JP2013030359A - 燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Niを含有してなる支持体1の表面に、燃料極層3、固体電解質層4、空気極層6を積層して設けられてなり、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池セル10と、該燃料電池セル10に供給される燃料ガスおよび酸素含有ガスの量を制御するための制御装置とを備えてなり、制御装置は、燃料電池セル10の発電停止処理時において、燃料電池セル10の発電停止後のNi酸化度が、所定のしきい値以内となるように、燃料ガスの供給量を制御することで、燃料電池セル10に生じるクラックや、層間剥離を抑制できる。
【選択図】 図1
Description
Ni酸化度=(支持体中に含まれるNi原子のうち、NiOとして存在するモル数)/(支持体中の全Ni原子のモル数)×100(%)
数の層から形成することもできる。
なお、改質器16は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部17と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部18とを備えている。そして、改質器16で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管19を介してガスタンク14に供給され、ガスタンク14より燃料電池セル10の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置22の構成は、燃料電池セル10の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置22に改質器16を含むこともできる。
に断熱部材27を配置することが好ましい。それにより、セルスタック15の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材21より導入される酸素含有ガスが、セルスタック15の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック15を構成する燃料電池セル10間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック15の両側面側に配置された断熱部材27においては、燃料電池セル10に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック15の長手方向および燃料電池セル10の積層方向における温度分布を低減するための開口部28が設けられている。
。なお、発電停止後の支持体1の酸化の程度は、下記の式により定義することができる。Ni酸化度=(支持体中に含まれるNi原子のうち、NiOとして存在するモル数)/(支持体中の全Ni原子のモル数)×100(%)
ここで、Ni酸化度は、支持体1をXRDやXPS等の機器分析的な手法により測定してもよいが、Ni酸化度が所定の範囲内であれば、燃料電池セル10をそのまま再利用することができることから、上記のNi酸化度を算出するにあたり、燃料電池セル10を破壊することなく、算出できることが好ましい。具体的には、例えば、還元や酸化の前後での重量の変化に基づいて、上記Ni酸化度を算出することができる。
Ni酸化度=((Rmax/R2)−1)/(Rmax−1)×100(%)
ここで、Rmax/R2は、完全還元状態から一部酸化状態への重量変化倍率R1に相当する。
燃料ガス停止温度300℃ → 停止後Ni酸化度0.8%
燃料ガス停止温度375℃ → 停止後Ni酸化度1.8%
燃料ガス停止温度420℃ → 停止後Ni酸化度3.7%
燃料ガス停止温度450℃ → 停止後Ni酸化度10%
このデータから、燃料ガス停止温度が400℃付近を超えると、Ni酸化度が急増することがわかる。これは、図6に温度とNi酸化速度(重量変化速度より測定)との関係を示すように、400℃付近を超えると酸化速度が急上昇することに起因している。
ましく、気孔率が40%を超える場合には、Ni酸化度のしきい値をより低い値に設定することが好ましく、気孔率が25%を下回る場合には、Ni酸化度をより高い値に設定することが好ましい。
10:燃料電池セル
11:燃料電池モジュール
41:燃料電池装置
Claims (4)
- Niを含有してなる支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層、空気極を積層して設けられてなり、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池セルと、該燃料電池セルに供給される燃料ガスおよび酸素含有ガスの量を制御するための制御装置とを備えてなり、
前記制御装置は、前記燃料電池セルの発電停止処理時において、下記の式により定義される前記燃料電池セルの発電停止後のNi酸化度が、所定のしきい値以内となるように、前記燃料ガスの供給量を制御することを特徴とする燃料電池装置。
Ni酸化度=(支持体1中に含まれるNi原子のうち、NiOとして存在するモル数)/(支持体1中の全Ni原子のモル数)×100(%) - 前記Ni酸化度は、前記燃料電池セルが還元された状態と酸化された状態との間での重量変化量を基準として、前記燃料電池セルの発電停止後における重量と、還元された状態又は酸化された状態の重量との間の重量変化量を比較して算出されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記支持体の気孔率が25〜40%であって、前記Ni酸化度のしきい値が3%であることを特徴とする、請求項1または2記載の燃料電池装置。
- 前記燃料電池セルの温度を測定するためのセル温度測定手段を備えるとともに、前記制御装置は、該セル温度測定手段により測定された前記燃料電池セルの温度が所定の温度以下となった場合に、前記燃料電池セルに供給する前記燃料ガスを停止すること特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
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