JP2014107231A - Fuel battery pretreatment method - Google Patents
Fuel battery pretreatment method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014107231A JP2014107231A JP2012261475A JP2012261475A JP2014107231A JP 2014107231 A JP2014107231 A JP 2014107231A JP 2012261475 A JP2012261475 A JP 2012261475A JP 2012261475 A JP2012261475 A JP 2012261475A JP 2014107231 A JP2014107231 A JP 2014107231A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- oxygen
- side electrode
- fuel cell
- water
- 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.)
- Pending
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
Abstract
Description
本発明は、燃料電池の前処理方法、詳しくは、アニオン交換膜からなる電解質層を備える燃料電池の前処理方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell pretreatment method, and more particularly to a fuel cell pretreatment method including an electrolyte layer made of an anion exchange membrane.
従来、燃料電池として、アルカリ形(AFC)、固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体電解質形(SOFC)など、各種燃料電池が知られている。これらの燃料電池は、例えば、自動車用途など、各種用途での使用が検討されている。 Conventionally, various fuel cells such as alkaline type (AFC), solid polymer type (PEFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC) are known as fuel cells. Yes. These fuel cells are being studied for use in various applications such as automobile applications.
例えば、固体高分子形燃料電池は、燃料が供給される燃料側電極(アノード触媒層)と、酸素が供給される酸素側電極(カソード触媒層)とを備えており、これらの電極は、固体高分子膜からなる電解質層を挟んで対向配置されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell includes a fuel-side electrode (anode catalyst layer) to which fuel is supplied and an oxygen-side electrode (cathode catalyst layer) to which oxygen is supplied. Oppositely arranged with an electrolyte layer made of a polymer membrane in between.
このような固体高分子形燃料電池として、具体的には、例えば、電解質膜と、電解質膜を挟んで対向配置される燃料極および酸素極とを備える燃料電池が知られており、また、そのような燃料電池と、燃料極に燃料としてヒドラジン類を供給する燃料供給手段と、酸素極に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素極側から排出されるヒドラジン類を含有する排出物を溜めるための貯留部と、酸素供給手段から供給される酸素を貯留部に供給して、貯留部に溜められる排出物を無害化する無害化手段とを備える燃料電池システムが、提案されている。 As such a polymer electrolyte fuel cell, specifically, for example, a fuel cell including an electrolyte membrane, and a fuel electrode and an oxygen electrode arranged to face each other with the electrolyte membrane interposed therebetween is known. A fuel cell, a fuel supply means for supplying hydrazines as fuel to the fuel electrode, an oxygen supply means for supplying oxygen to the oxygen electrode, and an exhaust containing hydrazines discharged from the oxygen electrode side There has been proposed a fuel cell system including a storage section, and a detoxifying means for supplying oxygen supplied from an oxygen supply means to the storage section so as to detoxify the waste accumulated in the storage section.
一般に、このような燃料電池システムでは、燃料がクロスオーバーにより酸素極側に移動され、その燃料中の水分によって酸素極が湿潤され、酸素極が活性化される。 In general, in such a fuel cell system, fuel is moved to the oxygen electrode side by crossover, the oxygen electrode is wetted by moisture in the fuel, and the oxygen electrode is activated.
そして、この燃料電池システムでは、燃料極側からクロスオーバーにより酸素極側に移動した燃料(未反応ヒドラジン類)が、排出物として貯留部に溜められ、酸素により無害化処理される。 In this fuel cell system, fuel (unreacted hydrazines) that has moved from the fuel electrode side to the oxygen electrode side due to crossover is stored in the storage unit as an emission, and is detoxified by oxygen.
一方、このような燃料電池としては、さらなる発電性能の向上が要求されている。 On the other hand, such fuel cells are required to further improve power generation performance.
そこで、本発明の目的は、発電性能に優れる燃料電池を得ることができる燃料電池の前処理方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell pretreatment method capable of obtaining a fuel cell having excellent power generation performance.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の前処理方法は、アニオン交換膜からなる電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池の前処理方法であって、前記燃料電池を発電させる発電工程、前記発電の停止後に、前記酸素側電極に水を供給する水供給工程、および、前記水を前記酸素側電極から排出させる水排出工程を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a pretreatment method for a fuel cell according to the present invention comprises an electrolyte layer made of an anion exchange membrane, a fuel-side electrode that is disposed to face the electrolyte layer and is supplied with fuel, and oxygen A pretreatment method for a fuel cell comprising an oxygen side electrode to which is supplied, a power generation step for generating power in the fuel cell, a water supply step for supplying water to the oxygen side electrode after stopping the power generation, and A water discharge step of discharging the water from the oxygen side electrode is provided.
また、本発明の燃料電池の前処理方法では、前記燃料が、ヒドラジン類であることが好適である。 In the fuel cell pretreatment method of the present invention, it is preferable that the fuel is hydrazines.
本発明の燃料電池の前処理方法では、まず、燃料を燃料側電極に供給して燃料電池を発電させ、燃料の供給を停止して発電を停止させた後、酸素側電極に水を供給し、排出させる。このような方法によれば、発電停止状態、すなわち、圧力分布の偏りが比較的小さい状態において、全体かつ均一に酸素側電極を湿潤させ、活性化させることができ、その結果、発電性能の向上を図ることができる。 In the fuel cell pretreatment method of the present invention, first, fuel is supplied to the fuel side electrode to generate power, the fuel supply is stopped to stop power generation, and then water is supplied to the oxygen side electrode. , Let it drain. According to such a method, the oxygen-side electrode can be moistened and activated as a whole in a power generation stop state, that is, in a state where the pressure distribution is relatively small, and as a result, the power generation performance is improved. Can be achieved.
図1は、本発明の燃料電池の前処理方法の一実施形態に用いられる燃料電池を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell used in one embodiment of a fuel cell pretreatment method of the present invention.
図1において、燃料電池1は、固体高分子形燃料電池であって、複数の燃料電池セルSを備えており、これらの燃料電池セルSが積層されたスタック構造(セル積層体15(後述))として形成されている。
In FIG. 1, a
なお、図1においては、図解しやすいように1つの燃料電池セルSを取り出して示している。 In FIG. 1, one fuel cell S is taken out for easy illustration.
燃料電池セルSは、電解質層4と、電解質層4を挟んで対向配置され、燃料(後述)が供給される燃料側電極2、および、酸素が供給される酸素側電極3とを備えている。 The fuel cell S includes an electrolyte layer 4, a fuel-side electrode 2 that is disposed to face the electrolyte layer 4 and is supplied with fuel (described later), and an oxygen-side electrode 3 that is supplied with oxygen. .
電解質層4は、アニオン成分が移動可能な層であり、例えば、アニオン交換膜を用いて形成されている。 The electrolyte layer 4 is a layer in which an anion component can move, and is formed using, for example, an anion exchange membrane.
アニオン交換膜としては、アニオン成分(例えば、水酸化物イオン(OH−)など)が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、4級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられる。 The anion exchange membrane is not particularly limited as long as it is a medium in which an anion component (for example, hydroxide ion (OH − )) can move, and for example, an anion exchange group such as a quaternary ammonium group or a pyridinium group can be used. And a solid polymer membrane (anion exchange resin).
アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子膜などが挙げられる。 Examples of the solid polymer forming the anion exchange membrane include hydrocarbon-based solid polymer membranes such as polystyrene and modified products thereof.
また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。 The solid polymer forming the anion exchange membrane may have a cross-linked structure in its molecular structure.
このようなアニオン交換膜は、特に制限されないが、例えば、特開2010−165459号公報に記載の方法などによって、得ることができる。 Such an anion exchange membrane is not particularly limited, and can be obtained by, for example, the method described in JP 2010-165459 A.
また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン(旭硝子社製)、ネオセプタ(アストム社製)などが挙げられる。 Moreover, an anion exchange membrane is available as a commercial item, for example, Selemion (made by Asahi Glass Co., Ltd.), Neoceptor (made by Astom Corp.), etc. are mentioned.
また、電解質層4の膜厚は、例えば、10〜100μmである。 Moreover, the film thickness of the electrolyte layer 4 is 10-100 micrometers, for example.
燃料側電極2は、例えば、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、燃料側電極2として形成してもよい。 The fuel side electrode 2 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst. Alternatively, a catalyst may be used as the electrode material without using the catalyst carrier, and the catalyst may be formed directly as the fuel-side electrode 2.
触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt))、鉄族元素(鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni))などの周期表(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 22 June 2007)に従う。以下同じ。)第8〜10(VIII)族元素や、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの周期表第11(IB)族元素、さらには亜鉛(Zn)などの金属単体や、それらの合金などが挙げられる。
The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include platinum group elements (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt)), iron group elements ( According to a periodic table such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)) (IUPAC Periodic Table of the Elements (version date 22 June 2007), the same applies hereinafter)
これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 These can be used alone or in combination of two or more.
触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。 Examples of the catalyst carrier include porous substances such as carbon.
触媒の触媒担体に対する担持量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。 The amount of the catalyst supported on the catalyst carrier is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.
燃料側電極2の厚みは、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。 The thickness of the fuel side electrode 2 is, for example, 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.
酸素側電極3は、例えば、上記した燃料側電極2と同様に、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、酸素側電極3として形成してもよい。 The oxygen side electrode 3 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst, similarly to the fuel side electrode 2 described above. Alternatively, a catalyst may be used as the electrode material without using the catalyst carrier, and the catalyst may be formed directly as the oxygen side electrode 3.
また、酸素側電極3では、電極材料として、例えば、錯体形成有機化合物および/または導電性高分子とカーボンとからなる複合体(以下、この複合体を「カーボンコンポジット」という。)に、遷移金属が担持されている触媒を用いることもできる。 In the oxygen-side electrode 3, as the electrode material, for example, a complex formed of a complex-forming organic compound and / or a conductive polymer and carbon (hereinafter, this complex is referred to as “carbon composite”), a transition metal. A catalyst on which is supported can also be used.
遷移金属としては、例えば、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、銀、コバルトが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 Examples of the transition metal include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu ), Yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), lanthanum (La) ), Hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like. Among these, Preferably, silver and cobalt are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロール、フェナントロリン、サルコミンが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 The complex-forming organic compound is an organic compound that forms a complex with the metal atom by coordinating with the metal atom. For example, pyrrole, porphyrin, tetramethoxyphenylporphyrin, dibenzotetraazaannulene, phthalocyanine, choline, chlorin , A complex-forming organic compound such as phenanthroline or sarcomine, or a polymer thereof. Of these, polypyrrole, phenanthroline, and sarcomin, which are pyrrole polymers, are preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
導電性高分子としては、上記錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 As the conductive polymer, there is a compound overlapping with the above complex-forming organic compound, for example, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyvinylcarbazole, polytriphenylamine, polypyridine, polypyrimidine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline, Examples include polyisothianaphthene, polypyridinediyl, polythienylene, polyparaphenylene, polyflurane, polyacene, polyfuran, polyazulene, polyindole, and polydiaminoanthraquinone. Among these, Preferably, a polypyrrole is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
酸素側電極3の厚みは、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。 The thickness of the oxygen side electrode 3 is, for example, 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm.
また、燃料電池セルSは、さらに、燃料供給部材5と酸素供給部材6とを備えている。
The fuel cell S further includes a
燃料供給部材5は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、燃料側電極2における電解質層4と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この燃料供給部材5には、燃料側電極2の全体に燃料を接触させるための燃料側流路7が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この燃料側流路7は、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材5を貫通する燃料供給口8および燃料排出口9がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部(図1における紙面下側)に燃料供給口8が形成され、下流側端部(図1における紙面上側)に燃料排出口9が形成されている。
The
また、酸素供給部材6も、燃料供給部材5と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、酸素側電極3における電解質層4と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この酸素供給部材6にも、酸素側電極3の全体に酸素(空気)を接触させるための酸素側流路10が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この酸素側流路10にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材6を貫通する酸素供給口11および酸素排出口12がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部(図1における紙面上側)に酸素供給口11が形成され、下流側端部(図1における紙面下側)に酸素排出口12が形成されている。
Similarly to the
そして、この燃料電池1は、上述したように、燃料電池セルSが、複数積層されるスタック構造として形成されている。そのため、燃料供給部材5および酸素供給部材6は、図示されていないが、両面に燃料側流路7および酸素側流路10が形成されるセパレータとして構成(兼用)される。
The
なお、図1には表われていないが、燃料電池1には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、燃料電池1で発生した起電力は、集電板に備えられた端子から外部に取り出される。
Although not shown in FIG. 1, the
また、試験的(モデル的)には、燃料供給部材5と酸素供給部材6とを、外部回路13によって接続し、その外部回路13に電圧計14を介在させることにより、燃料電池1で発生する電圧を計測することもできる。
Further, on a test (model) basis, the
また、図示しないが、セル積層体15においては、必要に応じて、燃料供給部材5および酸素供給部材6とともに、公知のガス拡散層などを積層することができ、また、必要に応じて、ガスケットなどを設けることもできる。
Although not shown, in the
図2は、本発明の燃料電池の前処理方法の一実施形態を示すフロー図ある。 FIG. 2 is a flowchart showing one embodiment of the fuel cell pretreatment method of the present invention.
以下において、このような燃料電池1の前処理方法について、図2を参照して詳述する。
Hereinafter, such a pretreatment method of the
この前処理方法では、まず、上記の燃料電池1を用意し、酸素側電極3に空気(酸素)を供給するとともに、燃料側電極2に燃料としての液体燃料を供給し、発電させる(発電工程S1)。
In this pretreatment method, first, the
具体的には、燃料電池1では、酸素側流路10に空気が供給されるとともに、燃料側流路7に、燃料化合物を含む液体燃料が供給されることによって、発電が行われる。
Specifically, in the
この燃料電池1において、燃料側流路7に供給される液体燃料としては、例えば、燃料化合物としてヒドラジン類を含む液体燃料などが挙げられ、具体的には、ヒドラジン類の水溶液が挙げられる。ヒドラジン類としては、例えば、無水ヒドラジン(NH2NH2)、水加ヒドラジン(NH2NH2・H2O)、トリアザン(NH2NHNH2)、テトラザン(NH2NHNHNH2)などが挙げられる。
In the
また、液体燃料には、添加剤として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物などが添加することができる。添加剤の添加量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。 Further, for example, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide can be added to the liquid fuel as additives. The addition amount of the additive is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.
また、燃料は、上述した燃料化合物をそのまま供給してもよいし、例えば、水および/またはアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール)などの溶液として供給してもよい。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、1〜90質量%、好ましくは、1〜30質量%である。 The fuel compound may be supplied as it is, or may be supplied as a solution of water and / or alcohol (for example, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol). In this case, the concentration of the fuel compound in the solution varies depending on the type of the fuel compound, but is, for example, 1 to 90% by mass, preferably 1 to 30% by mass.
そして、燃料電池1における発電を、より具体的に説明すると、酸素供給部材6の酸素側流路10に酸素(空気)を供給しつつ、燃料供給部材5の燃料側流路7に上記した燃料を供給すれば、酸素側電極3においては、次に述べるように、燃料側電極2で発生し、外部回路13を介して移動する電子(e−)と、水(H2O)と、酸素(O2)とが反応して、水酸化物イオン(OH−)を生成する。生成した水酸化物イオン(OH−)は、アニオン交換膜からなる電解質層4を、酸素側電極3から燃料側電極2へ移動する。そして、燃料側電極2においては、電解質層4を通過した水酸化物イオン(OH−)と、燃料とが反応して、電子(e−)が生成する。生成した電子(e−)は、燃料供給部材5から外部回路13を介して酸素供給部材6に移動され、酸素側電極3へ供給される。このような燃料側電極2および酸素側電極3における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。
The power generation in the
例えば、燃料としてヒドラジン(NH2NH2)を用いた場合には、上記反応は、燃料側電極2、酸素側電極3および全体として、次の反応式(1)〜(3)で表すことができる。
(1) NH2NH2+4OH−→4H2O+N2+4e− (燃料側電極)
(2) O2+2H2O+4e−→4OH− (酸素側電極)
(3) NH2NH2+O2→2H2O+N2 (全体)
なお、この燃料電池1の運転条件は、特に限定されないが、例えば、燃料側電極2側の加圧が100kPa以下、好ましくは、50kPa以下であり、酸素側電極3側の加圧が100kPa以下、好ましくは、50kPa以下であり、燃料電池セルSの温度が30〜100℃、好ましくは、60〜90℃として設定される。
For example, when hydrazine (NH 2 NH 2 ) is used as the fuel, the above reaction can be expressed by the following reaction formulas (1) to (3) as the fuel side electrode 2, the oxygen side electrode 3 and the whole. it can.
(1) NH 2 NH 2 + 4OH − → 4H 2 O + N 2 + 4e − (fuel side electrode)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (oxygen side electrode)
(3) NH 2 NH 2 + O 2 → 2H 2 O + N 2 (whole)
The operating conditions of the
また、発電工程S1における燃料電池1の運転時間は、例えば、1時間以上であり、例えば、30時間以下、好ましくは、20時間以下である。
The operation time of the
上記運転時間が経過した後、酸素側流路10に対する空気の供給を停止させ、また、燃料側流路7に対する燃料の供給を停止させることにより、発電を停止させる。
After the operation time has elapsed, power supply is stopped by stopping the supply of air to the oxygen-
次いで、この方法では、発電の停止後に、必要により、燃料側流路7に水(純水)を供給し、燃料側電極2を洗浄する(燃料極−水供給/排出工程S2)。
Next, in this method, after power generation is stopped, if necessary, water (pure water) is supplied to the
具体的には、燃料排出口9を開放した状態において、燃料供給口8(紙面下側)から水を注入し、燃料側流路7内に水を充填させるとともに、燃料排出口9(紙面上側)から水を排出させる。
Specifically, in a state where the fuel discharge port 9 is opened, water is injected from the fuel supply port 8 (lower side of the paper) to fill the fuel
そして、燃料排出口9から水が排出されたこと、すなわち、燃料側流路7内が水で充填されたことを確認した後、水の供給を停止し、その後、燃料側流路7から水を排出させる。
Then, after confirming that water has been discharged from the fuel discharge port 9, that is, that the inside of the
なお、この方法では、必要により、燃料側流路7に水が充填された状態で、任意の時間保持することができる。
In this method, if necessary, the fuel-
このような操作を、必要により複数回(例えば、2〜5回(図2破線矢印参照))繰り返すことにより、燃料側流路7に水を繰り返し供給および排出させ、燃料側電極2を洗浄するとともに、湿潤させる。
By repeating such an operation a plurality of times as necessary (for example, 2 to 5 times (see the broken line arrows in FIG. 2)), water is repeatedly supplied to and discharged from the fuel
次いで、この方法では、酸素側流路10に水(純水)を供給し、酸素側電極3を湿潤させる(酸素極−水供給工程S3)。
Next, in this method, water (pure water) is supplied to the
具体的には、まず、酸素排出口12(紙面下側)を密栓した状態において、酸素供給口11(紙面上側)から水を注入し、酸素側流路10内に水を充填させる。これにより、酸素側電極3に水を供給し、浸透させる。
Specifically, first, water is injected from the oxygen supply port 11 (upper side of the paper) in a state where the oxygen discharge port 12 (lower side of the paper) is sealed, and the oxygen-
また、この方法では、必要により、酸素側流路10に水が充填された状態で、所定時間保持することができる。保持時間は、例えば、1分間以上、好ましくは、3分間以上であり、例えば、10分間以下、好ましくは、5分間以下である。
Further, in this method, if necessary, the oxygen-
次いで、この方法では、酸素排出口12(紙面下側)を開放し、酸素側流路10から水を排出させる。これにより、酸素側電極3に浸透した水の一部を、酸素側電極3から排出させる(酸素極−水排出工程S4)。なお、酸素側電極3に浸透した水の残部は、酸素側電極3から排出されることなく、酸素側電極3を湿潤させる。
Next, in this method, the oxygen discharge port 12 (the lower side in the drawing) is opened, and water is discharged from the oxygen
このような操作を、必要により複数回(例えば、2〜10回(図2破線矢印参照))繰り返すことにより、酸素側電極3に水を繰り返し供給および排出させ、酸素側電極3を洗浄するとともに、湿潤させる。 By repeating such an operation a plurality of times as necessary (for example, 2 to 10 times (see the broken line arrow in FIG. 2)), water is repeatedly supplied to and discharged from the oxygen side electrode 3, and the oxygen side electrode 3 is washed. Moisten.
これにより、燃料電池1を前処理することができる。
Thereby, the
また、このように前処理された燃料電池1の酸素側流路10に空気を供給するとともに、燃料側流路7に燃料化合物を含む液体燃料を供給することにより、上記の発電工程S1と同様にして、燃料電池1を発電させることができる。
Further, by supplying air to the oxygen-
そして、上記の前処理方法により前処理された燃料電池1は、優れた発電性能を備えている。
And the
つまり、従来の燃料電池では、上記のような前処理がされておらず、発電時において、燃料がクロスオーバーにより酸素極側に移動され、その燃料中の水分によって酸素極が湿潤され、酸素極が活性化されている。 That is, in the conventional fuel cell, the pretreatment as described above is not performed, and during power generation, the fuel is moved to the oxygen electrode side by crossover, and the oxygen electrode is moistened by the moisture in the fuel. Is activated.
しかし、このような燃料電池における燃料のクロスオーバーは、本来望ましいものではなく、また、燃料のクロスオーバーでは酸素極に均一に水を供給できず、活性化が不均一になり、十分な発電性能を得られない場合がある。 However, the fuel crossover in such a fuel cell is not originally desirable, and in the fuel crossover, water cannot be supplied uniformly to the oxygen electrode, the activation becomes uneven, and sufficient power generation performance is obtained. You may not get.
一方、上記した燃料電池1の前処理方法では、まず、燃料を燃料側電極2に供給して燃料電池1を発電させ、燃料の供給を停止して発電を停止させた後、酸素側電極3に水を供給し、排出させる。このような燃料電池1の前処理方法によれば、発電停止状態、すなわち、圧力分布の偏りが比較的小さい状態において、全体かつ均一に酸素側電極3を湿潤させ、活性化させることができ、その結果、発電性能の向上を図ることができる。
On the other hand, in the above-described pretreatment method for the
そして、このような燃料電池1の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。
Examples of the use of the
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。以下に示す実施例の数値は、実施形態において記載される数値(すなわち、上限値または下限値)に代替することができる。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example. The numerical values of the examples shown below can be substituted for the numerical values (that is, the upper limit value or the lower limit value) described in the embodiment.
製造例1
<燃料側電極インクの調製>
電子天秤にて、非担持金属触媒(NiZn合金(Ni:Zn=87:13(モル比))、Cabot社製)3g、溶媒(1−プロパノールとテトラヒドロフランとの混合溶媒(質量比1:1))28.8g(14.4g+14.4g)、アイオノマー(分子末端に4級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製)16.6gを秤量し、混合した。
Production Example 1
<Preparation of fuel side electrode ink>
Using an electronic balance, 3 g of unsupported metal catalyst (NiZn alloy (Ni: Zn = 87: 13 (molar ratio)), manufactured by Cabot), solvent (mixed solvent of 1-propanol and tetrahydrofuran (mass ratio 1: 1) ) 28.8 g (14.4 g + 14.4 g) and ionomer (hydrocarbon anion exchange resin having a quaternary ammonium group at the molecular end, manufactured by Tokuyama Corporation) 16.6 g were weighed and mixed.
次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー(タイテック製、VP−050)を出力約35%で稼動させることにより、約10分間攪拌し、分散液(スラリー)として、燃料側電極インクを得た。
<酸素側電極インクの調製>
電子天秤にて、金属錯体触媒(化合物名コバルトポリピロールカーボン、品番D8L001、北興化学工業社製)2.2g、溶媒(1−プロパノールとテトラヒドロフランとの混合溶媒(質量比1:1))36.0g(18.0g+18.0g)、アイオノマー(分子末端に4級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製)36.2gを秤量し、混合した。
Subsequently, the obtained liquid mixture was stirred for about 10 minutes by operating a homogenizer (manufactured by Taitec Corp., VP-050) at an output of about 35% to obtain a fuel-side electrode ink as a dispersion (slurry).
<Preparation of oxygen side electrode ink>
In an electronic balance, 2.2 g of a metal complex catalyst (compound name: cobalt polypyrrole carbon, product number D8L001, manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.), solvent (mixed solvent of 1-propanol and tetrahydrofuran (mass ratio 1: 1)) 36.0 g (18.0 g + 18.0 g) and ionomer (hydrocarbon anion exchange resin having a quaternary ammonium group at the molecular end, manufactured by Tokuyama Corporation) 36.2 g were weighed and mixed.
次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー(タイテック製、VP−050)を出力約40%で稼動させることにより、約3分間攪拌し、分散液(スラリー)として、酸素側電極インクを得た。
<燃料電池セルの作製>
ハンドスプレーガンを用いて、電解質層(分子末端に4級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製)の一方側面に燃料側電極インクを吹き付け、また、他方側面に酸素側電極インクを吹き付け、乾燥後(溶媒揮発後)の触媒の担持量が、燃料側電極で2.5mg/cm2、酸素側電極で1.0mg/cm2となるよう均一に塗布した。
Next, the obtained liquid mixture was stirred for about 3 minutes by operating a homogenizer (manufactured by Taitec Corp., VP-050) at an output of about 40%, to obtain an oxygen-side electrode ink as a dispersion (slurry).
<Fabrication of fuel cell>
Using a hand spray gun, fuel side electrode ink is sprayed on one side of the electrolyte layer (hydrocarbon anion exchange resin having a quaternary ammonium group at the molecular end, manufactured by Tokuyama), and oxygen side electrode ink is applied on the other side. the spraying amount of supported catalyst after drying (after solvent volatilization) is, 2.5 mg / cm 2 in the fuel side electrode was uniformly applied so as to be 1.0 mg / cm 2 at the oxygen side electrode.
その後、25℃において30分間乾燥させることにより、電解質層の一方側面に燃料側電極を、他方側面に酸素側電極をそれぞれ形成し、燃料電池セルを得た。
<組み立て>
60枚の燃料電池セルを、燃料供給部材および酸素供給部材を介して積層し、セル積層体として燃料電池を形成した。
Then, it dried at 25 degreeC for 30 minutes, the fuel side electrode was formed in the one side surface of the electrolyte layer, respectively, and the oxygen side electrode was formed in the other side surface, and the fuel cell was obtained.
<Assembly>
Sixty fuel cell units were stacked via a fuel supply member and an oxygen supply member to form a fuel cell as a cell stack.
実施例1
製造例1において得られた燃料電池の燃料側流路に液体燃料(水加ヒドラジン20質量%+1mol/LのKOH)を0.1L/min/cellの流速で供給し、一方、酸素供給路に空気を13.7L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させた(発電工程S1)。
Example 1
Liquid fuel (hydrated hydrazine 20% by mass + 1 mol / L KOH) is supplied at a flow rate of 0.1 L / min / cell to the fuel-side flow path of the fuel cell obtained in Production Example 1, while the oxygen supply path is supplied The fuel cell was generated by supplying air at 13.7 L / min / cell (power generation step S1).
また、このときの酸素側電極側における背圧は60kPaとし、燃料電池の温度は75度とした。 At this time, the back pressure on the oxygen side electrode side was 60 kPa, and the temperature of the fuel cell was 75 degrees.
次いで、液体燃料および空気の供給を停止させることにより、発電を停止させた。 Next, power generation was stopped by stopping the supply of liquid fuel and air.
その後、水を燃料供給路の供給口(下側)から供給し、燃料側電極を水で湿潤させ、排出口(上側)から水が排出されることを確認して、水の供給を停止することにより、燃料側電極を洗浄した(燃料極−水供給/排出工程S2)。なお、この操作を、3回繰り返した。 Thereafter, water is supplied from the supply port (lower side) of the fuel supply path, the fuel side electrode is moistened with water, and it is confirmed that water is discharged from the discharge port (upper side), and the water supply is stopped. Thus, the fuel side electrode was washed (fuel electrode-water supply / discharge step S2). This operation was repeated three times.
次いで、酸素側流路の排出口を密栓して、供給口から水を注入し、酸素側流路内に水を充填させ、3分間保持することにより、酸素側電極に水を供給し、浸透および湿潤させた(酸素極−水供給工程S3)。その後、排出口を開放し、酸素側流路から水を排出させ、酸素側電極に浸透した水の一部を、酸素側電極から排出させた。なお、この操作を、3回繰り返した。 Next, the discharge port of the oxygen side channel is sealed, water is injected from the supply port, the water is filled into the oxygen side channel, and the water is supplied to the oxygen side electrode by holding for 3 minutes. And moistened (oxygen electrode-water supply step S3). Thereafter, the discharge port was opened, water was discharged from the oxygen side flow path, and a part of the water that permeated the oxygen side electrode was discharged from the oxygen side electrode. This operation was repeated three times.
以上の操作により、燃料電池を前処理した。 The fuel cell was pretreated by the above operation.
その後、燃料電池の燃料側流路に液体燃料(水加ヒドラジン20質量%+1mol/LのKOH)を0.1L/min/cellの流速で供給し、一方、酸素供給路に空気を13.7L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させ、発電性能を評価した。その結果を、図2に示す。 Thereafter, liquid fuel (hydrated hydrazine 20% by mass + 1 mol / L KOH) is supplied to the fuel cell side flow passage at a flow rate of 0.1 L / min / cell, while air is supplied to the oxygen supply passage 13.7 L. By supplying at / min / cell, the fuel cell was caused to generate power, and the power generation performance was evaluated. The result is shown in FIG.
比較例1
前処理することなく、燃料電池の燃料側流路に液体燃料(水加ヒドラジン20質量%+1mol/LのKOH)を0.1L/min/cellの流速で供給し、一方、酸素供給路に空気を13.7L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させ、発電性能を評価した。その結果を、図2に示す。
Comparative Example 1
Without pretreatment, liquid fuel (hydrated hydrazine 20% by mass + 1 mol / L KOH) is supplied to the fuel-side flow path of the fuel cell at a flow rate of 0.1 L / min / cell, while air is supplied to the oxygen supply path. Was supplied at 13.7 L / min / cell to generate power in the fuel cell and evaluate the power generation performance. The result is shown in FIG.
1 燃料電池
2 燃料側電極
3 酸素側電極
4 電解質層
15 セル積層体
S 燃料電池セル
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記燃料電池を発電させる発電工程、
前記発電の停止後に、前記酸素側電極に水を供給する水供給工程、および、
前記水を前記酸素側電極から排出させる水排出工程
を備えることを特徴とする、燃料電池の前処理方法。 A fuel cell pretreatment method comprising: an electrolyte layer made of an anion exchange membrane; a fuel-side electrode to which fuel is supplied; and an oxygen-side electrode to which oxygen is supplied. ,
A power generation step for generating the fuel cell;
A water supply step of supplying water to the oxygen-side electrode after stopping the power generation; and
A pretreatment method for a fuel cell, comprising a water discharge step of discharging the water from the oxygen side electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012261475A JP2014107231A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Fuel battery pretreatment method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012261475A JP2014107231A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Fuel battery pretreatment method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014107231A true JP2014107231A (en) | 2014-06-09 |
Family
ID=51028522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012261475A Pending JP2014107231A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Fuel battery pretreatment method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014107231A (en) |
-
2012
- 2012-11-29 JP JP2012261475A patent/JP2014107231A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2009246798B2 (en) | Permselective membrane-free direct fuel cell and components thereof | |
JP7040805B2 (en) | Redox fuel cell and its use | |
JP5235863B2 (en) | Fuel cell | |
US8945791B2 (en) | Oxygen side electrode for a fuel cell | |
US20050106430A1 (en) | Hydrogen supply device and fuel-cell system | |
JP2006244960A (en) | Fuel cell | |
JP6941202B1 (en) | Membrane electrode assembly and electrochemical cell | |
JP7195950B2 (en) | Anion exchange membrane and manufacturing method thereof | |
JP2014107231A (en) | Fuel battery pretreatment method | |
JP2012110839A (en) | Catalyst composition | |
JP2016207575A (en) | Fuel cell | |
JP6005454B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
JP2009266681A (en) | Fuel cell | |
JP5968737B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
JP2015141819A (en) | Pretreatment method of fuel cell | |
JP2012138276A (en) | Fuel cell manufacturing method | |
JP2008159492A (en) | Fuel cell | |
JP6043168B2 (en) | Manufacturing method of membrane electrode assembly | |
JP6581343B2 (en) | Fuel cell and fuel cell manufacturing method | |
JP6719351B2 (en) | Fuel cell | |
JP6483415B2 (en) | Anode catalyst | |
JP2014107117A (en) | Fuel battery | |
JP2017216159A (en) | Fuel cell | |
JP2014060051A (en) | Fuel cell system | |
JP2012209105A (en) | Method of manufacturing fuel cell |