JP2014225407A - Potential measuring device for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられる燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell potential measuring device for measuring a potential of a fuel cell provided in an electrolyte membrane / electrode structure that sandwiches an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)と多孔質カーボン(ガス拡散層)とを有するアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each having an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (gas diffusion layer) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( A power generation cell is formed in which the MEA is sandwiched between separators (bipolar plates). Normally, a fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
この場合、燃料電池では、運転停止に伴って燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止された後、この燃料電池内部に残存する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが反応し易い。このため、特に、燃料ガス流路側の燃料ガスの体積の減少に伴って前記燃料ガス流路内の圧力が低下し、酸化剤ガス流路から電解質膜を透過して前記燃料ガス流路内に酸化剤ガスが侵入するおそれがある。これにより、燃料ガス流路内では、燃料ガスが偏在した部分に局部電池が形成され易く、酸化剤ガスが偏在した部分に正常発電時とは逆向きの電流が流れるという問題がある。 In this case, in the fuel cell, after the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped along with the operation stop, the fuel gas and the oxidant gas remaining in the fuel cell easily react. For this reason, in particular, as the volume of the fuel gas on the fuel gas channel side decreases, the pressure in the fuel gas channel decreases, and passes through the electrolyte membrane from the oxidant gas channel to enter the fuel gas channel. Oxidant gas may enter. Thereby, in the fuel gas flow path, a local battery is easily formed in a portion where the fuel gas is unevenly distributed, and there is a problem that a current opposite to that during normal power generation flows in the portion where the oxidant gas is unevenly distributed.
このため、特許文献1には、燃料電池内部の状態を検出するために、簡単な構成及び工程で、燃料電池の電位測定を確実且つ良好に行うとともに、装置全体の薄肉化を図ることが可能な燃料電池用電位測定装置及びその製造方法が提案されている。この電位測定装置は、アノード電極に配置される一端部に、アノード側電位印加電極及びアノード側電位測定電極が設けられる第1シート部材と、カソード電極に配置される一端部に、カソード側電位印加電極及びカソード側電位測定電極が設けられる第2シート部材とを備え、前記第1シート部材の他端部及び前記第2シート部材の他端部は、互いに接合されている。 For this reason, in Patent Document 1, in order to detect the internal state of the fuel cell, the potential of the fuel cell can be reliably and satisfactorily measured with a simple configuration and process, and the entire apparatus can be thinned. A fuel cell potential measuring device and a method for manufacturing the same have been proposed. This potential measuring device includes a first sheet member provided with an anode side potential applying electrode and an anode side potential measuring electrode at one end portion disposed on the anode electrode, and a cathode side potential applied to one end portion disposed on the cathode electrode. A second sheet member provided with an electrode and a cathode side potential measurement electrode, and the other end of the first sheet member and the other end of the second sheet member are joined to each other.
このため、電位印加電極と電位測定電極とを個別に構成する場合に比べ、構成が一挙に簡素化されるとともに、組み付け作業等が大幅に削減され、経済的であるという効果が得られている。 For this reason, as compared with the case where the potential applying electrode and the potential measuring electrode are individually configured, the configuration is simplified at a time, and the assembling work and the like are greatly reduced, which is economical. .
ところで、最近、アノード電極やカソード電極では、どこの部位の電位を測定しているかを詳細に特定することが望まれている。このため、アノード電極やカソード電極には、複数個の電位測定電極を配置する必要があり、前記電位測定電極の位置合わせ作業が煩雑化するおそれがある。 By the way, recently, it has been desired to specify in detail where the potential of the anode electrode or the cathode electrode is measured. For this reason, it is necessary to arrange a plurality of potential measurement electrodes on the anode electrode and the cathode electrode, and there is a possibility that the alignment work of the potential measurement electrodes becomes complicated.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、電位測定を高精度に行うことが可能な燃料電池用電位計測装置を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell potential measuring device capable of measuring potential with high accuracy with a simple and economical configuration.
本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられ、燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell potential measurement device for measuring a potential of a fuel cell, which is provided in an electrolyte membrane / electrode structure that sandwiches an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode.
この燃料電池用電位計測装置では、一方の電極に配置される参照電極と、少なくとも一方の電極に配置される複数個の計測電極と、を備えるとともに、前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されている。 The potential measuring apparatus for a fuel cell includes a reference electrode disposed on one electrode and a plurality of measurement electrodes disposed on at least one electrode, and the reference electrode and the plurality of measurement electrodes are , Integrated with the electrode sheet and connected to the one electrode.
また、この燃料電池用電位計測装置では、複数個の計測電極は、配列方向に沿って段階的に端部位置をずらして配置されることが好ましい。 Moreover, in this fuel cell potential measuring device, it is preferable that the plurality of measurement electrodes are arranged with their end portions shifted in stages along the arrangement direction.
さらに、この燃料電池用電位計測装置では、他方の電極に配置される他方の参照電極を有し、前記他方の参照電極は、他方の電極シートに一体化されるとともに、一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で電解質膜を挟持することが好ましい。 Further, the fuel cell potential measuring device has the other reference electrode disposed on the other electrode, and the other reference electrode is integrated with the other electrode sheet, It is preferable to sandwich the electrolyte membrane with the other electrode sheet.
本発明によれば、参照電極及び複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて一方の電極に接続されている。このため、複数個の計測電極は、一体に取り扱うことができ、設置作業が一挙に簡素化するとともに、製造作業の効率化が容易に図られる。しかも、各計測電極同士を近接して配置させることが可能になり、所望の位置のアノード電位又はカソード電位を確実に計測することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、電位測定及び電位分布測定を高精度に行うことが可能になる。 According to the present invention, the reference electrode and the plurality of measurement electrodes are integrated with the electrode sheet and connected to one electrode. For this reason, a plurality of measurement electrodes can be handled integrally, the installation work is simplified at once, and the efficiency of the manufacturing work is easily achieved. In addition, the measurement electrodes can be arranged close to each other, and the anode potential or cathode potential at a desired position can be reliably measured. Thereby, it is possible to perform the potential measurement and the potential distribution measurement with high accuracy with a simple and economical configuration.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置10が組み込まれる燃料電池12では、電解質膜・電極構造体14が、カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18に挟持されて矢印A方向(例えば、水平方向)又は矢印C方向(鉛直方向)に積層される。
As shown in FIG. 1, in the
複数の燃料電池12は、矢印A方向に積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、複数の燃料電池12は、矢印C方向に積層してもよい。
The plurality of
カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、チタニウム(Ti)板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板で構成されてもよく、又は、カーボン部材等で構成されてもよい。
The
図1及び図2に示すように、電解質膜・電極構造体14は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜20と、前記固体高分子電解質膜20を挟持するアノード電極22及びカソード電極24とを備える。固体高分子電解質膜20としては、例えば、フッ素系電解質、又は、HC(炭化水素)系電解質が使用される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane /
図2に示すように、アノード電極22は、固体高分子電解質膜20の一方の面20aに接合されるアノード電極触媒層22aと、前記アノード電極触媒層22aに積層されるアノードガス拡散層22bとを有する。カソード電極24は、固体高分子電解質膜20の他方の面20bに接合されるカソード電極触媒層24aと、前記カソード電極触媒層24aに積層されるカソードガス拡散層24bとを有する。
As shown in FIG. 2, the
アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、異なる平面寸法(アノード側寸法<カソード側寸法)に設定されるとともに、カソードガス拡散層24bの外周端部は、アノードガス拡散層22bの外周端部よりも外側に突出する。なお、アノード側寸法>カソード側寸法でもよく、アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、同一の平面寸法を有していてもよい。また、アノードガス拡散層22bは、カソードガス拡散層24bよりも大きな平面寸法を有していてもよく、あるいは、同一の平面寸法を有していてもよい。
The anode
アノード電極触媒層22a及びカソード電極触媒層24aは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜20の両面20a、20bに印刷、塗布又は転写することによって構成される。なお、アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、アノードガス拡散層22bとカソードガス拡散層24bとに印刷、塗布又は転写することによって構成してもよく、その他、種々の構成を採用することができる。
The anode
電解質膜・電極構造体14は、固体高分子電解質膜20の外周を周回する樹脂製枠部材26を備える。樹脂製枠部材26は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)やPPA(ポリフタルアミド)、LCP、PES、PEEK、PFA等のスーパーエンプラ、若しくは、2種以上のポリマーアロイやPP(ポリプロピレン)等の汎用エンプラ、若しくは、2種以上のポリマーアロイ等で構成され、必要に応じて設けられる。
The electrolyte membrane /
図1に示すように、燃料電池12の矢印B方向(水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔28aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔30bとが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
As shown in FIG. 1, an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, is supplied to one end edge of the
燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔30aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔28bとが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
燃料電池12の矢印C方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔32aが設けられるとともに、前記燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔32bが設けられる。なお、冷却媒体入口連通孔32a及び冷却媒体出口連通孔32bは、それぞれ1つであってもよい。
The upper end edge of the
カソード側セパレータ16の電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔28aと酸化剤ガス出口連通孔28bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。アノード側セパレータ18の電解質膜・電極構造体14に向かう面18aには、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとに連通する燃料ガス流路38が形成される。酸化剤ガス流路36及び燃料ガス流路38は、水平方向に向かって酸化剤ガス及び燃料ガスを流通させる。
An oxidant
カソード側セパレータ16の面16aとは反対の面16bと、アノード側セパレータ18の面18aとは反対の面18bとの間には、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通する冷却媒体流路40が形成される。冷却媒体流路40は、鉛直方向下方(鉛直方向上方でもよい)に向かって冷却媒体を流通させる。
The cooling medium
カソード側セパレータ16の面16a、16bには、このカソード側セパレータ16の外周端部を周回して、第1シール部材42が一体化される。アノード側セパレータ18の面18a、18bには、このアノード側セパレータ18の外周端部を周回して、第2シール部材44が一体化される。
The
第1シール部材42及び第2シール部材44は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
The
電位計測装置10は、例えば、電解質膜・電極構造体14の水分量が最も多い領域及び最も少ない領域に配置される。具体的には、電位計測装置10は、水分量が最も多い領域である重力方向下方で且つ燃料ガス出口連通孔30bの近傍、及び、酸化剤ガス出口連通孔28bの近傍と、水分量が最も少ない領域である重力方向上方で且つ燃料ガス入口連通孔30aの近傍、及び、酸化剤ガス入口連通孔28aの近傍に配置される。
The
なお、電位計測装置10の設定部位は、上記の領域に限定されるものではなく、電解質膜・電極構造体14の電位測定が必要な任意の位置に設置することができる。
In addition, the setting site | part of the electric
図2に示すように、電位計測装置10は、電解質膜・電極構造体14を構成する固体高分子電解質膜20のアノード側の面20a上のアノード側参照電極用電極触媒22asと、導電体で構成されるアノード側電極50とにより構成されるアノード側参照電極51、前記固体高分子電解質膜20のカソード側の面20b上のカソード側参照電極用電極触媒24asと、導電体で構成されるカソード側電極52とにより構成されるカソード側参照電極53、及びアノード電極触媒層22a上並びに面20a上に配置される複数の電位センサ54、56、58及び60を備える。アノード側電極50とカソード側電極52とは、固体高分子電解質膜20を挟んで互いに対向して配置される。
As shown in FIG. 2, the
第1の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒22as及びカソード側参照電極用電極触媒24asは、固体高分子電解質膜20に一体に設けられているが、後述する基材62a、62bに設けてもよい。
In the first embodiment, the anode-side reference electrode electrode catalyst 22as and the cathode-side reference electrode electrode catalyst 24as are integrally provided on the solid
図2〜図4に示すように、アノード側電極50及び電位センサ54、56、58及び60は、絶縁性の基材62aに一体に設けられるとともに、カソード側電極52は、絶縁性の基材62bに一体に設けられる。図3に示すように、基材62bは、カソード側電極52側とは反対側の端部が基材62aに固定(接着)又は溶着され、アノード側電極50及びカソード側電極52が互いに離間して配置される。なお、基材62a、62bは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してアノード側電極50とカソード側電極52との間に位置して折り曲げて構成することも可能である。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
アノード側電極50には、2本の導線ライン64a、64bが接続されるとともに、カソード側電極52には、1本の導線ライン66が接続される。導線ライン64a、64b及び66は、絶縁性カバー68により覆われており、先端の電極部のみが外部に露呈する。以下に説明する他の実施形態でも同様である。
Two
電位センサ54、56、58及び60は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成されるとともに、前記電位センサ54から前記電位センサ60に向かって、順次、短尺に構成される。なお、図5に示すように、電位センサ54、56、58及び60は、同一の長さに構成されてもよい。電位センサ54、56、58及び60は、一方の端部側に厚さ方向に突出する計測部54a、56a、58a及び60aを有する(図3及び図6参照)。
The
図6に示すように、電位センサ54、56、58及び60は、基材62aと絶縁シート70とに覆われており、前記絶縁シート70に形成された開口部70a、70b、70c及び70dから計測部54a、56a、58a及び60aが外部に長さL(数μm〜数十μm)だけ突出する。電位センサ54、56、58及び60の下端部に導線ライン72a、72b、72c及び72dが接続される。
As shown in FIG. 6, the
基材62a、62b及び絶縁シート70は、電気的絶縁性を有し、耐熱水性、耐酸性及び耐熱性に優れるとともに、フレキシブルな材料で形成される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や液晶ポリマー(LCP)、ポリイミド等が好適である。
The
図7に示すように、電位計測装置10は、アノード側参照電極51の導線ライン64bとカソード側参照電極53の導線ライン66とに接続される直流電源74を備える。アノード側参照電極51の導線ライン64aと電位センサ54、56、58及び60の導線ライン72a、72b、72c及び72dとは、図示しない計測器に接続されており、前記アノード側参照電極51と前記電位センサ54、56、58及び60との電位差から各アノード電位が検出される。
As shown in FIG. 7, the
なお、カソード電極24側にも、カソード電極触媒層24a上に位置して電位センサ54ca等を設けることができる。その際、電位センサ54caの導線ライン74caとアノード側参照電極51の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されるとともに、前記アノード側参照電極51と前記電位センサ54caとの電位差からカソード電位が検出される。
Note that a potential sensor 54ca and the like can also be provided on the
電位センサ54、56、58及び60は、アノード電極触媒層22a上並びに固体高分子電解質膜20上に設けられているが、前記固体高分子電解質膜20と前記アノード電極触媒層22aとの間に配置されてもよい。
The
このように構成される燃料電池12の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔28aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔30aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔28aからカソード側セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路36に沿って矢印B方向に流通し、電解質膜・電極構造体14のカソード電極24に供給される。
The oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔30aからアノード側セパレータ18の燃料ガス流路38に導入される。この燃料ガス流路38では、燃料ガスが矢印B方向に流通することにより、電解質膜・電極構造体14のアノード電極22に供給される。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the
従って、各電解質膜・電極構造体14では、カソード電極24に供給される酸化剤ガスと、アノード電極22に供給される燃料ガスとが、カソード電極触媒層24a及びアノード電極触媒層22a内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Accordingly, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード電極24に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極22に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ16とアノード側セパレータ18との間の冷却媒体流路40に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体14を冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium
ところで、電位計測装置10では、図7に示すように、直流電源74が駆動されてアノード側参照電極51とカソード側参照電極53とに電圧が印加されている。従って、固体高分子電解質膜20に含まれている水が電気分解され、水素が発生するため、これを基準にしてアノード側参照電極51と電位センサ54、56、58及び60との各電位差が検出される。なお、カソード側参照電極53を設けることなく、アノード側参照電極51を単独で、電位を測定する基準電極として用いてもよい。
Incidentally, in the
この場合、第1の実施形態では、電解質膜・電極構造体14に設けられている電位センサ54、56、58及び60からの出力(アノードやカソードに設置した電位)を容易且つ確実に検出することができる。
In this case, in the first embodiment, the outputs from the
しかも、少なくともアノード側電極50は、図2〜図4に示すように、電位センサ54、56、58及び60と一体に基材62aに設けられている。このため、少なくともアノード側電極50、電位センサ54、56、58及び60の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、アノード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、アノード側電極50と電位センサ54、56、58及び60とを可及的に近接して配置することが可能になり、正確なアノード電位を安定して計測することができる。
Moreover, at least the
これにより、簡単且つ経済的な構成で、電解質膜・電極構造体14の複数個所の電位を高精度に計測することが可能になるという効果が得られる。
Thereby, the effect that it becomes possible to measure the electric potential of several places of the electrolyte
図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置80が組み込まれる電解質膜・電極構造体82の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る電位計測装置10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane /
図8に示すように、電位計測装置80は、電解質膜・電極構造体82を構成する固体高分子電解質膜20のアノード側の面20a上のアノード側参照電極用電極触媒22asと、導電体で構成されるアノード側電極50とにより構成されるアノード側参照電極51、前記固体高分子電解質膜20のカソード側の面20b上のカソード側参照電極用電極触媒24asと、導電体で構成されるカソード側電極52とにより構成されるカソード側参照電極53、及びカソード電極触媒層24a上並びに面20b上に配置される複数の電位センサ84、86、88及び90を備える。第2の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒22as及びカソード側参照電極用電極触媒24asは、固体高分子電解質膜20に一体に設けられている。
As shown in FIG. 8, the
図8及び図9に示すように、カソード側電極52と電位センサ84、86、88及び90とは、絶縁性の基材92aに一体に配置されるとともに、アノード側電極50は、絶縁性の基材92bに設けられる。図9に示すように、基材92aは、アノード側電極50側とは反対側の端部が基材92bに固定(接着又は溶着)され、アノード側電極50及びカソード側電極52が互いに離間して配置される。なお、基材92a、92bは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してもよい。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
電位センサ84、86、88及び90は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成されるとともに、前記電位センサ84から前記電位センサ90に向かって、順次、短尺に構成される。なお、電位センサ84、86、88及び90は、同一の長さに設定されてもよい。電位センサ84、86、88及び90の各計測部84a、86a、88a及び90aは、絶縁シート94に形成された開口部94a、94b、94c及び94dから外部に数μm〜数十μmだけ突出する。
The
図10に示すように、基材92aは、電位センサ84(86〜90も同様)の計測部84aの裏面側に、絶縁シート94側に膨出する突起部位92atを有する。電位センサ84、86、88及び90の端部には、導線ライン96a、96b、96c及び96dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
As shown in FIG. 10, the
図11に示すように、電位計測装置80では、電位センサ84、86、88及び90の導線ライン96a、96b、96c及び96dとアノード側電極50の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されている。アノード側参照電極51と電位センサ84、86、88及び90との電位差から各カソード電位が検出される。
As shown in FIG. 11, in the
なお、アノード電極22側にも、アノード電極触媒層22a上に位置して電位センサ84an等を設けることができる。その際、電位センサ84anの導線ライン96anとアノード側電極50の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されるとともに、アノード側参照電極51と前記電位センサ84anとの電位差からアノード電位が検出される。
Note that a potential sensor 84an or the like can also be provided on the
このように構成される第2の実施形態では、基材92aにカソード側電極52と電位センサ84、86、88及び90とが一体に設けられている。これにより、少なくともカソード側電極52、電位センサ84、86、88及び90の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、カソード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、各計測部84a、86a、88a及び90a同士を可及的に隣接して設けることが可能になるとともに、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the
図12は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置100が組み込まれる電解質膜・電極構造体102の要部断面説明図である。なお、電位計測装置100は、第1の実施形態(電位計測装置10)と第2の実施形態(電位計測装置80)とを組み合わせて構成される。
FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view of a principal part of an electrolyte membrane /
絶縁性の基材104aには、アノード側電極50と複数の電位センサ54、56、58及び60とが一体に配置されるとともに、絶縁性の基材104bには、カソード側電極52と複数の電位センサ84、86、88及び90とが一体に配置される。図13に示すように、基材104aと基材104bとは、アノード側電極50側とは反対側の端部とカソード側電極52側とは反対側の端部とが固定(接着)又は溶着される。なお、基材104aと基材104aとは、互いに分離して構成されてもよく、又は、単一の基材により構成してもよい。
The
このように構成される第3の実施形態では、アノード側及びカソード側のそれぞれ複数の測定点を同時に計測することができるとともに、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment configured as described above, a plurality of measurement points on the anode side and the cathode side can be simultaneously measured, and the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained. .
図14は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置120の概略斜視説明図である。
FIG. 14 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell
電位計測装置120は、アノード側電極50と一体に一対の絶縁シート(絶縁基材)122、124間に被覆されてアノード側に配置される複数の電位センサ126、128、130及び132を備える。カソード側電極52は、基材125に配置されるとともに、前記基材125は、カソード側電極52側とは反対側の端部が絶縁シート122に固定(接着)又は溶着される。なお、基材125は、絶縁シート122と分離して、又は、一体に構成されてもよい。
The
絶縁シート122、124は、一端側に幅狭部122a、124aを設けるとともに、前記幅狭部122a、124aは、外方に広がる肩部を介して幅広部122b、124bに一体に連なっている。
The insulating
電位センサ126、128、130及び132は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成される。電位センサ126、128、130及び132の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部126a、128a、130a及び132aが膨出形成される。計測部126a、128a、130a及び132aは、絶縁シート122の表面と同一の高さ(厚さ方向)に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート122の表面から僅かに突出して構成してもよい。
The
電位センサ126、128、130及び132は、互いに平行して幅狭部122a、124aに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部122b、124bに沿って互いに平行して延在する。電位センサ126、128、130及び132の端部には、導線ライン136a、136b、136c及び136dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
The
このように構成される第4の実施形態では、上記の第1の実施形態等と同様の効果が得られる他、導線ライン136a、136b、136c及び136dにおける接続部位が幅広部122b、124bを構成している。このため、各導線ライン136a、136b、136c及び136dの結線作業が、容易且つ良好に遂行可能になるという利点がある。
In the fourth embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and the connection portions of the
図15は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置140の概略正面説明図である。
FIG. 15 is a schematic front explanatory view of a fuel cell
電位計測装置140は、カソード側電極52と一体に一対の絶縁シート142、144間に被覆されてカソード側に配置される複数の電位センサ146、148、150及び152を備える。アノード側電極50は、基材145に配置されるとともに、前記基材145は、前記アノード側電極50側とは反対側の端部が絶縁シート142に固定(接着)される。なお、基材145は、絶縁シート142と分離して、又は、一体に構成されてもよい。
The
絶縁シート142、144は、一端側に幅狭部142a、144aを設けるとともに、前記幅狭部142a、144aは、外方に広がる肩部を介して幅広部142b、144bに一体に連なっている。
The insulating
電位センサ146、148、150及び152は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成される。電位センサ146、148、150及び152の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部146a、148a、150a及び152aが膨出形成される。計測部146a、148a、150a及び152aは、絶縁シート142の表面と同一の高さ(厚さ方向)に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート142の表面から僅かに突出して構成してもよい。
The
電位センサ146、148、150及び152は、互いに平行して幅狭部142a、144aに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部142b、144bに沿って互いに平行して延在する。電位センサ146、148、150及び152の端部には、導線ライン156a、156b、156c及び156dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。
The
このように構成される第5の実施形態では、上記の第2の実施形態等と同様の効果が得られる。 In the fifth embodiment configured as described above, the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained.
なお、第4の実施形態と第5の実施形態とを組み合わせて、第3の実施形態と同様に構成することも可能である。具体的には、アノード側に複数の電位センサ126、128、130及び132を配置するとともに、カソード側に複数の電位センサ146、148、150及び152を配置することができる。
Note that the fourth embodiment and the fifth embodiment can be combined and configured similarly to the third embodiment. Specifically, a plurality of
図16は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置160が組み込まれる電解質膜・電極構造体162の要部断面説明図である。
FIG. 16 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane /
電位計測装置160は、アノード側の基材62a上に白金(Pt)等の導電体により、又は導電体上に白金(Pt)を一体で塗布することにより構成されるアノード側参照電極164、カソード側の基材62b上に白金(Pt)等の導電体により、又は導電体上に白金(Pt)を一体で塗布することにより構成されるカソード側参照電極166、及びアノード電極触媒層22a上並びに面20a上に配置される複数の電位センサ54、56、58及び60を備える。
The
このように構成される第6の実施形態では、アノード側参照電極164及びカソード側参照電極166は、基材62a、62b上に白金(Pt)、又は導電体上に白金(Pt)を塗布することにより構成されている。このため、固体高分子電解質膜20上でのアノード側参照電極用電極触媒22asとアノード側電極50との位置合わせ、及びカソード側参照電極用電極触媒24asとカソード側電極52との位置合わせが不要になる。従って、アノード側参照電極164及びカソード側参照電極166の設置作業が一層簡素化するという効果が得られる。
In the sixth embodiment configured as described above, the anode-
なお、第6の実施形態では、実質的に第1の実施形態と同様の構成を採用しているが、第2の実施形態〜第5の実施形態にも、適用することができる。 In addition, in 6th Embodiment, although the structure substantially the same as 1st Embodiment is employ | adopted, it is applicable also to 2nd Embodiment-5th Embodiment.
10、80、100、120、140、160…電位計測装置
12…燃料電池 14、82、102、162…電解質膜・電極構造体
16…カソード側セパレータ 18…アノード側セパレータ
20…固体高分子電解質膜 22…アノード電極
22a…アノード電極触媒層 22b…アノードガス拡散層
24…カソード電極 24a…カソード電極触媒層
24b…カソードガス拡散層 36…酸化剤ガス流路
38…燃料ガス流路 40…冷却媒体流路
51、164…アノード側参照電極 53、166…カソード側参照電極
54、56、58、60、84、86、88、90、126、128、130、132、146、148、150、152…電位センサ
62a、62b、92a、92b、104a、104b、125、145…基材
64a、64b、66、96a〜96d、136a〜136d、156a〜156d…導線ライン
68…絶縁性カバー
70、94、122、124、142、144…絶縁シート
74…直流電源
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記一方の電極に配置される参照電極と、
少なくとも前記一方の電極に配置される複数個の計測電極と、
を備えるとともに、
前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、一方の電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されることを特徴とする燃料電池用電位計測装置。 A fuel cell potential measuring device for measuring a potential of a fuel cell provided in an electrolyte membrane / electrode structure sandwiching an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode,
A reference electrode disposed on the one electrode;
A plurality of measurement electrodes disposed on at least one of the electrodes;
With
The fuel cell potential measuring apparatus, wherein the reference electrode and the plurality of measuring electrodes are integrated into one electrode sheet and connected to the one electrode.
前記一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で前記電解質膜を挟持することを特徴とする燃料電池用電位計測装置。 The fuel cell potential measurement device according to claim 1, further comprising: the other reference electrode disposed on the other electrode, wherein the other reference electrode is integrated with the other electrode sheet;
A fuel cell potential measuring device, wherein the electrolyte membrane is sandwiched between the one electrode sheet and the other electrode sheet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013105049A JP2014225407A (en) | 2013-05-17 | 2013-05-17 | Potential measuring device for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2013105049A JP2014225407A (en) | 2013-05-17 | 2013-05-17 | Potential measuring device for fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023277067A1 (en) * | 2021-07-01 | 2023-01-05 | 日東電工株式会社 | Fuel cell, formate production method, and power generation method |
-
2013
- 2013-05-17 JP JP2013105049A patent/JP2014225407A/en active Pending
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WO2023277067A1 (en) * | 2021-07-01 | 2023-01-05 | 日東電工株式会社 | Fuel cell, formate production method, and power generation method |
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