JP3088320B2 - 一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法および燃料電池発電システム - Google Patents
一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法および燃料電池発電システムInfo
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- JP3088320B2 JP3088320B2 JP09024049A JP2404997A JP3088320B2 JP 3088320 B2 JP3088320 B2 JP 3088320B2 JP 09024049 A JP09024049 A JP 09024049A JP 2404997 A JP2404997 A JP 2404997A JP 3088320 B2 JP3088320 B2 JP 3088320B2
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- 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
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
を利用して発電や水素ガスの精製等を行う、例えば電気
自動車等で使用される燃料電池や電気化学的水素精製装
置に関するものである。
を利用して発電や水素ガスの精製等を行う、例えば電気
自動車等で使用される燃料電池や電気化学的水素精製装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気化学デバイスの典型例として燃料電
池は周知のように、電解質を介して一対の電極を接触さ
せ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供
給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応させるこ
とにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る装置である。燃料電池には電解質によりいくつかの型
があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解
質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池
が注目されている。燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極
に酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すと
き、下記のような反応が生じる。 燃料極反応：Ｈ2→２Ｈ++２ｅ- （１） 酸化剤極反応：２Ｈ++２ｅ-+１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
池は周知のように、電解質を介して一対の電極を接触さ
せ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供
給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応させるこ
とにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る装置である。燃料電池には電解質によりいくつかの型
があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解
質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池
が注目されている。燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極
に酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すと
き、下記のような反応が生じる。 燃料極反応：Ｈ2→２Ｈ++２ｅ- （１） 酸化剤極反応：２Ｈ++２ｅ-+１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
【０００３】このとき電極上の白金等の触媒が有効に作
用すれば、式１の反応ではほとんど過電圧を生じず、ス
ムーズに反応が進行する。一方、燃料に取り扱いが容易
なメタノール等の炭化水素を用いる場合には、改質器に
より、式（３）のような反応により水素に改質してから
供給することになる。 改質反応：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2+ＣＯ2 （３） しかし、次のシフト反応により、微量のＣＯが燃料中に
混入する。 シフト反応：ＣＯ2+Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ （４） 特に動作温度が低い固体高分子型燃料電池のような電気
化学デバイスでは、数十ppmのＣＯの混入により、触媒
が被毒して、アノード反応の過電圧が増大して特性が低
下することが問題となっている。
用すれば、式１の反応ではほとんど過電圧を生じず、ス
ムーズに反応が進行する。一方、燃料に取り扱いが容易
なメタノール等の炭化水素を用いる場合には、改質器に
より、式（３）のような反応により水素に改質してから
供給することになる。 改質反応：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2+ＣＯ2 （３） しかし、次のシフト反応により、微量のＣＯが燃料中に
混入する。 シフト反応：ＣＯ2+Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ （４） 特に動作温度が低い固体高分子型燃料電池のような電気
化学デバイスでは、数十ppmのＣＯの混入により、触媒
が被毒して、アノード反応の過電圧が増大して特性が低
下することが問題となっている。
【０００４】そこで、ＣＯによる被毒の影響を低減する
ために、従来より数々の工夫がなされてきた。基本的に
はＣＯの被毒の影響が少ない触媒組成の開発と、もう一
方は燃料中のＣＯを選択的に除去する方法である。
ために、従来より数々の工夫がなされてきた。基本的に
はＣＯの被毒の影響が少ない触媒組成の開発と、もう一
方は燃料中のＣＯを選択的に除去する方法である。
【０００５】触媒組成については、ＲｕとＰｔの合金を
用いた場合は１００ppmのＣＯ濃度まで、高特性を維持
できるようになったことが報告されている（「固体高分
子型燃料電池用電極触媒のＣＯ被毒特性」第３５回電池
討論会講演要旨集3D19、p299-300(1994)）。
用いた場合は１００ppmのＣＯ濃度まで、高特性を維持
できるようになったことが報告されている（「固体高分
子型燃料電池用電極触媒のＣＯ被毒特性」第３５回電池
討論会講演要旨集3D19、p299-300(1994)）。
【０００６】燃料中のＣＯを選択的に除去する方法とし
ては、触媒層中で空気を添加して除去する方法（カナダ
特許1,305,212）や燃料電池の燃料中に微量の空気を混
入する方法（「３次元電極・膜接合方式ＰＥＦＣの特性
評価」第３６回電池討論会講演要旨集1C07、p225-226(1
995））等が報告されている。
ては、触媒層中で空気を添加して除去する方法（カナダ
特許1,305,212）や燃料電池の燃料中に微量の空気を混
入する方法（「３次元電極・膜接合方式ＰＥＦＣの特性
評価」第３６回電池討論会講演要旨集1C07、p225-226(1
995））等が報告されている。
【０００７】しかし、触媒組成による改善では、Ｐｔ・
ＲｕでもＣＯ被毒対策としてはまだ不充分である。
ＲｕでもＣＯ被毒対策としてはまだ不充分である。
【０００８】また、空気混入による選択酸化では、燃料
中のＣＯを酸化し、被毒を与えない程度にＣＯ濃度が低
減されることが確認されている。しかし、同時に大量の
水素も燃焼してしまい、燃料の消費量を増大させてしま
う欠点があり、また水素に空気を混入させることは安全
上好ましくない。
中のＣＯを酸化し、被毒を与えない程度にＣＯ濃度が低
減されることが確認されている。しかし、同時に大量の
水素も燃焼してしまい、燃料の消費量を増大させてしま
う欠点があり、また水素に空気を混入させることは安全
上好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の燃
料電池では、ＣＯによる触媒の被毒の影響を低減するた
めに、ＣＯの影響が少ない触媒組成の開発や燃料ガス中
に空気を混入する方法が採られていた。しかしながら、
触媒組成としてＰｔ・Ｒｕを採用しても、ＣＯ被毒対策
としてはなお不十分であり、アノード反応の過電圧が増
大し特性の低下を抑えることができないという課題があ
った。また、空気混入による選択酸化を採用した場合に
は、被毒を与えない程度にＣＯ濃度を低減できるもの
の、同時に大量の水素を燃焼してしまい、燃料の消費量
が増大してしまい、さらに水素に酸素を混入させること
は安全上好ましくないという課題があった。
料電池では、ＣＯによる触媒の被毒の影響を低減するた
めに、ＣＯの影響が少ない触媒組成の開発や燃料ガス中
に空気を混入する方法が採られていた。しかしながら、
触媒組成としてＰｔ・Ｒｕを採用しても、ＣＯ被毒対策
としてはなお不十分であり、アノード反応の過電圧が増
大し特性の低下を抑えることができないという課題があ
った。また、空気混入による選択酸化を採用した場合に
は、被毒を与えない程度にＣＯ濃度を低減できるもの
の、同時に大量の水素を燃焼してしまい、燃料の消費量
が増大してしまい、さらに水素に酸素を混入させること
は安全上好ましくないという課題があった。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、安全性に優れ、ＣＯの選択性が
高いＣＯ除去を行うことができる一酸化炭素を含む水素
ガスから一酸化炭素を除去する方法および電気化学デバ
イスを得ることを目的とする。また、安全性に優れ、Ｃ
Ｏの選択性が高いＣＯ除去を行うことで、高特性・高出
力の燃料電池及び電気化学デバイス並びにその運転方法
を得ることを目的としている。
ためになされたもので、安全性に優れ、ＣＯの選択性が
高いＣＯ除去を行うことができる一酸化炭素を含む水素
ガスから一酸化炭素を除去する方法および電気化学デバ
イスを得ることを目的とする。また、安全性に優れ、Ｃ
Ｏの選択性が高いＣＯ除去を行うことで、高特性・高出
力の燃料電池及び電気化学デバイス並びにその運転方法
を得ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る一酸化
炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法は、
一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面に
それぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化学セルの
一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給
し、他側のガス拡散電極に対して正のパルス状電位を該
一側のガス拡散電極に連続的に印加して、該一側のガス
拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸化炭素
を電気化学的に酸化分解して除去するものである。
炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法は、
一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面に
それぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化学セルの
一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給
し、他側のガス拡散電極に対して正のパルス状電位を該
一側のガス拡散電極に連続的に印加して、該一側のガス
拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸化炭素
を電気化学的に酸化分解して除去するものである。
【００１２】第２の発明に係る一酸化炭素を含む水素ガ
スから一酸化炭素を除去する方法は、一対のガス拡散電
極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を
介して配設されてなる電気化学セルの両ガス拡散電極に
一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、連続的にパルス状
電位を該一対のガス拡散電極に交互に印加して、該一対
のガス拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸
化炭素を電気化学的に酸化分解して除去するものであ
る。
スから一酸化炭素を除去する方法は、一対のガス拡散電
極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を
介して配設されてなる電気化学セルの両ガス拡散電極に
一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、連続的にパルス状
電位を該一対のガス拡散電極に交互に印加して、該一対
のガス拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸
化炭素を電気化学的に酸化分解して除去するものであ
る。
【００１３】また、第１および第２の発明において、上
記連続的に印加するパルス状電位が水素参照極に対して
０．５Ｖ以上としたものである。また、上記連続的に印
加するパルス状電位のパルス幅が０．００３〜０．２秒
の範囲であり、パルス周期が０．２〜１秒の範囲とした
ものである。また、上記電気化学セルをガスの流れ方向
に直列に複数配置するとともに、下流側の電気化学セル
に印加するパルス状電位のパルス幅を上流側の電気化学
セルに印加するパルス状電位のパルス幅よりも小さくし
たものである。
記連続的に印加するパルス状電位が水素参照極に対して
０．５Ｖ以上としたものである。また、上記連続的に印
加するパルス状電位のパルス幅が０．００３〜０．２秒
の範囲であり、パルス周期が０．２〜１秒の範囲とした
ものである。また、上記電気化学セルをガスの流れ方向
に直列に複数配置するとともに、下流側の電気化学セル
に印加するパルス状電位のパルス幅を上流側の電気化学
セルに印加するパルス状電位のパルス幅よりも小さくし
たものである。
【００１４】第３の発明に係る一酸化炭素を含む水素ガ
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、一対
のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれ
ぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化学セルと、一
対のガス拡散電極の一側のガス拡散電極に一酸化炭素を
含む水素ガスを供給する第１のガス供給手段と、一対の
ガス拡散電極の他側のガス拡散電極に水素ガスを主成分
とするガスを供給する第２のガス供給手段と、他側のガ
ス拡散電極に対して正のパルス状電位を一側のガス拡散
電極に連続的に印加する電圧印加手段とを備えたもので
ある。また、上記電気化学セルがガスの流れに対して直
列に複数配列されているものである。
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、一対
のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれ
ぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化学セルと、一
対のガス拡散電極の一側のガス拡散電極に一酸化炭素を
含む水素ガスを供給する第１のガス供給手段と、一対の
ガス拡散電極の他側のガス拡散電極に水素ガスを主成分
とするガスを供給する第２のガス供給手段と、他側のガ
ス拡散電極に対して正のパルス状電位を一側のガス拡散
電極に連続的に印加する電圧印加手段とを備えたもので
ある。また、上記電気化学セルがガスの流れに対して直
列に複数配列されているものである。
【００１５】第４の発明に係る一酸化炭素を含む水素ガ
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、ガス
拡散電極とイオン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して
交互に積層されてなる電気化学セル積層体と、電気化学
セル積層体の両端に配設されて該電気化学セル積層体に
電圧を供給する一対の端板と、ガス拡散電極に一酸化炭
素を含む水素ガスを供給するガス供給手段と、連続的に
パルス状電位を一対の端板に交互に印加する電圧印加手
段とを備えたものである。
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、ガス
拡散電極とイオン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して
交互に積層されてなる電気化学セル積層体と、電気化学
セル積層体の両端に配設されて該電気化学セル積層体に
電圧を供給する一対の端板と、ガス拡散電極に一酸化炭
素を含む水素ガスを供給するガス供給手段と、連続的に
パルス状電位を一対の端板に交互に印加する電圧印加手
段とを備えたものである。
【００１６】第５の発明に係る一酸化炭素を含む水素ガ
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、ガス
拡散電極とイオン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して
交互に積層されてなる電気化学セル積層体と、電気化学
セル積層体の両端に配設されて該電気化学セル積層体に
電圧を供給する一対の端板と、一酸化炭素を含む水素ガ
スを電気化学セル積層体の各ガス拡散電極中を積層方向
の一端側から他端側に直列に流通させるガス流通手段
と、連続的にパルス状電位を一対の端板に印加する電圧
印加手段とを備えたものである。
スから一酸化炭素を除去する電気化学デバイスは、ガス
拡散電極とイオン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して
交互に積層されてなる電気化学セル積層体と、電気化学
セル積層体の両端に配設されて該電気化学セル積層体に
電圧を供給する一対の端板と、一酸化炭素を含む水素ガ
スを電気化学セル積層体の各ガス拡散電極中を積層方向
の一端側から他端側に直列に流通させるガス流通手段
と、連続的にパルス状電位を一対の端板に印加する電圧
印加手段とを備えたものである。
【００１７】第６の発明に係る電気化学デバイスの運転
方法は、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜
の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化
学セルを備え、一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む
水素ガスを供給し、他側のガス拡散電極に対して正の電
解電圧を一側のガス拡散電極に印加して一酸化炭素を含
む水素ガスを該一側のガス拡散電極上でイオン化し、イ
オン化された水素イオンを電解質膜中を伝導させて他側
のガス拡散電極上で水素に還元して純水素に精製する電
気化学デバイスにおいて、他側のガス拡散電極に対して
正のパルス状電位を一側のガス拡散電極に連続的に印加
して、供給される水素ガスに含まれる一酸化炭素を電気
化学的に酸化分解して除去するものである。また、上記
連続的にかけるパルス状電位がパルスとパルスとの間の
電解電圧よりも０．５Ｖ以上であるものである。また、
上記パルス状電位のパルス幅が０．０１〜０．５秒の範
囲であり、パルス周期が０．５〜１０秒の範囲であるも
のである。
方法は、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜
の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる電気化
学セルを備え、一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む
水素ガスを供給し、他側のガス拡散電極に対して正の電
解電圧を一側のガス拡散電極に印加して一酸化炭素を含
む水素ガスを該一側のガス拡散電極上でイオン化し、イ
オン化された水素イオンを電解質膜中を伝導させて他側
のガス拡散電極上で水素に還元して純水素に精製する電
気化学デバイスにおいて、他側のガス拡散電極に対して
正のパルス状電位を一側のガス拡散電極に連続的に印加
して、供給される水素ガスに含まれる一酸化炭素を電気
化学的に酸化分解して除去するものである。また、上記
連続的にかけるパルス状電位がパルスとパルスとの間の
電解電圧よりも０．５Ｖ以上であるものである。また、
上記パルス状電位のパルス幅が０．０１〜０．５秒の範
囲であり、パルス周期が０．５〜１０秒の範囲であるも
のである。
【００１８】第７の発明に係る電気化学デバイスは、ハ
ウジングと、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解
質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなり、
ハウジング内を該一対のガス拡散電極の一側のガス拡散
電極が面する第１の空間と他側のガス拡散電極が面する
第２の空間とに区画するように該ハウジングに収容され
た電気化学セルと、一側のガス拡散電極に電解電位にパ
ルス状電位を連続的に重畳した電圧波形を印加する電圧
印加手段と、第１の空間に一酸化炭素を含む水素ガスを
供給するガス供給口と、第２の空間からガスを排出する
ガス排出口とを備え、一側のガス拡散電極に印加される
電解電位により、第１の空間内の水素ガスをイオン化
し、イオン化された水素イオンを電解質膜中を伝導さ
せ、他側のガス拡散電極上で水素に還元させて第２の空
間内に純水素を生成させるとともに、一側のガス拡散電
極に印加されるパルス状電位により第１の空間内の一酸
化炭素を電気化学的に酸化分解して除去させるものであ
る。
ウジングと、一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電解
質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなり、
ハウジング内を該一対のガス拡散電極の一側のガス拡散
電極が面する第１の空間と他側のガス拡散電極が面する
第２の空間とに区画するように該ハウジングに収容され
た電気化学セルと、一側のガス拡散電極に電解電位にパ
ルス状電位を連続的に重畳した電圧波形を印加する電圧
印加手段と、第１の空間に一酸化炭素を含む水素ガスを
供給するガス供給口と、第２の空間からガスを排出する
ガス排出口とを備え、一側のガス拡散電極に印加される
電解電位により、第１の空間内の水素ガスをイオン化
し、イオン化された水素イオンを電解質膜中を伝導さ
せ、他側のガス拡散電極上で水素に還元させて第２の空
間内に純水素を生成させるとともに、一側のガス拡散電
極に印加されるパルス状電位により第１の空間内の一酸
化炭素を電気化学的に酸化分解して除去させるものであ
る。
【００１９】第８の発明に係る燃料電池の運転方法は、
燃料極と空気極とが電解質膜の両面にそれぞれ配設して
なる単電池を備え、燃料極に一酸化炭素を含有する燃料
ガスを供給し、空気極に空気を供給して発電を行う燃料
電池において、０．５〜５秒の周期で燃料極と空気極と
を電子的に短絡させて、燃料ガスに含有する一酸化炭素
を電気化学的に酸化分解して除去するものである。
燃料極と空気極とが電解質膜の両面にそれぞれ配設して
なる単電池を備え、燃料極に一酸化炭素を含有する燃料
ガスを供給し、空気極に空気を供給して発電を行う燃料
電池において、０．５〜５秒の周期で燃料極と空気極と
を電子的に短絡させて、燃料ガスに含有する一酸化炭素
を電気化学的に酸化分解して除去するものである。
【００２０】第９の発明に係る燃料電池発電システム
は、改質器で改質された改質ガスを燃料電池の燃料極に
供給し、酸化剤ガスを燃料電池の空気極に供給して発電
を行う燃料電池発電システムにおいて、改質器と燃料極
との改質ガスの経路中に、上記第の３乃至第５の発明の
いずれかの発明に記載された電気化学デバイスを配設
し、該改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して該燃
料極に供給するようにしたものである。
は、改質器で改質された改質ガスを燃料電池の燃料極に
供給し、酸化剤ガスを燃料電池の空気極に供給して発電
を行う燃料電池発電システムにおいて、改質器と燃料極
との改質ガスの経路中に、上記第の３乃至第５の発明の
いずれかの発明に記載された電気化学デバイスを配設
し、該改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去して該燃
料極に供給するようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係るＣ
Ｏの除去方法に適用される電気化学デバイスを示す模式
断面図である。図１において、イオン導電性の電解質膜
１の両面にガス拡散電極２、３がそれぞれ触媒層４、５
を介して配設されて電気化学セル１０が構成されてい
る。そして、電気化学セル１０の両側にはそれぞれセパ
レータ板８、９を配設し、ガス流路６、７が電気化学セ
ル１０とセパレータ板８、９とによって囲まれた第１お
よび第２のガス供給手段としてのガス流路６、７を形成
して電気化学デバイス５０が形成されている。ここで、
電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製のナフィオン１１
５を、ガス拡散電極２、３として東レ社製のカーボンペ
ーパーＴＧＰ−Ｈ０９０を、触媒層４としてＮＥケムキ
ャット社製の白金ブラックを、触媒層５としてＮＥケム
キャット社製のＰｔ・Ｒｕ触媒を用いている。
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係るＣ
Ｏの除去方法に適用される電気化学デバイスを示す模式
断面図である。図１において、イオン導電性の電解質膜
１の両面にガス拡散電極２、３がそれぞれ触媒層４、５
を介して配設されて電気化学セル１０が構成されてい
る。そして、電気化学セル１０の両側にはそれぞれセパ
レータ板８、９を配設し、ガス流路６、７が電気化学セ
ル１０とセパレータ板８、９とによって囲まれた第１お
よび第２のガス供給手段としてのガス流路６、７を形成
して電気化学デバイス５０が形成されている。ここで、
電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製のナフィオン１１
５を、ガス拡散電極２、３として東レ社製のカーボンペ
ーパーＴＧＰ−Ｈ０９０を、触媒層４としてＮＥケムキ
ャット社製の白金ブラックを、触媒層５としてＮＥケム
キャット社製のＰｔ・Ｒｕ触媒を用いている。
【００２２】このように構成された電気化学デバイス５
０を用い、一定電流で電解を行った時の電圧値を測定し
た結果を図２〜図４に示す。なお、ガス流路７には、Ｃ
Ｏを１００ｐｐｍ含有するメタン改質模擬ガス（ＣＯ2
−２０％、水素バランス）を流し、ガス流路６には純水
素を流している。図２は一定電流で電解を行ったときの
電圧値を示しており、図中Ａ（実線）が、連続的なパル
ス印加を行った時の電圧（電極２に対する電極３の電
圧）の変化を、図中Ｂ（点線）がパルス印加を行わなか
った時の電圧を示している。この電解電圧が電極２、３
間に印加されると、電極３上で水素がイオン化され、水
素イオンが電解質膜１中を伝導して電極２に導かれ、水
素イオンが電極２上で水素に還元される。そして、パル
ス印加を行わなかった場合、図２にＢで示すように、触
媒がＣＯにより徐々に被毒され、次第に電解に必要な電
圧が高くなることが分かる。一方、周期的にパルス電解
を行った場合、図２にＡで示すように、触媒がＣＯによ
り被毒され電圧が上昇し始めた時点でＣＯがパルス電解
で酸化され、経時的に生じる電解に必要な電圧の上昇が
抑えられることが分かる。そして、出口ガス中のＣＯ濃
度が入り口よりも低くなっていた。
０を用い、一定電流で電解を行った時の電圧値を測定し
た結果を図２〜図４に示す。なお、ガス流路７には、Ｃ
Ｏを１００ｐｐｍ含有するメタン改質模擬ガス（ＣＯ2
−２０％、水素バランス）を流し、ガス流路６には純水
素を流している。図２は一定電流で電解を行ったときの
電圧値を示しており、図中Ａ（実線）が、連続的なパル
ス印加を行った時の電圧（電極２に対する電極３の電
圧）の変化を、図中Ｂ（点線）がパルス印加を行わなか
った時の電圧を示している。この電解電圧が電極２、３
間に印加されると、電極３上で水素がイオン化され、水
素イオンが電解質膜１中を伝導して電極２に導かれ、水
素イオンが電極２上で水素に還元される。そして、パル
ス印加を行わなかった場合、図２にＢで示すように、触
媒がＣＯにより徐々に被毒され、次第に電解に必要な電
圧が高くなることが分かる。一方、周期的にパルス電解
を行った場合、図２にＡで示すように、触媒がＣＯによ
り被毒され電圧が上昇し始めた時点でＣＯがパルス電解
で酸化され、経時的に生じる電解に必要な電圧の上昇が
抑えられることが分かる。そして、出口ガス中のＣＯ濃
度が入り口よりも低くなっていた。
【００２３】また、図３は、この方法でＣＯを酸化除去
した時の出口ガスＣＯ濃度を様々なパルス電圧でパルス
幅を変えて測定した結果を示している。図３から、パル
ス電圧が０．４Ｖより小さいとＣＯの除去がほとんどで
きず、高濃度で排出されている。一方、０．５Ｖ以上の
高い電圧をかけた場合には、０．００３秒以上のパルス
幅でＣＯ濃度を非常に小さくできるが、パルス幅を０．
２秒より長くしても意味がないことがわかった。なお、
触媒層５の触媒をＰｔ・Ｒｕ触媒に代えて白金ブラック
で形成した時は、０．６Ｖ以上の電圧が必要であること
がわかった。
した時の出口ガスＣＯ濃度を様々なパルス電圧でパルス
幅を変えて測定した結果を示している。図３から、パル
ス電圧が０．４Ｖより小さいとＣＯの除去がほとんどで
きず、高濃度で排出されている。一方、０．５Ｖ以上の
高い電圧をかけた場合には、０．００３秒以上のパルス
幅でＣＯ濃度を非常に小さくできるが、パルス幅を０．
２秒より長くしても意味がないことがわかった。なお、
触媒層５の触媒をＰｔ・Ｒｕ触媒に代えて白金ブラック
で形成した時は、０．６Ｖ以上の電圧が必要であること
がわかった。
【００２４】また、図４は、パルス電圧０．６Ｖ、パル
ス幅０．０１秒の条件で、パルス周期と出口ガスのＣＯ
濃度の関係を示した結果を示している。図４から、周期
を１秒以下にすれば、安定した低いＣＯ濃度までＣＯを
除去できることがわかった。
ス幅０．０１秒の条件で、パルス周期と出口ガスのＣＯ
濃度の関係を示した結果を示している。図４から、周期
を１秒以下にすれば、安定した低いＣＯ濃度までＣＯを
除去できることがわかった。
【００２５】なお、上記実施の形態１では、電極２に対
して所定の電解電圧を電極３に印加している時に、電極
３にパルス状電位を連続的に印加するものとしている
が、単に電極２に対して正のパルス状電位を電極３に連
続的に印加するようにしてもよい。この場合、水素の電
解反応を伴うことなく、触媒に吸着されたＣＯを酸化し
て除去することができる。また、上記実施の形態１で
は、電極２の電位を基準として電極３にパルス状電位を
印加するものとしているが、電気化学デバイス５０に水
素参照極を設け、該水素参照極の電位を基準として電極
３にパルス状電位を印加するようにしてもよい。この場
合、水素参照極は電解反応に関与しないことから、電極
３に印加されるパルス状電位を正確にかつ容易に制御す
ることができる。
して所定の電解電圧を電極３に印加している時に、電極
３にパルス状電位を連続的に印加するものとしている
が、単に電極２に対して正のパルス状電位を電極３に連
続的に印加するようにしてもよい。この場合、水素の電
解反応を伴うことなく、触媒に吸着されたＣＯを酸化し
て除去することができる。また、上記実施の形態１で
は、電極２の電位を基準として電極３にパルス状電位を
印加するものとしているが、電気化学デバイス５０に水
素参照極を設け、該水素参照極の電位を基準として電極
３にパルス状電位を印加するようにしてもよい。この場
合、水素参照極は電解反応に関与しないことから、電極
３に印加されるパルス状電位を正確にかつ容易に制御す
ることができる。
【００２６】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイス
を示す模式図であり、図５の（ａ）はその平面図、図５
の（ｂ）はそのガスの流れを示す図である。この実施の
形態２では、上記実施の形態１における電気化学セル１
０と同様に構成された電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１
０ｃが並設され、ガス流路を有する一対の端板（図示せ
ず）がこれらの電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃを
挟んで相対して配設されて電気化学デバイス５１を構成
している。これらの電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０
ｃは、図５の（ｂ）に示すように、ガスの流れ（図中矢
印で示す）に対して直列に配列されている。なお、他の
構成は上記実施の形態１における電気化学デバイス５０
と同様に構成されている。
態２に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイス
を示す模式図であり、図５の（ａ）はその平面図、図５
の（ｂ）はそのガスの流れを示す図である。この実施の
形態２では、上記実施の形態１における電気化学セル１
０と同様に構成された電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１
０ｃが並設され、ガス流路を有する一対の端板（図示せ
ず）がこれらの電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃを
挟んで相対して配設されて電気化学デバイス５１を構成
している。これらの電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０
ｃは、図５の（ｂ）に示すように、ガスの流れ（図中矢
印で示す）に対して直列に配列されている。なお、他の
構成は上記実施の形態１における電気化学デバイス５０
と同様に構成されている。
【００２７】このように構成された電気化学デバイス５
１を用い、電極３側のガス流路にＣＯを１００ｐｐｍ含
有するメタン改質模擬ガス（ＣＯ2−２０％、水素バラ
ンス）を流し、電極２側のガス流路に純水素を流し、電
極３に電極２に対して０．５Ｖの電位を、０．０１秒の
パルス幅で、０．５秒の周期で連続的にパルス状に印加
して、ガスの流れ方向の各位置（図６の（ｂ）にａ〜ｄ
で示す位置）におけるＣＯ濃度を測定した結果を図６に
示す。図６から、各電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０
ｃのガス出口におけるＣＯ濃度が低下していることが確
認される。従って、ガス中のＣＯが各電気化学セル１０
ａ、１０ｂ、１０ｃにより順次除去されていることが分
かる。
１を用い、電極３側のガス流路にＣＯを１００ｐｐｍ含
有するメタン改質模擬ガス（ＣＯ2−２０％、水素バラ
ンス）を流し、電極２側のガス流路に純水素を流し、電
極３に電極２に対して０．５Ｖの電位を、０．０１秒の
パルス幅で、０．５秒の周期で連続的にパルス状に印加
して、ガスの流れ方向の各位置（図６の（ｂ）にａ〜ｄ
で示す位置）におけるＣＯ濃度を測定した結果を図６に
示す。図６から、各電気化学セル１０ａ、１０ｂ、１０
ｃのガス出口におけるＣＯ濃度が低下していることが確
認される。従って、ガス中のＣＯが各電気化学セル１０
ａ、１０ｂ、１０ｃにより順次除去されていることが分
かる。
【００２８】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイス
を示す模式断面図である。この電気化学デバイス５２
は、２０セル分の電解質膜１と両面に触媒が塗布された
発泡カーボンとを交互に重ね合わせ、一度にホットプレ
スして一体化した後、両端にガス不透過性の端板１２、
１３を配して作製されている。この両面に触媒が塗布さ
れた発泡カーボンはガス透過性の電子伝導性のセパレー
タ１１を構成し、電極２、３としても機能し、発泡カー
ボンにより電解質膜１を挟持して電気化学セル１０Ａが
構成されている。そして、積層された２０個の電気化学
セル１０Ａの一側にガス供給口１４を有するガス供給手
段としてのマニホールド１６が配され、他側にガス排出
口１５を有するマニホールド１７が配されている。ここ
では、電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製のナフィオ
ン１１２を使用している。
態３に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイス
を示す模式断面図である。この電気化学デバイス５２
は、２０セル分の電解質膜１と両面に触媒が塗布された
発泡カーボンとを交互に重ね合わせ、一度にホットプレ
スして一体化した後、両端にガス不透過性の端板１２、
１３を配して作製されている。この両面に触媒が塗布さ
れた発泡カーボンはガス透過性の電子伝導性のセパレー
タ１１を構成し、電極２、３としても機能し、発泡カー
ボンにより電解質膜１を挟持して電気化学セル１０Ａが
構成されている。そして、積層された２０個の電気化学
セル１０Ａの一側にガス供給口１４を有するガス供給手
段としてのマニホールド１６が配され、他側にガス排出
口１５を有するマニホールド１７が配されている。ここ
では、電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製のナフィオ
ン１１２を使用している。
【００２９】このように構成された電気化学デバイス５
２の動作について説明する。マニホールド１６に設けた
ガス供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質
模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給する
と、ガスはそれぞれ２０個の電気化学セル１０Ａの両極
（隣り合う単電池１０の極とは共有）に分岐される。こ
こで、約１Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加すると電
気化学セル１０Ａ当たり０．０５Ｖの電圧がかかり、約
１００ｍＡ／ｃｍ2の電流が流れるが、０．５秒間で電
極２がＣＯを吸着して被毒により１０ｍＡ／ｃｍ2まで
低下する。この時、パルス電位を印加すると電極２上に
吸着されたＣＯが分解される。そして、直後に極性を逆
転させると逆に電極３側にＣＯが吸着し、同様に０．５
秒後にパルス電位を印加する。これを周期的に繰り返す
と、マニホールド１７に設けたガス排出口１５から排出
されるガス中のＣＯ濃度は、０．０１％まで低下してい
た。ガスの滞留時間は３秒であり、この電気化学デバイ
ス５２を通る間に６回のパルス電解を受け、ＣＯが大き
く低減された。
２の動作について説明する。マニホールド１６に設けた
ガス供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質
模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給する
と、ガスはそれぞれ２０個の電気化学セル１０Ａの両極
（隣り合う単電池１０の極とは共有）に分岐される。こ
こで、約１Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加すると電
気化学セル１０Ａ当たり０．０５Ｖの電圧がかかり、約
１００ｍＡ／ｃｍ2の電流が流れるが、０．５秒間で電
極２がＣＯを吸着して被毒により１０ｍＡ／ｃｍ2まで
低下する。この時、パルス電位を印加すると電極２上に
吸着されたＣＯが分解される。そして、直後に極性を逆
転させると逆に電極３側にＣＯが吸着し、同様に０．５
秒後にパルス電位を印加する。これを周期的に繰り返す
と、マニホールド１７に設けたガス排出口１５から排出
されるガス中のＣＯ濃度は、０．０１％まで低下してい
た。ガスの滞留時間は３秒であり、この電気化学デバイ
ス５２を通る間に６回のパルス電解を受け、ＣＯが大き
く低減された。
【００３０】ここで、改質器で改質された改質ガスを燃
料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の空気
極に供給して発電を行う燃料電池発電システムにこの電
気化学デバイス５２を適用した場合について述べる。こ
の電気化学デバイス５２は、改質器とガス供給口１４と
を配管で連結し、出口１５と燃料極のガス供給口とを配
管で連結するように該燃料電池発電システムに接続され
る。そして、改質器で改質された改質ガスは、電気化学
デバイス５２に供給され、電気化学デバイス５２を通過
する際に改質ガス中に含まれるＣＯが上述のようにして
除去され、燃料極に導入される。そこで、燃料電池にお
ける触媒の被毒が抑えられ、高特性・高出力の燃料電池
発電システムが得られる。この時、燃料電池に供給する
ガス流量は燃料利用率を７０％とした時に１０ｋＷ発電
分であった。この電気化学デバイス５２の消費電力は５
０Ｗであり、０．５％の電力消費でＣＯを低減すること
ができた。
料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の空気
極に供給して発電を行う燃料電池発電システムにこの電
気化学デバイス５２を適用した場合について述べる。こ
の電気化学デバイス５２は、改質器とガス供給口１４と
を配管で連結し、出口１５と燃料極のガス供給口とを配
管で連結するように該燃料電池発電システムに接続され
る。そして、改質器で改質された改質ガスは、電気化学
デバイス５２に供給され、電気化学デバイス５２を通過
する際に改質ガス中に含まれるＣＯが上述のようにして
除去され、燃料極に導入される。そこで、燃料電池にお
ける触媒の被毒が抑えられ、高特性・高出力の燃料電池
発電システムが得られる。この時、燃料電池に供給する
ガス流量は燃料利用率を７０％とした時に１０ｋＷ発電
分であった。この電気化学デバイス５２の消費電力は５
０Ｗであり、０．５％の電力消費でＣＯを低減すること
ができた。
【００３１】なお、燃料電池発電システムに電気化学デ
バイス５２を適用するものとしているが、電気化学デバ
イス５２に限らず、他の実施の形態で示す電気化学デバ
イスを適用しても同様の効果が得られる。また、この電
気化学デバイス５２では電気化学セル１０Ａの電解質膜
１をナフィオン１１２で構成するものとしているが、該
電解質膜をリン酸を含浸させた多孔質体で構成しても同
様の効果を得ることができる。この場合、供給するガス
の温度が高い場合に特に有効である。また、この実施の
形態３では、電極２、３の極性を交互に切り替えている
ことから、触媒としては、両極とも白金ブラックやＰｔ
・Ｒｕ等の貴金属系触媒を用いる必要がある。
バイス５２を適用するものとしているが、電気化学デバ
イス５２に限らず、他の実施の形態で示す電気化学デバ
イスを適用しても同様の効果が得られる。また、この電
気化学デバイス５２では電気化学セル１０Ａの電解質膜
１をナフィオン１１２で構成するものとしているが、該
電解質膜をリン酸を含浸させた多孔質体で構成しても同
様の効果を得ることができる。この場合、供給するガス
の温度が高い場合に特に有効である。また、この実施の
形態３では、電極２、３の極性を交互に切り替えている
ことから、触媒としては、両極とも白金ブラックやＰｔ
・Ｒｕ等の貴金属系触媒を用いる必要がある。
【００３２】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４に係るＣＯ除去方法を説明する図であり、図８の
（ａ）は電気化学デバイスの各位置におけるＣＯ濃度を
示し、図８の（ｂ）は電気化学デバイスの模式断面を示
している。この電気化学デバイス５３は、電解質膜１と
片面に触媒が塗布された発泡カーボンが触媒塗布面で電
解質膜１を挟持するように重ね合わせ、ホットプレスし
て一体化して電気化学セル１０Ａを構成し、該電気化学
セル１０Ａの両端に端板１２、１３を配設して構成され
ている。そして、電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製
のナフィオン１１２を使用し、触媒を塗布した発泡カー
ボンがガス流路および電極２、３として機能している。
さらに、ガス供給口１４および出口１５が設けられたマ
ニホールド１８を電気化学セル１０Ａの一側に配設し、
一方の発泡カーボン層を流通してきたガスを折り返して
他方の発泡カーボン層に流入させるガス流通手段として
のマニホールド１９を電気化学セル１０Ａの他側に配設
している。そこで、ガス流路は、図８の（ｂ）に矢印で
示すように、ガスが電極３側の発泡カーボン層を流通し
た後、電極２側の発泡カーボン層を流通するようにガス
流路が構成されている。
態４に係るＣＯ除去方法を説明する図であり、図８の
（ａ）は電気化学デバイスの各位置におけるＣＯ濃度を
示し、図８の（ｂ）は電気化学デバイスの模式断面を示
している。この電気化学デバイス５３は、電解質膜１と
片面に触媒が塗布された発泡カーボンが触媒塗布面で電
解質膜１を挟持するように重ね合わせ、ホットプレスし
て一体化して電気化学セル１０Ａを構成し、該電気化学
セル１０Ａの両端に端板１２、１３を配設して構成され
ている。そして、電解質膜１としてＤｕ Ｐｏｎｔ社製
のナフィオン１１２を使用し、触媒を塗布した発泡カー
ボンがガス流路および電極２、３として機能している。
さらに、ガス供給口１４および出口１５が設けられたマ
ニホールド１８を電気化学セル１０Ａの一側に配設し、
一方の発泡カーボン層を流通してきたガスを折り返して
他方の発泡カーボン層に流入させるガス流通手段として
のマニホールド１９を電気化学セル１０Ａの他側に配設
している。そこで、ガス流路は、図８の（ｂ）に矢印で
示すように、ガスが電極３側の発泡カーボン層を流通し
た後、電極２側の発泡カーボン層を流通するようにガス
流路が構成されている。
【００３３】このように構成された電気化学デバイス５
３の動作について説明する。マニホールド１８に設けた
ガス供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質
模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給する
と、ガスは電極３側の発泡カーボン層中を流通した後、
マニホールド１９で折り返されて、電極２側の発泡カー
ボン層に流入し、該発泡カーボン層中を流通した後、マ
ニホールド１８に設けた出口１５から排出される。ここ
で、約０．０５Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加する
と、電極３上で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒
間で電極３側の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこ
で、電極２に対して正のパルス状電位を電極３に印加す
ると、電極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解され
る。そして、直後に極性を逆転させると逆に電極２側の
触媒にＣＯが吸着し、同様に０．５秒後に電極３に対し
て正のパルス状電位を電極２に印加する。これを周期的
に繰り返すと、電気化学デバイス５３の位置ａ〜ｃでの
ＣＯ濃度は、図８の（ａ）に示すように、低減された。
３の動作について説明する。マニホールド１８に設けた
ガス供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質
模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給する
と、ガスは電極３側の発泡カーボン層中を流通した後、
マニホールド１９で折り返されて、電極２側の発泡カー
ボン層に流入し、該発泡カーボン層中を流通した後、マ
ニホールド１８に設けた出口１５から排出される。ここ
で、約０．０５Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加する
と、電極３上で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒
間で電極３側の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこ
で、電極２に対して正のパルス状電位を電極３に印加す
ると、電極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解され
る。そして、直後に極性を逆転させると逆に電極２側の
触媒にＣＯが吸着し、同様に０．５秒後に電極３に対し
て正のパルス状電位を電極２に印加する。これを周期的
に繰り返すと、電気化学デバイス５３の位置ａ〜ｃでの
ＣＯ濃度は、図８の（ａ）に示すように、低減された。
【００３４】この実施の形態４では、両極に流すガスは
電極３側を上流に、電極２側を下流にくるように直列に
接続している。そして、Ｂ地点のガスのＣＯ濃度は、電
極３で除去された分低くなっているので、単位時間当た
りに電極２側の触媒に吸着するＣＯは電極３側の触媒に
吸着するＣＯよりも少ない。従って、ＣＯ除去に必要な
パルス幅の最適範囲は入り口のＣＯ濃度にほぼ比例し、
よって、電極２のパルス印加時間を電極３の１／３にし
たところ最も効率よくＣＯを除去することができた。
電極３側を上流に、電極２側を下流にくるように直列に
接続している。そして、Ｂ地点のガスのＣＯ濃度は、電
極３で除去された分低くなっているので、単位時間当た
りに電極２側の触媒に吸着するＣＯは電極３側の触媒に
吸着するＣＯよりも少ない。従って、ＣＯ除去に必要な
パルス幅の最適範囲は入り口のＣＯ濃度にほぼ比例し、
よって、電極２のパルス印加時間を電極３の１／３にし
たところ最も効率よくＣＯを除去することができた。
【００３５】なお、上記実施の形態２は、電気化学セル
１０ａ、１０ｂ，１０ｃがガスの流れ方向に直列に配置
されている。そこで、上記実施の形態２においても、電
気化学セル１０ａ、１０ｂ，１０ｃのそれぞれに印加さ
れるパルス状電位のパルス幅を上流側（電気化学セル１
０ａ）から下流側（電気化学セル１０ｃ）に順次小さく
するようにすれば、この実施の形態４と同様に、効率よ
くＣＯを除去することができる。
１０ａ、１０ｂ，１０ｃがガスの流れ方向に直列に配置
されている。そこで、上記実施の形態２においても、電
気化学セル１０ａ、１０ｂ，１０ｃのそれぞれに印加さ
れるパルス状電位のパルス幅を上流側（電気化学セル１
０ａ）から下流側（電気化学セル１０ｃ）に順次小さく
するようにすれば、この実施の形態４と同様に、効率よ
くＣＯを除去することができる。
【００３６】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形
態５に係るＣＯ除去方法を説明する図であり、図９の
（ａ）は電気化学デバイスの各位置におけるＣＯ濃度を
示し、図９の（ｂ）は電気化学デバイスの模式断面を示
している。この電気化学デバイス５４は、４セル分の電
解質膜１と両面に触媒が塗布された発泡カーボンとを交
互に重ね合わせ、一度にホットプレスして一体化した
後、両端にガス不透過性の端板１２、１３を配して作製
されている。この両面に触媒が塗布された発泡カーボン
はガス透過性の電子伝導性のセパレータ１１を構成し、
電極２、３としても機能し、発泡カーボンにより電解質
膜１を挟持して電気化学セル１０Ａが構成されている。
さらに、ガス供給口１４が設けられたガス流通手段とし
てのマニホールド１９Ａを電気化学セル１０Ａの積層体
の一側に配設し、出口１５が設けられたガス流通手段と
してのマニホールド１９Ｂを電気化学セル１０Ａの積層
体の他側に配設している。そこで、ガス流路は、図９の
（ｂ）に矢印で示すように、ガスが一側から他側にセパ
レータ１１、即ち発泡カーボン層を流通した後、マニホ
ールド１９Ｂで折り返されて電解質膜１を挟んで下層に
配置されている発泡カーボン層を他側から一側に流通
し、同様に順次下層の発泡カーボン層を流通するように
構成されている。ここでは、電解質膜１としてＤｕ Ｐ
ｏｎｔ社製のナフィオン１１２を使用している。
態５に係るＣＯ除去方法を説明する図であり、図９の
（ａ）は電気化学デバイスの各位置におけるＣＯ濃度を
示し、図９の（ｂ）は電気化学デバイスの模式断面を示
している。この電気化学デバイス５４は、４セル分の電
解質膜１と両面に触媒が塗布された発泡カーボンとを交
互に重ね合わせ、一度にホットプレスして一体化した
後、両端にガス不透過性の端板１２、１３を配して作製
されている。この両面に触媒が塗布された発泡カーボン
はガス透過性の電子伝導性のセパレータ１１を構成し、
電極２、３としても機能し、発泡カーボンにより電解質
膜１を挟持して電気化学セル１０Ａが構成されている。
さらに、ガス供給口１４が設けられたガス流通手段とし
てのマニホールド１９Ａを電気化学セル１０Ａの積層体
の一側に配設し、出口１５が設けられたガス流通手段と
してのマニホールド１９Ｂを電気化学セル１０Ａの積層
体の他側に配設している。そこで、ガス流路は、図９の
（ｂ）に矢印で示すように、ガスが一側から他側にセパ
レータ１１、即ち発泡カーボン層を流通した後、マニホ
ールド１９Ｂで折り返されて電解質膜１を挟んで下層に
配置されている発泡カーボン層を他側から一側に流通
し、同様に順次下層の発泡カーボン層を流通するように
構成されている。ここでは、電解質膜１としてＤｕ Ｐ
ｏｎｔ社製のナフィオン１１２を使用している。
【００３７】このように構成された電気化学デバイス５
４の動作を説明する。マニホールド１９Ａに設けたガス
供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給すると、
ガスは積層方向の最上流の電極３側の発泡カーボン層中
を流通した後、マニホールド１９Ｂで折り返されて、電
極２側の発泡カーボン層に流入し、該発泡カーボン層中
を流通した後、マニホールド１９Ａで折り返されて、次
の発泡カーボン層に流入する。同様にして、ガスは発泡
カーボン層を順次流通し、最下流の発泡カーボン層を流
通した後、出口１５から排出される。ここで、約０．２
Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加する。各電気化学セ
ル１０Ａには約０．０５Ｖの電圧が印加され、電極３上
で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒間で電極３側
の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこで、板板１３
に対して正のパルス状電位を端板１２に印加すると、電
極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解される。そし
て、直後に極性を逆転させると逆に電極２側の触媒にＣ
Ｏが吸着し、同様に０．５秒後に端板１２に対して正の
パルス状電位を端板１３に印加する。これを周期的に繰
り返すと、電気化学デバイス５４の位置ａ〜ｆでのＣＯ
濃度は、図９の（ａ）に示すように、低減された。
４の動作を説明する。マニホールド１９Ａに設けたガス
供給口１４からＣＯを０.１％含むメタノール改質模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を供給すると、
ガスは積層方向の最上流の電極３側の発泡カーボン層中
を流通した後、マニホールド１９Ｂで折り返されて、電
極２側の発泡カーボン層に流入し、該発泡カーボン層中
を流通した後、マニホールド１９Ａで折り返されて、次
の発泡カーボン層に流入する。同様にして、ガスは発泡
カーボン層を順次流通し、最下流の発泡カーボン層を流
通した後、出口１５から排出される。ここで、約０．２
Ｖの電圧を端板１２、１３間に印加する。各電気化学セ
ル１０Ａには約０．０５Ｖの電圧が印加され、電極３上
で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒間で電極３側
の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこで、板板１３
に対して正のパルス状電位を端板１２に印加すると、電
極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解される。そし
て、直後に極性を逆転させると逆に電極２側の触媒にＣ
Ｏが吸着し、同様に０．５秒後に端板１２に対して正の
パルス状電位を端板１３に印加する。これを周期的に繰
り返すと、電気化学デバイス５４の位置ａ〜ｆでのＣＯ
濃度は、図９の（ａ）に示すように、低減された。
【００３８】この実施の形態５によれば、供給されたガ
スは発泡カーボン層の各層を上層から下層に直列に流通
している。そして、ガスは発泡カーボン層の各層を３秒
で流通している。そこで、ガスが電気化学デバイス５４
内に滞留している間に受けたパルスの回数は延べ１５回
になり、図９の（ａ）に示すように、電気化学デバイス
５４を流通したガス中のＣＯ濃度を極端に小さくするこ
とが可能となった。
スは発泡カーボン層の各層を上層から下層に直列に流通
している。そして、ガスは発泡カーボン層の各層を３秒
で流通している。そこで、ガスが電気化学デバイス５４
内に滞留している間に受けたパルスの回数は延べ１５回
になり、図９の（ａ）に示すように、電気化学デバイス
５４を流通したガス中のＣＯ濃度を極端に小さくするこ
とが可能となった。
【００３９】実施の形態６．図１０はこの発明の実施の
形態６に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイ
スを示す模式図であり、図１０の（ａ）はその横断面図
を、図１０の（ｂ）はその縦断面図を示している。この
実施の形態６による電気化学デバイス５５は、電解質膜
１が円柱状のガス拡散電極３の外周に配設され、かつ、
環状のガス拡散電極２ａ〜２ｅが電解質膜１の外周に並
設されて、電気化学セル１０Ｂがガスの流れ方向に直列
に配置されて構成された電気化学セル体を、有底円筒の
ケーシング８内に収容して構成されている。そして、電
極２ａ〜２ｅはそれぞれ端板１２で連結され、端板１２
とケーシング８の内周壁面との間はふさがれている。こ
のように構成された電気化学デバイス５５では、ガス
は、図１０の（ａ）に矢印で示すように、電極３中を流
通し、ケーシング８の底で折り返されて、電極２ａ〜２
ｅを順次流通してケーシング８から排出されるように流
路を構成されている。
形態６に係るＣＯ除去方法に適用される電気化学デバイ
スを示す模式図であり、図１０の（ａ）はその横断面図
を、図１０の（ｂ）はその縦断面図を示している。この
実施の形態６による電気化学デバイス５５は、電解質膜
１が円柱状のガス拡散電極３の外周に配設され、かつ、
環状のガス拡散電極２ａ〜２ｅが電解質膜１の外周に並
設されて、電気化学セル１０Ｂがガスの流れ方向に直列
に配置されて構成された電気化学セル体を、有底円筒の
ケーシング８内に収容して構成されている。そして、電
極２ａ〜２ｅはそれぞれ端板１２で連結され、端板１２
とケーシング８の内周壁面との間はふさがれている。こ
のように構成された電気化学デバイス５５では、ガス
は、図１０の（ａ）に矢印で示すように、電極３中を流
通し、ケーシング８の底で折り返されて、電極２ａ〜２
ｅを順次流通してケーシング８から排出されるように流
路を構成されている。
【００４０】このように構成された電気化学デバイス５
５の動作を説明する。ＣＯを０.１％含むメタノール改
質模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を電極３
に供給すると、ガスは電極３中を流通した後、ケーシン
グ８の底で折り返されて、電極２ａ〜２ｅ中を通り、ケ
ーシング８の出口から排出される。ここで、約０．０５
Ｖの電圧を電極３と端板１２との間に印加すると電極３
上で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒間で電極３
側の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこで、板板１
２に対して正のパルス状電位を電極３に印加すると、電
極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解される。そし
て、直後に極性を逆転させると逆に電極２ａ〜２ｅ側の
触媒にＣＯが吸着し、同様に０．５秒後に電極３に対し
て正のパルス状電位を端板１２に印加する。これを周期
的に繰り返すと、ＣＯ濃度が低減されたガスがケーシン
グ８の出口から排出される。
５の動作を説明する。ＣＯを０.１％含むメタノール改
質模擬ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を電極３
に供給すると、ガスは電極３中を流通した後、ケーシン
グ８の底で折り返されて、電極２ａ〜２ｅ中を通り、ケ
ーシング８の出口から排出される。ここで、約０．０５
Ｖの電圧を電極３と端板１２との間に印加すると電極３
上で水素ガスの電解反応を起こり、０．５秒間で電極３
側の触媒がＣＯを吸着して被毒される。そこで、板板１
２に対して正のパルス状電位を電極３に印加すると、電
極３側の触媒に吸着されているＣＯを分解される。そし
て、直後に極性を逆転させると逆に電極２ａ〜２ｅ側の
触媒にＣＯが吸着し、同様に０．５秒後に電極３に対し
て正のパルス状電位を端板１２に印加する。これを周期
的に繰り返すと、ＣＯ濃度が低減されたガスがケーシン
グ８の出口から排出される。
【００４１】実施の形態７．図１１はこの発明の実施の
形態７に係る電気化学デバイスを示す断面図である。図
１１において、電気化学セル１０は、一対のガス拡散電
極２、３が電解質膜１の両面にそれぞれ触媒層を介して
配設されて構成されている。この電気化学セル１０は、
ハウジング２１内をガス拡散電極３が面する第１の空間
２２とガス拡散電極２が面する第２の空間２３とに区画
するように該ハウジング２１に収容されている。ハウジ
ング２１には、第１の空間２２に一酸化炭素を含む水素
ガスを供給するガス供給口２４と、第２の空間２３から
ガスを排出するガス排出口２５とが設けられている。こ
こで、電解質膜１にはナフィオン１１５、ガス拡散電極
２はカーボンペーパー製、ガス拡散電極３はチタンエク
スパンドメタルに白金メッキを行ったものを用いた。ま
た、ハウジング２１にはチタン鋼板を用いた。
形態７に係る電気化学デバイスを示す断面図である。図
１１において、電気化学セル１０は、一対のガス拡散電
極２、３が電解質膜１の両面にそれぞれ触媒層を介して
配設されて構成されている。この電気化学セル１０は、
ハウジング２１内をガス拡散電極３が面する第１の空間
２２とガス拡散電極２が面する第２の空間２３とに区画
するように該ハウジング２１に収容されている。ハウジ
ング２１には、第１の空間２２に一酸化炭素を含む水素
ガスを供給するガス供給口２４と、第２の空間２３から
ガスを排出するガス排出口２５とが設けられている。こ
こで、電解質膜１にはナフィオン１１５、ガス拡散電極
２はカーボンペーパー製、ガス拡散電極３はチタンエク
スパンドメタルに白金メッキを行ったものを用いた。ま
た、ハウジング２１にはチタン鋼板を用いた。
【００４２】このように構成された電気化学デバイス５
６の動作について説明する。ガス供給口２４からＣＯを
２００ｐｐｍ含む燃料電池排ガス模擬ガス（ＣＯ2−５
７％、水素バランス）を供給し、電極３に電極２に対し
て０．３Ｖの電圧を印加すると第１の空間２２中の水素
だけがイオン化してプロトンとなり、電解質膜１中を伝
導して電極２に導かれ、電極２上で水素に還元され純水
素として精製される。この時、パルスを掛けない場合
は、電極３側の触媒がＣＯによる被毒を受け、電流が著
しく低下する。そこで、電極２に対して０．６Ｖのパル
ス状電位（パルス幅：０．０１秒、パルス周期：０．５
秒）を電極３に連続的に印加すると、印加電圧０．３Ｖ
で６００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度を維持し、さらにガス
排出口２５を閉じた場合には、１００気圧の純水素を得
ることができた。このときのパルス電解に要する消費電
力は電解の０．４％にとどまった。
６の動作について説明する。ガス供給口２４からＣＯを
２００ｐｐｍ含む燃料電池排ガス模擬ガス（ＣＯ2−５
７％、水素バランス）を供給し、電極３に電極２に対し
て０．３Ｖの電圧を印加すると第１の空間２２中の水素
だけがイオン化してプロトンとなり、電解質膜１中を伝
導して電極２に導かれ、電極２上で水素に還元され純水
素として精製される。この時、パルスを掛けない場合
は、電極３側の触媒がＣＯによる被毒を受け、電流が著
しく低下する。そこで、電極２に対して０．６Ｖのパル
ス状電位（パルス幅：０．０１秒、パルス周期：０．５
秒）を電極３に連続的に印加すると、印加電圧０．３Ｖ
で６００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度を維持し、さらにガス
排出口２５を閉じた場合には、１００気圧の純水素を得
ることができた。このときのパルス電解に要する消費電
力は電解の０．４％にとどまった。
【００４３】ここで、この電気化学デバイス５６を用
い、純水素を流している状態から燃料電池排ガス模擬ガ
ス（図中ＣＯ混入表示）に変えた時の電解電圧の変化を
測定し、その結果を図１２に示す。図１２から、パルス
を印加しない場合は、セル電圧は図のように大きく増大
した。しかし、電解電圧より０．３Ｖ高いパルス電圧
（パルス幅：０．０１秒、パルス周期：１．０秒）をか
けたところ、セル電圧の増大が小さくなった。さらに電
解電圧より０．５Ｖ高いパルス電圧（パルス幅：０．０
１秒、パルス周期：１．０秒）をかけたところ、完全に
セル電圧の増大を防止できた。
い、純水素を流している状態から燃料電池排ガス模擬ガ
ス（図中ＣＯ混入表示）に変えた時の電解電圧の変化を
測定し、その結果を図１２に示す。図１２から、パルス
を印加しない場合は、セル電圧は図のように大きく増大
した。しかし、電解電圧より０．３Ｖ高いパルス電圧
（パルス幅：０．０１秒、パルス周期：１．０秒）をか
けたところ、セル電圧の増大が小さくなった。さらに電
解電圧より０．５Ｖ高いパルス電圧（パルス幅：０．０
１秒、パルス周期：１．０秒）をかけたところ、完全に
セル電圧の増大を防止できた。
【００４４】また、パルス状電位を０．５Ｖ、パルス周
期を１．０秒とし、パルス幅とセル電圧との経時変化を
測定し、その結果を図１３に示す。図１３から、パルス
幅が０．００５秒未満では触媒に吸着したＣＯが残り、
セル電圧が時間の経過と共に増大したが、パルス幅を
０．０１秒以上にするとＣＯの除去の効果が現れ、さら
に０．１秒にするとほぼ完全に除去できて、セル電圧の
増大はほとんど無くなった。また、パルス状電位を０．
５Ｖ、パルス幅を０．１秒とし、パルスの周期を変えた
ときのセル電圧の変化を測定し、その結果を図１４に示
す。図１４から、周期を１０秒以上にすると、セルの電
圧の増大と変化が大きくなったが、周期を５秒以下にす
るとセル電圧の増大はほとんどなくなった。なお、電極
３の触媒を白金ブラックにした場合には、パルス電解で
ＣＯを除去するのに必要なパルス状電位は０．８Ｖと高
くなった。
期を１．０秒とし、パルス幅とセル電圧との経時変化を
測定し、その結果を図１３に示す。図１３から、パルス
幅が０．００５秒未満では触媒に吸着したＣＯが残り、
セル電圧が時間の経過と共に増大したが、パルス幅を
０．０１秒以上にするとＣＯの除去の効果が現れ、さら
に０．１秒にするとほぼ完全に除去できて、セル電圧の
増大はほとんど無くなった。また、パルス状電位を０．
５Ｖ、パルス幅を０．１秒とし、パルスの周期を変えた
ときのセル電圧の変化を測定し、その結果を図１４に示
す。図１４から、周期を１０秒以上にすると、セルの電
圧の増大と変化が大きくなったが、周期を５秒以下にす
るとセル電圧の増大はほとんどなくなった。なお、電極
３の触媒を白金ブラックにした場合には、パルス電解で
ＣＯを除去するのに必要なパルス状電位は０．８Ｖと高
くなった。
【００４５】このように、実施の形態７によれば、安全
にかつ簡易に一酸化炭素を含む水素ガスから純水素を得
ることができる。従って、この電気化学デバイス５６を
電気化学的水素精製器として適用することができる。こ
の電気化学デバイス２５は、図１２乃至図１４から、パ
ルス状電位が電解電圧に対して０．５Ｖ以上で、パルス
状電位のパルス幅が０．０１〜０．５秒、パルス周期が
０．５〜１０秒の条件で運転するのが好ましい。
にかつ簡易に一酸化炭素を含む水素ガスから純水素を得
ることができる。従って、この電気化学デバイス５６を
電気化学的水素精製器として適用することができる。こ
の電気化学デバイス２５は、図１２乃至図１４から、パ
ルス状電位が電解電圧に対して０．５Ｖ以上で、パルス
状電位のパルス幅が０．０１〜０．５秒、パルス周期が
０．５〜１０秒の条件で運転するのが好ましい。
【００４６】実施の形態８．図１５はこの発明の実施の
形態８に係る燃料電池の運転方法を示す断面図である。
図１５において、単電池３０は、一対のガス拡散電極
２、３が電解質膜１の両面にそれぞれ触媒層を介して配
設されて、実施の形態１の電気化学セル１０と同様に構
成されている。この単電池３０とセパレータ板３１とを
交互に積層し、両端に端板３２、３３を配設して、単電
池３０を３０セル積層して燃料電池５７が構成されてい
る。また、各セパレータ３１、端板３２、３３には、各
ガス拡散電極２、３に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
するガス流路６、７が形成されている。また、この燃料
電池５７は、単電池３０のガス拡散電極２、３間を短絡
させる短絡リング３６を備えている。ここで、電解質膜
１と触媒層４、５には、ゴアテックス社のＰＲＩＭＥＡ
５０００を用い、ガス拡散電極２、３には、東レカーボ
ンペーパーＴＧＰ−Ｈ０９０を用いた。またセパレータ
３１には、圧縮性カーボンシートを用いた。製のセパレ
ータで３０セルを積層している。３６が短絡リングであ
る。
形態８に係る燃料電池の運転方法を示す断面図である。
図１５において、単電池３０は、一対のガス拡散電極
２、３が電解質膜１の両面にそれぞれ触媒層を介して配
設されて、実施の形態１の電気化学セル１０と同様に構
成されている。この単電池３０とセパレータ板３１とを
交互に積層し、両端に端板３２、３３を配設して、単電
池３０を３０セル積層して燃料電池５７が構成されてい
る。また、各セパレータ３１、端板３２、３３には、各
ガス拡散電極２、３に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
するガス流路６、７が形成されている。また、この燃料
電池５７は、単電池３０のガス拡散電極２、３間を短絡
させる短絡リング３６を備えている。ここで、電解質膜
１と触媒層４、５には、ゴアテックス社のＰＲＩＭＥＡ
５０００を用い、ガス拡散電極２、３には、東レカーボ
ンペーパーＴＧＰ−Ｈ０９０を用いた。またセパレータ
３１には、圧縮性カーボンシートを用いた。製のセパレ
ータで３０セルを積層している。３６が短絡リングであ
る。
【００４７】このように構成された燃料電池５７の動作
について説明する。ガス供給口３４からガス流路７を通
して、ＣＯを１００ｐｐｍ含むメタノール改質ガス模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を各単電池３０
の電極３（燃料極に相当）に供給し、ガス供給口３５か
らガス流路６を通して電極２（空気極に相当）に空気を
供給し、端板３２、３３間を電子的に導通させると式
（１）、（２）に示される燃料電池反応が生じ、発電で
きる。しかし、電極３（燃料極）側の触媒層５がＣＯを
吸着して被毒され、過電圧が高くなる。この状態で発電
を継続した場合、当初１０ｋＷの発電が同じ電流値で５
ｋＷしか発電しなくなってしまった。そこで、各単電池
３０の電極２、３間が０．０１秒間短絡するように、短
絡リング３６を各セパレータ３１の外側で転がすと、短
絡が生じた単電池３０の燃料極の電位が空気極の電位に
接近し、燃料極側の触媒層に吸着されたＣＯが酸化分解
して元の特性に回復した。これを、３秒周期で繰り返す
ことにより、高い特性をずっと維持できるようになっ
た。なお、各単電池３０の電極２、３間を短絡する周期
は、５秒を越えると、燃料極側の触媒層に吸着されたＣ
Ｏの酸化分解が不十分となり、０．５秒で燃料極側の触
媒層に吸着されたＣＯを十分酸化分解でき、即ち０．５
秒より短くしても意味がなく、０．５〜５秒とするが好
ましい。
について説明する。ガス供給口３４からガス流路７を通
して、ＣＯを１００ｐｐｍ含むメタノール改質ガス模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を各単電池３０
の電極３（燃料極に相当）に供給し、ガス供給口３５か
らガス流路６を通して電極２（空気極に相当）に空気を
供給し、端板３２、３３間を電子的に導通させると式
（１）、（２）に示される燃料電池反応が生じ、発電で
きる。しかし、電極３（燃料極）側の触媒層５がＣＯを
吸着して被毒され、過電圧が高くなる。この状態で発電
を継続した場合、当初１０ｋＷの発電が同じ電流値で５
ｋＷしか発電しなくなってしまった。そこで、各単電池
３０の電極２、３間が０．０１秒間短絡するように、短
絡リング３６を各セパレータ３１の外側で転がすと、短
絡が生じた単電池３０の燃料極の電位が空気極の電位に
接近し、燃料極側の触媒層に吸着されたＣＯが酸化分解
して元の特性に回復した。これを、３秒周期で繰り返す
ことにより、高い特性をずっと維持できるようになっ
た。なお、各単電池３０の電極２、３間を短絡する周期
は、５秒を越えると、燃料極側の触媒層に吸着されたＣ
Ｏの酸化分解が不十分となり、０．５秒で燃料極側の触
媒層に吸着されたＣＯを十分酸化分解でき、即ち０．５
秒より短くしても意味がなく、０．５〜５秒とするが好
ましい。
【００４８】実施の形態９．図１６はこの発明の実施の
形態９に係る燃料電池の運転方法を示す断面図、図１７
はその燃料電池の運転方法に用いられる短絡バーを示す
平面図である。この実施の形態９による燃料電池５８
は、短絡用穴３８がセパレータ３１および端板３２、３
３に積層方向に穿設され、該短絡用穴３８に挿入されて
単電池３０の電極２、３間を短絡させる短絡バー３７を
備えている。そして、短絡バー３７は、棒状の絶縁部３
７ａの長さ方向に導電部３７ｂが所定間隔毎に形成され
ている。なお、他の構成は、上記実施の形態８と同様に
構成されている。
形態９に係る燃料電池の運転方法を示す断面図、図１７
はその燃料電池の運転方法に用いられる短絡バーを示す
平面図である。この実施の形態９による燃料電池５８
は、短絡用穴３８がセパレータ３１および端板３２、３
３に積層方向に穿設され、該短絡用穴３８に挿入されて
単電池３０の電極２、３間を短絡させる短絡バー３７を
備えている。そして、短絡バー３７は、棒状の絶縁部３
７ａの長さ方向に導電部３７ｂが所定間隔毎に形成され
ている。なお、他の構成は、上記実施の形態８と同様に
構成されている。
【００４９】このように構成された燃料電池５７の動作
について説明する。ガス供給口３４からガス流路７を通
して、ＣＯを１００ｐｐｍ含むメタノール改質ガス模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を各単電池３０
の電極３（燃料極に相当）に供給し、ガス供給口３５か
らガス流路６を通して電極２（空気極に相当）に空気を
供給し、端板３２、３３間を電子的に導通させると式
（１）、（２）に示される燃料電池反応が生じ、発電で
きる。しかし、電極３（燃料極）側の触媒層５がＣＯを
吸着して被毒され、過電圧が高くなる。この状態で発電
を継続した場合、当初１０ｋＷの発電が同じ電流値で５
ｋＷしか発電しなくなってしまった。そこで、短絡バー
３７を短絡用穴３８内に挿入し、導電部３７ｂで各単電
池３０の電極２、３間を０．０１秒間短絡するように短
絡バー３７を出し入れした。この時、短絡が生じた単電
池３０の燃料極の電位が空気極の電位に接近し、燃料極
側の触媒層に吸着されたＣＯが酸化分解して元の特性に
回復した。これを、１秒周期で繰り返すことにより、高
い特性をずっと維持できるようになった。なお、各単電
池３０の電極２、３間を短絡する周期は、５秒を越える
と、燃料極側の触媒層に吸着されたＣＯの酸化分解が不
十分となり、０．５秒で燃料極側の触媒層に吸着された
ＣＯを十分酸化分解でき、即ち０．５秒より短くしても
意味がなく、０．５〜５秒とするが好ましい。
について説明する。ガス供給口３４からガス流路７を通
して、ＣＯを１００ｐｐｍ含むメタノール改質ガス模擬
ガス（ＣＯ2−２５％、水素バランス）を各単電池３０
の電極３（燃料極に相当）に供給し、ガス供給口３５か
らガス流路６を通して電極２（空気極に相当）に空気を
供給し、端板３２、３３間を電子的に導通させると式
（１）、（２）に示される燃料電池反応が生じ、発電で
きる。しかし、電極３（燃料極）側の触媒層５がＣＯを
吸着して被毒され、過電圧が高くなる。この状態で発電
を継続した場合、当初１０ｋＷの発電が同じ電流値で５
ｋＷしか発電しなくなってしまった。そこで、短絡バー
３７を短絡用穴３８内に挿入し、導電部３７ｂで各単電
池３０の電極２、３間を０．０１秒間短絡するように短
絡バー３７を出し入れした。この時、短絡が生じた単電
池３０の燃料極の電位が空気極の電位に接近し、燃料極
側の触媒層に吸着されたＣＯが酸化分解して元の特性に
回復した。これを、１秒周期で繰り返すことにより、高
い特性をずっと維持できるようになった。なお、各単電
池３０の電極２、３間を短絡する周期は、５秒を越える
と、燃料極側の触媒層に吸着されたＣＯの酸化分解が不
十分となり、０．５秒で燃料極側の触媒層に吸着された
ＣＯを十分酸化分解でき、即ち０．５秒より短くしても
意味がなく、０．５〜５秒とするが好ましい。
【００５０】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５１】第１の発明によれば、一対のガス拡散電極
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルの一側のガス拡散電極
に一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、他側のガス拡散
電極に対して正のパルス状電位を該一側のガス拡散電極
に連続的に印加して、該一側のガス拡散電極中を流通す
る水素ガス中に含まれる一酸化炭素を電気化学的に酸化
分解して除去するので、一側のガス拡散電極側の触媒層
に吸着された一酸化炭素がパルス状電位が印加された時
に電気化学的に酸化分解され、水素ガス中の一酸化炭素
濃度を安全に低減することができる。
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルの一側のガス拡散電極
に一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、他側のガス拡散
電極に対して正のパルス状電位を該一側のガス拡散電極
に連続的に印加して、該一側のガス拡散電極中を流通す
る水素ガス中に含まれる一酸化炭素を電気化学的に酸化
分解して除去するので、一側のガス拡散電極側の触媒層
に吸着された一酸化炭素がパルス状電位が印加された時
に電気化学的に酸化分解され、水素ガス中の一酸化炭素
濃度を安全に低減することができる。
【００５２】第２の発明によれば、一対のガス拡散電極
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルの両ガス拡散電極に一
酸化炭素を含む水素ガスを供給し、連続的にパルス状電
位を該一対のガス拡散電極に交互に印加して、該一対の
ガス拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸化
炭素を電気化学的に酸化分解して除去するので、両極の
触媒層に吸着された一酸化炭素がパルス状電位が印加さ
れた時に電気化学的に酸化分解され、水素ガス中の一酸
化炭素濃度を安全に低減することができる。
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルの両ガス拡散電極に一
酸化炭素を含む水素ガスを供給し、連続的にパルス状電
位を該一対のガス拡散電極に交互に印加して、該一対の
ガス拡散電極中を流通する水素ガス中に含まれる一酸化
炭素を電気化学的に酸化分解して除去するので、両極の
触媒層に吸着された一酸化炭素がパルス状電位が印加さ
れた時に電気化学的に酸化分解され、水素ガス中の一酸
化炭素濃度を安全に低減することができる。
【００５３】また、第１および第２の発明において、上
記連続的に印加するパルス状電位が水素参照極に対して
０．５Ｖ以上とし、また上記連続的に印加するパルス状
電位のパルス幅が０．００３〜０．２秒の範囲で、パル
ス周期が０．２〜１秒の範囲としたので、水素ガス中の
一酸化炭素濃度を効率よく低減することができる。ま
た、上記電気化学セルをガスの流れ方向に直列に複数配
置するとともに、下流側の電気化学セルに印加するパル
ス状電位のパルス幅を上流側の電気化学セルに印加する
パルス状電位のパルス幅よりも小さくしたので、水素ガ
ス中の一酸化炭素濃度を効率よく低減することができ
る。
記連続的に印加するパルス状電位が水素参照極に対して
０．５Ｖ以上とし、また上記連続的に印加するパルス状
電位のパルス幅が０．００３〜０．２秒の範囲で、パル
ス周期が０．２〜１秒の範囲としたので、水素ガス中の
一酸化炭素濃度を効率よく低減することができる。ま
た、上記電気化学セルをガスの流れ方向に直列に複数配
置するとともに、下流側の電気化学セルに印加するパル
ス状電位のパルス幅を上流側の電気化学セルに印加する
パルス状電位のパルス幅よりも小さくしたので、水素ガ
ス中の一酸化炭素濃度を効率よく低減することができ
る。
【００５４】第３の発明によれば、一対のガス拡散電極
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルと、一対のガス拡散電
極の一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを
供給する第１のガス供給手段と、一対のガス拡散電極の
他側のガス拡散電極に水素ガスを主成分とするガスを供
給する第２のガス供給手段と、他側のガス拡散電極に対
して正のパルス状電位を一側のガス拡散電極に連続的に
印加する電圧印加手段とを備えたので、一側のガス拡散
電極側の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス状電位
が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水素ガス
中の一酸化炭素濃度を安全に低減することができる電気
化学デバイスが得られる。また、上記電気化学セルがガ
スの流れに対して直列に複数配列されているので、水素
ガス中の一酸化炭素濃度を効率よく低減することができ
る。
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルと、一対のガス拡散電
極の一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを
供給する第１のガス供給手段と、一対のガス拡散電極の
他側のガス拡散電極に水素ガスを主成分とするガスを供
給する第２のガス供給手段と、他側のガス拡散電極に対
して正のパルス状電位を一側のガス拡散電極に連続的に
印加する電圧印加手段とを備えたので、一側のガス拡散
電極側の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス状電位
が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水素ガス
中の一酸化炭素濃度を安全に低減することができる電気
化学デバイスが得られる。また、上記電気化学セルがガ
スの流れに対して直列に複数配列されているので、水素
ガス中の一酸化炭素濃度を効率よく低減することができ
る。
【００５５】第４の発明によれば、ガス拡散電極とイオ
ン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して交互に積層され
てなる電気化学セル積層体と、電気化学セル積層体の両
端に配設されて該電気化学セル積層体に電圧を供給する
一対の端板と、ガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガ
スを供給するガス供給手段と、連続的にパルス状電位を
一対の端板に交互に印加する電圧印加手段とを備えたの
で、両極の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス状電
位が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水素ガ
ス中の一酸化炭素濃度を安全に低減できる電気化学デバ
イスが得られる。
ン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して交互に積層され
てなる電気化学セル積層体と、電気化学セル積層体の両
端に配設されて該電気化学セル積層体に電圧を供給する
一対の端板と、ガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガ
スを供給するガス供給手段と、連続的にパルス状電位を
一対の端板に交互に印加する電圧印加手段とを備えたの
で、両極の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス状電
位が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水素ガ
ス中の一酸化炭素濃度を安全に低減できる電気化学デバ
イスが得られる。
【００５６】第５の発明によれば、ガス拡散電極とイオ
ン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して交互に積層され
てなる電気化学セル積層体と、電気化学セル積層体の両
端に配設されて該電気化学セル積層体に電圧を供給する
一対の端板と、一酸化炭素を含む水素ガスを電気化学セ
ル積層体の各ガス拡散電極中を積層方向の一端側から他
端側に直列に流通させるガス流通手段と、連続的にパル
ス状電位を一対の端板に印加する電圧印加手段とを備え
たので、両極の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス
状電位が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水
素ガス中のＣＯ濃度を低減できる電気化学デバイスが得
られる。
ン伝導性の電解質膜とを触媒層を介して交互に積層され
てなる電気化学セル積層体と、電気化学セル積層体の両
端に配設されて該電気化学セル積層体に電圧を供給する
一対の端板と、一酸化炭素を含む水素ガスを電気化学セ
ル積層体の各ガス拡散電極中を積層方向の一端側から他
端側に直列に流通させるガス流通手段と、連続的にパル
ス状電位を一対の端板に印加する電圧印加手段とを備え
たので、両極の触媒層に吸着された一酸化炭素をパルス
状電位が印加された時に電気化学的に酸化分解でき、水
素ガス中のＣＯ濃度を低減できる電気化学デバイスが得
られる。
【００５７】第６の発明によれば、一対のガス拡散電極
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルを備え、一側のガス拡
散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、他側のガ
ス拡散電極に対して正の電解電圧を一側のガス拡散電極
に印加して一酸化炭素を含む水素ガスを該一側のガス拡
散電極上でイオン化し、イオン化された水素イオンを電
解質膜中を伝導させて他側のガス拡散電極上で水素に還
元して純水素に精製する電気化学デバイスにおいて、他
側のガス拡散電極に対して正のパルス状電位を一側のガ
ス拡散電極に連続的に印加して、供給される水素ガスに
含まれる一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去す
るので、僅かな消費電力を負荷するだけで、低い電圧で
水素ガスの精製・圧縮を行うことができる。また、上記
連続的にかけるパルス状電位がパルスとパルスとの間の
電解電圧よりも０．５Ｖ以上とし、また上記パルス状電
位のパルス幅が０．０１〜０．５秒の範囲で、パルス周
期が０．５〜１０秒の範囲としているので、効率よく水
素ガスの精製・圧縮を行うことができる。
がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介
して配設されてなる電気化学セルを備え、一側のガス拡
散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給し、他側のガ
ス拡散電極に対して正の電解電圧を一側のガス拡散電極
に印加して一酸化炭素を含む水素ガスを該一側のガス拡
散電極上でイオン化し、イオン化された水素イオンを電
解質膜中を伝導させて他側のガス拡散電極上で水素に還
元して純水素に精製する電気化学デバイスにおいて、他
側のガス拡散電極に対して正のパルス状電位を一側のガ
ス拡散電極に連続的に印加して、供給される水素ガスに
含まれる一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去す
るので、僅かな消費電力を負荷するだけで、低い電圧で
水素ガスの精製・圧縮を行うことができる。また、上記
連続的にかけるパルス状電位がパルスとパルスとの間の
電解電圧よりも０．５Ｖ以上とし、また上記パルス状電
位のパルス幅が０．０１〜０．５秒の範囲で、パルス周
期が０．５〜１０秒の範囲としているので、効率よく水
素ガスの精製・圧縮を行うことができる。
【００５８】第７の発明によれば、ハウジングと、一対
のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれ
ぞれ触媒層を介して配設されてなり、ハウジング内を該
一対のガス拡散電極の一側のガス拡散電極が面する第１
の空間と他側のガス拡散電極が面する第２の空間とに区
画するように該ハウジングに収容された電気化学セル
と、一側のガス拡散電極に電解電位にパルス状電位を連
続的に重畳した電圧波形を印加する電圧印加手段と、第
１の空間に一酸化炭素を含む水素ガスを供給するガス供
給口と、第２の空間からガスを排出するガス排出口とを
備え、一側のガス拡散電極に印加される電解電位によ
り、第１の空間内の水素ガスをイオン化し、イオン化さ
れた水素イオンを電解質膜中を伝導させ、他側のガス拡
散電極上で水素に還元させて第２の空間内に純水素を生
成させるとともに、一側のガス拡散電極に印加されるパ
ルス状電位により第１の空間内の一酸化炭素を電気化学
的に酸化分解して除去させるので、僅かな消費電力を負
荷するだけで、低い電圧で水素ガスの精製・圧縮を行う
ことができる電気化学デバイスが得られる。
のガス拡散電極がイオン伝導性の電解質膜の両面にそれ
ぞれ触媒層を介して配設されてなり、ハウジング内を該
一対のガス拡散電極の一側のガス拡散電極が面する第１
の空間と他側のガス拡散電極が面する第２の空間とに区
画するように該ハウジングに収容された電気化学セル
と、一側のガス拡散電極に電解電位にパルス状電位を連
続的に重畳した電圧波形を印加する電圧印加手段と、第
１の空間に一酸化炭素を含む水素ガスを供給するガス供
給口と、第２の空間からガスを排出するガス排出口とを
備え、一側のガス拡散電極に印加される電解電位によ
り、第１の空間内の水素ガスをイオン化し、イオン化さ
れた水素イオンを電解質膜中を伝導させ、他側のガス拡
散電極上で水素に還元させて第２の空間内に純水素を生
成させるとともに、一側のガス拡散電極に印加されるパ
ルス状電位により第１の空間内の一酸化炭素を電気化学
的に酸化分解して除去させるので、僅かな消費電力を負
荷するだけで、低い電圧で水素ガスの精製・圧縮を行う
ことができる電気化学デバイスが得られる。
【００５９】第８の発明によれば、燃料極と空気極とが
電解質膜の両面にそれぞれ配設してなる単電池を備え、
燃料極に一酸化炭素を含有する燃料ガスを供給し、空気
極に空気を供給して発電を行う燃料電池において、０．
５〜５秒の周期で燃料極と空気極とを電子的に短絡させ
て、燃料ガスに含有する一酸化炭素を電気化学的に酸化
分解して除去するので、燃料極側の触媒表面をクリーン
な状態で燃料電池を運転でき、高特性を安定して維持で
きる。
電解質膜の両面にそれぞれ配設してなる単電池を備え、
燃料極に一酸化炭素を含有する燃料ガスを供給し、空気
極に空気を供給して発電を行う燃料電池において、０．
５〜５秒の周期で燃料極と空気極とを電子的に短絡させ
て、燃料ガスに含有する一酸化炭素を電気化学的に酸化
分解して除去するので、燃料極側の触媒表面をクリーン
な状態で燃料電池を運転でき、高特性を安定して維持で
きる。
【００６０】第９の発明によれば、改質器で改質された
改質ガスを燃料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃
料電池の空気極に供給して発電を行う燃料電池発電シス
テムにおいて、改質器と燃料極との改質ガスの経路中
に、上記第の３乃至第５の発明のいずれかの発明に記載
された電気化学デバイスを配設し、該改質ガス中に含ま
れる一酸化炭素を除去して該燃料極に供給するようにし
たので、燃料ガス中のＣＯ濃度を低減し、燃料極側の触
媒のＣＯ被毒を抑え、特性の高い発電を起こすことがで
きる。
改質ガスを燃料電池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃
料電池の空気極に供給して発電を行う燃料電池発電シス
テムにおいて、改質器と燃料極との改質ガスの経路中
に、上記第の３乃至第５の発明のいずれかの発明に記載
された電気化学デバイスを配設し、該改質ガス中に含ま
れる一酸化炭素を除去して該燃料極に供給するようにし
たので、燃料ガス中のＣＯ濃度を低減し、燃料極側の触
媒のＣＯ被毒を抑え、特性の高い発電を起こすことがで
きる。
【図１】 この発明の実施の形態１に係るＣＯの除去方
法に適用される電気化学デバイスを示す模式断面図であ
る。
法に適用される電気化学デバイスを示す模式断面図であ
る。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るＣＯの除去方
法による電圧印加の変化を示す図である。
法による電圧印加の変化を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るＣＯの除去方
法によるパルス印加電圧・時間とＣＯ除去効果の関係を
示す図である。
法によるパルス印加電圧・時間とＣＯ除去効果の関係を
示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係るＣＯの除去方
法によるパルス印加周期とＣＯ除去効果の関係を示す図
である。
法によるパルス印加周期とＣＯ除去効果の関係を示す図
である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係るＣＯの除去方
法に適用される電気化学デバイスを示す模式図である。
法に適用される電気化学デバイスを示す模式図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係るＣＯ除去方法
による電気化学デバイスのガスの流れ方向におけるＣＯ
濃度を測定した結果を示す図である。
による電気化学デバイスのガスの流れ方向におけるＣＯ
濃度を測定した結果を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係るＣＯの除去方
法に適用される電気化学デバイスを示す模式図である。
法に適用される電気化学デバイスを示す模式図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係るＣＯの除去方
法に説明する図である。
法に説明する図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係るＣＯの除去方
法に説明する図である。
法に説明する図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係るＣＯの除去
方法に適用される電気化学デバイスを示す模式図であ
る。
方法に適用される電気化学デバイスを示す模式図であ
る。
【図１１】 この発明の実施の形態７に係るＣＯの除去
方法に適用される電気化学デバイスを示す模式断面図で
ある。
方法に適用される電気化学デバイスを示す模式断面図で
ある。
【図１２】 この発明の実施の形態７に係るＣＯの除去
方法によるパルス印加電圧とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
方法によるパルス印加電圧とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態７に係るＣＯの除去
方法によるパルス印加時間とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
方法によるパルス印加時間とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態７に係るＣＯの除去
方法によるパルス印加周期とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
方法によるパルス印加周期とセル電圧増加防止効果の関
係を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態８に係るＣＯの除去
方法に適用される燃料電池を示す模式断面図である。
方法に適用される燃料電池を示す模式断面図である。
【図１６】 この発明の実施の形態９に係るＣＯの除去
方法に適用される燃料電池を示す模式断面図である。
方法に適用される燃料電池を示す模式断面図である。
【図１７】 この発明の実施の形態９に係るＣＯの除去
方法に適用される燃料電池の短絡バーを示す平面図であ
る。
方法に適用される燃料電池の短絡バーを示す平面図であ
る。
１ 電解質膜、２、３ ガス拡散電極、４、５ 触媒
層、６ ガス流路（第２のガス供給手段）、７ ガス流
路（第１のガス供給手段）、１０、１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０Ａ、１０Ｂ 電気化学セル、１２、１３ 端
板、１６ マニホールド（ガス供給手段）、１９Ａ、１
９Ｂ マニホールド（ガス流通手段）、２１ ハウジン
グ、２２ 第１の空間、２３ 第２の空間、２４ ガス
供給口、２５ ガス排出口、３０ 単電池、３６ 短絡
リング、３７ 短絡バー、５０、５１、５２、５３、５
４、５５、５６ 電気化学デバイス、５７、５８ 燃料
電池。
層、６ ガス流路（第２のガス供給手段）、７ ガス流
路（第１のガス供給手段）、１０、１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０Ａ、１０Ｂ 電気化学セル、１２、１３ 端
板、１６ マニホールド（ガス供給手段）、１９Ａ、１
９Ｂ マニホールド（ガス流通手段）、２１ ハウジン
グ、２２ 第１の空間、２３ 第２の空間、２４ ガス
供給口、２５ ガス排出口、３０ 単電池、３６ 短絡
リング、３７ 短絡バー、５０、５１、５２、５３、５
４、５５、５６ 電気化学デバイス、５７、５８ 燃料
電池。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｚ (56)参考文献 特開 昭62−7886（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ ｃ．，135［10］（1988）ｐ．2459− 2465 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/32 B01D 53/86 - 53/90 B01J 10/00 - 12/02 B01J 14/00 - 16/00 B01J 19/00 - 19/32 H01M 4/86 - 4/98 H01M 8/04 - 8/06 C10K 3/04 C01B 3/56
Claims (15)
- 【請求項１】 一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電
解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる
電気化学セルの一側のガス拡散電極に一酸化炭素を含む
水素ガスを供給し、他側のガス拡散電極に対して正のパ
ルス状電位を該一側のガス拡散電極に連続的に印加し
て、該一側のガス拡散電極中を流通する水素ガス中に含
まれる一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去する
ことを特徴とする一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化
炭素を除去する方法。 - 【請求項２】 一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電
解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる
電気化学セルの両ガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素
ガスを供給し、連続的にパルス状電位を該一対のガス拡
散電極に交互に印加して、該一対のガス拡散電極中を流
通する水素ガス中に含まれる一酸化炭素を電気化学的に
酸化分解して除去することを特徴とする一酸化炭素を含
む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法。 - 【請求項３】 上記連続的に印加するパルス状電位が水
素参照極に対して０．５Ｖ以上であることを特徴とする
請求項１または２に記載の一酸化炭素を含む水素ガスか
ら一酸化炭素を除去する方法。 - 【請求項４】 上記連続的に印加するパルス状電位のパ
ルス幅が０．００３〜０．２秒の範囲であり、パルス周
期が０．２〜１秒の範囲であることを特徴とする請求項
１または２に記載の一酸化炭素を含む水素ガスから一酸
化炭素を除去する方法。 - 【請求項５】 上記電気化学セルをガスの流れ方向に直
列に複数配置するとともに、下流側の電気化学セルに印
加するパルス状電位のパルス幅を上流側の電気化学セル
に印加するパルス状電位のパルス幅よりも小さくしたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の一酸化炭素を
含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法。 - 【請求項６】 一対のガス拡散電極がイオン伝導性の電
解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてなる
電気化学セルと、前記一対のガス拡散電極の一側のガス
拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給する第１の
ガス供給手段と、前記一対のガス拡散電極の他側のガス
拡散電極に水素ガスを主成分とするガスを供給する第２
のガス供給手段と、前記他側のガス拡散電極に対して正
のパルス状電位を前記一側のガス拡散電極に連続的に印
加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする一酸化
炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する電気化学
デバイス。 - 【請求項７】 上記電気化学セルがガスの流れに対して
直列に複数配列されていることを特徴とする請求項６に
記載の一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去
する電気化学デバイス。 - 【請求項８】 ガス拡散電極とイオン伝導性の電解質膜
とを触媒層を介して交互に積層されてなる電気化学セル
積層体と、前記電気化学セル積層体の両端に配設されて
該電気化学セル積層体に電圧を供給する一対の端板と、
前記ガス拡散電極に一酸化炭素を含む水素ガスを供給す
るガス供給手段と、連続的にパルス状電位を前記一対の
端板に交互に印加する電圧印加手段とを備えたことを特
徴とする一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除
去する電気化学デバイス。 - 【請求項９】 ガス拡散電極とイオン伝導性の電解質膜
とを触媒層を介して交互に積層されてなる電気化学セル
積層体と、前記電気化学セル積層体の両端に配設されて
該電気化学セル積層体に電圧を供給する一対の端板と、
一酸化炭素を含む水素ガスを前記電気化学セル積層体の
各ガス拡散電極中を積層方向の一端側から他端側に直列
に流通させるガス流通手段と、連続的にパルス状電位を
前記一対の端板に印加する電圧印加手段とを備えたこと
を特徴とする一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素
を除去する電気化学デバイス。 - 【請求項１０】 一対のガス拡散電極がイオン伝導性の
電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介して配設されてな
る電気化学セルを備え、一側のガス拡散電極に一酸化炭
素を含む水素ガスを供給し、他側のガス拡散電極に対し
て正の電解電圧を一側のガス拡散電極に印加して一酸化
炭素を含む水素ガスを該一側のガス拡散電極上でイオン
化し、イオン化された水素イオンを電解質膜中を伝導さ
せて他側のガス拡散電極上で水素に還元して純水素に精
製する電気化学デバイスにおいて、前記他側のガス拡散
電極に対して正のパルス状電位を前記一側のガス拡散電
極に連続的に印加して、供給される水素ガスに含まれる
一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去することを
特徴とする電気化学デバイスの運転方法。 - 【請求項１１】 上記連続的にかけるパルス状電位がパ
ルスとパルスとの間の電解電圧よりも０．５Ｖ以上であ
ることを特徴とする請求項１０に記載の電気化学デバイ
スの運転方法。 - 【請求項１２】 上記パルス状電位のパルス幅が０．０
１〜０．５秒の範囲であり、パルス周期が０．５〜１０
秒の範囲である請求項１０に記載の電気化学デバイスの
運転方法。 - 【請求項１３】 ハウジングと、一対のガス拡散電極が
イオン伝導性の電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を介し
て配設されてなり、前記ハウジング内を該一対のガス拡
散電極の一側のガス拡散電極が面する第１の空間と他側
のガス拡散電極が面する第２の空間とに区画するように
該ハウジングに収容された電気化学セルと、前記一側の
ガス拡散電極に電解電位にパルス状電位を連続的に重畳
した電圧波形を印加する電圧印加手段と、前記第１の空
間に一酸化炭素を含む水素ガスを供給するガス供給口
と、前記第２の空間からガスを排出するガス排出口とを
備え、前記一側のガス拡散電極に印加される正の電圧に
より、第１の空間内の水素ガスをイオン化し、イオン化
された水素イオンを前記電解質膜中を伝導させ、前記他
側のガス拡散電極上で水素に還元させて前記第２の空間
内に純水素を生成させるとともに、前記一側のガス拡散
電極に印加されるパルス状電位により前記第１の空間内
の一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去させるこ
とを特徴とする電気化学デバイス。 - 【請求項１４】 燃料極と空気極とが電解質膜の両面に
それぞれ配設してなる単電池を備え、燃料極に一酸化炭
素を含有する燃料ガスを供給し、空気極に空気を供給し
て発電を行う燃料電池において、０．５〜５秒の周期で
燃料極と空気極とを電子的に短絡させて、燃料ガスに含
有する一酸化炭素を電気化学的に酸化分解して除去する
ことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 【請求項１５】 改質器で改質された改質ガスを燃料電
池の燃料極に供給し、酸化剤ガスを燃料電池の空気極に
供給して発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前
記改質器と前記燃料極との改質ガスの経路中に、上記請
求項６、８および９のいずれかに記載された電気化学デ
バイスを配設し、該改質ガス中に含まれる一酸化炭素を
除去して該燃料極に供給するようにしたことを特徴とす
る燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09024049A JP3088320B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法および燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09024049A JP3088320B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 一酸化炭素を含む水素ガスから一酸化炭素を除去する方法、その電気化学デバイス、その運転方法、燃料電池の運転方法および燃料電池発電システム |
Publications (2)
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