JPS63310574A - 内部改質型燃料電池 - Google Patents
内部改質型燃料電池Info
- Publication number
- JPS63310574A JPS63310574A JP62145923A JP14592387A JPS63310574A JP S63310574 A JPS63310574 A JP S63310574A JP 62145923 A JP62145923 A JP 62145923A JP 14592387 A JP14592387 A JP 14592387A JP S63310574 A JPS63310574 A JP S63310574A
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- JP
- Japan
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- fuel
- reforming
- catalysts
- steam
- passage
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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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- 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
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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。
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〕
この発明は、燃料電池の燃料通路に燃料改質触媒を充填
し、電池の発生熱によって原燃料を改質する内部改質型
燃料電池に関するものである。
し、電池の発生熱によって原燃料を改質する内部改質型
燃料電池に関するものである。
第２図は例えば特開昭６０−３２２５５号公報に示され
た従来の内部改質型燃料電池を一部破断して示す斜視図
であり、図において、（ｌ）は多孔性のセラミックスで
構成され、その空間には炭酸塩が充填されている電解質
マトリックス、（２）は多孔性のニッケルなどで構成さ
れた燃料電極、（３）は酸化ニッケルなどの多孔性材料
で構成されｆｔａ化剤化種電極シ、燃料電極（２）と酸
化剤電極（３）とは電解質マトリックスｆｉｌを介して
対向するように配置され、これらで単電池を構成してい
る。（４）は酸化剤電極（３）に対して設けられた酸化
剤通路、（６）は燃料電極（２）に接して設けられ、多
数の孔を有する燃料側スペーサ、（６）は燃料スペーサ
（６）に直角に設けられたリプであり、燃料側スペーサ
（６）とリプ［８）とで燃料通路（７）を形成している
。（８）は燃料通路（７）に充填された燃料改質触媒で
ある。叫は酸化剤通路（４）と燃料通路（７）を分離す
るためのセパレータ板である。セパレータ板四は上面お
よび下面においてそれぞれ相対する２返に沿って凸起部
分を有し、上記凸起部分は電解質マトリックスｆ１）と
接触し、接触部分くおいてウェットシールを形成する。
た従来の内部改質型燃料電池を一部破断して示す斜視図
であり、図において、（ｌ）は多孔性のセラミックスで
構成され、その空間には炭酸塩が充填されている電解質
マトリックス、（２）は多孔性のニッケルなどで構成さ
れた燃料電極、（３）は酸化ニッケルなどの多孔性材料
で構成されｆｔａ化剤化種電極シ、燃料電極（２）と酸
化剤電極（３）とは電解質マトリックスｆｉｌを介して
対向するように配置され、これらで単電池を構成してい
る。（４）は酸化剤電極（３）に対して設けられた酸化
剤通路、（６）は燃料電極（２）に接して設けられ、多
数の孔を有する燃料側スペーサ、（６）は燃料スペーサ
（６）に直角に設けられたリプであり、燃料側スペーサ
（６）とリプ［８）とで燃料通路（７）を形成している
。（８）は燃料通路（７）に充填された燃料改質触媒で
ある。叫は酸化剤通路（４）と燃料通路（７）を分離す
るためのセパレータ板である。セパレータ板四は上面お
よび下面においてそれぞれ相対する２返に沿って凸起部
分を有し、上記凸起部分は電解質マトリックスｆ１）と
接触し、接触部分くおいてウェットシールを形成する。
このようなウェットシール部分（ｌ１ｍ）、（ｌｌｂ）
は反応ガスの気密性呆持を機能とし、燃料側ウェットシ
ール部分（１１亀）は燃料通路（７）を、酸化剤側ウェ
ットシール部分（ｌｌｂ）は酸化剤通路（４）を形成す
る。
は反応ガスの気密性呆持を機能とし、燃料側ウェットシ
ール部分（１１亀）は燃料通路（７）を、酸化剤側ウェ
ットシール部分（ｌｌｂ）は酸化剤通路（４）を形成す
る。
なお、第１図は従来の内部改質型燃料電池の一部を示し
ておシ、図中、破線は同様の積層・状態が続いているこ
とを示す。
ておシ、図中、破線は同様の積層・状態が続いているこ
とを示す。
次に動作について説明する。燃料通路（７）に炭化水素
などの燃料と水蒸気が供給されると、燃料改質触媒（８
）との接触反応により、炭化水素は水蒸気と反応して水
素、−酸化炭素、および炭酸ガスに変換される。炭化水
素がメタンの場合には、この反応は以下の式で表わされ
る。
などの燃料と水蒸気が供給されると、燃料改質触媒（８
）との接触反応により、炭化水素は水蒸気と反応して水
素、−酸化炭素、および炭酸ガスに変換される。炭化水
素がメタンの場合には、この反応は以下の式で表わされ
る。
Ｃ’Ｈ４＋ Ｈ２Ｏ４Ｃｏ ＋ ３Ｈ２生成された水素
および一酸化炭素は、燃料側スペーサ（器）に設けられ
た孔を通夛、多孔性の燃料電極（２）の細孔を拡散する
。他方、酸化剤通路（４）には空気と炭酸ガスとの混合
ガスが供給され、多孔性の酸化剤ＴＩＥ 極［３）の細
孔を拡散する。電解質マトリックスＨに含浸され、動作
温度である６００’Ｃ付近では溶融状態になっている炭
酸塩、１埋極ｔ２１ 、＋３１および上記水素と酸素を
主成分とする反応ガスの間に生ずる電気化学反応によシ
反応ガスが消費され、電流コレクタ（図示せず）間に電
位が生じ、外部に電力が取り出される。なお、燃料改質
触媒（８）上で起こる改質反応は吸熱反応であシ、この
反応を持読させるのに必要な熱量は、上記゛或気化学度
応に伴う非過逆反応が熱ロスとなシ、燃料電層（２）お
よびスペーサ（５）を介して燃料改質触１１＄ ＋８１
に供給される。
および一酸化炭素は、燃料側スペーサ（器）に設けられ
た孔を通夛、多孔性の燃料電極（２）の細孔を拡散する
。他方、酸化剤通路（４）には空気と炭酸ガスとの混合
ガスが供給され、多孔性の酸化剤ＴＩＥ 極［３）の細
孔を拡散する。電解質マトリックスＨに含浸され、動作
温度である６００’Ｃ付近では溶融状態になっている炭
酸塩、１埋極ｔ２１ 、＋３１および上記水素と酸素を
主成分とする反応ガスの間に生ずる電気化学反応によシ
反応ガスが消費され、電流コレクタ（図示せず）間に電
位が生じ、外部に電力が取り出される。なお、燃料改質
触媒（８）上で起こる改質反応は吸熱反応であシ、この
反応を持読させるのに必要な熱量は、上記゛或気化学度
応に伴う非過逆反応が熱ロスとなシ、燃料電層（２）お
よびスペーサ（５）を介して燃料改質触１１＄ ＋８１
に供給される。
さらに上記電気化学反応に伴って発生する水蒸気は、燃
料通路（７）において改質反応に必要な水蒸気としても
利用される。従って、内部改質型燃料電池の場合外部改
質型燃料電池に比較して原燃料に対する最初に供給する
水蒸気の量は少なくてすむ。このことは、燃料カス中の
水素、−酸化炭素の割合を増加させ、電池の発電特性を
向上させることになる。−試算例によるスチームカーボ
ン比と電池電圧（ｍＶ ）およびシステム発電効率（＠
この関係を第３図に示す。
料通路（７）において改質反応に必要な水蒸気としても
利用される。従って、内部改質型燃料電池の場合外部改
質型燃料電池に比較して原燃料に対する最初に供給する
水蒸気の量は少なくてすむ。このことは、燃料カス中の
水素、−酸化炭素の割合を増加させ、電池の発電特性を
向上させることになる。−試算例によるスチームカーボ
ン比と電池電圧（ｍＶ ）およびシステム発電効率（＠
この関係を第３図に示す。
このように供給水蒸気量の低減は発電効率の改善に大き
な効果がある。しかしながら、従来の内部改質型燃料電
池においても燃料通路（７）の燃料ガス入口部分に設置
された燃料改質触媒（８）に関しては、電気化学反応に
よ多発生した水蒸気がまだ十分には蓄積されていないた
め、スチームカーボン比に関して従来の外部改質反応器
とほぼ同じ状況での運転となシ、水蒸気供給量を低減で
きるという内部改質型燃料電池の特長を子分生かせなか
った。
な効果がある。しかしながら、従来の内部改質型燃料電
池においても燃料通路（７）の燃料ガス入口部分に設置
された燃料改質触媒（８）に関しては、電気化学反応に
よ多発生した水蒸気がまだ十分には蓄積されていないた
め、スチームカーボン比に関して従来の外部改質反応器
とほぼ同じ状況での運転となシ、水蒸気供給量を低減で
きるという内部改質型燃料電池の特長を子分生かせなか
った。
特に燃料通路（７）の上流側すなわち燃料ガス入口部分
で酸化剤側ウェットシール部分（ｌｌｂ）に対応する領
域に設置せられた燃料改質触媒（８）に関しては、この
領域では第２図に示すように対応する酸化剤電極（３）
が欠けている念め電気化学反応が殆ど起こらず水蒸気の
生成も少なく、スチームカーボン比を低減する際のボト
ルネックとなっている。
で酸化剤側ウェットシール部分（ｌｌｂ）に対応する領
域に設置せられた燃料改質触媒（８）に関しては、この
領域では第２図に示すように対応する酸化剤電極（３）
が欠けている念め電気化学反応が殆ど起こらず水蒸気の
生成も少なく、スチームカーボン比を低減する際のボト
ルネックとなっている。
従来の内部改質型燃料電池は、燃料通路に同一の炭素析
出性を有した改ズ触謀を充填している念め、最初供給す
る水蒸気址を余シ少なくすると、電気化学反応によシ生
成した水蒸気の蓄積が十分でない上流側すなわち燃料通
路入口付近、とくに酸化剤側のウェットシール部分に相
当する領域において水蒸気が不足し、炭素が析出する可
能性がある。
出性を有した改ズ触謀を充填している念め、最初供給す
る水蒸気址を余シ少なくすると、電気化学反応によシ生
成した水蒸気の蓄積が十分でない上流側すなわち燃料通
路入口付近、とくに酸化剤側のウェットシール部分に相
当する領域において水蒸気が不足し、炭素が析出する可
能性がある。
この発明は上記のような問題点を解消する念めになされ
たもので、上流側においても改質反応で炭素析出がしに
＜＜、供給水蒸気量を少なくできるような内部改質型燃
料電池を得ることを目的とする。
たもので、上流側においても改質反応で炭素析出がしに
＜＜、供給水蒸気量を少なくできるような内部改質型燃
料電池を得ることを目的とする。
この発明に係る内部改質型燃料電池は、燃料改質触媒が
燃料の流れ方向に複数種配置され、上流側には下流側よ
シも炭素析出性の低い燃料改質触媒が配置されているも
のである。
燃料の流れ方向に複数種配置され、上流側には下流側よ
シも炭素析出性の低い燃料改質触媒が配置されているも
のである。
この発明における触媒の配置方法は、上流側に配置され
た炭素を析出しにくい触媒によシ、入口付近での改質反
応における炭素析出を抑制し、下流側では電池反応によ
って発生した水蒸気も利用することによシ、比較的高価
な炭素析出性の低い改質触媒の利用を最小限に抑え、且
つ電池全体として低水蒸気供給量で動作させることが可
能となる。
た炭素を析出しにくい触媒によシ、入口付近での改質反
応における炭素析出を抑制し、下流側では電池反応によ
って発生した水蒸気も利用することによシ、比較的高価
な炭素析出性の低い改質触媒の利用を最小限に抑え、且
つ電池全体として低水蒸気供給量で動作させることが可
能となる。
以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。第１
図において、（８ｍ）は燃料通路（７）の上流側に配置
された燃料改質触媒、（８ｂ）は燃料通路（７）の下流
側に配置された燃料改質触媒であシ、上流側燃料改質触
媒（８ｍ）は下流側燃料改質触媒（８ｂ）よシも炭素析
出性の低いものが用いられている。このような炭素析出
のしにくい改質触媒としては、白金、ルテニウムなどの
貴金属をセラミック担体に担持させた改質触媒が一般に
広く利用できる。また近年、ニッケルを触媒活物質とし
た改質触媒においても、他に第３成分を含有した。ｂ、
ｔｅ一部ニッケルの活性を調整するなどして、低スチー
ムカーボン比動作用の改質触媒が開発されておシ、これ
を利用できる。下流側燃料改質触１１Ｘ（８ｂ）として
は従来と同様に一般的な改質触媒が利用できる。
図において、（８ｍ）は燃料通路（７）の上流側に配置
された燃料改質触媒、（８ｂ）は燃料通路（７）の下流
側に配置された燃料改質触媒であシ、上流側燃料改質触
媒（８ｍ）は下流側燃料改質触媒（８ｂ）よシも炭素析
出性の低いものが用いられている。このような炭素析出
のしにくい改質触媒としては、白金、ルテニウムなどの
貴金属をセラミック担体に担持させた改質触媒が一般に
広く利用できる。また近年、ニッケルを触媒活物質とし
た改質触媒においても、他に第３成分を含有した。ｂ、
ｔｅ一部ニッケルの活性を調整するなどして、低スチー
ムカーボン比動作用の改質触媒が開発されておシ、これ
を利用できる。下流側燃料改質触１１Ｘ（８ｂ）として
は従来と同様に一般的な改質触媒が利用できる。
（Ｘ匂は燃料の流れ方向を示す矢印である。
なお、第１図においても第２図の従来例の場合と同様に
、破線は同様の積層状態が続いていることを示す。
、破線は同様の積層状態が続いていることを示す。
つぎに動作について説明する。燃料通路（７）に投入さ
れた天然ガス等の原燃料は同時に投入された水蒸気と反
応して、水素、−酸化炭素、炭酸ガスを生成する。この
時燃料通路（７）の上流側に設置された炭素析出のしに
くい改質ｍ謀（８ａ）により水蒸気が少ない場合でも改
質反応での炭素析出を抑制し、燃料通路（７）の下流側
は電池反応で生じた水蒸気も利用することによシ十分な
水蒸気量のもとに一般的な改質触媒（８ｂ）によ）改質
反応を行なう。
れた天然ガス等の原燃料は同時に投入された水蒸気と反
応して、水素、−酸化炭素、炭酸ガスを生成する。この
時燃料通路（７）の上流側に設置された炭素析出のしに
くい改質ｍ謀（８ａ）により水蒸気が少ない場合でも改
質反応での炭素析出を抑制し、燃料通路（７）の下流側
は電池反応で生じた水蒸気も利用することによシ十分な
水蒸気量のもとに一般的な改質触媒（８ｂ）によ）改質
反応を行なう。
以上の動作によシ、電池全体としては、水蒸気量が少な
い状態で動作可能となり、電池特性を向上させることが
できる。
い状態で動作可能となり、電池特性を向上させることが
できる。
すなわち、高価な低スチームカーポジ比用の改質触媒（
８ａ）の使用量を最少限に抑え、しかも内部改質型燃料
電池を少ない水蒸気量の投入で動作させることかでき、
電池特性の向上が図れる。
８ａ）の使用量を最少限に抑え、しかも内部改質型燃料
電池を少ない水蒸気量の投入で動作させることかでき、
電池特性の向上が図れる。
以上のように、この発明によれば、燃料改質触媒が燃料
の流れ方向に複数種類配置され、水蒸気量の不足しやす
い上流側には下流側よりも炭素析出性の低い燃料改質触
媒が配置されているので、少ない水蒸気投入量で動作可
能な内部改質型燃料電池が得られる効果がある。
の流れ方向に複数種類配置され、水蒸気量の不足しやす
い上流側には下流側よりも炭素析出性の低い燃料改質触
媒が配置されているので、少ない水蒸気投入量で動作可
能な内部改質型燃料電池が得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による内部改質型燃料電池
を一部破断して示す斜視図、第２図は従来の内部改質型
燃料電池を一部破断して示す斜視図、第３図は一試算例
によるスチームカーボン比に対する電池電圧およびシス
テム発電効率の関係を示す特性図である。 図において、（１）は電解質マトリックス、（２）は燃
料電極、（３）は酸化剤Ｗ極、（４）は酸化剤通路、（
７）は燃料通路、（８）は燃料改質触媒、（８ｍ） ＃
ｒｉ上流側燃料改質触媒、（８ｂ）は下流側燃料改質触
媒、（ｌｏｌはセパレータ板、（ｌ１ｍ）、（ｌｌｂ）
はウェットシール部分、（ｌ＠は燃料の流れ方向を示す
矢印である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
を一部破断して示す斜視図、第２図は従来の内部改質型
燃料電池を一部破断して示す斜視図、第３図は一試算例
によるスチームカーボン比に対する電池電圧およびシス
テム発電効率の関係を示す特性図である。 図において、（１）は電解質マトリックス、（２）は燃
料電極、（３）は酸化剤Ｗ極、（４）は酸化剤通路、（
７）は燃料通路、（８）は燃料改質触媒、（８ｍ） ＃
ｒｉ上流側燃料改質触媒、（８ｂ）は下流側燃料改質触
媒、（ｌｏｌはセパレータ板、（ｌ１ｍ）、（ｌｌｂ）
はウェットシール部分、（ｌ＠は燃料の流れ方向を示す
矢印である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
Claims (1)
- 燃料電極と酸化剤電極とを電解質マトリックスを介し
て対向するように配置した単電池、上記燃料電極に対し
て設けられた燃料通路、この燃料通路に充填された燃料
改質触媒、および上記酸化剤電極に対して設けられた酸
化剤通路を備え、燃料および酸化剤をそれぞれ上記通路
に供給して燃料を改質しながら発電を行なう内部改質型
燃料電池において、上記燃料改質触媒は上記燃料の流れ
方向に複数種類配置され、上流側には下流側よりも炭素
析出性の低い燃料改質触媒が配置されていることを特徴
とする内部改質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145923A JPS63310574A (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 内部改質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145923A JPS63310574A (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 内部改質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63310574A true JPS63310574A (ja) | 1988-12-19 |
Family
ID=15396206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62145923A Pending JPS63310574A (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 内部改質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63310574A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246791A (en) * | 1988-07-06 | 1993-09-21 | Johnson Matthey Public Limited Company | Fuel cell containing a reforming catalyst |
| US5436091A (en) * | 1989-05-11 | 1995-07-25 | Valence Technology, Inc. | Solid state electrochemical cell having microroughened current collector |
| US5470670A (en) * | 1993-03-01 | 1995-11-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell |
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| US7291417B2 (en) | 2003-01-16 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compositional and structural gradients for fuel cell electrode materials |
| EP1617501A3 (en) * | 2004-07-13 | 2008-06-11 | Ford Motor Company | Controlling kinetic rates for internal reforming of fuel in solid oxide fuel cells |
| WO2019189845A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池単セルユニット、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6158174A (ja) * | 1984-08-20 | 1986-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池 |
-
1987
- 1987-06-11 JP JP62145923A patent/JPS63310574A/ja active Pending
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