JP2015141819A - Pretreatment method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の前処理方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell pretreatment method.
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(例えば、特許文献1参照。)。 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 And a detoxifying means for supplying oxygen supplied from the oxygen supply means to the storing part and detoxifying the waste accumulated in the storing part have been proposed (for example, (See Patent Document 1).
このような燃料電池システムでは、燃料極に燃料が供給され、また、酸素極に酸素が供給されることにより、定常運転される。 In such a fuel cell system, fuel is supplied to the fuel electrode and oxygen is supplied to the oxygen electrode, so that the fuel cell system is operated in a steady state.
また、このような発電電池システムにおいては、一般に、定常運転前(出荷前)に前処理として定常運転と同様に運転され、発電効率の向上が図られている。 Further, such a power generation battery system is generally operated in the same manner as the steady operation as a pretreatment before the steady operation (before shipment), and the power generation efficiency is improved.
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や、前処理時間の短縮が要求されている。 On the other hand, such a fuel cell is required to further improve the power generation performance and shorten the pretreatment time.
そこで、本発明の目的は、発電性能に優れる燃料電池を、短時間で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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell pretreatment method capable of obtaining a fuel cell excellent in power generation performance in a short time.
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、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、液体燃料が供給されるアノード電極、および、酸素が供給されるカソード電極とを備える燃料電池の前処理方法であって、前記燃料電池を定常的に発電させる定常運転の前に、前記燃料電池を前処理発電させる前処理運転工程を備え、前記前処理運転工程では、前記アノード電極側に供給される前記液体燃料が前記カソード電極側に対して漏出する割合を、前記定常運転時のそれよりも増加させ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 includes an electrolyte layer, an anode electrode disposed opposite to the electrolyte layer, and supplied with liquid fuel, and a cathode supplied with oxygen. A pretreatment method for a fuel cell comprising an electrode, comprising: a pretreatment operation step for pretreatment power generation of the fuel cell before a steady operation for generating power constantly in the fuel cell, wherein the pretreatment operation step includes: The ratio of leakage of the liquid fuel supplied to the anode electrode side with respect to the cathode electrode side is increased more than that during the steady operation.
また、本発明の燃料電池の前処理方法では、前記前処理運転時の液体燃料の濃度を、前記定常運転時のそれよりも増加させることが好適である。 In the pretreatment method for a fuel cell according to the present invention, it is preferable that the concentration of the liquid fuel during the pretreatment operation is increased more than that during the steady operation.
また、本発明の燃料電池の前処理方法では、前記前処理運転時において、前記アノード電極に対する圧力を、前記カソード電極に対する圧力よりも高くすることが好適である。 In the fuel cell pretreatment method of the present invention, it is preferable that the pressure applied to the anode electrode is higher than the pressure applied to the cathode electrode during the pretreatment operation.
本発明の燃料電池の前処理方法では、前処理運転工程において、アノード電極側に供給される液体燃料がカソード電極側に対して漏出(クロスリーク)する割合を、定常運転時にクロスリークする割合よりも増加させるため、前処理運転時にクロスリークされた液体燃料によってカソード電極が活性化される。 In the fuel cell pretreatment method of the present invention, in the pretreatment operation step, the ratio of liquid fuel supplied to the anode electrode side to the cathode electrode side (cross leak) is determined from the ratio of cross leak during steady operation. Therefore, the cathode electrode is activated by the liquid fuel that has been cross-leaked during the pretreatment operation.
その結果、このような燃料電池の前処理方法によれば、より短時間で、発電性能に優れる燃料電池を得ることができる。 As a result, according to such a pretreatment method for a fuel cell, a fuel cell excellent in power generation performance can be obtained in a shorter time.
1.燃料電池の全体構成
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。
1. 1. Overall Configuration of Fuel Cell 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)が供給されるアノード電極2、および、酸素が供給されるカソード電極3とを備えている。 The fuel battery cell S includes an electrolyte layer 4, an anode electrode 2 that is disposed to face the electrolyte layer 4 and that is supplied with fuel (described later), and a cathode electrode 3 that is supplied with oxygen.
電解質層4は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、具体的には、アニオン交換膜を用いて形成されている。 The electrolyte layer 4 is, for example, a layer in which an anion component can move, and is specifically formed using 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.
アノード電極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、アノード電極2として形成してもよい。 The anode electrode 2 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier that supports a catalyst. Alternatively, a catalyst may be used as an electrode material without using a catalyst carrier, and the catalyst may be directly formed as the anode 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.
アノード電極2の厚みは、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。 The thickness of the anode electrode 2 is, for example, 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.
カソード電極3は、例えば、上記したアノード電極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、カソード電極3として形成してもよい。 The cathode electrode 3 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst, similarly to the anode 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 cathode electrode 3.
また、カソード電極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 cathode electrode 3, as an 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”), and a transition metal is used. A supported catalyst 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.
カソード電極3の厚みは、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。 The thickness of the cathode 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、アノード電極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、アノード電極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、カソード電極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、カソード電極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
また、このような燃料電池1には、セル積層体15の積層方向における両端部に、一対のカバーCを備えている。
In addition, such a
1対のカバーCは、セパレータとして兼用される燃料供給部材5および酸素供給部材6と同じ大きさの略矩形平板形状に形成されている。また、積層方向一方側(以下、前側)のカバーCには、燃料供給部16、燃料排出部17、酸素供給部18および酸素排出部19が備えられている。
The pair of covers C are formed in a substantially rectangular flat plate shape having the same size as the
燃料供給部16は、燃料電池セルSの燃料側流路7に燃料を供給するために、前側のカバーCの左右方向一方側(以下、右側)および上下方向一方側(以下、下側)端部に配置されている。燃料供給部16は、前側のカバーCを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
In order to supply fuel to the fuel-
燃料排出部17は、燃料電池セルSの燃料側流路7から燃料を排出させるために、前側のカバーCの左右方向他方側(以下、左側)および上下方向他方側(以下、上側)端部に配置されている。燃料排出部17は、前側のカバーCを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
In order to discharge fuel from the fuel-
酸素供給部18は、燃料電池セルSの酸素側流路10に酸素を供給するために、前側のカバーCの右上側端部に配置されている。酸素供給部18は、前側のカバーCを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
The
酸素排出部19は、燃料電池セルSの酸素側流路10から酸素を排出させるために、前側のカバーCの左下側端部に配置されている。酸素排出部19は、前側のカバーCを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
The
また、このような燃料電池1では、必要により、各燃料電池セルSを冷却するための冷却媒体用流路(図示せず)を、燃料供給部材5および/または酸素供給部材6に設けることができる。また、そのような場合には、前側のカバーCの左右方向中央に、冷却媒体を冷却媒体用流路に供給するための冷却媒体供給部、および、冷却媒体用流路から冷却媒体を排出されるための冷却媒体排出部を備えることができる(破線参照)。
2.燃料電池の定常運転
上記の燃料電池1は、カソード電極3に空気(酸素)が供給されるとともに、アノード電極2に液体燃料が供給されることにより、発電される。より具体的には、燃料電池1では、酸素供給部18から酸素側流路10に空気が供給されるとともに、燃料供給部16から燃料側流路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、定常的に発電される(定常運転)。
Further, in such a
2. Steady Operation of Fuel Cell 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、液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン類(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)などが挙げられる。
In this
また、液体燃料は、通常、上述した燃料化合物が、水および/または有機溶媒(例えば、燃料化合物としてヒドラジン類が用いられる場合には、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)に溶解された溶液として、供給される。 In addition, in the case of liquid fuel, the above-mentioned fuel compound is usually dissolved in water and / or an organic solvent (for example, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and isopropanol when hydrazines are used as the fuel compound). As a solution, it is supplied.
このような場合、液体燃料の濃度(すなわち、液体燃料(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、定常運転時には、例えば、5質量%以上、好ましくは、10質量%以上であり、例えば、20質量%以下、好ましくは、15質量%以下である。 In such a case, the concentration of the liquid fuel (that is, the concentration of the fuel compound in the liquid fuel (solution)) varies depending on the type of the fuel compound, but is, for example, 5% by mass or more, preferably 10% during steady operation. For example, it is 20% by mass or less, and preferably 15% by mass or less.
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.
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、カソード電極3においては、次に述べるように、アノード電極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、カソード電極3からアノード電極2へ移動する。そして、アノード電極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、カソード電極3へ供給される。このようなアノード電極2およびカソード電極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、燃料としてメタノール(CH3OH)を用いた場合には、上記反応は、アノード電極2、カソード電極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) CH3OH+6OH−→CO2+5H2O+6e− (燃料側電極)
(2) O2+2H2O+4e−→4OH− (酸素側電極)
(3) CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O (全体)
また、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、アノード電極2、カソード電極3および全体として、次の反応式(4)〜(6)で表すことができる。
(4) NH2NH2+4OH−→4H2O+N2+4e− (燃料側電極)
(5) O2+2H2O+4e−→4OH− (酸素側電極)
(6) NH2NH2+O2→2H2O+N2 (全体)
このような電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池1全体として、上記式(3)または(6)で示される反応が生じて、燃料電池1に起電力が発生する。
For example, when methanol (CH 3 OH) is used as the fuel, the above reaction can be expressed by the following reaction formulas (1) to (3) as the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 as a whole.
(1) CH 3 OH + 6OH − → CO 2 + 5H 2 O + 6e − (fuel side electrode)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (oxygen side electrode)
(3) CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (whole)
For example, when hydrazine (NH 2 NH 2 ) is used as the fuel, the above reaction can be expressed by the following reaction formulas (4) to (6) as the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 as a whole. it can.
(4) NH 2 NH 2 + 4OH − → 4H 2 O + N 2 + 4e − (fuel side electrode)
(5) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (oxygen side electrode)
(6) NH 2 NH 2 + O 2 → 2H 2 O + N 2 (whole)
When such electrochemical reaction occurs continuously, the reaction represented by the above formula (3) or (6) occurs in the
また、このような定常運転時には、アノード電極2に対して付与される圧力は、カソード電極3に対して付与される圧力よりも、低くなるように設定されている。 Further, during such steady operation, the pressure applied to the anode electrode 2 is set to be lower than the pressure applied to the cathode electrode 3.
より具体的には、このような燃料電池1では、液体燃料が所定の流量で圧力輸送されているため、液体燃料がアノード電極2に供給されるときには、そのアノード電極2に対して圧力が付与される。
More specifically, in such a
定常運転時において、アノード電極2に対する液体燃料の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、0.05L/min/cell以上、好ましくは、0.1L/min/cell以上であり、例えば、0.5L/min/cell以下、好ましくは、0.4L/min/cell以下である。 During steady operation, the flow rate of the liquid fuel with respect to the anode electrode 2 is, for example, 0.05 L / min / cell or more, preferably 0.1 L / min / cell or more as the flow rate per fuel cell S, For example, it is 0.5 L / min / cell or less, preferably 0.4 L / min / cell or less.
また、液体燃料の輸送における背圧は、例えば、1kPa以上、好ましくは、2kPa以上であり、例えば、15kPa以下、好ましくは、10kPa以下である。 Moreover, the back pressure in the transport of the liquid fuel is, for example, 1 kPa or more, preferably 2 kPa or more, for example, 15 kPa or less, preferably 10 kPa or less.
このような場合、アノード電極2に対する圧力は、例えば、1kPa以上、好ましくは、5kPa以上であり、例えば、15kPa以下、好ましくは、10kPa以下である。 In such a case, the pressure applied to the anode electrode 2 is, for example, 1 kPa or more, preferably 5 kPa or more, for example, 15 kPa or less, preferably 10 kPa or less.
なお、液体燃料の流量や、アノード電極2に対する圧力は、例えば、燃料供給部16および/または燃料排出部17に公知の絞り弁(図示せず)を設け、その開度を調節することによって、設定することができる。
The flow rate of the liquid fuel and the pressure on the anode electrode 2 can be adjusted by, for example, providing a known throttle valve (not shown) in the
また、このような燃料電池1では、空気が所定の流量で圧力輸送されているため、空気がカソード電極3に供給されるときには、そのカソード電極3に対して圧力が付与される。
Further, in such a
定常運転時において、カソード電極3に対する空気の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、2.0L/min/cell以上、好ましくは、5.0L/min/cell以上であり、例えば、20L/min/cell以下、好ましくは、10L/min/cell以下である。 During steady operation, the flow rate of air to the cathode electrode 3 is, for example, 2.0 L / min / cell or more, preferably 5.0 L / min / cell or more, as the flow rate per fuel cell S, for example, 20 L / min / cell or less, preferably 10 L / min / cell or less.
また、このような空気の輸送における背圧は、例えば、5kPa以上、好ましくは、10kPa以上であり、例えば、60kPa以下、好ましくは、20kPa以下である。 Further, the back pressure in such air transportation is, for example, 5 kPa or more, preferably 10 kPa or more, for example, 60 kPa or less, preferably 20 kPa or less.
このような場合、カソード電極3に対する圧力は、アノード電極2に対する圧力よりも大きく、例えば、10kPa以上、好ましくは、15kPa以上であり、例えば、60kPa以下、好ましくは、20kPa以下である。 In such a case, the pressure with respect to the cathode electrode 3 is larger than the pressure with respect to the anode electrode 2, and is, for example, 10 kPa or more, preferably 15 kPa or more, for example, 60 kPa or less, preferably 20 kPa or less.
なお、空気の流量や、カソード電極3に対する圧力は、例えば、酸素供給部18および/または酸素排出部19に公知の絞り弁(図示せず)を設け、その開度を調節することによって、設定することができる。
The flow rate of air and the pressure on the cathode electrode 3 are set by, for example, providing a known throttle valve (not shown) in the
そして、定常運転時において、アノード電極2に対する圧力と、カソード電極3に対する圧力との差は、例えば、4kPa以上、好ましくは、10kPa以上であり、例えば、45kPa以下、好ましくは、20kPa以下である。 In a steady operation, the difference between the pressure on the anode electrode 2 and the pressure on the cathode electrode 3 is, for example, 4 kPa or more, preferably 10 kPa or more, for example, 45 kPa or less, preferably 20 kPa or less.
また、燃料電池1の運転温度は、特に限定されないが、例えば、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。
3.燃料電池の前処理
上記した燃料電池1は、上記のような定常運転に供される前に活性化処理(前処理)されることによって、発電効率の向上が図られる。以下において、燃料電池の前処理方法について、詳述する。
Moreover, the operating temperature of the
3. Pretreatment of the fuel cell The
この方法では、上記した定常運転の前(例えば、出荷前)に、燃料電池1を前処理発電させる(前処理運転工程)。
In this method, before the above-described steady operation (for example, before shipment), the
前処理運転工程では、上記の定常運転と同様に、酸素供給部18から酸素側流路10に空気を供給するとともに、燃料供給部16から燃料側流路7に、燃料化合物を含む液体燃料を供給し、燃料電池1を発電させる。
In the pretreatment operation step, air is supplied from the
また、この方法において、前処理運転工程では、アノード電極2側に供給される液体燃料がカソード電極側に対して漏出(以下、クロスリークと称する。)する割合(以下、液体燃料のクロスリーク割合と称する。)を、上記した定常運転時のそれよりも増加させるように、発電させる。 In this method, in the pretreatment operation step, the liquid fuel supplied to the anode electrode 2 side leaks (hereinafter referred to as a cross leak) to the cathode electrode side (hereinafter referred to as the liquid fuel cross leak ratio). The power is generated so as to increase more than that in the steady operation described above.
液体燃料のクロスリーク割合を増加させる方法としては、特に制限されないが、例えば、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させる方法が挙げられる。 The method for increasing the cross leak ratio of the liquid fuel is not particularly limited. For example, a method of increasing the concentration of the liquid fuel during the pretreatment operation as compared with the concentration of the liquid fuel during the steady operation may be mentioned.
すなわち、この方法では、定常運転時において用いられる液体燃料よりも高濃度の液体燃料を、前処理運転時において用いる。 That is, in this method, liquid fuel having a higher concentration than that used during steady operation is used during pretreatment operation.
前処理運転時の液体燃料の濃度(すなわち、液体燃料(溶液)中の燃料化合物の濃度)は、例えば、15質量%以上、好ましくは、20質量%以上であり、例えば、40質量%以下、好ましくは、30質量%以下である。 The concentration of the liquid fuel during the pretreatment operation (that is, the concentration of the fuel compound in the liquid fuel (solution)) is, for example, 15% by mass or more, preferably 20% by mass or more, for example, 40% by mass or less, Preferably, it is 30 mass% or less.
また、前処理運転時における液体燃料の濃度の増加割合は、定常運転時の液体燃料の濃度に対して、例えば、50%以上、好ましくは、100%以上であり、通常、200%以下である。 The increase rate of the liquid fuel concentration during the pretreatment operation is, for example, 50% or more, preferably 100% or more, and usually 200% or less with respect to the liquid fuel concentration during the steady operation. .
このように、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させることにより、アノード電極2側とカソード電極3側との間における濃度勾配が大きくなるため、液体燃料がクロスリークし易くなる。 In this way, the concentration gradient between the anode electrode 2 side and the cathode electrode 3 side is increased by increasing the concentration of the liquid fuel at the time of the pretreatment operation compared to the concentration of the liquid fuel at the time of the steady operation. Liquid fuel is liable to cross leak.
その結果、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも増加させることができる。 As a result, the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the pretreatment operation can be increased more than the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the steady operation.
また、液体燃料のクロスリーク割合を増加させる方法としては、上記の方法の他、例えば、前処理運転時において、アノード電極2に対する圧力を、カソード電極3に対する圧力よりも高くする方法が挙げられる。 Further, as a method for increasing the cross leak ratio of the liquid fuel, in addition to the above-described method, for example, a method in which the pressure on the anode electrode 2 is made higher than the pressure on the cathode electrode 3 during the pretreatment operation.
具体的には、この方法では、例えば、燃料供給部16および/または燃料排出部17に公知の絞り弁(図示せず)を設け、その開度を調節することによって、液体燃料の流量を調整するとともに、アノード電極2に対する圧力を調整する。
Specifically, in this method, for example, a known throttle valve (not shown) is provided in the
前処理運転時において、アノード電極2に対する液体燃料の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、0.05L/min/cell以上、好ましくは、0.1L/min/cell以上であり、例えば、0.5L/min/cell以下、好ましくは、0.4L/min/cell以下である。 During the pretreatment operation, the flow rate of the liquid fuel with respect to the anode electrode 2 is, for example, 0.05 L / min / cell or more, preferably 0.1 L / min / cell or more as the flow rate per fuel cell S. For example, it is 0.5 L / min / cell or less, preferably 0.4 L / min / cell or less.
また、液体燃料の輸送における背圧は、例えば、10kPa以上、好ましくは、20kPa以上であり、例えば、60kPa以下、好ましくは、40kPa以下である。 Moreover, the back pressure in the transport of the liquid fuel is, for example, 10 kPa or more, preferably 20 kPa or more, for example, 60 kPa or less, preferably 40 kPa or less.
このような前処理運転時において、アノード電極2に対する圧力は、例えば、10kPa以上、好ましくは、20kPa以上であり、例えば、60kPa以下、好ましくは、40kPa以下である。 During such pretreatment operation, the pressure applied to the anode electrode 2 is, for example, 10 kPa or more, preferably 20 kPa or more, for example, 60 kPa or less, preferably 40 kPa or less.
また、この方法では、例えば、酸素供給部18および/または酸素排出部19に公知の絞り弁(図示せず)を設け、その開度を調節することによって、空気の流量を調整するとともに、カソード電極3に対する圧力を調整する。
Further, in this method, for example, a known throttle valve (not shown) is provided in the
前処理運転時において、カソード電極3に対する空気の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、2L/min/cell以上、好ましくは、5L/min/cell以上であり、例えば、20L/min/cell以下、好ましくは、10L/min/cell以下である。 During the pretreatment operation, the air flow rate with respect to the cathode electrode 3 is, for example, 2 L / min / cell or more, preferably 5 L / min / cell or more, for example, 20 L / min. Min / cell or less, preferably 10 L / min / cell or less.
また、空気の輸送における背圧は、例えば、1kPa以上、好ましくは、2kPa以上であり、例えば、10kPa以下、好ましくは、5kPa以下である。 The back pressure in air transportation is, for example, 1 kPa or more, preferably 2 kPa or more, for example, 10 kPa or less, preferably 5 kPa or less.
このような前処理運転時において、カソード電極3に対する圧力は、アノード電極2に対する圧力よりも小さく、例えば、1kPa以上、好ましくは、5kPa以上であり、例えば、20kPa以下、好ましくは、10kPa以下である。 During such pretreatment operation, the pressure on the cathode electrode 3 is smaller than the pressure on the anode electrode 2, for example, 1 kPa or more, preferably 5 kPa or more, for example, 20 kPa or less, preferably 10 kPa or less. .
そして、前処理運転時において、アノード電極2に対する圧力と、カソード電極3に対する圧力との差は、例えば、10kPa以上、好ましくは、15kPa以上であり、例えば、60kPa以下、好ましくは、40kPa以下である。 During the pretreatment operation, the difference between the pressure on the anode electrode 2 and the pressure on the cathode electrode 3 is, for example, 10 kPa or more, preferably 15 kPa or more, for example, 60 kPa or less, preferably 40 kPa or less. .
このように、前処理運転時において、アノード電極2に対する圧力を、カソード電極3に対する圧力よりも高くすることにより、その圧力に従って、液体燃料がクロスリークし易くなる。 Thus, by making the pressure on the anode electrode 2 higher than the pressure on the cathode electrode 3 during the pretreatment operation, the liquid fuel easily cross-leaks according to the pressure.
その結果、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも増加させることができる。 As a result, the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the pretreatment operation can be increased more than the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the steady operation.
また、好ましくは、前処理運転時において、上記した2つの方法を併用する。すなわち、前処理運転時には、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させ、かつ、アノード電極2に対する圧力を、カソード電極3に対する圧力よりも高くする。 Preferably, the two methods described above are used in combination during the pretreatment operation. That is, during the pretreatment operation, the liquid fuel concentration during the pretreatment operation is increased more than the liquid fuel concentration during the steady operation, and the pressure applied to the anode electrode 2 is set higher than the pressure applied to the cathode electrode 3.
これにより、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも、とりわけ効率よく増加させることができる。 Thereby, the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the pretreatment operation can be increased particularly efficiently than the rate at which the liquid fuel cross-leaks during the steady operation.
そして、この燃料電池1の前処理方法では、燃料電池1を所定時間(例えば、10〜30時間)上記の条件で前処理発電させ、前処理運転することによって、液体燃料を、アノード電極2側からカソード電極3側へクロスリークさせる。
In this
液体燃料がアノード電極2側からカソード電極3側へクロスリークすると、カソード側電極3が湿潤処理される。また、液体燃料における燃料化合物の種類や、添加物(例えば、アルカリ金属水酸化物など)の種類によっては、カソード側電極3がアルカリ処理される。 When the liquid fuel cross leaks from the anode electrode 2 side to the cathode electrode 3 side, the cathode side electrode 3 is wet-treated. Further, depending on the type of fuel compound in the liquid fuel and the type of additive (for example, alkali metal hydroxide), the cathode side electrode 3 is subjected to alkali treatment.
そして、このように、定常運転の前に前処理運転し、カソード電極3を処理(湿潤処理、アルカリ処理など)することにより、カソード電極3を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。 As described above, the cathode electrode 3 can be activated by performing the pretreatment operation before the steady operation and treating the cathode electrode 3 (wetting treatment, alkali treatment, etc.). Improvements can be made.
そして、上記のように前処理された燃料電池1から、必要に応じて、クロスリークされた液体燃料を酸素側流路10から排出させた後、その酸素側流路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、発電(定常運転)させることができる。
Then, as necessary, the cross-leaked liquid fuel is discharged from the oxygen-
なお、詳述しないが、必要に応じて、上記した前処理発電工程の前に、例えば、燃料供給路7や酸素供給路10に水などを供給し、アノード電極2およびカソード電極3を湿潤処理することもできる。
4.作用効果
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。
Although not described in detail, if necessary, before the above-described pretreatment power generation step, for example, water or the like is supplied to the
4). Effects The
つまり、燃料電池1における液体燃料のクロスリークは本来望ましいものではないため、定常運転時の発電条件は、クロスリークを抑制できる条件である。
That is, since the cross leak of the liquid fuel in the
そして、従来の燃料電池の前処理方法では、定常運転前に前処理発電させる場合にも、その発電条件は定常運転時と同様の条件である。そのため、従来の前処理方法では、液体燃料のクロスリークが抑制されており、カソード電極3の活性化が不十分である。 In the conventional fuel cell pretreatment method, the power generation conditions are the same as those in the steady operation even when the pretreatment power generation is performed before the steady operation. Therefore, in the conventional pretreatment method, the cross leak of the liquid fuel is suppressed, and the activation of the cathode electrode 3 is insufficient.
一方、上記した燃料電池1の前処理方法では、前処理運転工程において、アノード電極2側に供給される液体燃料がカソード電極3側に対して漏出(クロスリーク)する割合を、定常運転時にクロスリークする割合よりも増加させるため、前処理運転時にクロスリークされた液体燃料によってカソード電極3が活性化される。
On the other hand, in the pretreatment method of the
その結果、このような燃料電池1の前処理方法によれば、より短時間で、発電性能に優れる燃料電池1を得ることができる。
As a result, according to such a 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
<アノード電極インクの調製>
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 anode 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、アノード電極インクを得た。
<カソード電極インクの調製>
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。
Next, the obtained mixed liquid was stirred for about 10 minutes by operating a homogenizer (manufactured by Taitec Corp., VP-050) at an output of about 35% to obtain an anode electrode ink as a dispersion (slurry).
<Preparation of cathode 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、カソード電極インクを得た。
<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)の一方側面にアノード電極インクを吹き付け、また、他方側面にカソード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、アノード電極で2.5mg/cm2、カソード電極で1.0mg/cm2となるよう均一に塗布した。
Next, the obtained 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 a cathode electrode ink as a dispersion (slurry).
<Fabrication of fuel cell>
Using a hand spray gun, spray the anode electrode ink on one side of the electrolyte layer (hydrocarbon anion exchange resin having a quaternary ammonium group at the molecular end, manufactured by Tokuyama), and spray the cathode electrode ink on the other side. , the amount of supported catalyst after drying (after solvent volatilization) is, 2.5 mg / cm 2 at the anode, it was uniformly applied so as to be 1.0 mg / cm 2 at the cathode 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の流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を10L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させた。
Example 1
Liquid fuel (hydrated
また、このときのアノード電極側における背圧を20kPaとし、アノード電極に対する圧力を25kPaとした。また、カソード電極側における背圧を5kPaとし、カソード電極に対する圧力を10kPaとした。 Further, the back pressure on the anode electrode side at this time was 20 kPa, and the pressure on the anode electrode was 25 kPa. The back pressure on the cathode electrode side was 5 kPa, and the pressure on the cathode electrode was 10 kPa.
この条件において、燃料電池を30時間発電させた。 Under this condition, the fuel cell was allowed to generate electricity for 30 hours.
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.
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図2に示す。 As a result, a pre-generated power generation fuel cell was obtained. In addition, power generation performance during pretreatment power generation was evaluated. The result is shown in FIG.
比較例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10質量%+1mol/LのKOH)を0.1L/min/cellの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を10L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させた。
Comparative Example 1
Liquid fuel (hydrated
また、このときのアノード電極側における背圧を2kPaとし、アノード電極に対する圧力を5kPaとした。また、カソード電極側における背圧を10kPaとし、カソード電極に対する圧力を15kPaとした。 Further, the back pressure on the anode electrode side at this time was 2 kPa, and the pressure on the anode electrode was 5 kPa. The back pressure on the cathode electrode side was 10 kPa, and the pressure on the cathode electrode was 15 kPa.
この条件において、燃料電池を30時間発電させた。 Under this condition, the fuel cell was allowed to generate electricity for 30 hours.
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.
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図2に示す。 As a result, a pre-generated power generation fuel cell was obtained. In addition, power generation performance during pretreatment power generation was evaluated. The result is shown in FIG.
実施例2および比較例2
<前処理条件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の流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を10L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させた。
Example 2 and Comparative Example 2
<
Liquid fuel (hydrated
また、このときのアノード電極側における背圧を2kPaとし、アノード電極に対する圧力を5kPaとした。また、カソード電極側における背圧を10kPaとし、カソード電極に対する圧力を15kPaとした。 Further, the back pressure on the anode electrode side at this time was 2 kPa, and the pressure on the anode electrode was 5 kPa. The back pressure on the cathode electrode side was 10 kPa, and the pressure on the cathode electrode was 15 kPa.
この条件において、燃料電池を20時間発電させた。
<前処理条件2>
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10質量%+1mol/LのKOH)を0.1L/min/cellの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を10L/min/cellで供給することにより、燃料電池を発電させた。
Under this condition, the fuel cell was allowed to generate power for 20 hours.
<Pretreatment condition 2>
Thereafter, liquid fuel (hydrated
また、このときのアノード電極側における背圧を20kPaとし、アノード電極に対する圧力を25kPaとした。また、カソード電極側における背圧を5kPaとし、カソード電極に対する圧力を10kPaとした。 Further, the back pressure on the anode electrode side at this time was 20 kPa, and the pressure on the anode electrode was 25 kPa. The back pressure on the cathode electrode side was 5 kPa, and the pressure on the cathode electrode was 10 kPa.
この条件において、燃料電池を20時間発電させた。 Under this condition, the fuel cell was allowed to generate power for 20 hours.
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.
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図3に示す。 As a result, a pre-generated power generation fuel cell was obtained. In addition, power generation performance during pretreatment power generation was evaluated. The result is shown in FIG.
1 燃料電池
2 アノード電極
3 カソード電極
4 電解質層
15 セル積層体
S 燃料電池セル
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記燃料電池を定常的に発電させる定常運転の前に、前記燃料電池を前処理発電させる前処理運転工程を備え、
前記前処理運転工程では、
前記アノード電極側に供給される前記液体燃料が前記カソード電極側に対して漏出する割合を、前記定常運転時のそれよりも増加させる
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; an anode electrode disposed opposite to the electrolyte layer, to which liquid fuel is supplied; and a cathode electrode to which oxygen is supplied,
A pre-processing operation step of pre-processing power generation of the fuel cell before the steady operation of generating the fuel cell constantly;
In the pretreatment operation step,
A pretreatment method for a fuel cell, characterized in that a rate at which the liquid fuel supplied to the anode electrode side leaks to the cathode electrode side is increased more than that during the steady operation.
ことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池の前処理方法。 2. The fuel cell pretreatment method according to claim 1, wherein the concentration of the liquid fuel during the pretreatment operation is increased more than that during the steady operation.
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