JP2626395B2 - 高温固体電解質型燃料電池の特性向上方法 - Google Patents
高温固体電解質型燃料電池の特性向上方法Info
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- JP2626395B2 JP2626395B2 JP4004820A JP482092A JP2626395B2 JP 2626395 B2 JP2626395 B2 JP 2626395B2 JP 4004820 A JP4004820 A JP 4004820A JP 482092 A JP482092 A JP 482092A JP 2626395 B2 JP2626395 B2 JP 2626395B2
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温固体電解質型燃料電
池（ＳＯＦＣ）の特性向上方法に係り、特に、発電シス
テムに組み込まれたＳＯＦＣの電池性能を容易かつ効率
的に回復させることができるＳＯＦＣの特性向上方法に
関する。
池（ＳＯＦＣ）の特性向上方法に係り、特に、発電シス
テムに組み込まれたＳＯＦＣの電池性能を容易かつ効率
的に回復させることができるＳＯＦＣの特性向上方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＦＣの初期性能は、通常、本来の性
能より劣ることから、従来は、発電開始以後電流が流れ
ることで、徐々にその特性が改善されるのを待って実用
に供していた。このようにＳＯＦＣの電極特性は、通電
処理によって改善されることが知られている。この現象
は白金電極について最初に見出されたが、その後セラミ
ックス材料で作製された空気極材料でも同様の効果があ
ることが判った。例えば、実験室的に、外部電源を用い
て発電時と同方向に通電処理することにより、セル特性
が急速に改善されることが知られている（「第３０回
電池討論会」予稿集第２０５頁〜第２０６頁）。この方
向の通電処理では、空気極側の特性が改善されることが
判っている。
能より劣ることから、従来は、発電開始以後電流が流れ
ることで、徐々にその特性が改善されるのを待って実用
に供していた。このようにＳＯＦＣの電極特性は、通電
処理によって改善されることが知られている。この現象
は白金電極について最初に見出されたが、その後セラミ
ックス材料で作製された空気極材料でも同様の効果があ
ることが判った。例えば、実験室的に、外部電源を用い
て発電時と同方向に通電処理することにより、セル特性
が急速に改善されることが知られている（「第３０回
電池討論会」予稿集第２０５頁〜第２０６頁）。この方
向の通電処理では、空気極側の特性が改善されることが
判っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来、空
気極側については、外部電源を用いる通電処理によりセ
ル特性を改善することが知られているが、燃料極側につ
いての特性向上方法に関する報告はなされていない。
気極側については、外部電源を用いる通電処理によりセ
ル特性を改善することが知られているが、燃料極側につ
いての特性向上方法に関する報告はなされていない。
【０００４】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、特に、燃料極側の特性を改善することに
より、長期の稼動により衰えたＳＯＦＣの起電力を回復
し、その寿命を大幅に延長するＳＯＦＣの特性向上方法
を提供することを目的とする。
ものであって、特に、燃料極側の特性を改善することに
より、長期の稼動により衰えたＳＯＦＣの起電力を回復
し、その寿命を大幅に延長するＳＯＦＣの特性向上方法
を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のＳＯＦＣの特性
向上方法は、ＳＯＦＣに、発電開始に先立って、該ＳＯ
ＦＣとは別の電源を用いて、発電時と逆方向の電流を通
電（以下、単に「通電」と称す場合がある。）すること
を特徴とする。
向上方法は、ＳＯＦＣに、発電開始に先立って、該ＳＯ
ＦＣとは別の電源を用いて、発電時と逆方向の電流を通
電（以下、単に「通電」と称す場合がある。）すること
を特徴とする。
【０００６】即ち、本発明者らは、ＳＯＦＣの空気極及
び燃料極の特性改善について検討を重ねた結果、外部電
源を用いて、ＳＯＦＣに、発電時とは逆方向に通電する
ことで、燃料極側の特性の改善が図れること、この場合
の効果は、空気極側を通電処理する場合より持続時間が
長いこと、従って、通電の方向により空気極側を改善す
ることも燃料極側を改善することも可能であることを見
出し、本発明を完成させた。
び燃料極の特性改善について検討を重ねた結果、外部電
源を用いて、ＳＯＦＣに、発電時とは逆方向に通電する
ことで、燃料極側の特性の改善が図れること、この場合
の効果は、空気極側を通電処理する場合より持続時間が
長いこと、従って、通電の方向により空気極側を改善す
ることも燃料極側を改善することも可能であることを見
出し、本発明を完成させた。
【０００７】本発明の方法は、適当な外部電源（これ
は、他の稼動中のＳＯＦＣであっても良い。）を設け
て、ＳＯＦＣに自動的に又は手動操作にて、適当な時期
に、適当な時間、所定の電圧を印加することにより容易
に実施可能である。
は、他の稼動中のＳＯＦＣであっても良い。）を設け
て、ＳＯＦＣに自動的に又は手動操作にて、適当な時期
に、適当な時間、所定の電圧を印加することにより容易
に実施可能である。
【０００８】
【作用】ＳＯＦＣの単セルもしくはスタックに、該ＳＯ
ＦＣとは別の、外部の電源を利用して適当な電圧を印加
し、強制的に電流を流すことにより、通電した電気量に
見合った酸素イオンが電解質を通過する。この酸素イオ
ンは、雰囲気のガス中からも供給されるが、電極材料や
それに接する電解質材料の結晶中にある酸素が供給源に
なると考えられる。
ＦＣとは別の、外部の電源を利用して適当な電圧を印加
し、強制的に電流を流すことにより、通電した電気量に
見合った酸素イオンが電解質を通過する。この酸素イオ
ンは、雰囲気のガス中からも供給されるが、電極材料や
それに接する電解質材料の結晶中にある酸素が供給源に
なると考えられる。
【０００９】このような外部電極による通電を発電時と
逆方向に行なった場合には、図４に示す如く、酸素イオ
ンが燃料極膜１側から電解質膜２を通過して空気極膜３
側へ移動する。この酸素イオンの移動により、図４に示
す如く、燃料極膜１の材料、例えばニッケル（Ｎｉ）と
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）とのサーメット
（Ｎｉ−ＹＳＺ）に含まれる酸化Ｎｉの還元（図４にお
いて、１Ａは酸化Ｎｉが還元されたＮｉ−ＹＳＺを示
す。）や電解質膜２の材料、例えば、ＹＳＺの部分還元
（図４において、２Ａは還元された部分を示す。）が生
じる。
逆方向に行なった場合には、図４に示す如く、酸素イオ
ンが燃料極膜１側から電解質膜２を通過して空気極膜３
側へ移動する。この酸素イオンの移動により、図４に示
す如く、燃料極膜１の材料、例えばニッケル（Ｎｉ）と
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）とのサーメット
（Ｎｉ−ＹＳＺ）に含まれる酸化Ｎｉの還元（図４にお
いて、１Ａは酸化Ｎｉが還元されたＮｉ−ＹＳＺを示
す。）や電解質膜２の材料、例えば、ＹＳＺの部分還元
（図４において、２Ａは還元された部分を示す。）が生
じる。
【００１０】このような現象は、各膜間の密着性の向上
や電極材の電気化学的な活性の向上を引き起こすため、
ＳＯＦＣセルのオーム抵抗や分極抵抗が低減される。
や電極材の電気化学的な活性の向上を引き起こすため、
ＳＯＦＣセルのオーム抵抗や分極抵抗が低減される。
【００１１】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１２】図１，２，３は、本発明方法の実施に好適
な、通電処理装置を組み込むことにより、定期的にもし
くは任意の時期に、自動的もしくは人為制御によって、
電池に対して任意の極性の通電処理を施すことができる
ように構成されたＳＯＦＣシステムを示す模式的な回路
図を示し、図１はＳＯＦＣの発電時、図２，図３は通電
時を示す。
な、通電処理装置を組み込むことにより、定期的にもし
くは任意の時期に、自動的もしくは人為制御によって、
電池に対して任意の極性の通電処理を施すことができる
ように構成されたＳＯＦＣシステムを示す模式的な回路
図を示し、図１はＳＯＦＣの発電時、図２，図３は通電
時を示す。
【００１３】図１，２において、１１はＳＯＦＣの電気
負荷対象であり、１２はインバーター、１３は通電処理
装置である。Ｓ１，Ｓ２は複数のＳＯＦＣセルよりなる
スタックである。Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３，Ｂ４はスイッチである。また、Ｔ1 〜Ｔ12，
ａ1 〜ａn ，ｂ1 〜ｂn ，ｃ1 〜ｃn ，ｄ1 〜ｄn は端
子を示す。
負荷対象であり、１２はインバーター、１３は通電処理
装置である。Ｓ１，Ｓ２は複数のＳＯＦＣセルよりなる
スタックである。Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３，Ｂ４はスイッチである。また、Ｔ1 〜Ｔ12，
ａ1 〜ａn ，ｂ1 〜ｂn ，ｃ1 〜ｃn ，ｄ1 〜ｄn は端
子を示す。
【００１４】本実施例においては、複数のセルよりなる
スタックＳ１，Ｓ２…が並列に接続されており、その発
電時においては、図１に示す如く、スイッチＡ１，Ａ
２，Ａ３，Ａ４がＯＮ、即ち、それぞれ端子Ｔ3 ，
Ｔ11，Ｔ6 ，Ｔ8 側に接続され、スイッチＢ１，Ｂ２，
Ｂ３，Ｂ４がＯＦＦ、即ち、それぞれ端子Ｔ1 ，Ｔ12，
Ｔ4，Ｔ7 側に接続されており、各スタックＳ１，Ｓ２
…の電流がインバーター１２を介して電気負荷対象１１
に送給される。
スタックＳ１，Ｓ２…が並列に接続されており、その発
電時においては、図１に示す如く、スイッチＡ１，Ａ
２，Ａ３，Ａ４がＯＮ、即ち、それぞれ端子Ｔ3 ，
Ｔ11，Ｔ6 ，Ｔ8 側に接続され、スイッチＢ１，Ｂ２，
Ｂ３，Ｂ４がＯＦＦ、即ち、それぞれ端子Ｔ1 ，Ｔ12，
Ｔ4，Ｔ7 側に接続されており、各スタックＳ１，Ｓ２
…の電流がインバーター１２を介して電気負荷対象１１
に送給される。
【００１５】一方、通電時には、図２に示す如く、スイ
ッチＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４がＯＦＦ、即ち、それぞれ
端子Ｔ2 ，Ｔ10，Ｔ5 ，Ｔ9 側に接続され、スイッチＢ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４がＯＮ、即ち、それぞれ端子ａ
1 ，ｂn ，ｃ1 ，ｄn 側に接続されており、各スタック
Ｓ１，Ｓ２…に図示しない外部電源からの直流電流がイ
ンバーター１２及び通電処理装置１３を介して送給され
る。
ッチＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４がＯＦＦ、即ち、それぞれ
端子Ｔ2 ，Ｔ10，Ｔ5 ，Ｔ9 側に接続され、スイッチＢ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４がＯＮ、即ち、それぞれ端子ａ
1 ，ｂn ，ｃ1 ，ｄn 側に接続されており、各スタック
Ｓ１，Ｓ２…に図示しない外部電源からの直流電流がイ
ンバーター１２及び通電処理装置１３を介して送給され
る。
【００１６】なお、通電処理装置１３は、通電時間、印
加する電圧の極性（通電の方向）を設定すると共に、印
加電圧を、例えば単セルの燃料極〜空気極間電圧が１〜
３Ｖとなるように規制する。
加する電圧の極性（通電の方向）を設定すると共に、印
加電圧を、例えば単セルの燃料極〜空気極間電圧が１〜
３Ｖとなるように規制する。
【００１７】この場合、スイッチＢ１〜Ｂ４の接続端子
をそれぞれａ1 〜ａn ，ｂ1 〜ｂn，ｃ1 〜ｃn ，ｄ1
〜ｄn のなかから選択することにより、任意の所望のセ
ルのみに通電を行なうことができる。例えば、図２に示
す接続状態であれば、すべてのセルに通電されるが、ス
イッチＢ２を端子ｂ1 に接続すれば、スタックＳ１につ
いては一つのセルのみを通電することができる。
をそれぞれａ1 〜ａn ，ｂ1 〜ｂn，ｃ1 〜ｃn ，ｄ1
〜ｄn のなかから選択することにより、任意の所望のセ
ルのみに通電を行なうことができる。例えば、図２に示
す接続状態であれば、すべてのセルに通電されるが、ス
イッチＢ２を端子ｂ1 に接続すれば、スタックＳ１につ
いては一つのセルのみを通電することができる。
【００１８】また、スタックＳ１，Ｓ２…のうち、特定
のスタックのみに通電を行なう場合には、特に外部電源
を要することなく、他のスタックの発電を利用して通電
を行なうことができる。例えば、スタックＳ１によりス
タックＳ２に通電を行なう場合には、図３に示す如く、
スイッチＡ１，Ａ２をＯＮ、Ａ３，Ａ４をＯＦＦ、スイ
ッチＢ１，Ｂ２をＯＦＦ、Ｂ３，Ｂ４をＯＮとする。こ
れにより、スタックＳ１で発電した直流電流がインバー
ター１２、通電処理装置１３を介してスタックＳ３に送
られ、通電処理がなされる。なお、外部電極によりスタ
ックに通電するか、他のスタックにより通電するかは、
インバーター１２で選択することができる。
のスタックのみに通電を行なう場合には、特に外部電源
を要することなく、他のスタックの発電を利用して通電
を行なうことができる。例えば、スタックＳ１によりス
タックＳ２に通電を行なう場合には、図３に示す如く、
スイッチＡ１，Ａ２をＯＮ、Ａ３，Ａ４をＯＦＦ、スイ
ッチＢ１，Ｂ２をＯＦＦ、Ｂ３，Ｂ４をＯＮとする。こ
れにより、スタックＳ１で発電した直流電流がインバー
ター１２、通電処理装置１３を介してスタックＳ３に送
られ、通電処理がなされる。なお、外部電極によりスタ
ックに通電するか、他のスタックにより通電するかは、
インバーター１２で選択することができる。
【００１９】このように、図１〜３に示すＳＯＦＣシス
テムであれば、ＳＯＦＣの発電及び通電をスイッチ操作
で容易に制御することができ、システム稼動中であって
も、所定方向の電流を所定時期に所定時間、所定のスタ
ック又はセルに流して、その特性の回復を図ることがで
きる。
テムであれば、ＳＯＦＣの発電及び通電をスイッチ操作
で容易に制御することができ、システム稼動中であって
も、所定方向の電流を所定時期に所定時間、所定のスタ
ック又はセルに流して、その特性の回復を図ることがで
きる。
【００２０】なお、本発明の方法において、ＳＯＦＣの
空気極側の特性向上が必要とされる場合には、発電時と
同方向の電流をＳＯＦＣに流せば良い。
空気極側の特性向上が必要とされる場合には、発電時と
同方向の電流をＳＯＦＣに流せば良い。
【００２１】以下に実験例を挙げて、本発明をより具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２２】実験例１図１，２と同様の、通電処理装置
を組み込んだ２セルスタックのＳＯＦＣシステムにおい
て、電圧制御（単セルのアノード〜カソード間の電圧＝
２．４Ｖ）で１分間、燃料極側から空気極側へ酸素イオ
ンが通過するように通常の発電の逆方向の通電処理を行
なった。
を組み込んだ２セルスタックのＳＯＦＣシステムにおい
て、電圧制御（単セルのアノード〜カソード間の電圧＝
２．４Ｖ）で１分間、燃料極側から空気極側へ酸素イオ
ンが通過するように通常の発電の逆方向の通電処理を行
なった。
【００２３】その結果、開回路電圧を低下させることな
く、短絡電流密度を１．３５Ａ／ｃｍ2 から１．７５Ａ
／ｃｍ2 に高めることができ、これは各単セルの内部抵
抗（オーム抵抗と分極抵抗の和）を低減できたことによ
ることが確認された。
く、短絡電流密度を１．３５Ａ／ｃｍ2 から１．７５Ａ
／ｃｍ2 に高めることができ、これは各単セルの内部抵
抗（オーム抵抗と分極抵抗の和）を低減できたことによ
ることが確認された。
【００２４】この通電処理の効果は、７００時間程度の
連続発電でも変化せず持続した。しかして、その改善割
合は約３０％であり、スタックの出力を極短時間の間に
容易に高めるという優れた効果が得られた。
連続発電でも変化せず持続した。しかして、その改善割
合は約３０％であり、スタックの出力を極短時間の間に
容易に高めるという優れた効果が得られた。
【００２５】また、この通電処理は、長時間の稼動で衰
えたセルの起電力を回復させる効果をも奏し、ＳＯＦＣ
の寿命を延ばすことができることも、同様の実験により
確認された。
えたセルの起電力を回復させる効果をも奏し、ＳＯＦＣ
の寿命を延ばすことができることも、同様の実験により
確認された。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のＳＯＦＣの
特性向上方法によれば、ＳＯＦＣの特性を、発電システ
ムに組み込んだままの状態であっても容易かつ効率的に
向上させることができる。本発明の方法によれば、長期
の稼動で衰えたＳＯＦＣセルの起電力を回復させて、そ
の寿命を大幅に延長することもでき、その工業的有用性
は極めて大である。
特性向上方法によれば、ＳＯＦＣの特性を、発電システ
ムに組み込んだままの状態であっても容易かつ効率的に
向上させることができる。本発明の方法によれば、長期
の稼動で衰えたＳＯＦＣセルの起電力を回復させて、そ
の寿命を大幅に延長することもでき、その工業的有用性
は極めて大である。
【図１】本発明方法の実施に好適な通電処理装置を組み
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
【図２】本発明方法の実施に好適な通電処理装置を組み
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
【図３】本発明方法の実施に好適な通電処理装置を組み
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
込んだＳＯＦＣ発電システムの一例を示す模式的な回路
図である。
【図４】通電処理で発生する酸素イオンの移動による作
用効果の説明図である。
用効果の説明図である。
１ 燃料極膜 ２ 電解質膜 ３ 空気極膜 １１ 電気負荷対象 １２ インバーター １３ 通電処理装置 Ｓ１，Ｓ２ スタック Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ ス
イッチ
イッチ
Claims (1)
- 【請求項１】 高温固体電解質型燃料電池に、発電開始
に先立って、該燃料電池とは別の電源を用いて、発電時
と逆方向の電流を通電することを特徴とする高温固体電
解質型燃料電池の特性向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4004820A JP2626395B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 高温固体電解質型燃料電池の特性向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4004820A JP2626395B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 高温固体電解質型燃料電池の特性向上方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076778A JPH076778A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2626395B2 true JP2626395B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=11594359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4004820A Expired - Lifetime JP2626395B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 高温固体電解質型燃料電池の特性向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2626395B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022123015A1 (fr) | 2020-12-11 | 2022-06-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de fonctionnement en mode stand-by chaud d'une pile a combustible sofc ou d'un reacteur soec |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9412073D0 (en) * | 1994-06-16 | 1994-08-03 | British Gas Plc | Method of operating a fuel cell |
| JP5021904B2 (ja) | 2005-04-19 | 2012-09-12 | 三井・デュポンフロロケミカル株式会社 | フッ素樹脂塗膜 |
| JP5509656B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2014-06-04 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2011137916A1 (en) | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Topsoe Fuel Cell A/S | Process for operating a high temperature fuel cell stack |
| KR101394686B1 (ko) | 2012-12-18 | 2014-05-14 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 스택의 성능 회복 방법 |
| US20180019494A1 (en) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | Lg Fuel Cell Systems Inc. | Regeneration of fuel cell electrodes |
-
1992
- 1992-01-14 JP JP4004820A patent/JP2626395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022123015A1 (fr) | 2020-12-11 | 2022-06-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de fonctionnement en mode stand-by chaud d'une pile a combustible sofc ou d'un reacteur soec |
| FR3117684A1 (fr) | 2020-12-11 | 2022-06-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé de fonctionnement en mode stand-by chaud d’une pile à combustible SOFC ou d’un réacteur SOEC. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH076778A (ja) | 1995-01-10 |
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