JP5273580B2 - 直接型燃料電池システム - Google Patents
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Description
非特許文献1の論文は、「水素の発生は、運転中のセルにおける電力のアウトプットを減少させるばかりでなく、開路状態で燃料を連続的に消費するので、DMFCが運転中及び待機中のいずれの時でも、カソードに酸素を十分かつ一定に供給し続けることが重要である」と結論付け、非特許文献2の論文も、「大きなMEA面積を有するDMFCについては、システムのシャットダウン及びスタートアップによって引き起こされる水素の蓄積に注意する必要がある」と結論付けているから、アノード側から発生する水素は少なくした方がよい、又は、除去した方がよいという技術的思想は示されているといえるが、いずれの論文にも、水素を除去する手段については記載がない。
Electrochemical and Solid-State Letters,8(1)A52-A54(2005) Electrochemical and Solid-State Letters,8(4)A211-A214(2005)
(1)固体高分子電解質膜を電解質とする直接型燃料電池と、前記直接型燃料電池のアノードに有機物あるいは有機物溶液を供給する燃料供給手段と、前記直接型燃料電池のカソードに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた直接型燃料電池システムにおいて、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむ配管に水素透過膜を設け、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこみ、該ガスに含まれる水素ガスをカソードで酸化して水素ガスを除去した後に、直接型燃料電池システム外に排出することを特徴とする直接型燃料電池システム。
(2)前記アノードから水素ガスが発生する条件を検知する制御装置を設けて、前記制御装置が水素ガス発生条件を検知した場合に、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむことを特徴とする前記(1)の直接型燃料電池システム。
(3)前記アノードから排出されるガスを直接型燃料電池システム外に排出する配管に三方コックを設け、前記制御装置が水素ガス発生条件を検知した場合に、前記三方コックを切り替えて、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむことを特徴とする前記(2)の直接型燃料電池システム。
(4)前記アノードから排出されるガスを、燃料タンクを介して直接型燃料電池システム外に排出することを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか一項の直接型燃料電池システム。
また、カソードに送りこむ配管に水素透過膜を設けた場合には、水素ガスのみを効率的に除去することができる。
さらに、水素ガス発生条件を検知する制御装置を用いた場合には、アノードから排出されるガスを、水素ガスが含まれる場合にのみ、カソードに送り込むことができるから、カソードを水素ガス除去手段として効率良く使用することができると共に、カソードの酸化触媒の寿命を延ばすことができる。
(A)CH3OH+H2O→6H++6e−+CO2
(B)6H++6e−+3/2O2→3H2O
(C)6H++6e−→3H2
(D)CH3OH+H2O→6H++6e−+CO2
特許文献1に示されているように、水素ガスの発生は、開路電圧に依存し、空気流量が低下し、開路電圧が300〜800mVになると、水素ガスが発生することが分かっているから、直接型燃料電池の単位電池の電圧を計測する電圧計測手段を備え、該電圧計測手段によって計測された単位電池の開路電圧が、800mV以下となった場合に、アノードから排出されるガスをカソードに送りこむようにする手段を採用することができる。例えば、アノードから排出されるガスを直接型燃料電池システム外に排出する配管に三方コックを設け、制御装置が水素ガス発生条件を検知した場合に、三方コックを切り替えて、アノードから排出されるガスをカソードに送りこむようにしてもよい。
白金とルテニウムとを活性炭素に担持させてなる燃料極触媒に、テフロン(登録商標)分散液およびナフィオン(登録商標)溶液を混合して作製した燃料極ペーストを、カーボンペーパー上に塗布してアノード1を得、白金を活性炭素に担持させてなる空気極触媒に、テフロン(登録商標)分散液およびナフィオン(登録商標)溶液を混合して作製した空気極ペーストを、カーボンペーパーに塗布してカソードを得た。アノード・カソードとも、電極面積は64cm2、触媒担持量は1mg/cm2とした。
2 電解質膜
3 パッキン
4 セパレータ
5 積層体
6 集電板
7 絶縁板
8 エンドプレート
9 ボルト
10 ナット
11 燃料電池スタック
12 燃料供給用の溝
13 燃料供給用マニホールド穴
14 燃料排出用マニホールド穴
15 酸化剤供給用の溝
16 酸化剤供給用マニホールド穴
17 酸化剤排出用マニホールド穴
51 ブロア
52 ポンプ
53 ラジエータ
54 水タンク
55 高濃度燃料タンク
56 燃料タンク
60 制御装置
61,62 バルブ
63,64 電力端子
65 排気口
66 ベント
67 逆止弁
68 接続部
69 三方コック
90〜93 信号
Claims (4)
- 固体高分子電解質膜を電解質とする直接型燃料電池と、前記直接型燃料電池のアノードに有機物あるいは有機物溶液を供給する燃料供給手段と、前記直接型燃料電池のカソードに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた直接型燃料電池システムにおいて、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむ配管に水素透過膜を設け、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこみ、該ガスに含まれる水素ガスをカソードで酸化して水素ガスを除去した後に、直接型燃料電池システム外に排出することを特徴とする直接型燃料電池システム。
- 前記アノードから水素ガスが発生する条件を検知する制御装置を設けて、前記制御装置が水素ガス発生条件を検知した場合に、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむことを特徴とする請求項1に記載の直接型燃料電池システム。
- 前記アノードから排出されるガスを直接型燃料電池システム外に排出する配管に三方コックを設け、前記制御装置が水素ガス発生条件を検知した場合に、前記三方コックを切り替えて、前記アノードから排出されるガスを前記カソードに送りこむことを特徴とする請求項2に記載の直接型燃料電池システム。
- 前記アノードから排出されるガスを、燃料タンクを介して直接型燃料電池システム外に排出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の直接型燃料電池システム。
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