JP2013097937A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアルカリ形燃料電池システムに関する。 The present invention relates to an alkaline fuel cell system.
燃料電池は、発電効率が高く、環境性に優れており、現在、大きな課題となっている環境問題、エネルギ問題の解決に貢献可能な次世代の発電装置として期待されている。 The fuel cell has high power generation efficiency and excellent environmental properties, and is expected as a next-generation power generation device that can contribute to solving environmental problems and energy problems, which are now major issues.
こうした燃料電池の中で、アニオン交換電解膜を用いるアルカリ形燃料電池は、カチオン交換電解質膜を用いる酸形燃料電池のように燃料電池内部が強酸性雰囲気にならないため、触媒に貴金属以外の金属を使用できることで注目されている。 Among these fuel cells, alkaline fuel cells using an anion exchange membrane do not have a strongly acidic atmosphere inside the fuel cell unlike acid fuel cells using a cation exchange membrane. It is attracting attention because it can be used.
アルカリ形燃料電池では、アノードに水素や、メタノール、アンモニア等が燃料として供給され、カソードに酸素や空気が酸化剤として供給される。ここで、カソードに供給される空気には二酸化炭素が含まれおり、（１）式に示すように、アルカリ性のアニオン交換電解質が中和されて、イオン伝導度が低下することが問題となっている。
２ＯＨ-＋ＣＯ2→ＣＯ3 2-＋Ｈ2Ｏ …（１）
In an alkaline fuel cell, hydrogen, methanol, ammonia or the like is supplied as fuel to the anode, and oxygen or air is supplied as an oxidant to the cathode. Here, the air supplied to the cathode contains carbon dioxide, and as shown in the equation (1), the alkaline anion exchange electrolyte is neutralized and the ionic conductivity is lowered. Yes.
2OH − + CO 2 → CO 3 2− + H 2 O (1)
また、メタノール等のアルコールを燃料として用いた場合にも、（２）式に示した反応のように、発電中に二酸化炭素が生成するため、同様にアルカリ性のアニオン交換電解質が中和されて、イオン伝導度が低下することが問題となっている。
ＣＨ3ＯＨ＋６ＯＨ-→ＣＯ3＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ- …（２）
Also, when alcohol such as methanol is used as a fuel, carbon dioxide is generated during power generation as in the reaction shown in formula (2), so that the alkaline anion exchange electrolyte is similarly neutralized, The problem is that the ionic conductivity decreases.
CH 3 OH + 6OH − → CO 3 + 5H 2 O + 6e − (2)
このようなアニオン交換電解質の中和を抑制する手法としては、例えば特許文献１に記載のように、燃料電池に電圧を印加し、水酸化物イオンを生成させる方法がある。また特許文献２では、アルカリ形燃料電池の燃料であるエタノールにアルカリ性溶液である水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどのイオン伝導性を有する材料を混合する方法がある。 As a method for suppressing such neutralization of the anion exchange electrolyte, for example, as described in Patent Document 1, there is a method in which a voltage is applied to the fuel cell to generate hydroxide ions. In Patent Document 2, there is a method in which ethanol, which is a fuel of an alkaline fuel cell, is mixed with an ion conductive material such as potassium hydroxide or sodium hydroxide, which is an alkaline solution.
しかしながら、電圧を印加する方法では、電圧を印加して水酸化物イオンを生成させるためには１.５Ｖ以上の電圧を印加する必要があり、その結果、電解質や電極の劣化が進行することが想定される。 However, in the method of applying a voltage, it is necessary to apply a voltage of 1.5 V or more in order to generate a hydroxide ion by applying a voltage, and as a result, deterioration of the electrolyte and the electrode may progress. is assumed.
また、アルカリ性溶液である水酸化カリウムを添加した燃料を用いる場合、燃料が酸性にならないように燃料のｐＨを高くする必要がある。その結果、燃料の取り扱いに注意を要する必要があり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題があった。 Moreover, when using the fuel which added potassium hydroxide which is an alkaline solution, it is necessary to make pH of a fuel high so that a fuel may not become acidic. As a result, there is a problem that it is necessary to pay attention to the handling of fuel, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the life of the fuel tanks and pipes is shortened.
本発明は、上記のような課題を踏まえ、アニオン交換電解質の中和を抑制できるアルカリ形燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an alkaline fuel cell system capable of suppressing neutralization of an anion exchange electrolyte in view of the above-described problems.
本発明に係る実施態様の１つであるアニオン交換電解質膜を用いたアルカリ形燃料電池を備える燃料電池システムは、アルカリ形燃料電池に供給する燃料のｐＨを測定または推定するｐＨ測定手段と、ｐＨ測定手段の測定結果または推定結果に基づき、アルカリ形燃料電池に供給する燃料にアルカリ性溶液を添加し、燃料のｐＨを制御するｐＨ制御手段を備えることを特徴とする。 A fuel cell system comprising an alkaline fuel cell using an anion exchange electrolyte membrane, which is one of the embodiments according to the present invention, comprises a pH measuring means for measuring or estimating the pH of fuel supplied to the alkaline fuel cell, and a pH It is characterized by comprising pH control means for controlling the pH of the fuel by adding an alkaline solution to the fuel supplied to the alkaline fuel cell based on the measurement result or estimation result of the measurement means.
本発明により、アニオン交換電解質の中和を抑制できるアルカリ形燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, an alkaline fuel cell system capable of suppressing neutralization of an anion exchange electrolyte can be provided.
以下、本発明について詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の燃料電池システムの構成を更に詳細に説明する。 The configuration of the fuel cell system of the present invention will be described in more detail.
本発明はアニオン交換電解質膜と、前記アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、前記アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、燃料を供給する部材と、空気を供給する部材と、集電用部材と、を備える燃料電池システムにおいて、アルカリ形燃料電池に供給する燃料のｐＨを測定または推定するｐＨ測定手段と、ｐＨ測定手段の測定結果または推定結果に基づき、アルカリ形燃料電池に供給する燃料にアルカリ性溶液を添加し、燃料のｐＨを制御するｐＨ制御手段を有する燃料電池システムである。燃料のｐＨを測定または推定しながらｐＨを調整するため、燃料タンク内の燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなり、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。 The present invention relates to an anion exchange electrolyte membrane, an anode including a catalyst and an anion exchange electrolyte provided on one surface of the anion exchange electrolyte membrane, and a catalyst and an anion provided on the other surface of the anion exchange electrolyte membrane. In a fuel cell system comprising a cathode including an exchange electrolyte, a fuel supplying member, an air supplying member, and a current collecting member, a pH for measuring or estimating the pH of the fuel supplied to the alkaline fuel cell A fuel cell system having a measurement means and a pH control means for controlling the pH of the fuel by adding an alkaline solution to the fuel supplied to the alkaline fuel cell based on the measurement result or estimation result of the pH measurement means. Since the pH is adjusted while measuring or estimating the pH of the fuel, it is not necessary to set the fuel in the fuel tank to an unnecessarily high pH, the handling of the fuel is facilitated, and the fuel tank and piping used in the fuel cell system The problem that the life of the fuel tank and piping is shortened does not occur.
本発明の燃料電池システムで用いられるアニオン交換電解質膜は、アニオンを伝導する特性を有していれば特に限定されず、公知の如何なるものでもよい。このようなアニオン交換電解質膜としては、一般にアニオン交換電解質のみからなる膜と基材となる多孔質膜にアニオン交換樹脂を含浸させたものがある。このようなアニオン交換電解質としては１〜３級アミノ基、４級アンモニウム基、４級ホスホニウム基、４級ピリジニウム基、ピリジル基、ホスファゼン基などのアニオン交換基を有する高分子材料を用いることが好ましい。また、アノードとカソードに含まれるアニオン交換電解質と、アニオン交換電解質膜は、同一の材料を用いても良いし、異なる材料であっても良い。 The anion exchange electrolyte membrane used in the fuel cell system of the present invention is not particularly limited as long as it has a property of conducting anions, and any known one may be used. As such an anion exchange electrolyte membrane, there are generally a membrane made only of an anion exchange electrolyte and a porous membrane as a base material impregnated with an anion exchange resin. As such an anion exchange electrolyte, a polymer material having an anion exchange group such as a primary to tertiary amino group, a quaternary ammonium group, a quaternary phosphonium group, a quaternary pyridinium group, a pyridyl group, or a phosphazene group is preferably used. . Further, the anion exchange electrolyte and the anion exchange electrolyte membrane contained in the anode and the cathode may be made of the same material or different materials.
本発明の燃料電池システムで用いられるアノードの触媒は、燃料を酸化する触媒活性を有していれば特に限定されるものではないが、水素、メタノール、およびエタノールを燃料として用いる場合には白金、パラジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケルやこれらの合金などを用いることができる。また、これらの触媒はカーボンブラック、活性炭等のカーボン担体に担持されていても良い。また、カソードは酸素を還元する触媒とアニオン交換電解質を含む電極である。カソードの触媒は、酸素を還元する触媒活性を有していれば特に限定されるものではないが、白金、金、パラジウム、鉄、コバルト、ニッケルやこれらの合金などを用いることができ、アノードと同様にカーボン担体に担持されていても良い。 The anode catalyst used in the fuel cell system of the present invention is not particularly limited as long as it has a catalytic activity to oxidize the fuel, but when hydrogen, methanol, and ethanol are used as the fuel, platinum, Palladium, ruthenium, iron, cobalt, nickel and alloys thereof can be used. Further, these catalysts may be supported on a carbon carrier such as carbon black or activated carbon. The cathode is an electrode including a catalyst for reducing oxygen and an anion exchange electrolyte. The catalyst for the cathode is not particularly limited as long as it has a catalytic activity for reducing oxygen, but platinum, gold, palladium, iron, cobalt, nickel and alloys thereof can be used. Similarly, it may be supported on a carbon support.
本発明の燃料電池システムで用いられる燃料としては、特に制限はないが、一般にはメタノール、エタノール等のアルコール、アンモニア、ヒドラジンやこれらの水溶液のほかに、水素が挙げられる。 Although there is no restriction | limiting in particular as a fuel used with the fuel cell system of this invention, In general, hydrogen is mentioned besides alcohol, such as methanol and ethanol, ammonia, hydrazine, and these aqueous solution.
本発明の燃料電池システムでＰＨ制御のために用いられるアルカリ性溶液としては、アルカリ性の水溶液であれば特に制限はないが、アルカリ金属の水酸化物もしくはアルカリ土類金属の水酸化物のうち少なくとも１つの化合物を含む水溶液であることが好ましい。
例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１つの化合物を含む水溶液であることが好ましい。
The alkaline solution used for pH control in the fuel cell system of the present invention is not particularly limited as long as it is an alkaline aqueous solution. An aqueous solution containing two compounds is preferred.
For example, an aqueous solution containing at least one compound selected from potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, potassium hydrogen carbonate, and sodium hydrogen carbonate is preferable.
本発明の燃料電池システムにおける燃料のｐＨ測定手段としては、電位差測定によるｐＨ測定、半導体センサによるｐＨ測定、ブロムチモールブルー（ＢＴＢ）溶液もしくはフェノールフタレイン溶液等のｐＨにより色が変化する溶液を添加することで吸光度変化を利用したｐＨ測定、アニオン交換膜の抵抗変化によるＰＨ測定によって燃料のｐＨを測定または推定する手段である。 As fuel pH measurement means in the fuel cell system of the present invention, pH measurement by potential difference measurement, pH measurement by a semiconductor sensor, a solution that changes color depending on pH, such as bromthymol blue (BTB) solution or phenolphthalein solution, is added. Thus, it is a means for measuring or estimating the pH of the fuel by measuring the pH using the change in absorbance and measuring the pH by changing the resistance of the anion exchange membrane.
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料のｐＨ制御手段の一つとしては、ｐＨ測定手段で測定されたｐＨを基にアルカリ性溶液の添加量を制御し、ｐＨを調整する手段が挙げられる。また、ｐＨを基にしないでも、燃料のｐＨを推定できる電位差測定での電位差、半導体センサの測定値、溶液の吸光度測定での吸光度、アニオン交換膜の抵抗、燃料電池の発電性能、燃料電池スタックまたは燃料電池セルの抵抗を基にアルカリ性溶液の添加量を制御し、ＰＨを制御する手段が挙げられる。 In the fuel cell system of the present invention, one of the fuel pH control means is a means for adjusting the pH by controlling the amount of the alkaline solution added based on the pH measured by the pH measurement means. Also, potential difference in potential difference measurement that can estimate the pH of the fuel without being based on pH, measurement value of semiconductor sensor, absorbance in solution absorbance measurement, resistance of anion exchange membrane, fuel cell power generation performance, fuel cell stack Alternatively, there is a means for controlling the pH by controlling the amount of the alkaline solution added based on the resistance of the fuel cell.
また、燃料溶液へアルカリ性溶液を添加する方法としては、アルカリ性溶液が、酸性溶液で破壊される膜により燃料溶液と分離されており、燃料が二酸化炭素により酸性になった場合に、膜が破壊され、アルカリ性溶液が燃料中に混合されることでＰＨを制御することも可能である。また、アルカリ性溶液を燃料溶液と分離している蓋が酸により収縮もしくは破壊される高分子により抑えられており、燃料が二酸化炭素により酸性になった場合に、高分子が収縮もしくは破壊され、アルカリ性溶液が燃料中に混合されることでｐＨを制御することも可能である。 Also, as a method of adding an alkaline solution to a fuel solution, the alkaline solution is separated from the fuel solution by a membrane that is destroyed by an acidic solution, and the membrane is destroyed when the fuel becomes acidic by carbon dioxide. It is also possible to control PH by mixing an alkaline solution in the fuel. In addition, the lid that separates the alkaline solution from the fuel solution is restrained by a polymer that is shrunk or destroyed by the acid, and when the fuel is acidified by carbon dioxide, the polymer is shrunk or broken, and the alkaline solution It is also possible to control the pH by mixing the solution into the fuel.
また、本発明の燃料電池システムにおいて、燃料タンク内の燃料のｐＨは７〜１４に制御することが好ましい。 In the fuel cell system of the present invention, the pH of the fuel in the fuel tank is preferably controlled to 7 to 14.
図１に本発明に係る燃料電池セルの断面模式図を示す。燃料電池セルとは燃料電池システムの一部である。アニオン交換電解質膜１の両面にアノード２とカソード３が配置された膜／電極接合体をアノード集電体４とカソード集電体５で挟み、ガスケット６によりシールされる。また、アノード集電体４とカソード集電体５は、外部回路７を介して接続される。ここで、アノード２は燃料を酸化する触媒とアニオン交換電解質を含む電極である。また、カソード３は酸素を還元する触媒とアニオン交換電解質を含む電極である。また、図示していないが、アノード２とアノード集電体４の間、カソード３とカソード集電体５の間に拡散層を配置しても良い。ここで、拡散層はカーボンペーパー、カーボンクロスなどを用いることができる。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell according to the present invention. A fuel cell is a part of a fuel cell system. A membrane / electrode assembly in which the anode 2 and the cathode 3 are disposed on both surfaces of the anion exchange electrolyte membrane 1 is sandwiched between the anode current collector 4 and the cathode current collector 5 and sealed with a gasket 6. The anode current collector 4 and the cathode current collector 5 are connected via an external circuit 7. Here, the anode 2 is an electrode including a catalyst for oxidizing fuel and an anion exchange electrolyte. The cathode 3 is an electrode including a catalyst for reducing oxygen and an anion exchange electrolyte. Although not shown, a diffusion layer may be disposed between the anode 2 and the anode current collector 4 and between the cathode 3 and the cathode current collector 5. Here, carbon paper, carbon cloth, or the like can be used for the diffusion layer.
図２に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０を有しており、この部分からアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料タンク９内にある燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有する。燃料タンク９においてアルカリ性溶液の投入が可能であるため、燃料のｐＨ調整が可能である。ｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、タンク内にアルカリ性溶液を入れると、タンク内の燃料のｐＨを均一に保つことが可能であり、燃料のｐＨを常に均一に保つことで、性能も一定に保つことが可能である。 FIG. 2 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11. The fuel tank 9 has a portion 10 into which an alkaline solution can be poured. The pH of the fuel can be adjusted by introducing an alkaline solution from In this system, in order to adjust the pH of the fuel in the fuel tank 9, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel. Since the alkaline solution can be introduced into the fuel tank 9, the pH of the fuel can be adjusted. Since the pH can be adjusted, it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, when an alkaline solution is placed in the tank, the pH of the fuel in the tank can be kept uniform, and the performance can be kept constant by always keeping the pH of the fuel uniform.
図３に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料を燃料電池セルに供給する配管１１にアルカリ性溶液を投入可能な部位１２を有しており、この部分からアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料電池セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。配管部１２でアルカリ性溶液の投入が可能であるため、燃料のｐＨ調整が可能である。ｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、燃料配管内にアルカリ性溶液を入れると、燃料配管を通る燃料のｐＨを調整することができ、必要以上のアルカリ性溶液を入れる必要がない。また、アルカリ性溶液を添加することで、性能を一定に保つことが可能である。 FIG. 3 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11. A portion 12 in which an alkaline solution can be introduced into the pipe 11 for supplying the fuel to the fuel cell is provided. The pH of the fuel can be adjusted by introducing an alkaline solution from this portion. This system has a function of adding an alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12 in order to adjust the pH of the fuel to be fed into the fuel cell 8. Since the alkaline solution can be introduced through the pipe portion 12, the pH of the fuel can be adjusted. Since the pH can be adjusted, it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, when an alkaline solution is put in the fuel pipe, the pH of the fuel passing through the fuel pipe can be adjusted, and it is not necessary to put an alkaline solution more than necessary. Further, the performance can be kept constant by adding an alkaline solution.
図４に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、この部分からアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料電池セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９にアルカリ性溶液を投入する部位１０を有し、かつ配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク内の燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。燃料タンクにアルカリ性溶液の投入が可能であるため、燃料のｐＨ調整が可能である。燃料タンク９や配管部１２においてアルカリ性溶液の投入が可能であるため、燃料電池セル８に投入する燃料のｐＨ調整が可能である。ｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、タンク内と、燃料配管内の両方でアルカリ性溶液を入れることが可能である。そのため、タンク内で燃料のｐＨ調整が可能であるが、さらに燃料配管を通る燃料のｐＨを調整することができ、必要以上のアルカリ性溶液を入れる必要がない。また、アルカリ性溶液を添加することで、ｐＨを均一に保つことが可能であり、性能を一定に保つことが可能である。 FIG. 4 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11. An alkaline solution can be introduced into the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. These parts 10 and 12 are provided, and the pH of the fuel can be adjusted by introducing an alkaline solution from this part. In this system, in order to adjust the pH of the fuel to be fed to the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for feeding the alkaline solution, and a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In order to adjust the pH of the fuel, it has a function of adding an alkaline solution to the fuel in the fuel tank. Since the alkaline solution can be introduced into the fuel tank, the pH of the fuel can be adjusted. Since the alkaline solution can be introduced into the fuel tank 9 and the piping portion 12, the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8 can be adjusted. Since the pH can be adjusted, it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, in this system, it is possible to put an alkaline solution both in the tank and in the fuel pipe. Therefore, it is possible to adjust the pH of the fuel in the tank, but it is also possible to adjust the pH of the fuel passing through the fuel pipe, and it is not necessary to add an alkaline solution more than necessary. Further, by adding an alkaline solution, it is possible to keep the pH uniform and to keep the performance constant.
図５に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、電位差測定器１３による測定値に基づいてアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料タンク９において電位差測定器１３を有しているためｐＨの測定結果に基づきｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、タンク内のｐＨを電位差測定器により正確に測定することが可能であることが特徴である。 FIG. 5 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied from the fuel tank 9 to the anode of the fuel cell 8 through the pipe 11. It has the part 10 and 12 which can throw in an alkaline solution, and it can adjust fuel pH by throwing in an alkaline solution based on the measured value by the potentiometer 13. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In addition, since the fuel tank 9 includes the potential difference measuring device 13, the pH can be adjusted based on the pH measurement result, so that it is not necessary to set the fuel to a higher pH than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, this system is characterized in that the pH in the tank can be accurately measured by a potentiometer.
図６に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、電位差測定器１４による測定値に基づいてアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料セル８において電位差測定器１４を有しているため、ｐＨの測定結果に基づきｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、電位差測定器を燃料電池セル８に配置しており、電池セルそのものに投入される燃料のｐＨを連続的に正確に測定することが可能であり、必要以上のアルカリ性溶液を入れることがなくなる。その結果、燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。 FIG. 6 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11, and either or both of the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. It has the parts 10 and 12 into which the alkaline solution can be introduced, and the pH of the fuel can be adjusted by introducing the alkaline solution based on the measured value by the potentiometer 14. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In addition, since the fuel cell 8 includes the potential difference measuring device 14, the pH can be adjusted based on the pH measurement result, so that it is not necessary to set the fuel to a higher pH than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, in the present system, a potentiometer is disposed in the fuel battery cell 8, and the pH of the fuel charged into the battery cell itself can be continuously and accurately measured. There is no longer any solution. As a result, the problem that the life of the fuel tank and the piping is shortened does not occur.
図７に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、半導体センサ１５による測定値に基づいてアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料タンク９において半導体センサ１５を有しているためｐＨの測定結果に基づきｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、タンク内のｐＨを半導体センサにより正確に測定することが可能であり、半導体センサは小型であるため、燃料タンク内の容積を小さくすることができる。 FIG. 7 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11, and either or both of the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. It has the parts 10 and 12 into which the alkaline solution can be introduced, and the pH of the fuel can be adjusted by introducing the alkaline solution based on the measured value by the semiconductor sensor 15. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In addition, since the fuel sensor 9 includes the semiconductor sensor 15, the pH can be adjusted based on the pH measurement result, so that it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, in this system, it is possible to accurately measure the pH in the tank using a semiconductor sensor. Since the semiconductor sensor is small, the volume in the fuel tank can be reduced.
図８に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、半導体センサ１６による測定値に基づいてアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料セル８において半導体センサ１６を有しているため、ｐＨの測定結果に基づきｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、半導体センサを燃料電池セル８に配置しており、電池セルそのものに投入される燃料のｐＨを連続的に正確に測定することが可能であり、必要以上のアルカリ性溶液を入れることがなくなる。その結果、燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。また半導体センサは小型であるため、燃料電池セルへの影響は小さい。 FIG. 8 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11, and either or both of the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. It has the parts 10 and 12 into which the alkaline solution can be introduced, and the pH of the fuel can be adjusted by introducing the alkaline solution based on the measured value by the semiconductor sensor 16. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In addition, since the fuel cell 8 includes the semiconductor sensor 16, it is possible to adjust the pH based on the pH measurement result, so that it is not necessary to set the fuel to a higher pH than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, in this system, the semiconductor sensor is disposed in the fuel battery cell 8, and it is possible to continuously and accurately measure the pH of the fuel charged into the battery cell itself. It will not be put. As a result, the problem that the life of the fuel tank and the piping is shortened does not occur. Further, since the semiconductor sensor is small, the influence on the fuel cell is small.
図９に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、また燃料中にＢＴＢ溶液もしくはフェノールフタレイン溶液を含み、吸光度測定器１７による燃料の吸光度測定値に基づいてアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料タンク９において吸光度測定器１７による燃料の吸光度測定値に基づいてｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。 FIG. 9 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11, and either or both of the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. It has parts 10 and 12 into which an alkaline solution can be introduced, and contains a BTB solution or a phenolphthalein solution in the fuel, and the alkaline solution is introduced on the basis of the absorbance measurement value of the fuel by the absorbance meter 17. The pH of the fuel can be adjusted. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. In addition, since it is possible to adjust the pH in the fuel tank 9 based on the measured value of the absorbance of the fuel by the absorbance measuring device 17, it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur.
図１０に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、燃料タンク９と燃料を燃料電池セルに供給する配管１１のいずれかまたは両方にアルカリ性溶液を投入可能な部位１０、１２を有しており、アニオン交換膜およびその抵抗測定器１８の抵抗値に基づきアルカリ性溶液を投入することで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料タンク９においてアニオン交換膜およびその抵抗測定器１８の抵抗値に基づきｐＨの調整が可能であるため、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11, and either or both of the fuel tank 9 and the pipe 11 for supplying fuel to the fuel cell. It has the parts 10 and 12 into which the alkaline solution can be introduced, and the pH of the fuel can be adjusted by introducing the alkaline solution based on the resistance value of the anion exchange membrane and its resistance measuring device 18. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. Further, since the pH of the fuel tank 9 can be adjusted based on the resistance value of the anion exchange membrane and its resistance measuring device 18, it is not necessary to set the fuel to a pH higher than necessary. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur.
図１１に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、アルカリ性溶液が、酸性溶液で破壊される膜により燃料溶液と分離されているアルカリ性溶液を添加する添加機構１９を有しており、燃料が酸性になった場合に、膜が破壊され、アルカリ性溶液が燃料中に混合されることで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、燃料タンク９において燃料が酸性になった場合に、アルカリ性溶液が燃料中に混合されるため、ｐＨの調整が可能であり、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、センサや測定器を用いないため、電源を用意する必要がないことが特徴である。 FIG. 11 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11. The alkaline solution is separated from the fuel solution by a membrane that is broken by the acidic solution. An addition mechanism 19 for adding a solution is provided. When the fuel becomes acidic, the membrane is broken and the alkaline solution is mixed into the fuel, whereby the pH of the fuel can be adjusted. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. Further, when the fuel becomes acidic in the fuel tank 9, since the alkaline solution is mixed in the fuel, the pH can be adjusted, and the fuel does not need to be set to an unnecessarily high pH. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, this system is characterized in that it does not use a sensor or a measuring instrument, so that it is not necessary to prepare a power source.
図１２に本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池セル８のアノードには燃料タンク９から配管１１を通して燃料が供給されるが、アルカリ性溶液が、酸性溶液で破壊される膜により燃料溶液と分離されているアルカリ性溶液を添加する添加機構２０を有しており、燃料が酸性になった場合に、膜が破壊され、アルカリ性溶液が燃料中に混合されることで、燃料のｐＨを調整可能である。本システムにおいては、燃料セル８に投入する燃料のｐＨを調整するために、燃料タンク９に燃料へアルカリ性溶液する部位１０を有するか、もしくは、配管部１２で燃料へアルカリ性溶液を添加する機能を有する。また、配管部１１において燃料が酸性になった場合に、アルカリ性溶液が燃料中に混合されるため、ｐＨの調整が可能であり、燃料を必要以上に高いｐＨにする必要がなくなる。その結果、燃料の取り扱いが容易になり、また燃料電池システムで用いる燃料タンクや配管の種類が限られ、さらに燃料タンクや配管の寿命が短くなるという問題は起こらなくなる。ここで、本システムにおいては、センサや測定器を用いないため、電源を用意する必要がないことが特徴である。 FIG. 12 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system according to the present invention, fuel is supplied to the anode of the fuel cell 8 from the fuel tank 9 through the pipe 11. The alkaline solution is separated from the fuel solution by a membrane that is broken by the acidic solution. An addition mechanism 20 for adding a solution is provided. When the fuel becomes acidic, the membrane is broken, and the alkaline solution is mixed into the fuel, whereby the pH of the fuel can be adjusted. In the present system, in order to adjust the pH of the fuel to be introduced into the fuel cell 8, the fuel tank 9 has a portion 10 for alkaline solution to the fuel, or has a function of adding the alkaline solution to the fuel through the pipe portion 12. Have. Further, when the fuel becomes acidic in the piping part 11, since the alkaline solution is mixed in the fuel, the pH can be adjusted, and it is not necessary to set the fuel to an unnecessarily high pH. As a result, handling of the fuel becomes easy, the types of fuel tanks and pipes used in the fuel cell system are limited, and the problem that the life of the fuel tanks and pipes is shortened does not occur. Here, this system is characterized in that it does not use a sensor or a measuring instrument, so that it is not necessary to prepare a power source.
［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
〔実施例１〕
アニオン交換電解質膜の両面に、白金がカーボンに担持された触媒と、アニオン交換電解質と、溶媒とを混合したスラリーを塗布することで膜／電極接合体を作製した。次に、得られた膜／電極接合体を拡散層であるカーボンクロスを介して、集電体で挟みこみ、本実施例に係る燃料電池セルを作製した。
[Example 1]
A membrane / electrode assembly was prepared by applying a slurry in which platinum is supported on carbon, an anion exchange electrolyte, and a solvent on both sides of the anion exchange electrolyte membrane. Next, the obtained membrane / electrode assembly was sandwiched between current collectors through a carbon cloth as a diffusion layer, and a fuel battery cell according to this example was produced.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図５、図７に示すように燃料タンク中の燃料のＰＨを電位差測定器と半導体センサを用いて測定しながらアルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のｐＨを７〜１０に制御した。その後、ＰＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３００％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, the alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was pumped while measuring the pH of the fuel in the fuel tank using a potentiometer and a semiconductor sensor as shown in FIGS. And the pH of the fuel was controlled to 7-10. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 300%.
〔実施例２〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
[Example 2]
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図９に示すように燃料タンク中の燃料にフェノールフタレイン溶液を添加し、吸光度測定をしながら、アルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のｐＨを制御した。燃料のＰＨは電位差測定器の測定値から、７〜１０であった。その後、ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度５０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３００％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, as shown in FIG. 9, a phenolphthalein solution was added to the fuel in the fuel tank, and while measuring the absorbance, an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was added using a pump, The pH of the fuel was controlled. The PH of the fuel was 7 to 10 from the measured value of the potentiometer. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 50 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 300%.
〔実施例３〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 3
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図９に示すように燃料タンク中の燃料にＢＴＢ溶液を添加し、吸光度測定をしながら、アルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のＰＨを制御した。燃料のＰＨは電位差測定器の測定値から、７〜１０であった。その後、ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３００％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, as shown in FIG. 9, the BTB solution was added to the fuel in the fuel tank, and while measuring the absorbance, an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was added using a pump. PH was controlled. The PH of the fuel was 7 to 10 from the measured value of the potentiometer. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 300%.
〔実施例４〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 4
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図１０に示すように燃料タンク中にアニオン交換膜とその抵抗測定器を配置し、アニオン交換膜の抵抗値を基に、アルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のＰＨを制御した。燃料のＰＨは電位差測定器の測定値から、７〜１０であった。その後、ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３１０％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, as shown in FIG. 10, an anion exchange membrane and its resistance measuring device are arranged in the fuel tank, and an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) is pumped based on the resistance value of the anion exchange membrane. Was added to control the pH of the fuel. The PH of the fuel was 7 to 10 from the measured value of the potentiometer. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 310%.
〔実施例５〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 5
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図５に示すようにアノードに燃料タンクから１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で数秒間発電を行った。その結果、発電時の平均電圧は３０％であった。そこで、発電電圧を基にアルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のＰＨを制御した。発電電圧が安定した際の燃料のｐＨは電位差測定器の測定値から、７〜１０であった。その際の平均電圧は２９０％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, as shown in FIG. 5, 10% methanol aqueous solution was supplied from the fuel tank to the anode and air was supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for several seconds. As a result, the average voltage during power generation was 30%. Therefore, an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was added using a pump based on the generated voltage to control the PH of the fuel. The pH of the fuel when the generated voltage was stabilized was 7 to 10 from the measured value of the potentiometer. The average voltage at that time was 290%.
〔実施例６〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 6
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図６、図８示すように燃料電池セルのアノードのＰＨを電位差測定器と半導体センサを用いて測定しながらアルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて添加し、燃料のｐＨが７〜１０に制御した。その後、ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は２７０％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was added using a pump while measuring the pH of the anode of the fuel cell using a potentiometer and a semiconductor sensor as shown in FIGS. The pH of the fuel was controlled to 7-10. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 270%.
〔実施例７〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 7
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２か月間放置した。図１１に示すように放置する際に燃料タンクの燃料中にポリアミド樹脂でアルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）を分離したものを添加した。２４時間後、燃料電池セルのアノードのｐＨを電位差測定器で測定したところ、ｐＨが７〜１０に制御されていた。ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３００％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. After that, power generation was stopped and left for 2 months. As shown in FIG. 11, when an alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was separated with a polyamide resin was added to the fuel in the fuel tank. After 24 hours, when the pH of the anode of the fuel cell was measured with a potentiometer, the pH was controlled to 7-10. A 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 300%.
〔実施例８〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
Example 8
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、図９に示すように燃料タンク中の燃料にフェノールフタレイン溶液を添加し、吸光度測定をしながら、アルカリ性溶液（０.１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム）をポンプを用いて図１のアルカリ性溶液投入部１２から添加し、燃料のｐＨを制御した。燃料のアノードでのｐＨは半導体センサの測定値から、７〜１０であった。その後、ｐＨを制御した１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は３００％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is assumed to be 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, as shown in FIG. 9, the phenolphthalein solution was added to the fuel in the fuel tank, and while measuring the absorbance, the alkaline solution (0.1 mol / L potassium hydroxide) was pumped using the pump shown in FIG. It added from the alkaline solution input part 12, and controlled the pH of the fuel. The pH at the anode of the fuel was 7 to 10 from the measured value of the semiconductor sensor. Thereafter, 10% aqueous methanol solution with controlled pH and air were supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 300%.
〔比較例１〕
実施例１と同様にして作製した燃料電池セルを用いた。
[Comparative Example 1]
A fuel cell produced in the same manner as in Example 1 was used.
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。この５分間発電時の平均電圧を１００％とする。その後、発電を停止し、２４時間放置した。２４時間後、アノードに燃料タンクから１０％メタノール水溶液、カソードに空気を供給して、再び、電流密度１０ｍＡ／cm2で５分間発電を行った。その結果、この５分間発電時の平均電圧は７０％であった。 Next, 10% methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank to the anode of the fuel cell, and air having a dew point of 60 ° C. is supplied to the cathode, and power generation is performed at a cell temperature of 60 ° C. and a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. It was. The average voltage during power generation for 5 minutes is set to 100%. Thereafter, power generation was stopped and left for 24 hours. After 24 hours, 10% methanol aqueous solution was supplied from the fuel tank to the anode, and air was supplied to the cathode, and power generation was performed again at a current density of 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the average voltage during power generation for 5 minutes was 70%.
Claims (12)
前記アルカリ形燃料電池に供給する燃料のｐＨを測定または推定するｐＨ測定手段と、
前記ｐＨ測定手段の測定結果または推定結果に基づき、前記アルカリ形燃料電池に供給する燃料にアルカリ性溶液を添加し、燃料のｐＨを制御するｐＨ制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system including an alkaline fuel cell using an anion exchange electrolyte membrane,
PH measuring means for measuring or estimating the pH of the fuel supplied to the alkaline fuel cell;
A fuel cell system comprising pH control means for controlling the pH of a fuel by adding an alkaline solution to the fuel supplied to the alkaline fuel cell based on a measurement result or an estimation result of the pH measurement means.
Priority Applications (1)
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| JP2011238161A JP2013097937A (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2011238161A JP2013097937A (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Fuel cell system |
Publications (1)
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| JP2013097937A true JP2013097937A (en) | 2013-05-20 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2013097937A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015064935A (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | ダイハツ工業株式会社 | Fuel cell system |
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2011
- 2011-10-31 JP JP2011238161A patent/JP2013097937A/en active Pending
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