JP2008192525A - 燃料電池及びその稼働方法 - Google Patents
燃料電池及びその稼働方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008192525A JP2008192525A JP2007027530A JP2007027530A JP2008192525A JP 2008192525 A JP2008192525 A JP 2008192525A JP 2007027530 A JP2007027530 A JP 2007027530A JP 2007027530 A JP2007027530 A JP 2007027530A JP 2008192525 A JP2008192525 A JP 2008192525A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- electrode
- cleaning
- fuel cell
- power generation
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
【解決手段】 電解質1を介して酸素を活物質として還元する空気極3と燃料7を酸化する燃料極2が配置された発電部を備えるとともに、燃料極2を洗浄液4で洗浄する洗浄機構を設ける。
【選択図】 図1
Description
例えば、メタノールを燃料として用いるダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)は、燃料極にメタノールと水を液相あるいは気相で供給し、電極触媒上でプロトンと二酸化炭素を生成し、生成されたプロトンは高分子固体電解質膜中を透過して空気極へ運ばれ酸素と化合して水を生成するものであり、その際に、燃料極と空気極とを外部回路に接続することで電力を取り出すものである。
さらに、空気極での電位ドロップが引き起こされることによって電池電圧を下げ、電池の効率が低くなり、これらは、携帯型電子機器用途への適用において非常に不利となる。
また、空気極での発熱が抑制される。さらに、空気極での電位ドロップの程度が小さく、電池の効率が高くなる。
図1参照
上記の課題を解決するために、本発明は、燃料電池において、電解質1を介して酸素を活物質として還元する空気極3と燃料7を酸化する燃料極2が配置された発電部を備えるとともに、燃料極2を洗浄液4で洗浄する洗浄機構を設けたことを特徴とする。
さらに、発電終了後に、燃料極2を洗浄する操作を行うようにしても良く、それによって、燃料電池を再度使用する際に、初期状態の出力密度を得ることができる。
図2は、本発明の燃料電池の発電部の概念的構成図であり、発電部はMEA(membrane electrode assembly)とよばれ、燃料極11と空気極15が固体電解質からなる電解質層14を介して対向設置されている。
燃料極11は燃料を酸化してプロトンと電子を取り出すものであり、電解質層14側から燃料極触媒層12、燃料極集電体13の順に積層して配置されている。
なお、ここでは、燃料極触媒層12として、例えば、Pd black触媒(Aldrich製)を用いる。
なお、この場合の空気極触媒層16としては、例えば、Pt担持カーボン触媒TEC10E50E(田中貴金属製商品型番)を用いる。
なお、電解質層14を構成する電解質としては、例えば、Nafion112(Dupont社製商品名)を用いる。
ギ酸燃料24を供給して発電を開始すると、出力が初期値から経時的に低下していくが、所定値まで出力値が低下したことを検出した時点で、発電を中断してバルブ操作により純水37を供給する経路に切り替えるように制御して燃料極11を洗浄する。
こうすることで、高出力での長時間運転が可能となる。
なお、発電が終了した後に、燃料極11を水洗浄するよう制御すれば、次回の発電開始時に高出力運転が即時可能となる。
図3は、洗浄を行った場合の出力密度の経時変化を示した図であり、出力が初期値から経時的に低下して所定値まで出力値が低下した時点で燃料極11の洗浄を繰り返し行うことによって、常に、出力密度の初期値を回復することができる。
発電中に生じた反応生成物により、燃料極触媒の被毒が起こるため特性が低下していくが、これを水で洗浄することにより除去できるために、特性が初期値に回復すると想定される。
具体的には、例えば、電池電圧0.6Vでの運転時に下限出力密度を80mW/cm2 とした場合には、MEAの単位電極面積あたり0.60cc/cm2 の量の洗浄水が必要になる。
MEA電極面積:25cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:15分
単位面積当たりの洗浄水量:1.8cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
図4は、実施例1における洗浄を行った場合の出力密度の経時変化を示した図であり、出力が初期値から経時的に低下して所定値まで出力値が低下した時点で燃料極の洗浄を繰り返し行うことによって、常に、出力密度の初期値を回復することができる。
MEA電極面積:25cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:5分
単位面積当たりの洗浄水量:0.60cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
MEA電極面積:25cm2
洗浄水流量:6cc/分
洗浄時間:2.5分
単位面積当たりの洗浄水量:0.60cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
MEA電極面積:5cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:3分
単位面積当たりの洗浄水量:1.8cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
MEA電極面積:5cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:1分
単位面積当たりの洗浄水量:0.60cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
MEA電極面積:5cm2
洗浄水流量:1cc/分
洗浄時間:3分
単位面積当たりの洗浄水量:0.60cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
〔比較例1〕
比較例1においては、洗浄を行わずに、
MEA電極面積:25cm2
洗浄水流量:0cc/分
洗浄時間:0分
単位面積当たりの洗浄水量:0cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
図5は、比較例1における出力密度の経時変化を示した図であり、出力が初期値から経時的になだらかに低下していくことが確認された。
比較例2においては、上述の測定条件に加えて、
MEA電極面積:25cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:3分
単位面積当たりの洗浄水量:0.36cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
比較例3においては、電極面積小さくするとともに、上述の測定条件に加えて、
MEA電極面積:5cm2
洗浄水流量:3cc/分
洗浄時間:0.5
単位面積当たりの洗浄水量:0.3cc/cm2
の条件で燃料電池を稼働した。
図6は、上記の実施例1乃至実施例6の測定結果と比較例1乃至比較例3の測定結果とを纏めたものであり、水洗浄により長期使用に耐えうるためには、洗浄水流量や洗浄時間ではなく、MEAの単位電極面積当たり0.60cc/cm2 以上の総水量による洗浄が必要であることが分かる。
図7参照
図7は、本発明の実施例7の気体供給式燃料電池の発電部の概念的構成図であり、発電部は燃料極11と空気極15が固体電解質からなる電解質層14を介して対向設置されている。
燃料極11は燃料を酸化してプロトンと電子を取り出すものであり、電解質層14側から燃料極触媒層12、燃料極集電体13の順に積層して配置されている。
なお、ここでは、燃料極触媒層12として、例えば、Pd black触媒(Aldrich製)を用いる。
なお、この場合の空気極触媒層16としては、例えば、Pt担持カーボン触媒TEC10E50E(田中貴金属製商品型番)を用いる。
なお、電解質層14を構成する電解質としては、例えば、Nafion112(Dupont社製商品名)を用いる。
再び、図1参照
(付記1) 電解質1を介して酸素を活物質として還元する空気極3と燃料7を酸化する燃料極2が配置された発電部を備えるとともに、前記燃料極2を洗浄液4で洗浄する洗浄機構を設けたことを特徴とする燃料電池。
(付記2) 上記洗浄機構が、洗浄液4を貯蔵する第1の貯蔵部5と使用済の洗浄液4を貯蔵する第2の貯蔵部6とを有することを特徴とする付記1記載の燃料電池。
(付記3) 上記洗浄液4が、水であることを特徴とする付記1または2に記載の燃料電池。
(付記4) 上記洗浄機構が、上記空気極3で生成した水を回収して洗浄液4とする回収機構を備えたことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記載の燃料電池。
(付記5) 上記燃料極2が、触媒成分としてPd金属或いはPdを含有する合金を含むことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載の燃料電池。
(付記6) 上記燃料7が、ギ酸であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の燃料電池。
(付記7) 上記燃料極2に供給する燃料7が、液体燃料7であることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1に記載の燃料電池。
(付記8) 上記燃料7が、5〜85重量%のギ酸水溶液であることを特徴とする付記6または7に記載の燃料電池。
(付記9) 上記燃料7を液体燃料としてを貯蔵する燃料貯蔵部8と、前記燃料貯蔵部8と上記燃料極2との間に液体燃料気化部を備え、前記燃料極2に前記燃料7を気体状態で供給することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載の燃料電池。
(付記10) 電解質1を介して酸素を活物質として還元する空気極3と燃料7を酸化する燃料極2が配置された発電部において、発電時に予め定めた所定の出力値に低下したことを検知した時点で、発電を中断して前記燃料極2を洗浄する操作を行うことを特徴とする燃料電池の稼働方法。
(付記11) 電解質1を介して酸素を活物質として還元する空気極3と燃料7を酸化する燃料極2が配置された発電部において、発電終了後に、前記燃料極2を洗浄する操作を行うことを特徴とする燃料電池の稼働方法。
(付記12) 上記洗浄時に流す洗浄液量を、膜−電極接合体の単位電極面積あたり0.60cc/cm2 以上にすることを特徴とする付記10または11に記載の燃料電池の稼働方法。
2 燃料極
3 空気極
4 洗浄液
5 第1の貯蔵部
6 第2の貯蔵部
7 燃料
8 燃料貯蔵部
11 燃料極
12 燃料極触媒層
13 燃料極集電体
14 電解質層
15 空気極
16 空気極触媒層
17 空気極集電体
18 燃料貯蔵部
19 配管
20 バルブ
21 配管
22 バルブ
23 廃燃料貯蔵部
24 ギ酸燃料
30 洗浄機構
31 洗浄液貯蔵部
32 配管
33 バルブ
34 配管
35 バルブ
36 使用済洗浄液貯蔵部
37 純水
41 ガス拡散層
42 燃料気化部
43 燃料室
44 液体燃料貯蔵部
45 ギ酸燃料
46 バルブ
47 配管
Claims (7)
- 電解質を介して酸素を活物質として還元する空気極と燃料を酸化する燃料極が配置された発電部を備えるとともに、前記燃料極を洗浄液で洗浄する洗浄機構を設けたことを特徴とする燃料電池。
- 上記燃料極が、触媒成分としてPd金属或いはPdを含有する合金を含むことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 上記燃料が、ギ酸であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
- 上記燃料極に供給する燃料が、液体燃料であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 上記燃料を液体燃料としてを貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部と上記燃料極との間に液体燃料気化部を備え、前記燃料極に前記燃料を気体状態で供給することを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 電解質を介して酸素を活物質として還元する空気極と燃料を酸化する燃料極が配置された発電部において、発電時に予め定めた所定の出力値に低下したことを検知した時点で、発電を中断して前記燃料極を洗浄する操作を行うことを特徴とする燃料電池の稼働方法。
- 電解質を介して酸素を活物質として還元する空気極と燃料を酸化する燃料極が配置された発電部において、発電終了後に、前記燃料極を洗浄する操作を行うことを特徴とする燃料電池の稼働方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007027530A JP5332110B2 (ja) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 燃料電池及びその稼働方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007027530A JP5332110B2 (ja) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 燃料電池及びその稼働方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008192525A true JP2008192525A (ja) | 2008-08-21 |
| JP5332110B2 JP5332110B2 (ja) | 2013-11-06 |
Family
ID=39752415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007027530A Expired - Fee Related JP5332110B2 (ja) | 2007-02-07 | 2007-02-07 | 燃料電池及びその稼働方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5332110B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009060604A1 (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| US20110123848A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Large capacity battery pack and assembly of large capacity battery packs |
| WO2021075381A1 (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社ジェイテクト | 燃料電池システム |
| JP2021072216A (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 株式会社ジェイテクト | 燃料電池システム |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000260455A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池の劣化回復処理方法 |
| JP2001332282A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-11-30 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の再生方法 |
| JP2004164870A (ja) * | 2002-11-08 | 2004-06-10 | Seiko Epson Corp | 燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器 |
| JP2004164924A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Seiko Epson Corp | 燃料電池システム及びこれを用いた機器 |
| WO2005088751A1 (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Nec Corporation | 燃料電池用燃料容器、それを用いた燃料電池、および燃料電池の運転方法 |
| JP2006093128A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Board Of Trustees Of The Univ Of Illinois | 直接液体供給型燃料電池用の酸型燃料 |
| JP2006260828A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の洗浄方法 |
| WO2007116874A1 (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-18 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | 液体燃料直接供給型燃料電池における排出ガスの処理方法 |
-
2007
- 2007-02-07 JP JP2007027530A patent/JP5332110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000260455A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池の劣化回復処理方法 |
| JP2001332282A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-11-30 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の再生方法 |
| JP2004164870A (ja) * | 2002-11-08 | 2004-06-10 | Seiko Epson Corp | 燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器 |
| JP2004164924A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Seiko Epson Corp | 燃料電池システム及びこれを用いた機器 |
| WO2005088751A1 (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Nec Corporation | 燃料電池用燃料容器、それを用いた燃料電池、および燃料電池の運転方法 |
| JP2006093128A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Board Of Trustees Of The Univ Of Illinois | 直接液体供給型燃料電池用の酸型燃料 |
| JP2006260828A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の洗浄方法 |
| WO2007116874A1 (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-18 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | 液体燃料直接供給型燃料電池における排出ガスの処理方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009060604A1 (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| US20110123848A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-26 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Large capacity battery pack and assembly of large capacity battery packs |
| WO2021075381A1 (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社ジェイテクト | 燃料電池システム |
| JP2021072216A (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 株式会社ジェイテクト | 燃料電池システム |
| JP7351481B2 (ja) | 2019-10-31 | 2023-09-27 | 株式会社ジェイテクト | 燃料電池システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5332110B2 (ja) | 2013-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wee | Which type of fuel cell is more competitive for portable application: Direct methanol fuel cells or direct borohydride fuel cells? | |
| Peled et al. | High-power direct ethylene glycol fuel cell (DEGFC) based on nanoporous proton-conducting membrane (NP-PCM) | |
| Aslam et al. | Overview on direct formic acid fuel cells (DFAFCs) as an energy sources | |
| Zhang et al. | Systematic study of short circuit activation on the performance of PEM fuel cell | |
| JP2014032947A (ja) | 燃料電池性能の回復方法 | |
| JP5303419B2 (ja) | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 | |
| JP5332110B2 (ja) | 燃料電池及びその稼働方法 | |
| JPWO2014057603A1 (ja) | 燃料電池と鉛蓄電池を含む燃料電池システム、およびその充電方法 | |
| JP4973949B2 (ja) | 燃料電池及び燃料電池運転方法 | |
| JP2007220384A (ja) | 触媒担体、燃料電池用電極触媒、燃料電池用電極及び燃料電池セル並びに燃料電池 | |
| Chen et al. | Long-term degradation behaviors research on a direct methanol fuel cell with more than 3000h lifetime | |
| Mathew et al. | Design, fabrication and testing of a direct methanol fuel cell stack | |
| JP4672627B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池周辺装置の駆動方法 | |
| JP2004127672A (ja) | 燃料電池および燃料電池の駆動方法 | |
| JP2003308869A (ja) | 燃料電池 | |
| CN108695523B (zh) | 一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法 | |
| JP6728006B2 (ja) | 燃料電池の運転方法、燃料電池システム及び車両 | |
| JP4919634B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| Franceschini et al. | Applications and durability of direct methanol fuel cells | |
| JP2014073003A (ja) | 燃料電池と鉛蓄電池を含む燃料電池システム、およびその充電方法 | |
| KR101218283B1 (ko) | 직접 메탄올형 연료전지 시스템의 운전제어방법 및 이를 채용한 직접 메탄올형 연료전지 시스템 | |
| JP5265032B2 (ja) | 燃料電池システム及びその発電停止方法 | |
| TWI840087B (zh) | 氫電共生的燃料電池及其系統 | |
| EP2774200A1 (en) | A method for manufacturing a passive direct methanol fuel cell and a passive direct methanol fuel cell | |
| JP2015204156A (ja) | 燃料電池システム、およびその制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091016 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110915 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120424 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121204 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130124 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130702 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130715 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |