JP2006202643A - Fuel cell system and control method of fuel cell system - Google Patents

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幸義 上野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance 4-electron reduction performance of oxygen in a fuel cell system and enhance durability of an MEA. <P>SOLUTION: A fuel cell system has (A) a fuel cell circuit constituted with a cell using a platinum catalyst and/or a platinum alloy system catalyst as an electrode catalyst and (B) a fuel cell circuit constituted with a cell using a chalcogenide-based catalyst as the electrode catalyst arranged in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、効率的かつ定常的な発電が期待できる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system that can be expected to generate electric power efficiently and constantly, and a control method for the fuel cell system.

高分子電解質型燃料電池のアノード用触媒としては白金や白金合金系触媒が用いられる。具体的には、白金を含む貴金属をカーボンブラックに担持した触媒が用いられてきた。白金担持カーボンブラックは、塩化白金酸水溶液に、亜硫酸水素ナトリウムを加えた後、過酸化水素水と反応させ、生じた白金コロイドをカーボンブラックに吸着させ、洗浄後、必要に応じて熱処理することにより調製する手法が一般的である。高分子電解質型燃料電池では、白金担持カーボンブラックを高分子電解質溶液に分散させてペーストとし、そのペーストをカーボンペーパーなどのガス拡散電極に塗布し、乾燥した後、2枚のガス拡散電極で高分子電解質膜をはさみ、ホットプレスをすることにより電解質膜−電極接合体(MEA)が製造される。   Platinum or a platinum alloy-based catalyst is used as the anode catalyst of the polymer electrolyte fuel cell. Specifically, a catalyst in which a noble metal including platinum is supported on carbon black has been used. Platinum-supported carbon black is obtained by adding sodium hydrogen sulfite to a chloroplatinic acid aqueous solution, reacting with hydrogen peroxide solution, adsorbing the resulting platinum colloid to carbon black, washing, and heat-treating as necessary. The preparation method is general. In a polymer electrolyte fuel cell, platinum-supported carbon black is dispersed in a polymer electrolyte solution to form a paste. The paste is applied to a gas diffusion electrode such as carbon paper, dried, and then dried with two gas diffusion electrodes. An electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) is manufactured by sandwiching a molecular electrolyte membrane and performing hot pressing.

一方、酸素(O)を電解還元すると、1電子還元ではスーパーオキシドが生成し、2電子還元では過酸化水素が生成し、4電子還元では水が生成することが知られている。電極として白金や白金系触媒を用いた燃料電池セルスタックでは、何らかの原因で電圧低下が生じると、4電子還元性が低下し、2電子還元性となってしまう。このため、過酸化水素を発生し、MEAの劣化の原因となっていた。 On the other hand, it is known that when oxygen (O 2 ) is electrolytically reduced, superoxide is generated by one-electron reduction, hydrogen peroxide is generated by two-electron reduction, and water is generated by four-electron reduction. In a fuel cell stack using platinum or a platinum-based catalyst as an electrode, if a voltage drop occurs for some reason, the 4-electron reducibility is reduced and the 2-electron reducibility is obtained. For this reason, hydrogen peroxide is generated, which causes deterioration of MEA.

最近、酸素を4電子還元して水を生成させる反応により、高価な白金触媒を必要としない低コスト型の燃料電池触媒の開発が行われている。下記非特許文献1には、カルコゲン元素を有する触媒が4電子還元性に優れていることが開示され、燃料電池への適用も示唆されている。   Recently, a low-cost fuel cell catalyst that does not require an expensive platinum catalyst has been developed by a reaction in which oxygen is reduced by four electrons to generate water. Non-Patent Document 1 below discloses that a catalyst having a chalcogen element is excellent in 4-electron reducibility and suggests application to a fuel cell.

又、下記特許文献1には、酸素の電気化学還元に対して、見かけ上、4電子還元反応を高くすることを目的として、酸素の電気化学還元により過酸化水素を生成する2電子還元反応を触媒する電気化学触媒Aと、生成した過酸化水素を分解して酸素を生成する分解反応を触媒する触媒Bとを含有するように酸素還元複合電極を構成する。酸素還元用複合電極の電極電位を電気化学触媒Aの酸素還元電位として、触媒Bにより過酸化水素を分解して再生された酸素を、電気化学触媒Aが2電子還元して、過酸化水素を繰返し生成させることが開示されている。   Patent Document 1 below discloses a two-electron reduction reaction that produces hydrogen peroxide by electrochemical reduction of oxygen for the purpose of apparently increasing the four-electron reduction reaction relative to the electrochemical reduction of oxygen. The oxygen reduction composite electrode is configured to contain an electrochemical catalyst A that catalyzes and a catalyst B that catalyzes a decomposition reaction that decomposes the generated hydrogen peroxide to generate oxygen. Using the electrode potential of the composite electrode for oxygen reduction as the oxygen reduction potential of the electrochemical catalyst A, the oxygen regenerated by decomposing hydrogen peroxide by the catalyst B is reduced by the electrochemical catalyst A by two electrons, and the hydrogen peroxide is reduced. It is disclosed to generate repeatedly.

特開2003−151567号公報JP 2003-151567 A Electrochimica Acta 45(2000)4237−4250Electrochimica Acta 45 (2000) 4237-4250

白金及び白金合金系触媒は、通常の運転状態においては主に4電子還元を起こし、水素と酸素より水を生成する。しかし、運転中、何らかの原因により電圧が低下した際は2電子還元の割合が増加し、水素と酸素より過酸化水素が生成することになり、これが原因となりMEAが劣化する。MEAの劣化の増大を防ぐために、ある電圧値を下回った場合にシステムを停止させる。このように、白金及び白金合金系触媒は、燃料電池の運転システムとして極めて制御困難であった。   Platinum and platinum alloy-based catalysts undergo 4-electron reduction mainly under normal operating conditions, and produce water from hydrogen and oxygen. However, when the voltage drops for some reason during operation, the rate of two-electron reduction increases, and hydrogen peroxide is generated from hydrogen and oxygen, which causes the MEA to deteriorate. In order to prevent an increase in the degradation of the MEA, the system is stopped when it falls below a certain voltage value. Thus, platinum and platinum alloy-based catalysts have been extremely difficult to control as fuel cell operating systems.

これに対して、非特許文献1に記載のカルコゲナイド触媒を用いた燃料電池は、通常運転での出力の面では劣る。又、特許文献1に記載の触媒は4電子還元反応の向上を目的とするものであり、従来の白金や白金合金系触媒との併用を図るものではない。   On the other hand, the fuel cell using the chalcogenide catalyst described in Non-Patent Document 1 is inferior in terms of output in normal operation. The catalyst described in Patent Document 1 is intended to improve the 4-electron reduction reaction, and is not intended to be used in combination with conventional platinum or platinum alloy catalysts.

本発明は、燃料電池システムにおける酸素の4電子還元性能を向上させ、MEAの耐久性を向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to improve the 4-electron reduction performance of oxygen in a fuel cell system and improve the durability of MEA.

本発明者は、従来の白金や白金合金系触媒とカルコゲナイド触媒を併用することで上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。   The present inventor has found that the above problem can be solved by using a conventional platinum or platinum alloy catalyst and a chalcogenide catalyst together, and has reached the present invention.

即ち、第1に、本発明は、燃料電池システムの発明であり、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とが並列に配置されたことを特徴とする。   That is, first, the present invention is an invention of a fuel cell system, (A) a fuel cell circuit constituted by cells using platinum and / or a platinum alloy-based catalyst as an electrode catalyst, and (B) an electrode catalyst. And a fuel cell circuit constituted by cells using a chalcogenide catalyst as described above.

本発明の燃料電池システムでは、前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とを随時切り替えるスイッチを有することが好ましい。   In the fuel cell system of the present invention, (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as the electrode catalyst, and (B) a cell using a chalcogenide catalyst as the electrode catalyst. It is preferable to have a switch for switching the fuel cell circuit constituted by

出力の面では劣るものの、白金や白金合金系触媒より4電子還元性の高いカルコゲナイド系触媒を用いたセルを同時に配列することで、電圧低下幅の少ないうちにカルコゲナイド系触媒を用いたスタックの走行に切り替えることを行う。これにより、過酸化水素の発生を抑制しMEAの劣化を抑えつつ走行可能状態を保持できる効果が期待できる。本発明により、システム停止となる電圧値をより下限の値に設定することができ、システム停止に至る割合を低下させることができる。なお、白金及び/又は白金合金系触媒を用いた燃料電池の反応電子数が約3.7であるのに対して、カルコゲナイド系触媒を用いた燃料電池の反応電子数は約4.0である。   Although it is inferior in terms of output, stacking a cell using a chalcogenide-based catalyst while the voltage drop is small by simultaneously arranging cells using a chalcogenide-based catalyst that has higher 4-electron reducing properties than platinum or platinum alloy-based catalysts. To switch to. Thereby, generation | occurrence | production of a hydrogen peroxide can be suppressed and the effect which can hold | maintain a driving | running | working possible state can be anticipated, suppressing deterioration of MEA. According to the present invention, the voltage value at which the system is stopped can be set to a lower limit value, and the rate at which the system is stopped can be reduced. The number of reaction electrons in a fuel cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst is about 3.7, whereas the number of reaction electrons in a fuel cell using a chalcogenide catalyst is about 4.0. .

本発明では、前記燃料電池システム中に、前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路の起電力を監視する電圧監視モニターを、前記システム、前記回路(A)及び(B)中に1個以上有することが好ましい。例えば、数セルに1個の割合で、電圧監視モニターを配置する。これら電圧監視モニターの電圧値をモニタリングし、電圧がある一定値を下回った場合に、白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルスタック側の回路を遮断し、カルコゲナイド系触媒を用いたセルスタック側にのみ電圧を流す回路とする。   In the present invention, in the fuel cell system, (A) a fuel cell circuit constituted by cells using platinum and / or a platinum alloy catalyst as the electrode catalyst, and (B) a chalcogenide catalyst as the electrode catalyst. It is preferable to have at least one voltage monitoring monitor for monitoring the electromotive force of the fuel cell circuit constituted by the used cells in the system and the circuits (A) and (B). For example, a voltage monitoring monitor is arranged at a rate of one cell per several cells. The voltage value of these voltage monitoring monitors is monitored, and when the voltage falls below a certain value, the cell stack side circuit using the platinum and / or platinum alloy catalyst is shut off, and the cell stack using the chalcogenide catalyst A circuit that allows voltage to flow only to the side.

本発明でいうカルコゲナイド系触媒とは、一般式A(A:Mo、W、Reから選択される1種以上の元素、B:Ru、Os、Rhから選択される1種以上の元素、C:S、Se、Teから選択される1種以上の元素)で表されるものが例示されるものであり、例えば、上記非特許文献1に開示されている。より具体的には、MoRu、WRu、ReRu、MoOs、MoRhが挙げられる。 The chalcogenide catalyst referred to in the present invention is a general formula A x B y C z (A: one or more elements selected from Mo, W, Re, B: one or more selected from Ru, Os, Rh) Element represented by C: S, Se, or Te), and is disclosed in Non-Patent Document 1, for example. More specifically include Mo 2 Ru 2 S 5, W 2 Ru 2 S 5, Re 2 Ru 2 S 5, Mo 2 Os 2 S 5, Mo 2 Rh 2 S 5.

本発明では、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルの補助回路として、通常の二次電池を備えることも、燃料電池システムをよりスムースに制御するために好ましい。   In the present invention, it is also preferable to provide a normal secondary battery as an auxiliary circuit of a cell using a chalcogenide catalyst as the electrode catalyst (B) in order to control the fuel cell system more smoothly.

ところで、電極触媒として、Pt及び/又はPt合金系を用いたセルとカルコゲナイド系触媒を用いたセルを並列に構成する燃料電池スタツクシステムにおいて、片方のセルを停止し(OCV状態)、残りのセルのみを作動させている場合、停止状態のセル側にてMEAの劣化が発生することがある。また、同時に燃費の低下にもつながる。これは、電極触媒として、Pt及び/又はPt合金系を用いたセルとカルコゲナイド系触媒を用いたセルを並列に構成する燃料電池スタックシステムにおいて、片方のセルだけを停止する場合、アノード吸気系を共通とすると、停止したセルの側にも水素が流入することによる。つまり、停止(OCV)状態にて、アノード側の水素がカソード側に透過し、MEAを劣化させることが知られている。また、停止状態にて、発電に関与しない水素がセル内を通過することで、燃費が悪化するものである。   By the way, in a fuel cell stack system in which a cell using a Pt and / or Pt alloy system and a cell using a chalcogenide catalyst are arranged in parallel as an electrode catalyst, one cell is stopped (OCV state), and the rest When only the cell is operated, the MEA may be deteriorated on the cell side in the stopped state. At the same time, it leads to a reduction in fuel consumption. In a fuel cell stack system in which a cell using a Pt and / or Pt alloy system and a cell using a chalcogenide catalyst are arranged in parallel as an electrode catalyst, when only one cell is stopped, the anode intake system is If it is common, it is because hydrogen also flows into the stopped cell side. That is, it is known that in the stopped (OCV) state, hydrogen on the anode side permeates to the cathode side and degrades the MEA. In addition, in a stopped state, hydrogen that does not participate in power generation passes through the cell, so that fuel efficiency is deteriorated.

そこで、本発明では、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路のアノード吸気側に開閉自在のバルブを設けることが好ましい。具体的には、アノード吸気ライン途中に、モータにて回転する軸に付属させたコントロールバルブを設置する。このバルブを、モータにより回転する軸により回転させ、吸気ラインの開閉を行う。このモタは、ECUにより制御され、各々のセルの運転・停止状態に応じて回転する。これにより、アノード吸気ラインを運転状態により開閉させる。   Therefore, in the present invention, (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) constituted by a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. It is preferable to provide an openable / closable valve on the anode intake side of the fuel cell circuit. Specifically, a control valve attached to a shaft that is rotated by a motor is installed in the middle of the anode intake line. This valve is rotated by a shaft that is rotated by a motor to open and close the intake line. This motor is controlled by the ECU and rotates in accordance with the operation / stop state of each cell. As a result, the anode intake line is opened and closed depending on the operating state.

停止状態のセルの側のバルブを閉じることで、停止(OCV)状態のセルに水素を供給しない。このため、(1)カソード側に透過する水素量を減らすことで、MEAの劣化を防止し、耐久性を向上させる、(2)発電しないセルに水素を供給しないことで、燃費を向上させる、ことができる。   By closing the valve on the cell in the stopped state, hydrogen is not supplied to the cell in the stopped (OCV) state. Therefore, (1) reducing the amount of hydrogen that permeates to the cathode side prevents deterioration of MEA and improves durability, and (2) improves fuel efficiency by not supplying hydrogen to cells that do not generate electricity. be able to.

第2に、本発明は、燃料電池システムの制御方法の発明であり、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とが並列に配置された燃料電池システムの制御方法であって、前記回路(A)及び(B)の起電力に応じて随時どちらか一方に出力を切り替えることを特徴とする。白金や白金合金系触媒より4電子還元性の高いカルコゲナイド系触媒を用いたセルを同時に配列することで、電圧低下幅の少ないうちにカルコゲナイド系触媒を用いたスタックの走行に切り替えることで、MEAの劣化を抑制する。   2ndly, this invention is invention of the control method of a fuel cell system, (A) The fuel cell circuit comprised by the cell using platinum and / or a platinum alloy type catalyst as an electrode catalyst, (B) Electrode A control method of a fuel cell system in which a fuel cell circuit configured by a cell using a chalcogenide catalyst as a catalyst is arranged in parallel, depending on the electromotive force of the circuits (A) and (B). The output is switched to one of them. By simultaneously arranging cells using a chalcogenide-based catalyst that has a higher 4-electron reductivity than platinum or platinum alloy-based catalysts, switching to stack running using a chalcogenide-based catalyst while the voltage drop is small, the MEA's Suppress deterioration.

具体的には、燃料電池システムの出力が所定値を下回った時に、回路(A)を遮断し、回路(B)のみを出力させる。   Specifically, when the output of the fuel cell system falls below a predetermined value, the circuit (A) is shut off and only the circuit (B) is output.

第3に、本発明は、上記の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車であり、安定な走行と耐久性が向上する。   Thirdly, the present invention is a fuel cell vehicle equipped with the above fuel cell system, which improves stable running and durability.

出力の面では劣るものの、白金や白金合金系触媒より4電子還元性の高いカルコゲナイド系触媒を用いたセルを同時に配列することで、電圧低下幅の少ないうちにカルコゲナイド系触媒を用いたスタックの走行に切り替えることを行う。これにより、過酸化水素の発生を抑制しMEAの劣化を抑えつつ走行可能状態を保持できる効果が期待できる。現状の燃料電池システムにおいては、過酸化水素の著しい発生を抑え、MEAの劣化を避ける目的で各セル、もしくは数セル毎に設置された電圧モニターから検知した電圧低下がある値を超えた場合、システムを停止させる。本発明により、その電圧低下幅をより下限の値に設定することができ、システム停止に至る割合を低下させることができる。   Although it is inferior in terms of output, stacking a cell using a chalcogenide-based catalyst while the voltage drop is small by simultaneously arranging cells using a chalcogenide-based catalyst that has higher 4-electron reduction than platinum or platinum alloy-based catalysts. To switch to. Thereby, generation | occurrence | production of a hydrogen peroxide can be suppressed and the effect which can hold | maintain a driving | running | working possible state can be anticipated, suppressing deterioration of MEA. In the current fuel cell system, when the voltage drop detected from the voltage monitor installed in each cell or every several cells for the purpose of suppressing the remarkable generation of hydrogen peroxide and avoiding the deterioration of MEA exceeds a certain value, Stop the system. According to the present invention, the voltage drop width can be set to a lower limit value, and the rate of system stop can be reduced.

図1に、本発明の燃料電池システムにおける、燃料電池セル等の配置を模式的に示す。電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1によって構成される燃料電池回路2と、電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いた単セル3によって構成される燃料電池回路4とが並列に配置されている。これらの回路中には、所定の個数の電圧監視モニター5が配置され、単セル1と燃料電池回路2の発電状況、及び単セル3と燃料電池回路4の発電状況をモニターしている。これら燃料電池回路2と燃料電池回路4は、回路切替スイッチ6によって適宜切り替えられる。   FIG. 1 schematically shows the arrangement of fuel cells and the like in the fuel cell system of the present invention. A fuel cell circuit 2 constituted by a single cell 1 using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst and a fuel cell circuit 4 constituted by a single cell 3 using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst are arranged in parallel. Is arranged. In these circuits, a predetermined number of voltage monitoring monitors 5 are arranged to monitor the power generation status of the single cell 1 and the fuel cell circuit 2 and the power generation status of the single cell 3 and the fuel cell circuit 4. The fuel cell circuit 2 and the fuel cell circuit 4 are appropriately switched by a circuit changeover switch 6.

図1(a)は、通常の運転時の回路切替スイッチ6の状態を示す。白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1によって構成される燃料電池回路2から発電された電力が外部に供給されている。図1(b)は、運転中に何らかの原因により白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1によって構成される燃料電池回路2の電圧が低下した場合の、回路切替スイッチ6の状態を示す。電圧低下幅の少ないうちにカルコゲナイド系触媒を用いた単セル3によって構成される燃料電池回路4の発電に切り替えることにより、白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1での過酸化水素の発生を抑制し、MEAの劣化を抑えつつ運転可能状態を保持できる。白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1によって構成される燃料電池回路2の電圧が回復すれば、再び回路切替スイッチ6を切り替えて、通常の白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル1によって構成される燃料電池回路2による運転とする。   FIG. 1A shows the state of the circuit selector switch 6 during normal operation. Electric power generated from a fuel cell circuit 2 constituted by a single cell 1 using platinum and / or a platinum alloy-based catalyst is supplied to the outside. FIG. 1B shows the state of the circuit changeover switch 6 when the voltage of the fuel cell circuit 2 constituted by the single cell 1 using platinum and / or a platinum alloy-based catalyst is lowered for some reason during operation. Show. Hydrogen peroxide in the single cell 1 using platinum and / or a platinum alloy catalyst by switching to power generation of the fuel cell circuit 4 constituted by the single cell 3 using the chalcogenide catalyst while the voltage drop width is small. Generation | occurrence | production can be suppressed and a driving | running | working possible state can be hold | maintained, suppressing deterioration of MEA. When the voltage of the fuel cell circuit 2 constituted by the single cell 1 using platinum and / or a platinum alloy-based catalyst is restored, the circuit change-over switch 6 is switched again to use a normal platinum and / or platinum alloy-based catalyst. The operation is performed by the fuel cell circuit 2 configured by the single cell 1.

図2に、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路2からのアノード吸気ライン7と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路4からのアノード吸気ライン8が平行となる部分(コントロールバルブ設置領域12)に、開閉自在のバルブ10,11を設けた場合の燃料電池スタック配置図を示す。アノード吸気ライン7,8はコントロールバルブ設置領域12を過ぎた後,合流して1本の吸気ライン9となる。モータ13にて回転する軸に付属させたコントロールバルブ10,11を、モータ13により回転する軸により回転させ、吸気ラインの開閉を行う。   In FIG. 2, (A) an anode intake line 7 from the fuel cell circuit 2 constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. The fuel cell stack layout diagram in the case where the openable and closable valves 10 and 11 are provided in a portion (control valve installation region 12) where the anode intake line 8 from the fuel cell circuit 4 constituted by cells is parallel is shown. The anode intake lines 7 and 8 merge after passing through the control valve installation region 12 to form one intake line 9. The control valves 10 and 11 attached to the shaft rotated by the motor 13 are rotated by the shaft rotated by the motor 13 to open and close the intake line.

図3に、アノード吸気ライン7,8とバルブ10,11の対応関係を示す。図3(a)では、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路2が運転し、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路4が停止されている場合を示し、アノード吸気ライン7側のバルブ10が開き、アノード吸気ライン8側のバルブ11が閉じられている。図3(b)はその逆であり、(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路2が停止し、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路4が運転されている場合を示し、アノード吸気ライン7側のバルブ10が閉じられ、アノード吸気ライン8側のバルブ11が開いている。モータ13は、ECUにより制御され、各々のセルの運転・停止状態に応じて回転する。これにより、アノード吸気ラインを運転状態により開閉させる。   FIG. 3 shows the correspondence between the anode intake lines 7 and 8 and the valves 10 and 11. In FIG. 3A, (A) a fuel cell circuit 2 constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst is operated, and (B) a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. The valve 10 on the anode intake line 7 side is opened, and the valve 11 on the anode intake line 8 side is closed. FIG. 3B is the opposite, (A) the fuel cell circuit 2 constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst is stopped, and (B) a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. This shows a case where the fuel cell circuit 4 constituted by the cells using is operated, the valve 10 on the anode intake line 7 side is closed, and the valve 11 on the anode intake line 8 side is opened. The motor 13 is controlled by the ECU and rotates according to the operation / stop state of each cell. As a result, the anode intake line is opened and closed depending on the operating state.

[反応電子数の測定]
カルコゲナイド(S系)触媒としてRuMoS/Cを用い、設定した角速度ωに対する酸化還元電流値Iを実測し、ω−1/2と1/ID(D:電極面積(cm))の関係を図示した。図4(a)に示す直線の傾き5.76から反応電子数3.78が求められた。又、カルコゲナイド(S系)触媒としてRu5MoS15/Cを用い、設定した角速度ωに対するIを実測し、ω−1/2と1/IDの関係を図示した。図4(b)に示す直線の傾き5.68から反応電子数3.83が求められた。
[Measurement of number of reaction electrons]
Using Ru 4 MoS 5 / C as the chalcogenide (S-based) catalyst, the redox current value I for the set angular velocity ω was measured, and ω −1/2 and 1 / ID (D: electrode area (cm 2 )) The relationship is illustrated. The number of reaction electrons of 3.78 was determined from the slope of the straight line 5.76 shown in FIG. Further, Ru5MoS15 / C was used as a chalcogenide (S-based) catalyst, I was measured for the set angular velocity ω, and the relationship between ω −1/2 and 1 / ID was illustrated. The number of reaction electrons 3.83 was determined from the slope of the straight line 5.68 shown in FIG.

同様に、カルコゲナイド(Se系)触媒としてRuMoSe/Cを用い、設定した角速度ωに対する酸化還元電流値Iを実測し、ω−1/2と1/IDの関係を図示した。図4(c)に示す直線の傾き5.54から反応電子数3.93が求められた。 Similarly, using Ru 5 MoSe 5 / C as the chalcogenide (Se-based) catalyst, the oxidation-reduction current value I with respect to the set angular velocity ω was measured, and the relationship between ω −1/2 and 1 / ID was illustrated. The number of reaction electrons of 3.93 was determined from the slope of the straight line shown in FIG.

比較のために、白金触媒を用い、設定した角速度ωに対する酸化還元電流値Iを実測し、ω−1/2と1/IDの関係を図示した。図4(d)に示す直線の傾き5.99から反応電子数3.63が求められた。 For comparison, an oxidation-reduction current value I with respect to the set angular velocity ω was measured using a platinum catalyst, and the relationship between ω −1/2 and 1 / ID was illustrated. The number of reaction electrons of 3.63 was determined from the slope of the straight line shown in FIG.

これにより、本発明に用いるカルコゲナイド系触媒は白金触媒の比べて、4電子還元性が高いことが分かる。   Accordingly, it can be seen that the chalcogenide catalyst used in the present invention has a higher 4-electron reducing property than the platinum catalyst.

本発明の燃料電池システムを燃料電池自動車等に搭載することにより、安定な走行と耐久性が向上する。これにより、燃料電池の普及に貢献する。   By mounting the fuel cell system of the present invention on a fuel cell vehicle or the like, stable running and durability are improved. This contributes to the spread of fuel cells.

本発明の燃料電池システムにおける、燃料電池セル等の配置図。FIG. 2 is a layout view of fuel cells and the like in the fuel cell system of the present invention. アノード吸気ライン7,8が平行となる部分(コントロールバルブ設置領域12)に、開閉自在のバルブ10,11を設けた場合の燃料電池スタック配置図を示す。A fuel cell stack layout diagram in the case where the openable and closable valves 10 and 11 are provided in the portion where the anode intake lines 7 and 8 are parallel (control valve installation region 12) is shown. アノード吸気ライン7,8とバルブ10,11の対応関係を示す。The correspondence between the anode intake lines 7 and 8 and the valves 10 and 11 is shown. 反応電子数の測定するためのω−1/2と1/IDの関係グラフ。The relationship graph of (omega) -1/2 and 1 / ID for measuring the number of reaction electrons.

符号の説明Explanation of symbols

1:電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いた単セル、2:単セル1によって構成される燃料電池回路、3:電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いた単セル、4:単セル3によって構成される燃料電池回路、5:電圧監視モニター、6:回路切替スイッチ、7:燃料電池回路2からのアノード吸気ライン、8:燃料電池回路4からのアノード吸気ライン、9:吸気ライン7,8が合流した吸気ライン、10:バルブ、11:バルブ、12:コントロールバルブ設置領域、13:モータ。 1: a single cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, 2: a fuel cell circuit constituted by the single cell 1, 3: a single cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst, 4: a single cell 5: voltage monitoring monitor, 6: circuit changeover switch, 7: anode intake line from fuel cell circuit 2, 8: anode intake line from fuel cell circuit 4, 9: intake line 7 , 8 merged, 10: valve, 11: valve, 12: control valve installation area, 13: motor.

Claims (12)

(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とが並列に配置されたことを特徴とする燃料電池システム。   (A) A fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst and (B) a fuel cell circuit constituted by a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst are arranged in parallel. A fuel cell system, wherein 前記燃料電池システム中に、前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とを随時切り替えるスイッチを有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   In the fuel cell system, (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a switch that switches a configured fuel cell circuit as needed. 前記燃料電池システム中に、前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路の起電力を監視する電圧監視モニターを、前記システム、前記回路(A)及び(B)中に1個以上有することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。   In the fuel cell system, (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. 3. The fuel cell according to claim 1, wherein the system and the circuits (A) and (B) have at least one voltage monitoring monitor for monitoring an electromotive force of the fuel cell circuit configured. 4. system. 前記カルコゲナイド系触媒が、一般式A(A:Mo、W、Reから選択される1種以上の元素、B:Ru、Os、Rhから選択される1種以上の元素、C:S、Se、Teから選択される1種以上の元素)で表されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The chalcogenide-based catalyst is represented by the general formula A x B y C z (A: one or more elements selected from Mo, W, Re, B: one or more elements selected from Ru, Os, Rh, C 4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is represented by: one or more elements selected from S, Se, and Te. 前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルの補助回路として、二次電池を備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a secondary battery as an auxiliary circuit of a cell using a chalcogenide catalyst as the electrode catalyst. 前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路のアノード吸気側に開閉自在のバルブを設けたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池システム。   (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) a fuel cell circuit constituted by a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. 6. The fuel cell system according to claim 1, wherein a valve that can be opened and closed is provided on the anode intake side. (A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路とが並列に配置された燃料電池システムの制御方法であって、前記回路(A)及び(B)の起電力に応じて随時どちらか一方に出力を切り替えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。   (A) A fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst and (B) a fuel cell circuit constituted by a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst are arranged in parallel. A method for controlling a fuel cell system, wherein the output is switched to either one of the circuits (A) and (B) at any time according to the electromotive force of the circuits (A) and (B). 前記燃料電池システムの出力が所定値を下回った時に、回路(A)を遮断し、回路(B)のみを出力させることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システムの制御方法。   8. The method of controlling a fuel cell system according to claim 7, wherein when the output of the fuel cell system falls below a predetermined value, the circuit (A) is shut off and only the circuit (B) is output. 前記カルコゲナイド系触媒が、一般式A(A:Mo、W、Reから選択される1種以上の元素、B:Ru、Os、Rhから選択される1種以上の元素、C:S、Se、Teから選択される1種以上の元素)で表されることを特徴とする請求項7又は8に記載の燃料電池システムの制御方法。 The chalcogenide-based catalyst is represented by the general formula A x B y C z (A: one or more elements selected from Mo, W, Re, B: one or more elements selected from Ru, Os, Rh, C The method for controlling a fuel cell system according to claim 7 or 8, wherein the control method is represented by: one or more elements selected from S, Se, and Te. 前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルの補助回路として、二次電池を備えたことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。   10. The fuel cell system control method according to claim 7, further comprising a secondary battery as an auxiliary circuit of a cell using a chalcogenide catalyst as the electrode catalyst (B). 前記(A)電極触媒として白金及び/又は白金合金系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路と、前記(B)電極触媒としてカルコゲナイド系触媒を用いたセルによって構成される燃料電池回路のアノード吸気側に開閉自在のバルブを設けた燃料電池システムの制御方法であって、どちらか一方に出力を切り替えたセル運転状態時に、セル停止した燃料電池回路のアノード吸気側のバルブを閉じることを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。   (A) a fuel cell circuit constituted by a cell using platinum and / or a platinum alloy catalyst as an electrode catalyst, and (B) a fuel cell circuit constituted by a cell using a chalcogenide catalyst as an electrode catalyst. A control method for a fuel cell system in which a valve that can be freely opened and closed is provided on the anode intake side, and the valve on the anode intake side of the fuel cell circuit in which the cell is stopped is closed during a cell operation state in which the output is switched to one of them. The method for controlling a fuel cell system according to any one of claims 7 to 10. 請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車。   A fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6.
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