JPS63313472A - 自由電解液形燃料電池 - Google Patents
自由電解液形燃料電池Info
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- JPS63313472A JPS63313472A JP62149864A JP14986487A JPS63313472A JP S63313472 A JPS63313472 A JP S63313472A JP 62149864 A JP62149864 A JP 62149864A JP 14986487 A JP14986487 A JP 14986487A JP S63313472 A JPS63313472 A JP S63313472A
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- JP
- Japan
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- fuel
- electrolyte
- membrane
- fuel cell
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- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0293—Matrices for immobilising electrolyte solutions
-
- 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
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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
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、自由電解液形、特にアルカリ形燃料電池にお
ける対向する一対の電極の間に画成される電解液室の構
造に関する。
ける対向する一対の電極の間に画成される電解液室の構
造に関する。
自由電解液形燃料電池、例えばアルカリ形燃料電池の基
本構成である単電池は第２図の分解斜視図に示すような
構造を有している。図において１は燃料電極、２は酸化
剤電極であり、燃料電極１は多孔質の燃料極膜１ａと、
これを結着した電極基材である多孔質のカーボンペーパ
ー１ｂとからなり、一方酸化剤電極２は多孔質の酸化剤
極膜２ａと、これを結着した電極基材である多孔質のカ
ーボンペーパー２ｂとからなっている。燃料電極１と酸
化剤電極２とは一対の電極を形成し、燃料電極ｌと酸化
剤電極２とはガス不透過性の額縁状のセル枠３に嵌め込
まれて中央の孔空間を介して対向している。この孔空間
は、電解液であるアルカリ水溶液が通流する電解液室４
を形成し、電解液室４には燃料電極１と酸化剤電極２と
の間隔を保持する液室スペーサ５が挿入されている。
本構成である単電池は第２図の分解斜視図に示すような
構造を有している。図において１は燃料電極、２は酸化
剤電極であり、燃料電極１は多孔質の燃料極膜１ａと、
これを結着した電極基材である多孔質のカーボンペーパ
ー１ｂとからなり、一方酸化剤電極２は多孔質の酸化剤
極膜２ａと、これを結着した電極基材である多孔質のカ
ーボンペーパー２ｂとからなっている。燃料電極１と酸
化剤電極２とは一対の電極を形成し、燃料電極ｌと酸化
剤電極２とはガス不透過性の額縁状のセル枠３に嵌め込
まれて中央の孔空間を介して対向している。この孔空間
は、電解液であるアルカリ水溶液が通流する電解液室４
を形成し、電解液室４には燃料電極１と酸化剤電極２と
の間隔を保持する液室スペーサ５が挿入されている。
クリ
液室スペーサ５はアール樹脂からなり、第３図ないし第
６図の平面図、Ａ−Ａ矢視図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断
面図および第７図の部分矢視図に示すように断面が矩形
状の山部６と谷部７とが連続した波板からなり、山部６
には複数の方形状の孔６ａを、谷部７には複数の方形状
の孔７ａを設け、孔６ａと孔７ａとは市松模様になって
交互に配されている。そして液室スペーサ５は山ｔＩ６
６の上面６ｂを燃料電極１に、谷部７の下面７ｂを酸化
剤電極２に接触して配され、電解液室４に通流するアル
カリ水溶液は孔６ａから燃料電極１に、孔７ａから酸化
剤電極２に接するようにしている。
６図の平面図、Ａ−Ａ矢視図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断
面図および第７図の部分矢視図に示すように断面が矩形
状の山部６と谷部７とが連続した波板からなり、山部６
には複数の方形状の孔６ａを、谷部７には複数の方形状
の孔７ａを設け、孔６ａと孔７ａとは市松模様になって
交互に配されている。そして液室スペーサ５は山ｔＩ６
６の上面６ｂを燃料電極１に、谷部７の下面７ｂを酸化
剤電極２に接触して配され、電解液室４に通流するアル
カリ水溶液は孔６ａから燃料電極１に、孔７ａから酸化
剤電極２に接するようにしている。
第２図に戻って燃料電極１と酸化剤電極２の両側にはセ
ル枠３に設けられた０リングａ８に挿入される０リング
を介してガス不透過性の隔壁板９が配されており、隔壁
板９はその両板面に複数列の凸起９ａを有し、一方の板
面の相隣る凸起９ａの間は燃料電極ｌに燃料ガスを供給
する流路、他方の板面の相隣る凸起９ａの間は酸化剤電
極２に酸化剤ガスを供給する流路を形成している。
ル枠３に設けられた０リングａ８に挿入される０リング
を介してガス不透過性の隔壁板９が配されており、隔壁
板９はその両板面に複数列の凸起９ａを有し、一方の板
面の相隣る凸起９ａの間は燃料電極ｌに燃料ガスを供給
する流路、他方の板面の相隣る凸起９ａの間は酸化剤電
極２に酸化剤ガスを供給する流路を形成している。
セル枠３と隔壁板９の上部と下部とには外部から燃料ガ
スを隔壁板９に形成された燃料ガス流路に供給する燃料
ガスの供給マニホールド孔１０と燃料ガス流路を流れて
未反応燃料ガスを排出する燃料ガスの排出マニホールド
孔１１を有し、また酸化剤ガスを隔壁板９に形成された
酸化剤ガス流路に供給する酸化剤ガスの供給マニホール
ド孔１２と酸化剤ガス流路を流れて未反応酸化剤ガスを
排出する酸化剤ガスの排出マニホールド孔１３とが設け
られている。また電解液室４にアルカリ水溶液を供給す
る供給マニホールド孔１４がセル枠３と隔壁板９の下部
に、また上部に電解液室４を通流するアルカリ水溶液を
排出する排出マニホールド孔１５が設けられている。
スを隔壁板９に形成された燃料ガス流路に供給する燃料
ガスの供給マニホールド孔１０と燃料ガス流路を流れて
未反応燃料ガスを排出する燃料ガスの排出マニホールド
孔１１を有し、また酸化剤ガスを隔壁板９に形成された
酸化剤ガス流路に供給する酸化剤ガスの供給マニホール
ド孔１２と酸化剤ガス流路を流れて未反応酸化剤ガスを
排出する酸化剤ガスの排出マニホールド孔１３とが設け
られている。また電解液室４にアルカリ水溶液を供給す
る供給マニホールド孔１４がセル枠３と隔壁板９の下部
に、また上部に電解液室４を通流するアルカリ水溶液を
排出する排出マニホールド孔１５が設けられている。
アルカリ形燃料電池は上記の単電池を複数個積層してセ
ルスタックを構成し、セルスタックから負荷が必要とす
る電力を取り出すようにしている。
ルスタックを構成し、セルスタックから負荷が必要とす
る電力を取り出すようにしている。
アルカリ水溶液は波形状の液室スペーサ５を介して電解
液室４を通流し、排出マニホールド孔１５から排出して
循環する。そして燃料ガスを供給マニホールド孔１０か
ら隔壁板９の燃料流路を介して燃料電極１に、また酸化
剤ガスを供給マニホールド孔１２から隔壁板９の酸化剤
ガス流路を介して酸化剤電極２に供給して電解液室４か
らのアルカリ水溶液と燃料ガスおよび酸化剤ガスとがそ
れぞれ燃料電極１の燃料極膜１ａと酸化剤電極２の酸化
剤極膜２ａとで電気化学反応して発電する。この際隔壁
板９の燃料ガス、酸化剤流路に流れる燃料ガスと酸化剤
ガスの圧力は電解液室のアルカリ水溶液の圧力より高（
している。なお、電気化学反応に寄与しない燃料ガスと
酸化剤ガスはそれぞれ排出マニホールド孔１１．１３を
経て外部に排出される。
液室４を通流し、排出マニホールド孔１５から排出して
循環する。そして燃料ガスを供給マニホールド孔１０か
ら隔壁板９の燃料流路を介して燃料電極１に、また酸化
剤ガスを供給マニホールド孔１２から隔壁板９の酸化剤
ガス流路を介して酸化剤電極２に供給して電解液室４か
らのアルカリ水溶液と燃料ガスおよび酸化剤ガスとがそ
れぞれ燃料電極１の燃料極膜１ａと酸化剤電極２の酸化
剤極膜２ａとで電気化学反応して発電する。この際隔壁
板９の燃料ガス、酸化剤流路に流れる燃料ガスと酸化剤
ガスの圧力は電解液室のアルカリ水溶液の圧力より高（
している。なお、電気化学反応に寄与しない燃料ガスと
酸化剤ガスはそれぞれ排出マニホールド孔１１．１３を
経て外部に排出される。
電解液室４に挿入された液室スペーサ５は山部６と谷部
７の面５ａ、７ａとが燃料電極１と酸化剤電極２とに接
触してその間隔を保持しているので、電解液であるアル
カリ水溶液が燃料電極１と酸化剤電極２とにそれぞれ接
するのは液室スペーサ５の孔６ａと孔７ａの面積部であ
る。したがって電極の有効反応面積が少なくなるので、
所要の電気量を得るのに有効な反応面積を得るためには
電極表面積を大きくする必要があり、このため燃料電池
が大型になるとともに重量も重くなるという欠点がある
。また隔壁板９の燃料ガス流路と酸化剤ガス流路をそれ
ぞれ流れる燃料ガスと酸化剤ガスは電解液室のアルカリ
水溶液の圧力より高いので、圧力差により燃料極膜や酸
化剤極膜は電極基材であるカーボンペーパーから剥離し
やすいという欠点もある。
７の面５ａ、７ａとが燃料電極１と酸化剤電極２とに接
触してその間隔を保持しているので、電解液であるアル
カリ水溶液が燃料電極１と酸化剤電極２とにそれぞれ接
するのは液室スペーサ５の孔６ａと孔７ａの面積部であ
る。したがって電極の有効反応面積が少なくなるので、
所要の電気量を得るのに有効な反応面積を得るためには
電極表面積を大きくする必要があり、このため燃料電池
が大型になるとともに重量も重くなるという欠点がある
。また隔壁板９の燃料ガス流路と酸化剤ガス流路をそれ
ぞれ流れる燃料ガスと酸化剤ガスは電解液室のアルカリ
水溶液の圧力より高いので、圧力差により燃料極膜や酸
化剤極膜は電極基材であるカーボンペーパーから剥離し
やすいという欠点もある。
本発明の目的は電解液室に挿入されている液室スペーサ
により電解液が直接接触する電極の面積が制限されても
、電気化学反応に有効な反応面積を太き（することがで
きるとともに燃料電極の燃料極膜や酸化剤電極の酸化剤
極膜の剥離を防止できる自由電解液形燃料電池の電解液
室の液室構造を提供することである。
により電解液が直接接触する電極の面積が制限されても
、電気化学反応に有効な反応面積を太き（することがで
きるとともに燃料電極の燃料極膜や酸化剤電極の酸化剤
極膜の剥離を防止できる自由電解液形燃料電池の電解液
室の液室構造を提供することである。
上記問題点を解決するために、本発明によれば一対の電
極の対向する面に局所的に接触する液室スペーサを介挿
して画成される電解液室を有する自由電解液形燃料電池
において、前記電極と前記スペーサとの間に多孔質の膜
を介挿するものとする。
極の対向する面に局所的に接触する液室スペーサを介挿
して画成される電解液室を有する自由電解液形燃料電池
において、前記電極と前記スペーサとの間に多孔質の膜
を介挿するものとする。
電極と液室スペーサとの間に多孔質の膜を挿入したので
、液室スペーサが一対の電極の対向する面に局所的に接
触する個所にも電解液は多孔質の膜を浸透して電池反応
を起こすので、電池反応の有効反応面積が大きくなる。
、液室スペーサが一対の電極の対向する面に局所的に接
触する個所にも電解液は多孔質の膜を浸透して電池反応
を起こすので、電池反応の有効反応面積が大きくなる。
また多孔質の膜へ電解液の浸透により生じる浸透圧は、
反応ガスの圧力に拮抗するので、多孔質の膜は反応ガス
の圧力を保持するＢＦ２層（バブルプレッシャバリヤ）
を形成する。
反応ガスの圧力に拮抗するので、多孔質の膜は反応ガス
の圧力を保持するＢＦ２層（バブルプレッシャバリヤ）
を形成する。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による自由電解液形燃料電池と
してのアルカリ形燃料電池の電解液室の液室構造を示す
部分断面図である。なお第１図において第２図ないし第
７図の従来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明
を省略する。
してのアルカリ形燃料電池の電解液室の液室構造を示す
部分断面図である。なお第１図において第２図ないし第
７図の従来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明
を省略する。
第１図において燃料電極１は多孔質の燃料極膜１ａと電
極基材であるカーボンペーパー１ｂとからなり、一方酸
化剤電極２は多孔質の酸化剤極膜２ａと電極基材である
カーボンペーパー２ｂとからなり、本発明に係わる多孔
質の膜、すなわち空孔率の大きい膜１８は、例えばニッ
ケル焼結膜からなり、液室スペーサ５と燃料極膜１ａと
酸化剤極２ａとのそれぞれの間に介挿され、ＢＦ２層（
バブルプレッシャバリヤ）を形成している。なお液室ス
ペーサ５の山部６と谷部７の背面６ｂと７ｂとがそれぞ
れ膜１８に接触し、孔６ａと７ａとにより電解液が直接
膜１８に接触するようにしている。
極基材であるカーボンペーパー１ｂとからなり、一方酸
化剤電極２は多孔質の酸化剤極膜２ａと電極基材である
カーボンペーパー２ｂとからなり、本発明に係わる多孔
質の膜、すなわち空孔率の大きい膜１８は、例えばニッ
ケル焼結膜からなり、液室スペーサ５と燃料極膜１ａと
酸化剤極２ａとのそれぞれの間に介挿され、ＢＦ２層（
バブルプレッシャバリヤ）を形成している。なお液室ス
ペーサ５の山部６と谷部７の背面６ｂと７ｂとがそれぞ
れ膜１８に接触し、孔６ａと７ａとにより電解液が直接
膜１８に接触するようにしている。
このような構成により電解液室４の電解液であるアルカ
リ水溶液は多孔質の膜１８を浸透して燃料極膜１ａおよ
び酸化剤膜２ａ内にそれぞれ浸透する。このため孔６ａ
と７ａとを介してアルカリ水溶液が直接接触する燃料極
膜１ａと酸化剤極膜２ａの面積以外の処にもアルカリ水
溶液が浸透して燃料ガスと酸化剤ガスとのそれぞれによ
る電気化学反応が起きるので、電気化学反応に有効な反
応面積が大きくなる。
リ水溶液は多孔質の膜１８を浸透して燃料極膜１ａおよ
び酸化剤膜２ａ内にそれぞれ浸透する。このため孔６ａ
と７ａとを介してアルカリ水溶液が直接接触する燃料極
膜１ａと酸化剤極膜２ａの面積以外の処にもアルカリ水
溶液が浸透して燃料ガスと酸化剤ガスとのそれぞれによ
る電気化学反応が起きるので、電気化学反応に有効な反
応面積が大きくなる。
またＢＦ２層は電解液がその空孔に浸透して生じる浸透
圧により、カーボンペーパー１ｂや２ｂを浸透する燃料
ガスや酸化剤ガスの圧力に拮抗するので、燃料極膜１ａ
と酸化剤極膜２ａとをそれぞれカーボンペーパー１ｂと
２ｂとから剥離するのを防止する。
圧により、カーボンペーパー１ｂや２ｂを浸透する燃料
ガスや酸化剤ガスの圧力に拮抗するので、燃料極膜１ａ
と酸化剤極膜２ａとをそれぞれカーボンペーパー１ｂと
２ｂとから剥離するのを防止する。
以上の説明で明らかなように電解液室に挿入された液室
スペーサと電極との間に多孔質の膜を介挿することによ
り、電解液は前記膜内を浸透して電極に接するので、液
室スペーサにより電解液が直接電極に接する面積以上に
電気化学反応の反応面積が太き（なり、燃料電池を小型
化することができる。また多孔質の膜に浸透する電解液
の浸透圧は電解液室の電解液より高い圧力を有する燃料
ガスや酸化剤ガスの圧力に拮抗してこの圧力を保持する
ので、燃料、酸化剤電極を構成する燃料極膜や酸化剤極
膜を電極基材から剥離するのを防止できる。
スペーサと電極との間に多孔質の膜を介挿することによ
り、電解液は前記膜内を浸透して電極に接するので、液
室スペーサにより電解液が直接電極に接する面積以上に
電気化学反応の反応面積が太き（なり、燃料電池を小型
化することができる。また多孔質の膜に浸透する電解液
の浸透圧は電解液室の電解液より高い圧力を有する燃料
ガスや酸化剤ガスの圧力に拮抗してこの圧力を保持する
ので、燃料、酸化剤電極を構成する燃料極膜や酸化剤極
膜を電極基材から剥離するのを防止できる。
第１図は本発明の実施例による自由電解液形燃料電池の
電解液室の構造を示す部分断面図、第２図は従来の電解
液室構造を備えた自由電解液形燃料電池の単電池の分解
斜視図、第３図は第２図の液室スペーサの平面図、第４
図は第３図のＡ−Ａ矢視図、第５図は第３図のＢ−Ｂ断
面図、第６図は第３図のＣ−Ｃ断面図、第７図は第２図
の液室スペーサの部分斜視図である。 １ 燃料電極、２−酸化剤電極、４・電解液室、５ 液
室スペーサ、１８−多孔質の膜。 ′＄１図 第 ７ 区
電解液室の構造を示す部分断面図、第２図は従来の電解
液室構造を備えた自由電解液形燃料電池の単電池の分解
斜視図、第３図は第２図の液室スペーサの平面図、第４
図は第３図のＡ−Ａ矢視図、第５図は第３図のＢ−Ｂ断
面図、第６図は第３図のＣ−Ｃ断面図、第７図は第２図
の液室スペーサの部分斜視図である。 １ 燃料電極、２−酸化剤電極、４・電解液室、５ 液
室スペーサ、１８−多孔質の膜。 ′＄１図 第 ７ 区
Claims (1)
- １）一対の電極の対向する面に局所的に接触する液室ス
ペーサを介挿して画成される電解液室を有する自由電解
液形燃料電池において、前記電極と前記スペーサとの間
に多孔質の膜を介挿することを特徴とする自由電解液形
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149864A JPS63313472A (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 自由電解液形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149864A JPS63313472A (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 自由電解液形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313472A true JPS63313472A (ja) | 1988-12-21 |
Family
ID=15484321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62149864A Pending JPS63313472A (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 自由電解液形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63313472A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007095492A3 (en) * | 2006-02-14 | 2007-11-22 | Ini Power Systems Inc | System for flexible in situ control of product water in fuel cells |
| JP2014209489A (ja) * | 2010-01-25 | 2014-11-06 | ラモット アット テル−アヴィヴ ユニヴァーシテイ リミテッドＲａｍｏｔ Ａｔ Ｔｅｌ−Ａｖｉｖｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｔｄ | エネルギ貯蔵及び発生システム |
| US9065095B2 (en) | 2011-01-05 | 2015-06-23 | Ini Power Systems, Inc. | Method and apparatus for enhancing power density of direct liquid fuel cells |
-
1987
- 1987-06-16 JP JP62149864A patent/JPS63313472A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007095492A3 (en) * | 2006-02-14 | 2007-11-22 | Ini Power Systems Inc | System for flexible in situ control of product water in fuel cells |
| JP2014209489A (ja) * | 2010-01-25 | 2014-11-06 | ラモット アット テル−アヴィヴ ユニヴァーシテイ リミテッドＲａｍｏｔ Ａｔ Ｔｅｌ−Ａｖｉｖｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｔｄ | エネルギ貯蔵及び発生システム |
| CN104319410A (zh) * | 2010-01-25 | 2015-01-28 | 雷蒙特亚特特拉维夫大学有限公司 | 在燃料电池堆内维持不同电解质和气体压力的方法 |
| US9627693B2 (en) | 2010-01-25 | 2017-04-18 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Energy storage and generation systems |
| US9065095B2 (en) | 2011-01-05 | 2015-06-23 | Ini Power Systems, Inc. | Method and apparatus for enhancing power density of direct liquid fuel cells |
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