JP3070769B2 - メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 - Google Patents
メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、メタノール燃料電池の
電気分解による電極の活性化方法に関する。
電気分解による電極の活性化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、メタノール燃料電池の一般的な原
理構成は図７に示すように、燃料電池のケーシング内に
燃料室２３、燃料極２４、電解質室２５、空気極２６、
酸化剤室２７、がこの順序で配置されている。一方、燃
料電池の外部には、燃料極２４と空気極２６とを結ぶよ
うに負荷を有する外部回路３２がつながれている。燃料
室２３には燃料を供給するための燃料供給口２１と、燃
料が分解されて生成した分解物を排出するための分解物
排出口２２が設けられている。電解質室２５には電解質
が充填さている。酸化剤室２７には酸化剤を供給するた
めの酸化剤供給口２９と、空気極２６で酸化剤と反応し
て生成した反応物を排出するための反応物排出口３０が
設けられている。
理構成は図７に示すように、燃料電池のケーシング内に
燃料室２３、燃料極２４、電解質室２５、空気極２６、
酸化剤室２７、がこの順序で配置されている。一方、燃
料電池の外部には、燃料極２４と空気極２６とを結ぶよ
うに負荷を有する外部回路３２がつながれている。燃料
室２３には燃料を供給するための燃料供給口２１と、燃
料が分解されて生成した分解物を排出するための分解物
排出口２２が設けられている。電解質室２５には電解質
が充填さている。酸化剤室２７には酸化剤を供給するた
めの酸化剤供給口２９と、空気極２６で酸化剤と反応し
て生成した反応物を排出するための反応物排出口３０が
設けられている。
【０００３】そのメタノール燃料電池の電解質には、硫
酸等の酸性電解液、水酸化カリウム等のアルカリ性電解
液、イオン交換膜等が用いられている。酸化剤には主と
して、酸素、空気が用いられている。例えば、燃料にメ
タノールを、電解質に硫酸を、また酸化剤に酸素を用い
た燃料電池を図７にもとづいて説明する。燃料供給口２
１からメタノール−水混合溶液が供給される。燃料極２
４で、メタノール−水混合溶液が分解されて水素イオン
Ｈ+ 、電子ｅ- 、炭酸ガスＣＯ2 になる。これを化学式
で示せば次のようになる。
酸等の酸性電解液、水酸化カリウム等のアルカリ性電解
液、イオン交換膜等が用いられている。酸化剤には主と
して、酸素、空気が用いられている。例えば、燃料にメ
タノールを、電解質に硫酸を、また酸化剤に酸素を用い
た燃料電池を図７にもとづいて説明する。燃料供給口２
１からメタノール−水混合溶液が供給される。燃料極２
４で、メタノール−水混合溶液が分解されて水素イオン
Ｈ+ 、電子ｅ- 、炭酸ガスＣＯ2 になる。これを化学式
で示せば次のようになる。
【０００４】
【化１】
【０００５】分解物排出口２２からは、燃料極２４で生
成した炭酸ガスＣＯ2 が排出される。また、燃料極２４
で生成した水素イオンＨ+ は電解質室２５中を空気極２
６の方へ進み空気極２６に達する。さらに、燃料極２４
で発生した電子ｅ- は外部回路３２を通って空気極２６
に達して、前記水素イオンＨ+ 及び酸化剤室２７中の酸
化剤の酸素と反応して水が生成される。生成した水は反
応物排出口３０から排出される。これを化学式で示せば
次のようになる。
成した炭酸ガスＣＯ2 が排出される。また、燃料極２４
で生成した水素イオンＨ+ は電解質室２５中を空気極２
６の方へ進み空気極２６に達する。さらに、燃料極２４
で発生した電子ｅ- は外部回路３２を通って空気極２６
に達して、前記水素イオンＨ+ 及び酸化剤室２７中の酸
化剤の酸素と反応して水が生成される。生成した水は反
応物排出口３０から排出される。これを化学式で示せば
次のようになる。
【０００６】
【化２】
【０００７】このような反応により外部回路に設けた負
荷で電池出力を得ていた。
荷で電池出力を得ていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池を使用し続けていくと燃料極の電位がだんだんと上が
り出力電圧が下がってくる。この原因は、燃料極中の触
媒に酸素または一酸化炭素等が吸着されて触媒活性を低
下させるためであった。その触媒が白金である場合は一
酸化炭素を良く吸着する性質を有している。また、その
触媒が白金ルテニウムである場合は特に酸素をよく吸着
していた。
池を使用し続けていくと燃料極の電位がだんだんと上が
り出力電圧が下がってくる。この原因は、燃料極中の触
媒に酸素または一酸化炭素等が吸着されて触媒活性を低
下させるためであった。その触媒が白金である場合は一
酸化炭素を良く吸着する性質を有している。また、その
触媒が白金ルテニウムである場合は特に酸素をよく吸着
していた。
【０００９】従来、酸素を１〜２％燃料にまぜることに
よって白金触媒に吸着した一酸化炭素は酸素により二酸
化炭素に酸化されて白金触媒より遊離し、燃料室より排
出されることが知られていた。しかしながら、この方法
では、常時、燃料に酸素が含まれることになり、燃料極
で酸素が直接燃焼して燃料電池としては効率の悪いもの
であった。
よって白金触媒に吸着した一酸化炭素は酸素により二酸
化炭素に酸化されて白金触媒より遊離し、燃料室より排
出されることが知られていた。しかしながら、この方法
では、常時、燃料に酸素が含まれることになり、燃料極
で酸素が直接燃焼して燃料電池としては効率の悪いもの
であった。
【００１０】また、燃料極に白金ルテニウムを触媒とし
て用いた場合は、酸素を非常によく吸着する。触媒を活
性化させる手段として、外部から水素あるいは酸素を微
量供給する方法も考えられるが、このような場合、これ
らの供給装置の設置が必要となり、そのためのスペース
を要し、システム全体が大きくなるという問題がある。
て用いた場合は、酸素を非常によく吸着する。触媒を活
性化させる手段として、外部から水素あるいは酸素を微
量供給する方法も考えられるが、このような場合、これ
らの供給装置の設置が必要となり、そのためのスペース
を要し、システム全体が大きくなるという問題がある。
【００１１】そこで、本発明は、燃料極に吸着した酸素
または一酸化炭素を除去するために、前記酸素または一
酸化炭素と反応させるための水素ガスまたは酸素ガスを
供給するための特別な装置を用意することなく、簡単な
構成で、燃料極の活性化処理が必要な時に直ちに、燃料
極で直接水素ガスまたは酸素ガスを発生させて酸素また
は一酸化炭素を除去する、燃料極の活性化方法を提供す
ることを目的とする。
または一酸化炭素を除去するために、前記酸素または一
酸化炭素と反応させるための水素ガスまたは酸素ガスを
供給するための特別な装置を用意することなく、簡単な
構成で、燃料極の活性化処理が必要な時に直ちに、燃料
極で直接水素ガスまたは酸素ガスを発生させて酸素また
は一酸化炭素を除去する、燃料極の活性化方法を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、燃料極に酸素を吸着したメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極と
してメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源によ
り電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸
素を除去したものである。
めに、本発明は、燃料極に酸素を吸着したメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極と
してメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源によ
り電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸
素を除去したものである。
【００１３】また、本発明は、燃料極に一酸化炭素を吸
着したメタノール燃料電池の燃料極の活性化方法におい
て、燃料極を陽極としてメタノール燃料電池の電解液中
の水を外部電源により電気分解することにより、燃料極
に吸着されている一酸化炭素を除去したものである。
着したメタノール燃料電池の燃料極の活性化方法におい
て、燃料極を陽極としてメタノール燃料電池の電解液中
の水を外部電源により電気分解することにより、燃料極
に吸着されている一酸化炭素を除去したものである。
【００１４】
【作用】燃料極に酸素が吸着された場合には、燃料電池
の電解質は硫酸Ｈ2ＳＯ4 と水Ｈ2 Ｏとからなっている
ので、この電解質中の水の電気分解が起こるように、燃
料極を陰極として外部から電圧を印加してやると、燃料
極に水素が発生して燃料極に吸着されていた酸素と反応
して水が生成することにより、燃料極中の酸素が除去さ
れる。この反応を、反応式で示せば次のようになる。
の電解質は硫酸Ｈ2ＳＯ4 と水Ｈ2 Ｏとからなっている
ので、この電解質中の水の電気分解が起こるように、燃
料極を陰極として外部から電圧を印加してやると、燃料
極に水素が発生して燃料極に吸着されていた酸素と反応
して水が生成することにより、燃料極中の酸素が除去さ
れる。この反応を、反応式で示せば次のようになる。
【００１５】
【化３】
【００１６】また、燃料極中に一酸化炭素ＣＯ2 が吸着
された場合には、今度は外部電源のの接続を燃料極が陽
極になるようにして電解質中の水の電気分解により、燃
料極で酸素が発生させる。このようにして燃料極で発生
した酸素と一酸化炭素が反応して二酸化炭素が生成さ
れ、燃料室より排出される。この反応を反応式で示せば
次のようになる。
された場合には、今度は外部電源のの接続を燃料極が陽
極になるようにして電解質中の水の電気分解により、燃
料極で酸素が発生させる。このようにして燃料極で発生
した酸素と一酸化炭素が反応して二酸化炭素が生成さ
れ、燃料室より排出される。この反応を反応式で示せば
次のようになる。
【００１７】
【化４】
【００１８】
【実施例１】本実施例は燃料極４に吸着した酸素の除去
に関するものである。本発明で使用する燃料電池の構成
の概念図を図１に示す。燃料電池のケーシング内に燃料
室３、燃料極４、電解質室５、空気極６、酸化剤室１
１、がこの順序で配置されている。一方、燃料電池の外
部には、燃料極４と空気極６とを結ぶように負荷を有す
る外部回路１２がつながれている。燃料室３には燃料を
供給するための燃料供給口１と、燃料が分解されて生成
した分解物を排出するための分解物排出口２が設けられ
ている。電解質室５には電解質が充填さている。酸化剤
室７には酸化剤を供給するための酸化剤供給口９と、空
気極６で酸化剤と反応して生成した反応物を排出するた
めの反応物排出口１０が設けられている。以上の配置は
従来の燃料電池と同じであるが、本発明の実施例におい
ては、外部電源８を燃料電池の各電極に接続し、燃料極
４を外部電源８の陰極に、空気極６を陽極に接続した。
このようにして、式３の反応によって燃料極４に吸着し
ている酸素と、電解質中の水の電気分解を行ない、燃料
極で発生させた水素とを反応させることによって、燃料
極４の酸素を除去し、水を生成した。
に関するものである。本発明で使用する燃料電池の構成
の概念図を図１に示す。燃料電池のケーシング内に燃料
室３、燃料極４、電解質室５、空気極６、酸化剤室１
１、がこの順序で配置されている。一方、燃料電池の外
部には、燃料極４と空気極６とを結ぶように負荷を有す
る外部回路１２がつながれている。燃料室３には燃料を
供給するための燃料供給口１と、燃料が分解されて生成
した分解物を排出するための分解物排出口２が設けられ
ている。電解質室５には電解質が充填さている。酸化剤
室７には酸化剤を供給するための酸化剤供給口９と、空
気極６で酸化剤と反応して生成した反応物を排出するた
めの反応物排出口１０が設けられている。以上の配置は
従来の燃料電池と同じであるが、本発明の実施例におい
ては、外部電源８を燃料電池の各電極に接続し、燃料極
４を外部電源８の陰極に、空気極６を陽極に接続した。
このようにして、式３の反応によって燃料極４に吸着し
ている酸素と、電解質中の水の電気分解を行ない、燃料
極で発生させた水素とを反応させることによって、燃料
極４の酸素を除去し、水を生成した。
【００１９】
【実施例２】本実施例は燃料極４に吸着した酸素の除去
に関するものである。図２に本発明の別の実施例で使用
する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の接続を除い
ては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用いた。燃料極
４を外部電源８の陰極とし、外部電源８の陽極７を燃料
極４と空気極６の間の電解質中に設けた。この陽極７は
白金を用いて製造した。このようにして、式３の反応に
よって燃料極４に吸着している酸素と、電解質中の水の
電気分解を行ない、燃料極で発生させた水素とを反応さ
せることによって、燃料極４の酸素を除去し、水を生成
した。したがって、燃料極中の吸着酸素を除去すること
ができた。
に関するものである。図２に本発明の別の実施例で使用
する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の接続を除い
ては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用いた。燃料極
４を外部電源８の陰極とし、外部電源８の陽極７を燃料
極４と空気極６の間の電解質中に設けた。この陽極７は
白金を用いて製造した。このようにして、式３の反応に
よって燃料極４に吸着している酸素と、電解質中の水の
電気分解を行ない、燃料極で発生させた水素とを反応さ
せることによって、燃料極４の酸素を除去し、水を生成
した。したがって、燃料極中の吸着酸素を除去すること
ができた。
【００２０】また、電解質中の外部電源８に通じた陽極
７では酸素の発生が起こった。この陽極７では燃料極４
を透過して電解質に侵入したメタノールをこの発生酸素
で燃焼させることにより、空気極６へメタノールが到達
して燃料電池の出力電圧を低下させるのを防ぐ効果を有
する。
７では酸素の発生が起こった。この陽極７では燃料極４
を透過して電解質に侵入したメタノールをこの発生酸素
で燃焼させることにより、空気極６へメタノールが到達
して燃料電池の出力電圧を低下させるのを防ぐ効果を有
する。
【００２１】
【実施例３】本実施例は燃料極４に吸着した酸素の除去
に関するものである。図３に本発明の更に別の実施例で
使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の接続を
除いては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用いた。燃
料室３に燃料と電解質との混合溶液であるアノライトを
供給した。燃料極４を外部電源８の陰極とし、外部電源
の８の陽極を燃料室４のアノライト中に設けた。このよ
うにして、式３の反応によって燃料極４に吸着している
酸素と、アノライト中の水の電気分解を行ない、燃料極
で発生させた水素とを反応させることによって、燃料極
４の酸素を除去し、水を生成した。
に関するものである。図３に本発明の更に別の実施例で
使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の接続を
除いては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用いた。燃
料室３に燃料と電解質との混合溶液であるアノライトを
供給した。燃料極４を外部電源８の陰極とし、外部電源
の８の陽極を燃料室４のアノライト中に設けた。このよ
うにして、式３の反応によって燃料極４に吸着している
酸素と、アノライト中の水の電気分解を行ない、燃料極
で発生させた水素とを反応させることによって、燃料極
４の酸素を除去し、水を生成した。
【００２２】
【実施例４】本実施例は燃料極４に吸着した一酸化炭素
の除去に関するものである。図４に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の
接続を除いては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用い
た。外部電源８を燃料電池の各電極に接続し、燃料極４
を外部電源８の陽極に、空気極６を陰極に接続した。こ
のようにして、式４の反応によって燃料極４に吸着して
いる一酸化炭素と、電解質中の水の電気分解を行ない、
燃料極で発生させた酸素とを反応させることによって、
燃料極４に吸着されている一酸化炭素を二酸化炭素に変
えた。
の除去に関するものである。図４に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源８の
接続を除いては、実施例１と同じ構成の燃料電池を用い
た。外部電源８を燃料電池の各電極に接続し、燃料極４
を外部電源８の陽極に、空気極６を陰極に接続した。こ
のようにして、式４の反応によって燃料極４に吸着して
いる一酸化炭素と、電解質中の水の電気分解を行ない、
燃料極で発生させた酸素とを反応させることによって、
燃料極４に吸着されている一酸化炭素を二酸化炭素に変
えた。
【００２３】
【実施例５】本実施例は燃料極４に吸着した一酸化炭素
の除去に関するものである。図５に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。燃料室３に燃
料と電解質との混合溶液であるアノライトを供給した。
燃料極４を外部電源８の陽極とし、外部電源８の白金か
らなる陰極１３を燃料室４のアノライト中に設けた。外
部電源８の接続を除いては、実施例１と同じ構成の燃料
電池を用いた。このようにして、式４の反応によって燃
料極４に吸着している一酸化炭素と、電解質中の水の電
気分解を行ない、燃料極で発生させた酸素とを反応させ
ることによって、燃料極４に吸着されている一酸化炭素
を二酸化炭素に変えた。
の除去に関するものである。図５に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。燃料室３に燃
料と電解質との混合溶液であるアノライトを供給した。
燃料極４を外部電源８の陽極とし、外部電源８の白金か
らなる陰極１３を燃料室４のアノライト中に設けた。外
部電源８の接続を除いては、実施例１と同じ構成の燃料
電池を用いた。このようにして、式４の反応によって燃
料極４に吸着している一酸化炭素と、電解質中の水の電
気分解を行ない、燃料極で発生させた酸素とを反応させ
ることによって、燃料極４に吸着されている一酸化炭素
を二酸化炭素に変えた。
【００２４】
【実施例６】この実施例は、実施例１〜５に共通に用い
ることのできる電源８を、コンデンサを内蔵し燃料電池
から発生した電流を利用したコントローラ１３から構成
した。図６は本発明のコントローラ１３を燃料電池に組
み込んだ概念図を示す。燃料電池の燃料極及び空気極間
から発生した電力をそれぞれの極から取出し、コンデン
サを内蔵したコントローラ１３に入力する。次に、この
コントローラ１３の出力側を２つ設けて、一方は燃料電
池の出力の利用のためのものとし、もう一方を、電極活
性化のための電気分解用の電源とした。電気分解用の電
流は必要に応じて出せるものであり、コントローラ１３
に内蔵したコンデンサの容量に応じて通常はパルス電流
を利用する。燃料電池で発生した電流を電気分解用に使
用する間は燃料電池の出力が低下することになるので、
この間はコントローラ１３に内蔵されたコンデンサに蓄
えられた電気を出力することによって燃料電池の電池出
力の低下分を補う。したがって、燃料電池で利用する出
力は、電極の活性化のために一部電力を消耗しても、常
に一定に保たれることになる。
ることのできる電源８を、コンデンサを内蔵し燃料電池
から発生した電流を利用したコントローラ１３から構成
した。図６は本発明のコントローラ１３を燃料電池に組
み込んだ概念図を示す。燃料電池の燃料極及び空気極間
から発生した電力をそれぞれの極から取出し、コンデン
サを内蔵したコントローラ１３に入力する。次に、この
コントローラ１３の出力側を２つ設けて、一方は燃料電
池の出力の利用のためのものとし、もう一方を、電極活
性化のための電気分解用の電源とした。電気分解用の電
流は必要に応じて出せるものであり、コントローラ１３
に内蔵したコンデンサの容量に応じて通常はパルス電流
を利用する。燃料電池で発生した電流を電気分解用に使
用する間は燃料電池の出力が低下することになるので、
この間はコントローラ１３に内蔵されたコンデンサに蓄
えられた電気を出力することによって燃料電池の電池出
力の低下分を補う。したがって、燃料電池で利用する出
力は、電極の活性化のために一部電力を消耗しても、常
に一定に保たれることになる。
【００２５】
【発明の効果】燃料極で水の電気分解を行ない水素を発
生することによって、吸着している酸素を除去し、燃料
極の電位が上がるのを防ぐ。燃料極で水の電気分解を行
ない酸素を発生することによって、吸着している一酸化
炭素を除去し、燃料極の電位が上がるのを防ぐ。
生することによって、吸着している酸素を除去し、燃料
極の電位が上がるのを防ぐ。燃料極で水の電気分解を行
ない酸素を発生することによって、吸着している一酸化
炭素を除去し、燃料極の電位が上がるのを防ぐ。
【図１】本発明で使用する燃料電池の構成を示す概念図
である。
である。
【図２】本発明の別の実施例で使用する燃料電池の概念
図を示す。
図を示す。
【図３】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図４】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図５】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図６】本発明のコントローラ１３を燃料電池に組み込
んだ概念図を示す。
んだ概念図を示す。
【図７】
３ 燃料室 ４ 燃料極 ５ 電解質室 ６ 空気極 ７ 陽極 ８ 外部電源 １１ 空気室 １２ 外部回路 １３ コントローラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−81773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−118972（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−72667（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 H01M 4/86 - 4/98
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料極に酸素を吸着したメタノール燃料
電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極とし
てメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源により
電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸素
を除去したことを特徴とするメタノール燃料電池の燃料
極の活性化方法。 - 【請求項２】 燃料極に一酸化炭素を吸着したメタノー
ル燃料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陽
極としてメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源
により電気分解することにより、燃料極に吸着されてい
る一酸化炭素を除去したことを特徴とするメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409341A JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409341A JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04249866A JPH04249866A (ja) | 1992-09-04 |
| JP3070769B2 true JP3070769B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=18518681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2409341A Expired - Fee Related JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070769B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2412784B (en) * | 2002-01-18 | 2006-08-23 | Intelligent Energy Ltd | Fuel cell oxygen removal and pre-conditioning system |
| AU2003219726A1 (en) * | 2002-02-06 | 2003-09-02 | Battelle Memorial Institute | Methods of removing contaminants from a fuel cell electrode |
| CN100346519C (zh) * | 2002-03-29 | 2007-10-31 | 埃斯特科电池管理有限公司 | 燃料电池健康管理系统 |
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