JP5150173B2 - イオン伝導性電解質膜の検査方法および検査装置 - Google Patents
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Description
本発明に係るイオン伝導性電解質膜の検査装置(請求項7)は、一方の面に調光薄膜を接合し、且つ他方の面に水素極を接合した水素イオン伝導性電解質膜を検査する装置であって、水素極側の空間を形成する容器と、調光薄膜と水素極との間にスイッチを介して電気的に接続される電気回路とを有している。したがって、スイッチがオフの状態において水素極側の空間に水素ガスを供給すれば、請求項1の検査方法と同様に電解質膜の欠陥部の有無を検査することができる(欠陥部検査)。また、スイッチがオンの状態において水素極側の空間に水素ガスを供給すれば請求項1の検査方法と同様に電解質膜の水素イオン伝導性の均一性の良否を検査することができる(イオン伝導性検査)。該検査装置は、スイッチの操作で電解質膜の欠陥部の位置と水素イオン伝導性の均一性を連続した工程で検査でき、上記水素イオン伝導性検査は、常温で行うことができる。
図1及び図2に示すように、検査対象となる電解質膜10は、その一方の面10aに電解質膜10と同一平面状形を有する調光薄膜11が接合され、その他方の面10bに電解質膜10と同一平面状形を有する水素極14が接合されている。ここで調光薄膜11は、触媒膜12と反応膜13を有し、触媒膜12で電解質膜10の一方の面10aに接している。また水素極14は、水素拡散膜15とアノード極16を有し、アノード極16で電解質膜10の他方の面10bに接している。かくして調光薄膜11と調光薄膜11は、電解質膜10を挟んで相対している。また電源回路17の正電圧電極17pは、図1に示すように、水素極14のアノード極16に接続され、負電圧電極17nは、スイッチSを介し調光薄膜11の反応膜13に接続される。すなわちスイッチSがオンされると、電源回路17は、アノード極16から電子を取り出して反応膜13へと移動させる電気回路を形成するとともに、反応膜13をアノード極16に対し負電位にバイアスする(反応膜13とアノード極16間に電界を生じさせる)。
イオン伝導性電解質膜の検査装置30は、図3に示す第1の空間(水素極側の空間)21を形成する容器20、電源回路17およびスイッチSを有している。電源回路17は、スイッチSを介し調光薄膜11および水素極に電気的に接続される。容器20は、調光薄膜11を接合した電解質膜10を収容すると、水素極14側に第1の空間を形成し、調光薄膜11側に第2の空間を形成する。もちろん両空間は、電解質膜10等で遮られる(調光薄膜11および水素極14を接合した電解質膜10は、その周辺部を枠(図示せず)で挟持されるなどして容器20の内部に取り付けられる)。第1の空間21は、水素ガスH2を供給する水素ガス供給口21aを有し、第2の空間22は、空気(又は酸素)を供給する空気供給口22aを有している。なお図3中の21bは、未反応水素ガスH2を回収するための回収口であり、同じく22bは未反応空気(酸素)と調光薄膜11で生成された水蒸気を排出する排出口である。また第2の空間22の周壁23には、調光薄膜11を目視するための窓24が設けられている(ガラス25が窓24に取り付けられて容器20の内部と外部を遮蔽している)。好ましくは、第1の空間21の気圧が、ポンプ(気圧調整手段)26で、第2の空間22の気圧よりも高い気圧に維持される。なお気圧調整手段は、第1の空間21の気圧を第2の空間22の気圧よりも高く維持する機能を有するものであれば、その構成を問わない。
電解質膜の欠陥部検査(欠陥部検査工程)は、以下のとおりである。スイッチSをオフにした状態で、例えばポンプ26で加圧された水素ガスH2を第1の空間21に供給し、第2の空間22には、例えばポンプ(図示せず)で空気を供給する(図3)。かかる状態において、電解質膜10にピンホール等の欠陥部が全くないときには、第1の空間21に供給された水素ガスH2は、電解質膜10に阻まれて調光薄膜11に触れることができない。したがって、調光薄膜11は水素化されず、調光薄膜11の反射率は変化しない(調光薄膜11の表面11aを目視したとき、調光薄膜11は、均一な高い反射率を有して鏡面のように見える)。電解質膜10にクラック10c(欠陥部)があるときには、図4に示すように、水素ガスH2が、水素極14を透過して、電解質膜10の他方の面10bからクラック10cを経て電解質膜10の一方の面10aへと漏洩する。するとクラック10cに接する調光薄膜11の部分11cは、漏洩した水素ガスH2の多寡に応じて反射率が迅速に変化する(反射率が低下して、調光薄膜11の斑として目視できる)。かくして調光薄膜11に水素ガス漏洩を生じさせる欠陥部の有無、欠陥部の位置、欠陥部の形状を目視によって迅速に検査することができる。
電解質膜のイオン伝導性検査(イオン伝導性検査工程)は、以下のとおりである。スイッチSをオンにした状態で、例えばポンプ26で加圧された水素ガスH2を第1の空間21に供給し、第2の空間22には、例えばポンプ(図示せず)で空気を供給する(図3)。かかる状態では、図5に示すように、第1の空間21に供給された水素ガスH2は、水素極14の水素拡散膜15で拡散されアノード極16に到達する。アノード極16では水素ガスH2が水素イオンH+と電子eに分離する。水素イオンH+は、電源回路17の正電圧による電気的斥力と、アノード極16に対し負電位にバイアスさた反応膜13の電気的引力とによって、電解質膜10を透過して触媒膜12に到達する(矢印C)。一方、電子eは、電源回路17の正電圧電極17pから負電圧電極17nを経て調光薄膜11の反応膜13へ達し、さらに触媒膜12へ向かう(矢印A及びB)。かくして電解質膜10内を透過した水素イオンH+は、電解質膜10と触媒膜12との界面近傍において、電子eと結合して一旦水素ガスH2となる。こうして生成された水素ガスH2は、触媒膜12の作用で反応膜13と反応して(水素分子Hとなって)、反応膜13を可逆的に水素化する(調光薄膜11が、水素イオンH+の多寡に応じて鏡面状態から透明状態へと可逆的に変化する)。この検査では、スイッチSは、第1の空間21に水素ガスH2を供給したのちオンされても、あるいは水素ガスH2の供給前にオンされてもよい。電願回路17によって、電解質膜10における水素イオンH+の透過が促進されればよいのである。
10a 電解質膜の一方の面
10b 電解質膜の他方の面
10c クラック(欠陥部)
11 調光薄膜
11c 電解質膜の欠陥部に接する調光薄膜の部分
12 触媒膜
13 反応膜
14 水素極
15 水素拡散膜
16 アノード極
17 電源回路(電気回路)
17p 電源回路の正電圧電極
17n 電源回路の負電圧電極
21 第1の空間
H 水素分子
H+ 水素イオン
H2 水素ガス
Claims (9)
- イオン伝導性電解質膜の検査方法であって、
前記電解質膜の一方の面に調光薄膜を、前記電解質膜の他方の面に水素極を、それぞれ接合し、
前記調光薄膜と前記水素極との間にスイッチを介して電気回路を接続し、
前記スイッチがオフの状態において水素ガスを前記水素極側の空間に供給して、前記電解質膜にガスの漏洩を生じさせる欠陥部があるときには、前記欠陥部を通じて前記水素ガスを前記水素極側の空間から前記電解質膜の一方の面へと漏洩させて、漏洩した前記水素ガスで前記調光薄膜を水素化して、前記水素化で生じる前記調光薄膜の光学的反射率の変化によって、前記電解質膜の前記欠陥部の有無を検査する工程と、
前記スイッチがオンの状態において水素ガスを前記水素極側の空間に供給して前記水素極によってイオン化し、前記イオン化で生じた電子を前記電気回路経由で前記水素極から前記調光薄膜に供給するとともに、前記イオン化で生じた水素イオンを前記水素極から前記電解質膜を透過させて前記調光薄膜に供給し、前記調光薄膜に到達した前記水素イオンで前記調光薄膜を水素化して、前記水素化で生じる前記調光薄膜の光学的反射率の変化の均一性によって、前記電解質膜の水素イオン伝導性の均一性を検査する工程を有することを特徴とするイオン伝導性電解質膜の検査方法。 - 前記電気回路が電源回路であり、前記水素極が前記電源回路の正電圧電極に電気的に接続され、前記調光薄膜が前記電源回路の負電圧電極に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のイオン伝導性電解質膜の検査方法。
- 前記調光薄膜は触媒膜と反応膜を有し、
前記反応膜が前記電源回路の負電圧電極に電気的に接続され、
前記電解質膜と接する前記触媒膜が、前記電解質膜を透過した水素イオンで前記反応膜を水素化することを特徴とする請求項2に記載のイオン伝導性電解質膜の検査方法。 - 前記水素極は水素拡散膜とアノード極を有し、前記アノード極が前記電源回路の正電圧電極に電気的に接続されるとともに前記電解質膜と接することを特徴とする請求項2に記載のイオン伝導性電解質膜の検査方法。
- 前記反応膜はマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・バナジウム合金もしくはマグネシウムで形成された反応膜であり、前記触媒膜はパラジウムもしくは白金で形成された触媒膜であることを特徴とする請求項3に記載のイオン伝導性電解質膜の検査方法。
- 前記水素極側の空間における気圧を前記調光薄膜側の空間における気圧よりも高く維持することを特徴とする請求項1に記載のイオン伝導性電解質膜の検査方法。
- 一方の面に調光薄膜を、他方の面に水素極を接合した水素イオン伝導性電解質膜の検査装置であって、
前記水素極側の空間を形成する容器と、前記調光薄膜と前記水素極との間にスイッチを介して電気的に接続される電気回路とを有し、
前記スイッチがオフの状態において前記水素極側の空間に水素ガスを供給し、前記電解質膜にガスの漏洩を生じさせる欠陥部があるときには、前記欠陥部を通じて前記水素ガスを前記電解質膜の他方の面から前記電解質膜の一方の面へと漏洩させて、漏洩した前記水素ガスで前記調光薄膜を水素化して、前記水素化で生じる前記調光薄膜の光学的反射率の変化によって、前記電解質膜の前記欠陥部の有無を検査し、
前記スイッチがオンの状態において前記水素極側の空間に水素ガスを供給し、前記水素ガスを前記水素極によってイオン化し、前記イオン化で生じた電子を前記電気回路経由で前記水素極から前記調光薄膜に供給するとともに、前記イオン化で生じた水素イオンを前記水素極から前記電解質膜を透過させて前記調光薄膜に供給し、前記調光薄膜に到達した前記水素イオンで前記調光薄膜を水素化して、前記水素化で生じる前記調光薄膜の光学的反射率の変化の均一性によって、前記電解質膜の水素イオン伝導性の均一性を検査することを特徴とするイオン伝導性電解質膜の検査装置。 - 前記電気回路が電源回路であり、前記電源回路の正電圧電極が前記水素極に電気的に接続され、前記電源回路の負電圧電極が前記調光薄膜に電気的に接続されることを特徴とする請求項7に記載のイオン伝導性電解質膜の検査装置。
- 請求項7または8に記載のイオン伝導性電解質膜の検査装置において、さらに前記水素極側の空間における気圧を前記調光薄膜側の空間における気圧よりも高く維持する気圧調整手段を備えたことを特徴とするイオン伝導性電解質膜の検査装置。
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