め燃
焼されるようになっている上述の特性をもつ燃料電池装
置を与えることである。

本発明の更に別の目的は、陰極排気ガスが選択的に再循
環され、入ってくる燃料と混合され、前燃焼工程に入る
前に最初に酸素濃度を低下させるようになっている上述
の特性をもつ燃料電池装置を与えることである。

本発明のこれら及び他の目的及び利点は、付図と関連し
た好ましい態様についての以下の詳細な記述から一層容
易に明らかになるであろう。

〔本発明を実施するための最良の！厚様〕第１図に関し
、本発明に従って操作するのに適合する燃料電池装置の
積層体部分が、全体的に数字（２）によって示されてい
る。積層体（２）は、陰極１１ｍ（４）、陽極側（６）
及びそれら二つの間の電解質マトリックス（８）を有す
る。冷却部分（１０）も含まれている。水素に富む燃料
ガスは、線（１２）を通って陰極側（４）へ入り、積層
体（２）から線（１４）を通って排気される。酸素検出
機＜１６）は、汚染物の存在で過熱されないものである
のが好ましいが、導入線（１２）中にに配置され、積層
体（２）に入る燃ｆｌガス中の酸素汚染物の存在を連続
的に検出してもよい。陰極通路（４）の排気側（１４）
上に、再循環路〈１８）が配＝されており、それは線（
１４）から導入線（１２）へ陰極排気物を循環して戻し
、入ってくる陰極燃料ガスと混合するのに用いてもよい
、弁（２０）を線（１８）中に入れてもよく、陰極排気
物の再Ｗｉ環を起させるように選択的に開閉することが
できる。同様にポンプ（２２）を線（１８）中に含ませ
、陰極排気ガスの再循環速度を調節するようにしてもよ
い。弁（２０）とポンプ（２Ｚ）は検出機（１６）によ
って制御し、検出機（１６）が予め定められた値よりも
大きな酸素水準、例えば、２％を検出機した時、弁（２
０）とポンプ（２２）を導入線（１２）へ陰極排気物を
再循環して戻すように操作されるであろう、燃料ガス中
の実質的に全ての酸素が陰極中で消費されるので、陰極
排気物は実質的に酸素を含まなくなり、その結果陰極排
気物の再ｍ環は入ってくる燃料中の酸素水準を約０．５
％位の処理可能な水準へ下げることができる。積層体（
２）の陽極側（６）には、空気が線（２４）を通って入
り、線（２６）を通って排気される。検出機、再循環弁
及びポンプは任意的なものに過ぎず、陰極排気ガスを陰
極導入側へ戻す再循環にとって必須のものではないこと
は分るであろう、　第２図に関し、電池の一つの内部が
示されている。マＩ・リックス（８）の陰極側には、陰
極電極基体（２８）があり、陽極側には陽［！？Ｉｌ：
極基体（３０）がある、基体（２８）と（３０）は、両
方とも多孔質炭素板であり、それを通して反応物がマト
リックス（８）の方へ拡散することができる。マトリッ
クス（８）は電解質を含み、例えば、炭化珪素、ボリア
リールスルフォン、フェノール樹脂、又は燐酸硼素から
形成されていてもよい。マトリックス（８）に隣接した
陰極基体（２８）の表面上に陰極触媒層（３２）が付着
されており、マトリックス（８）に隣接した陽極基体（
３０）の表面上に陽極触媒層（３４）が付着されている
０層（３２）及び（３４）中の触媒は、例えば、白金、
炭素上の白金、又は白金ルデニウム合金でもよい。陰極
触媒層（３２）は、触媒層（３４）が存在しない陽極基
体（３０）の部分（３５）に相対して配置された触媒層
の帯（３３）を含んでいることが認められるであろう、
従って、陰極触媒ｆｆｉ　（３２）は陽極触媒層（３４
）より陰極ガス空間（４）の導入側（１２）に近付いて
終わっている。帯（３３）はマトリックス（８）にＩＩ
Ｉ！！接した一つの触媒層だけをもっているので、陰極
側（４）からの水素と陽極側（６）がらの酸素との間の
電気化学的反応は帯（３３）に隣接したマトリックス（
８）中では起きないであろう。酸素で汚染された水素燃
料ガスは第２（２Ｉに示した矢印への方向に陰極ガス空
間（４）の導入側（１２）から装置中へ流入する。従っ
て、燃料ガスは、それが触媒層（３２）と（３４）との
間の電池の電気化学的に活性な領域に達する前に、伸び
た触媒帯（３３）の上を流れるはずである。燃料ガスが
陰極ガス空間（４）へ入ると直ちに、水素と酸素の分子
は、矢印Ｂで示されているように、多孔質陰極基体（２
８）を通ってマトリックス〈８）の方へ拡散し始める。

基体（２８）を通って触媒帯（３３）の方へ拡散する酸
素と水素は発熱的に結合し、触媒帯（３３）の所で水を
形成するであろう、帯（３３）の所のこの反応は燃料ガ
スが電池の電気化学的に活性な領域、即ち触媒層（３２
〉　と（３４）との間に横たわるマトリックス（８）の
部分に達する前に燃料ガス中の酸素の及を低下するであ
ろう、同時に、帯（３３）の領域中では、水素の電気化
学的反応は起きないであろう。何故なら帯（３３）に相
対する所には相当する陽極触媒（３４）が存在しないか
らである。このことは、帯（３３）の領域で発生した熱
だけが発熱的化学的酸素低下反応から生じたことになる
ことを意味している。従って、この熱は電池の電気（ヒ
学的部分がら置される。このようにして電池の電気化学
的部分の導入端部は異常に高い操作温度を受けることは
ないであろう。

さもなければそのような高温が、酸素量η染物が電池中
の電気化学的に活性な部分で燃焼させられるために生ず
るであろう。　燃料ガス中の酸素の割合を、燃料ガスが
電池の電気化学的に活性な領域に達する時までに約０．
２％へ減少させることにより、冷却系に過度の負担をか
けたり或は電池を損傷する電圧を生じたりすることのな
い操作温度がもたらされることが見出だされている。

本発明に従い形成された電池構造体の操作性に影響を与
え、又変化させたり調節したりすることができる電池中
の一つのパラメーターは、酸素が電極基体を通って拡散
し、伸びた触媒帯に達することができる速度である。も
し電極基体を通る酸素の拡散速度が大きいと、一層多く
の酸素がその伸びた触媒帯中で燃焼し、一層少ない酸素
が電池の電気化学的に活性な部分に達するであろう、典
型的な燃料電池電極基体は、約８００−３０００ａｍｐ
／　ｆｔ”の範囲の電池電流密度に相当する酸素拡散限
界を有するであろう、電極構造体により生ずる電流密度
は、基体の１　ｆｔ”当たり、１時間当たりの基体を通
って拡散する酸素のモル数に比例するであろう、この速
度は通常の操作圧力では内部電池圧力とは無関係であろ
う、基体を通る酸素の拡散速度を変化又は制御する一つ
の方法は、酸素が密度の低い一層多孔質の基体を通って
一層速く拡散することができると言うことを考慮に入れ
ると、基体の密度を変えることである。他の方法は、再
循環によって水素中の酸素の濃度を制御することである
。もし望むならば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）充填剤等を使用することにより局部的な密度の変
化を達成することができる。

電極基体の酸素の限界拡散速度は、ファラデーの法則に
より、数学的には基体の限界電流密度の６．５７８Ｘ　
１０−’倍になる。従って、この酸素を燃焼させること
から生ずる局部的熱は、基体の限界電流密度の０．２倍
になるであろう、限界電流密度は標準限界密度×燃料ガ
ス中の酸素の％である。

次の表は、燃料ガス中の種々の酸素濃度水準での三つの
異なった基体の標準限界電流密度に対する熱発生値を与
えており、その発生した熱は基体の面積についてＢ、ｔ
ｕ／時／「ｔ２の単位で示されている。

３、ＯＸ　　　　　３０００　　　　Ｘ　　　　Ｏ，２
＝　　　１８００２．Ｏｘ　　　　　３０００　　　　
ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　１２００１、Ｏｘ　　　　
　３０００　　　　ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　６００
０．５　　　ｘ　　　　　３０００　　　　ｘ　　　　
Ｏ，２＝　　　　３００３、ＯＸ　　　　　１５００　
　　　Ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　９００２、Ｏｘ　　
　　　１５００　　　ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　６０
０１、Ｏｘ　　　　　１５００　　　　ｘ　　　　Ｏ，
２＝　　　　３０００．５　　　ｘ　　　　　１５００
　　　　ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　１５０３、Ｏｘ　
　　　　　８００　　　　ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　
４８０２、Ｏｘ　　　　　　８００　　　　ｘ　　　　
Ｏ，２＝　　　　３２０１．０　　　ｘ　　　　　　８
００　　　　ｘ　　　　Ｏ，２＝　　　　１６００．５
　　　ｘ　　　　　　８００　　　　ｘ　　　　Ｏ，２
＝　　　　　８０燃料電池を操作した時の用語ｒ限界電
流密度」とは、存在する反応物濃度で電極によって維持
することができる定常状態の最大電流密度のことを意味
するものとして定義されている。「基準限界電流密度」
とは、基準反応物濃度（この場合には１００％）での限
界？ｌＸｌ密流として定義される。

用いられる限界電流密度は、通常の限界電流密度の上記
範囲以内にあり、酸素が電極基体を通って拡散すること
ができる最大速度を変えることによって制御される。

次の実施例は、酸素で汚染された燃料を使用することに
よる電池の局部的過熱を制御するための本発明のための
操作を例示するものである。

実施例１ 陰極触媒と陽極触媒が同じ所で終わっていて、拡散基体
について３０００　ａｍｐ／　ｆｔ’、及び１，０％酸
素で汚染された燃料源を用い、電池が各一対の冷却板の
間に７つの電池が積層されな形で配列されており、冷却
剤が３７５°Ｆの温度に維持され、その相中の真ん中の
電池の希望の温度が４２５°Ｆである従来の燃料電池設
計を用いたものと仮定する。この形状では、上記表から
、同じ所で終わっている触媒層の所での酸素汚染物の燃
焼がそれら触媒層の端の所で局部的に電極の面積につき
、合計６００Ｂｔｕ／時／　ｆｔ２の熱を放出するであ
ろうことがわかる。

同時にこの領域では、水素の電気化学的反応により電極
の面積につき合計５００Ｂｔｕ／時／ｆｔ”の熱を放出
するであろう、従って、電池中局部的に合計１１００Ｂ
　Ｌｕ／時／「ｔ２の熱が放出されるであろう。

これは電池温度を局部的に約４８５’Ｆに上昇させ、電
池の損傷を起すであろう。

実施例２ 実施例１と同じ積層体側り同じ拡散速度基体及び同じ酸
素汚染濃度を仮定するが、陰極触媒層が本発明に従い電
池の燃料導入側の方へ伸ばされていると仮定する。その
ような場合には、電極の面積につき６００Ｂ　ｔｕ／時
／、　ｒ　ｔ　２の熱はその伸びた触媒帯の所で放出さ
れ、電気化学的反応によって発生した熱によって局部的
に増大されることはないであろう、電極につき５００Ｂ
　ｔｕ／時／　ｆｔ”の電気化学的に発生した熱は、伸
びた触媒帯に隣接した所だけで放出されるであろう、こ
の例では、陰極触媒層を陰極ガス導入部の方へ伸ばし、
陽極触媒層とそれが同じ所で終わらないようにするだけ
で、電池の局部的温度は４３５℃へ低下し、それは電池
の損傷を起こさない許容できる操作温度である。

実施例３ 実施例２で用いられたのと同じ条件を今度も仮定するが
伸びた触媒帯に隣接した陰極基体の密度を、基体につき
１５００ａｍｐ／　ｆｔ”の拡散即ち限界電流密度を生
ずるであろう水準まで増大させたものと仮定する。この
場合、表を参照して酸素汚染物の消費が電極面積につき
、わずか３００Ｂｔｕ／時／「Ｌ２の熱しか放出しない
であろうことが認められるであろう、この熱放出は実施
例２の場合と同様に、局部的になり、電気化学的反応に
よって放出される電極面積につき５００Ｂ　Ｌｕ／時／
ｆｔ”の熱により増大されることはないであろう。この
実施例では、最大局部的電池温度は、正常な４２５°Ｆ
より低くなり、従って、何等問題は起きないであろう。

実施ＰＡ３に記載した操作条件を用いて、電池の電気化
学的領域の所での電気化学的反応の目的％にｆｆ１ｌ達
させるため触媒が伸びていなければならない長さを計算
することができる。目的酸素汚染物の濃度水準は０．２
％であると仮定する０局部的酸素濃度速度は局部的酸素
濃度に比例するので、帯延長の必要な長さの良好な近似
は、対数平均０２濃度： を用いて平均酸素濃度を決定することにより得ることが
できる。これは： 帯の上の基体について１５００　ａｍｐの限界電流密度
を用いて、平均酸素消費速度は になるであろう。

５０００ａｍｐの電流を発生する積層体中１０ｆｔ２電
池を仮定すると、２８０ａｍｐ／　ｆｔ’に等しい電流
密度で、１００ａ翔ｐ相当の酸素を消費するのに充分な
広さが伸びた触媒帯中になければならない、従って、必
要な全帯の面積は次のように計算される。

１００世−Ｘ　　１０　　＝　　０．３６ｆｔ２従って
、触媒の帯は、面積が１０ｆｔ”である四角の電池の燃
料導入側上約１．４ｉｎの長さになっているであろう。

上記計算は本発明の種々の電池条件に対する適合性を単
に例示するためのものである。電池中に入る燃料ガスが
もつ酸素の濃度は、もし必要なら予め定められた体積の
陰極排気物を再循環させることにより調節され、又目的
の水準に維持されるであろう、前に述べた如く、電極基
体材料の拡散速度はＰＴＦＥの如き添加物又は被覆を用
いて、酸素汚染物が燃焼することにより発生する温度を
制御することにより、局部的に変えることができる。　
本発明の装置は、過熱による電池の損傷を起こすことな
く酸素で汚染された陰極燃料を許容れるであろう、基本
的な電池及び積層体の構造は、本発明に従い、適切に機
能を果たさせるのに大きく修正する必要はない０本発明
は非常にわずがな付加的コストで電池構造体中に取り入
れることができる０本発明の記載の態様の多くの変化及
び変更を本発明の概念から外れることなく行なうことが
できるが、特許請求の範囲で要求されること以外に本発
明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従い作動する燃料電池装置の概略的
図である。 第２図は、本発明に従って作動するように構成された電
池の部分的断面図である。 ４−ｍ−陰極ガス空間　　　６一−−陽極ガス空間８−
−−電解質マトリックス　　　２８−−一陰極基体３０
−−−陽極基体　　　３２．３４−ｍ−触媒層３３−−
−伸びた触媒層帯 代　　理　　人　　　　　浅　　村　　　皓Ｊ’Ｍ；−
Ｕ Ｊ’ｉＧ−２

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素で汚染された水素に富む燃料ガスを用いるの
   に適する燃料電池装置ににおいて、 ａ）電解質マトリックス、 ｂ）前記電解質マトリックスの一方の側上の陰極ガス空
   間で、そのガス空間を通って燃料ガスが前記ガス空間の
   導入側から流れる陰極ガス空間を形成する機構、 ｃ）前記電解質マトリックスの前記一方の側とは反対の
   側上に陽極ガス空間を形成する機構、 ｄ）前記陰極ガス空間と前記電解質マトリックスとの間
   に挿入された多孔質陰極基体、 ｅ）前記陽極ガス空間と前記電解質マトリックスとの間
   に挿入された多孔質陽極基体、 ｆ）前記陽極基体の前記電解質マトリックスに面した側
   上の触媒層、及び ｇ）前記陰極基体の前記電解質マトリックスに面した側
   上の触媒層で、前記陰極ガス空間導入側の方へ伸び、又
   前記陰極ガス空間導入側に最も近い前記陽極基体上の前
   記触媒層の縁を越えて伸びている長い触媒層帯を含んで
   いる前記陰極基体上の触媒層、 からなる燃料電池装置。
2. （２）陰極基体が、長い陰極触媒層帯と連続した陰極基
   体の部分でだけ局部的に減少した酸素拡散速度を与える
   ように緻密化されている特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料電池装置。
3. （３）燃料ガスを陰極ガス空間へ送るための、陰極ガス
   空間導入側へ接続された送り機構、陰極ガス空間から燃
   料ガス排気物を導くための前記陰極ガス空間の排気側へ
   接続された排気機構、及び前記排気機構からの陰極ガス
   排気物を前記送り機構へ、入ってくる燃料ガスと混合す
   るために再循環するための、前記排気機構と前記送り機
   構とを作動可能に連結する再循環導管を更に含む特許請
   求の範囲第１項に記載の燃料電池装置。
4. （４）再循環導管中の、排気機構から送り機構への燃料
   ガス排気物の流れを調節するための弁部材を更に有する
   特許請求の範囲第３項に記載の燃料電池装置。
5. （５）送り機構中の燃料ガス中の酸素汚染物の濃度を検
   出するための送り機構中に配置された酸素検出機構を更
   に有し、その検出機構は、検出された酸素濃度が予め定
   められた値を越えたとき弁部材を開き、検出された酸素
   濃度が予め定められた値よりも低い時、前記弁部材を閉
   じるように作動するように前記弁部材に結合されている
   特許請求の範囲第４項に記載の燃料電池装置。
6. （６）燃料ガス排気物を、弁部材が開いた時再循環導管
   を通ってポンプで送るための再循環導管中のポンプ機構
   を更に有し、しかもそのポンプ機構は検出機構により選
   択的に駆動されるようにその検出機構に接続され、作動
   的に制御されるようになっている特許請求の範囲第５項
   に記載の燃料電池装置。
7. （７）酸素で汚染された水素に富む燃料ガスを用いるの
   に適合する燃料電池装置において、 ａ）陰極及び陽極基体を形成する部材、 ｂ）前記陰極基体と陽極基体との間に狭まれた電解質マ
   トリックス、 ｃ）前記陰極基体に隣接した陰極ガス空間を形成する機
   構で、前記陰極ガス空間がそこへ燃料ガスが送られる際
   に通る導入側を有する、陰極ガス空間形成機構、 ｄ）燃料電池装置中に電気化学的に活性な領域を形成す
   る前記陰極及び陽極基体上の実質的に同じ広さの触媒部
   材で、前記電気化学的に活性な領域の端が前記陰極ガス
   空間導入側から離れて位置している触媒部材、及び ｅ）前記電気化学的に活性な領域の前記端から前記陰極
   ガス空間導入側へ伸び、燃料電池装置中に実質的に電気
   化学的に不活性な酸素消費領域を形成する前記陰極基体
   だけの上にある第二触媒部材で、前記酸素消費領域中で
   は、入ってくる燃料ガス中の酸素が消費されて、燃料ガ
   ス中の酸素汚染物の割合を、燃料ガスが前記電気化学的
   に活性な領域に達する前に減少させるようになっている
   第二触媒部材。 からなる燃料電池装置。
8. （８）酸素消費領域が燃料ガス中の酸素の割合を、燃料
   ガスが電気化学的に活性な領域に達する前に約０．２％
   以下へ減少させるように作動させることができる特許請
   求の範囲第７項に記載の方法。
9. （９）燃料ガスを陰極ガス空間導入側へ送るための送り
   機構と、前記陰極ガス空間の排気側から燃料ガス排気物
   を取り出すための排気機構を更に有する特許請求の範囲
   第７項に記載の燃料電池装置。
10. （１０）陰極排気ガスを排気機構から送り機構へ再循環
    させ、燃料ガスが陰極ガス空間へ入る前にその中の酸素
    量を減少させるための再循環導管部材を更に有する特許
    請求の範囲第９項に記載の燃料電池装置。
11. （１１）排気機構から送り機構への陰極排気ガスの流れ
    を調節するための再循環導管部材中の弁部材及び前記送
    り機構中の燃料ガス中の酸素量を検出するための前記送
    り部材中の酸素検出機構で、前記送り機構中の燃料ガス
    中の酸素濃度の予め定められた変化に呼応して弁部材を
    開閉するためにその弁部材に作動的に結合されている酸
    素検出機構を更に有する特許請求の範囲第１０項に記載
    の燃料電池装置。
12. （１２）酸素消費領域に限定された陰極基体の局部的部
    分が、陰極ガス空間から第二の触媒部材への酸素拡散速
    度を低下させるように緻密化され、それによって前記酸
    素消費領域中に低い作動温度が維持されるようになって
    いる特許請求の範囲第７項に記載の燃料電池装置。