JP5752433B2 - アルカリ形燃料電池システム - Google Patents
アルカリ形燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5752433B2 JP5752433B2 JP2011027474A JP2011027474A JP5752433B2 JP 5752433 B2 JP5752433 B2 JP 5752433B2 JP 2011027474 A JP2011027474 A JP 2011027474A JP 2011027474 A JP2011027474 A JP 2011027474A JP 5752433 B2 JP5752433 B2 JP 5752433B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- humidity
- unit
- fuel cell
- reducing agent
- oxidant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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
カソード極:1/2O2+H2O+2e‐ → 2OH- (1)
で表される触媒反応によりOH-が生成される。このOH-は、水分子との水和状態で電解質膜を介してアノード極側に伝達される。一方、アノード極では、供給された還元剤(燃料)、たとえばH2ガスとカソード極から伝達されたOH-とが、下記式(2):
アノード極:H2+2OH- → 2H2O+2e‐ (2)
で表される触媒反応を起こし、水および電子を生成する。
アノード極内での還元剤の湿度=(φw×Nt+Nr)/Nt
=φw+Nr/Nt (3)
と算出できる。
カソード極内での酸化剤の湿度=(φw’×Nt’−Nr’)/Nt’
=φw’−Nr’/Nt’ (4)
と算出できる。
[a]アルカリ形燃料電池システムの構成
図1は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔A〕の構成の一例を示す概略図である。図1に示されるアルカリ形燃料電池システム100は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部101;燃料電池部101に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部102;燃料電池部101に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部103;還元剤供給部102に接続され、アノード極に供給される還元剤の流量および/または湿度を調整するための第1調整部104;燃料電池部101に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Hを少なくとも検出する第1検出部105;ならびに、第1調整部104および第1検出部105に接続され、第1検出部105による検出結果に基づいて、第1調整部104による還元剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第1制御部106を含む。
燃料電池部101はアルカリ形燃料電池から構成される。アルカリ形燃料電池とは、電解質膜としてアニオン伝導性電解質膜(アニオン交換膜)を備えた、電荷キャリアが水酸化物イオン(OH-)である燃料電池である。アルカリ形燃料電池は、アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で有する膜電極複合体(MEA)を発電主要部として備える。
アニオン伝導性電解質膜201としては、OH-イオンを伝導でき、かつ、アノード極202とカソード極203との間の短絡を防止するために電気的絶縁性を有する限り特に制限されないが、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を好適に用いることができる。アニオン伝導性固体高分子電解質膜の好ましい例は、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第4級アンモニウム系の固体高分子電解質膜(アニオン交換膜)が挙げられる。また、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム溶液を含浸させた膜やアニオン伝導性固体酸化物電解質膜をアニオン伝導性電解質膜201として用いることもできる。
アニオン伝導性電解質膜201の一方の面に形成されるアノード極202および他方の面に形成されるカソード極203には、触媒(それぞれアノード触媒、カソード触媒)と電解質(それぞれアノード電解質、カソード電解質)とを含有する多孔質層からなる触媒層(それぞれアノード触媒層、カソード触媒層)が少なくとも設けられる。これらの触媒層は、アニオン伝導性電解質膜201の表面に接して積層される。アノード触媒は、アノード極202に供給された還元剤とOH-とから、水および電子を生成する反応を触媒する。アノード電解質は、アニオン伝導性電解質膜201から伝導してきたOH-を触媒反応サイトへ伝導する機能を有する。一方、カソード触媒は、カソード極203に供給された酸化剤および水と、アノード極202から伝達された電子とから、OH-を生成する反応を触媒する。カソード電解質は、生成したOH-をアニオン伝導性電解質膜201へ伝導する機能を有する。
図2に示されるように、アルカリ形燃料電池は、通常、膜電極複合体210のアノード極202上に配置される、還元剤をアノード極202へ導入するためのアノードセパレータ204およびカソード極203上に配置される、酸化剤をカソード極203に導入するためのカソードセパレータ205を備える。アノードセパレータ204およびカソードセパレータ205はそれぞれ、膜電極複合体210側の面に還元剤または酸化剤を流通させるための溝からなる流路(それぞれ還元剤流路206、酸化剤流路207)を備えるものであることができる。当該流路は、1または2以上の溝から構成することができ、その形状は特に制限されず、ライン状、サーペンタイン状等であることができる。後述する還元剤供給部と還元剤流路206とを接続することにより、還元剤を還元剤流路206に流通させて、アノード極202に還元剤を供給することができる。同様に、後述する酸化剤供給部と酸化剤流路207とを接続することにより、酸化剤を酸化剤流路207に流通させて、カソード極203に酸化剤を供給することができる。
還元剤供給部102は、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための部位であり、たとえば、還元剤供給源(還元剤収容タンクなど)とアルカリ形燃料電池のアノード側(より具体的にはアノードセパレータの還元剤流路)とを接続する配管であることができる。また、酸化剤供給部103は、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための部位であり、たとえば、酸化剤供給源(酸化剤収容タンクなど)とアルカリ形燃料電池のカソード側(より具体的にはカソードセパレータの酸化剤流路)とを接続する配管であることができる。還元剤供給部102および酸化剤供給部103の材質は特に制限されず、高分子材料、金属、合金などであってよい。還元剤供給部102および酸化剤供給部103には、必要に応じて、還元剤または酸化剤の流動を促進するポンプやファンが設けられてもよい。
第1調整部104は、還元剤供給部102を流通する(アノード極に供給されることとなる)還元剤の流量あるいは湿度(相対湿度)、またはこれらの双方を調整するための部位であり、還元剤供給部102に接続される。第1調整部104は、たとえば、還元剤供給部102内に設けられた、還元剤の流量を調整する流量調整弁あるいは還元剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。
1)温度制御可能な水浴を有しており、還元剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なう装置。水浴の温度を調整することにより、還元剤の湿度を増減させることができる。
還元剤の湿度=〔第1調整部(調湿器)の温度における水の飽和蒸気圧〕/〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 (5)
により定義される。
温度Tにおける水の飽和蒸気圧=6.11×10{7.5T/(T+237.3)}〔hPa〕 (6)
を用いて算出したりすることで得ることができる。得られた還元剤の湿度を参照することにより、第1調整部104による還元剤の湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
第1検出部105は、燃料電池部101に接続される、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度H(出口側相対湿度H)を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度Hは、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか(あるいはそのような兆候が認められるか)否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度Hを検出し、この検出結果に基づき、アノード極に供給される還元剤の流量および/または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
Δi=(i1−i0)/(t1−t0)〔mA/(cm2・min)〕 (7)
〔i0は測定開始時間t0(min)における電流量(mA/cm2)であり、i1は測定終了時間t1における電流量である。〕
で表される。測定時間(すなわち、t1−t0)は、1〜10分の間で任意の測定時間を選択することができる。電流量i0、i1は、通常用いられている電流計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接組み込んで電流量を常時測定することができる電流計が用いられる。
ΔV=(V1−V0)/(t1−t0)〔mV/min〕 (8)
〔V0は測定開始時間t0(min)における電圧量(mV)であり、V1は測定終了時間t1における電圧量である。〕
で表される。測定時間(すなわち、t1−t0)は、1〜10分の間で任意の測定時間を選択することができる。電圧量V0、V1は、通常用いられている電圧計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接、並列に組み込んで電圧量を常時測定することができる電圧計が用いられる。
第1制御部106は、第1検出部105から出力される検出結果信号(相対湿度H、または、相対湿度H、ΔiおよびΔV値)に基づいて、第1調整部104による還元剤の流量および/または湿度の調整を制御する部位であり、第1調整部104および第1検出部105に接続される。第1調整部104および燃料電池部101が上述の温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第1制御部106は、第1検出部105から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度H、Δi、ΔV値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する(この点については後で詳述する。)。この判定結果に基づき、アノード極の湿度が最適になるよう第1調整部104による還元剤の流量および/または湿度の調整の制御を行なう。第1制御部106としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
本実施形態のアルカリ形燃料電池システム(後述する他の実施形態についても同様である。)は、上記で述べたもの以外の他の構成部位を含むことができる。たとえば、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムは、通常、アルカリ形燃料電池のアノードセパレータを通過した還元剤を外部に排出するための還元剤排出部、および、カソードセパレータを通過した酸化剤を外部に排出するための酸化剤排出部を備える。還元剤排出部および酸化剤排出部はそれぞれ、アノードセパレータの還元剤流路、カソードセパレータの酸化剤流路の出口側端部に接続することができる。また、燃料電池部から排出された還元剤を放出できる程度まで希釈するための希釈部、あるいは、燃料電池部から排出された還元剤を還元剤供給部に戻すためのリサイクル用配管が設けられてもよい。
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するアノード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
図3は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図3に示される湿度制御においては、まず、第1検出部105により出口側相対湿度Hが検出される。そして、検出されたHが所定値AH(ただし、AHは100%RHより小さい値である。)以下であるか否か、および、所定値BH(ただし、BHは100%RHより大きい値である。)以上であるか否か(換言すれば、Hが100%RHを含むAH超BH未満の範囲内でないかどうか)が、第1制御部106により判定される(ステップS301)。この判定結果に基づき、第1制御部106は、第1調整部104を次のように制御する。
図4は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図4に示される湿度制御においては、まず、第1検出部105によりΔiが検出される。そして、検出されたΔiが0を含むCi〜Di(ただし、Ciは負の値であり、Diは正の値である。)の範囲内であるか否かが、第1制御部106により判定される(ステップS401)。ΔiがCi〜Diの範囲内である場合(すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるアノード極で生成する水の量の変化がほぼないと判断できる場合)、第1制御部106は、第1検出部105が出口側相対湿度Hを検出するように制御する(なお、ΔiがCi〜Diの範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたHが所定値AH(AHは上記と同じ意味である。)以下であるか否か、および、所定値BH(BHは上記と同じ意味である。)以上であるか否か(換言すれば、HがAH超BH未満の範囲内でないかどうか)が、第1制御部106により判定される(ステップS402)。この判定結果に基づき、第1制御部106は、第1調整部104等を次のように制御する。
図6は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図6に示される湿度制御においては、まず、第1検出部105によりΔiが検出される。そして、検出されたΔiが0を含むCi〜Di(CiおよびDiは上記と同じ意味である。)の範囲内であるか否かが、第1制御部106により判定される(ステップS601)。ΔiがCi〜Diの範囲内である場合、第1制御部106は、第1検出部105が出口側相対湿度Hを検出するように制御する(なお、ΔiがCi〜Diの範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたHが所定値EH(ただし、EHは100%RHより小さい値である。)以下であるか否か、および、所定値FH(ただし、FH=100%RHである。)以上であるか否か(換言すれば、HがEH超FH未満の範囲内でないかどうか)が、第1制御部106により判定される(ステップS602)。この判定結果に基づき、第1制御部106は、第1調整部104等を次のように制御する。
図8は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図8に示される湿度制御においては、まず、第1検出部105によりΔiが検出される。そして、検出されたΔiが0を含むCi〜Di(CiおよびDiは上記と同じ意味である。)の範囲内であるか否かが、第1制御部106により判定される(ステップS801)。ΔiがCi〜Diの範囲内である場合、第1制御部106は、第1検出部105がΔVを検出するように制御する(なお、ΔiがCi〜Diの範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたΔVが所定値Gv(Gvは上記と同じ意味である。)未満であるか否かが、第1制御部106により判定される(ステップS802)。この判定結果に基づき、第1制御部106は、第1調整部104等を次のように制御する。
[a]アルカリ形燃料電池システムの構成
図10は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔B〕の構成の一例を示す概略図である。図10に示されるアルカリ形燃料電池システム1000は、アルカリ形燃料電池が有するカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部1001;燃料電池部1001に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部1002;燃料電池部1001に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部1003;酸化剤供給部1003に接続され、カソード極に供給される酸化剤の流量および/または湿度を調整するための第2調整部1004;燃料電池部1001に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度H’を少なくとも検出する第2検出部1005;ならびに、第2調整部1004および第2検出部1005に接続され、第2検出部1005による検出結果に基づいて、第2調整部1004による酸化剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第2制御部1006を含む。
第2調整部1004は、酸化剤供給部1003を流通する(カソード極に供給されることとなる)酸化剤の流量あるいは湿度(相対湿度)、またはこれらの双方を調整するための部位であり、酸化剤供給部1003に接続される。第2調整部1004は、上記第1の実施形態で説明した第1調整部と同様、たとえば、酸化剤供給部1003内に設けられた、酸化剤の流量を調整する流量調整弁あるいは酸化剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。調湿器の具体例も第1調整部と同様である。
酸化剤の湿度=〔第2調整部(調湿器)の温度における水の飽和蒸気圧〕/〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 (9)
により定義される。
第2検出部1005は、燃料電池部1001に接続される、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度H’(出口側相対湿度H’)を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度H’は、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか(あるいはそのような兆候が認められるか)否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度H’を検出し、この検出結果に基づき、カソード極に供給される酸化剤の流量および/または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
第2制御部1006は、第2検出部1005から出力される検出結果信号(相対湿度H’、または、相対湿度H’、Δi’およびΔV’値)に基づいて、第2調整部1004による酸化剤の流量および/または湿度の調整を制御する部位であり、第2調整部1004および第2検出部1005に接続される。第2調整部1004および燃料電池部1001が、第1の実施形態において説明したような温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第2制御部1006は、第2検出部1005から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度H’、Δi’、ΔV’値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する(この点については後で詳述する。)。この判定結果に基づき、カソード極の湿度が最適になるよう第2調整部1004による酸化剤の流量および/または湿度の調整の制御を行なう。第2制御部1006としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するカソード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
図11は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図11に示される湿度制御においては、まず、第2検出部1005により出口側相対湿度H’が検出される。そして、検出されたH’が所定値AH’(ただし、AH’は100%RHより小さい値である。)以下であるか否か、および、所定値BH’(ただし、BH’は100%RHより大きい値である。)以上であるか否か(換言すれば、H’が100%RHを含むAH超BH未満の範囲内でないかどうか)が、第2制御部1006により判定される(ステップS1101)。この判定結果に基づき、第2制御部1006は、第2調整部1004を次のように制御する。
図12は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図12に示される湿度制御においては、まず、第2検出部1005によりΔi’が検出される。そして、検出されたΔi’が0を含むCi’〜Di’(ただし、Ci’は負の値であり、Di’は正の値である。)の範囲内であるか否かが、第2制御部1006により判定される(ステップS1201)。Δi’がCi’〜Di’の範囲内である場合(すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるカソード極で消費される水の量の変化がほぼないと判断できる場合)、第2制御部1006は、第2検出部1005が出口側相対湿度H’を検出するように制御する(なお、Δi’がCi’〜Di’の範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたH’が所定値AH’(AH’は上記と同じ意味である。)以下であるか否か、および、所定値BH’(BH’は上記と同じ意味である。)以上であるか否か(換言すれば、H’がAH’超BH’未満の範囲内でないかどうか)が、第2制御部1006により判定される(ステップS1202)。この判定結果に基づき、第2制御部1006は、第2調整部1004等を次のように制御する。
図14は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図14に示される湿度制御においては、まず、第2検出部1005によりΔi’が検出される。そして、検出されたΔi’が0を含むCi’〜Di’(Ci’およびDi’は上記と同じ意味である。)の範囲内であるか否かが、第2制御部1006により判定される(ステップS1401)。Δi’がCi’〜Di’の範囲内である場合、第2制御部1006は、第2検出部1005が出口側相対湿度H’を検出するように制御する(なお、Δi’がCi’〜Di’の範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたH’が所定値EH’(ただし、EH’は100%RHより小さい値である。)以下であるか否か、および、所定値FH’(ただし、FH’=100%RHである。)以上であるか否か(換言すれば、H’がEH’超FH’未満の範囲内でないかどうか)が、第2制御部1006により判定される(ステップS1402)。この判定結果に基づき、第2制御部1006は、第2調整部1004等を次のように制御する。
図16は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図16に示される湿度制御においては、まず、第2検出部1005によりΔi’が検出される。そして、検出されたΔi’が0を含むCi’〜Di’(Ci’およびDi’は上記と同じ意味である。)の範囲内であるか否かが、第2制御部1006により判定される(ステップS1601)。Δi’がCi’〜Di’の範囲内である場合、第2制御部1006は、第2検出部1005がΔV’を検出するように制御する(なお、Δi’がCi’〜Di’の範囲内でない場合については後述。)。そして、検出されたΔV’が所定値Gv’(Gv’は上記と同じ意味である。)未満であるか否かが、第2制御部1006により判定される(ステップS1602)。この判定結果に基づき、第2制御部1006は、第2調整部1004等を次のように制御する。
図18は、本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。図18に示されるアルカリ形燃料電池システム1800は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極およびカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、上記第1および第2の実施形態を組み合わせたものといえる。
<実施例1>
以下の手順でアルカリ形燃料電池システムを作製した。
芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、触媒層用のアニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、5重量%アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
上記膜電極複合体を、市販の燃料電池セル(エレクトロケム社製)を分解して取り出した部品と組み合わせて燃料電池を作製した。具体的には、まず、アノード極側集電体(エンドプレート)/カーボン製アノード極セパレータ(ガスフロープレート)/ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット/膜電極複合体/ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット/カーボン製カソード極セパレータ(ガスフロープレート)/カソード極側集電体(エンドプレート)の順に積層した。なお、両ガスケットの中心部には貫通孔が形成されているため、得られた積層体において、各極セパレータと膜電極複合体とは接触している。最後に、M3のボルトおよびナットを用いて5N・mで締め付けることによって、アルカリ形燃料電池を得た。
作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部101として用い、図1と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
上記実施例1の(1)〜(2)の方法で作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部1001として用い、図10と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
第1調整部104および第1制御部106を有しないこと以外は実施例1と同様にしてアルカリ形燃料電池システムを作製した。
(1)図5に示されるフローチャートに従うアノード極の湿度制御
<実施例A−1>
実施例1で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を600mA/cm2まで増加させ、時刻T2までこの電流量を維持した(T1−T0=5分)。
ステップS502において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約95%となるように調整し、アノード極の湿度を低減させた以外は実施例A−1と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。また、ステップS501において、還元剤の流量を低減させる代わりに、還元剤の相対湿度を増加させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例A−1と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻T1〜T2および時刻T3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第1調整部104の調湿器の温度を調整することにより行なった。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システム(第1調整部104および第1制御部106を有しない。)を用いたこと以外は実施例A−1と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加/低減要請に応じて、実施例A−1と同様に電流量を増加/低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例A−1およびA−2の初期値と同じである)。結果、時刻T1〜T2において、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻T3以降においては、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
実施例1で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を700mA/cm2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
ステップS404において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約95%となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例A−3と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約95%となるように減少させた後、図5のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システム(第1調整部104および第1制御部106を有しない。)を用いたこと以外は実施例A−3と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例A−3と同様に電流量を700mA/cm2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例A−3およびA−4の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
実施例1で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=700mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を200mA/cm2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
ステップS403において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約104%となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例A−5と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約104%となるように増加させた後、図5のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システム(第1調整部104および第1制御部106を有しない。)を用いたこと以外は実施例A−5と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例A−5と同様に電流量を200mA/cm2まで低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例A−5およびA−6の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
<実施例B−1>
実施例1で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を700mA/cm2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
ステップS405において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約95%となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例B−1と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約95%となるように減少させた後、図7のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システム(第1調整部104および第1制御部106を有しない。)を用いたこと以外は実施例B−1と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例B−1と同様に電流量を700mA/cm2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例B−1およびB−2の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
実施例1で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=700mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を200mA/cm2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
ステップS403において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約104%となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例B−3と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約104%となるように増加させた後、図7のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システム(第1調整部104および第1制御部106を有しない。)を用いたこと以外は実施例B−3と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例B−3と同様に電流量を200mA/cm2まで減少させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例B−3およびB−4の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
(1)図13に示されるフローチャートに従うカソード極の湿度制御
<実施例C−1>
実施例2で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を600mA/cm2まで増加させ、時刻T2までこの電流量を維持した(T1−T0=5分)。
ステップS1302において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約105%となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例C−1と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。また、ステップS1301において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を減少させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例C−1と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻T1〜T2および時刻T3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第2調整部1004の調湿器の温度を調整することにより行なった。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例C−1と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加/低減要請に応じて、実施例C−1と同様に電流量を増加/低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例C−1およびC−2の初期値と同じである)。結果、時刻T1〜T2において、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻T3以降においては、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
実施例2で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を700mA/cm2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
ステップS1204において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約95%となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例C−3と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約95%となるように減少させた後、図13のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例C−3と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例C−3と同様に電流量を700mA/cm2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例C−3およびC−4の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
実施例2で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=700mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を200mA/cm2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
ステップS1203において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約104%となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例C−5と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約104%となるように増加させた後、図13のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例C−5と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例C−5と同様に電流量を200mA/cm2まで低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例C−5およびC−6の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
<実施例D−1>
実施例2で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=300mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を700mA/cm2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
ステップS1405において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約95%となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例D−1と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約95%となるように減少させた後、図15のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例D−1と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例D−1と同様に電流量を700mA/cm2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例D−1およびD−2の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
実施例2で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤(H2)を、カソード極セパレータに酸化剤(空気)を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した(電流量=700mA/cm2、アルカリ形燃料電池内の温度=50℃)。その後、時刻T0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻T0から時刻T1にかけて直線的に電流量を200mA/cm2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
ステップS1403において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約104%となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例D−3と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約104%となるように増加させた後、図15のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整(最適化)した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は5分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
比較例1で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例D−3と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例D−3と同様に電流量を200mA/cm2まで減少させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した(これらの一定値は実施例D−3およびD−4の初期値と同じである)。結果、時刻T1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
Claims (10)
- アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記アノード極に供給される還元剤の流量および/または湿度を調整するための第1調整部と、
前記アノード極から排出される還元剤の相対湿度Hを少なくとも検出する第1検出部と、
前記第1調整部および前記第1検出部に接続され、前記第1検出部による検出結果に基づいて、前記第1調整部による前記還元剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第1制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システムであって、
前記第1検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δiおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔVをさらに検出するものであり、
前記第1検出部によって検出されたΔiがC i 〜D i (ただし、C i は負の値であり、D i は正の値である。)の範囲内である場合において、
前記第1検出部によって検出された相対湿度Hが所定値E H (ただし、EHは100%RHより小さい値である。)以下である場合には、前記第1制御部は、前記第1調整部が還元剤の流量の低減および/または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第1検出部によって検出された相対湿度Hが所定値F H (ただし、F H =100%RHである。)以上である場合には、前記第1制御部は、前記第1検出部がΔVを検出するように制御するとともに、該ΔVが所定値G V (ただし、G V は負の値である。)未満である場合には、前記第1調整部が還元剤の流量の増加および/または還元剤の湿度の低減を行なうように制御するアルカリ形燃料電池システム。 - アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記アノード極に供給される還元剤の流量および/または湿度を調整するための第1調整部と、
前記アノード極から排出される還元剤の相対湿度Hを少なくとも検出する第1検出部と、
前記第1調整部および前記第1検出部に接続され、前記第1検出部による検出結果に基づいて、前記第1調整部による前記還元剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第1制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システムであって、。
前記第1検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δiおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔVをさらに検出するものであり、
前記第1検出部によって検出されたΔiがCi〜Di(ただし、Ciは負の値であり、Diは正の値である。)の範囲内である場合において、
前記第1検出部によって検出されたΔVが所定値GV(ただし、GVは負の値である。)未満である場合には、前記第1制御部は、前記第1検出部が相対湿度Hを検出するように制御するとともに、該相対湿度Hが所定値EH(ただし、EHは100%RHより小さい値である。)以下である場合には、前記第1調整部が還元剤の流量の低減および/または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度Hが所定値FH(ただし、FH=100%RHである。)以上である場合には、前記第1調整部が還元剤の流量の増加および/または還元剤の湿度の低減を行なうように制御するアルカリ形燃料電池システム。 - 前記第1検出部によって検出されたΔiが所定値Ciより小さい場合には、前記第1制御部は、前記第1調整部が還元剤の流量の低減および/または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第1検出部によって検出されたΔiが所定値Diより大きい場合には、前記第1制御部は、前記第1調整部が還元剤の流量の増加および/または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項1または2に記載のアルカリ形燃料電池システム。 - Δiの所定値Ciが−50〜−25〔mA/(cm2・min)〕の範囲内であり、所定値Diが+25〜+50〔mA/(cm2・min)〕の範囲内であり、相対湿度Hの所定値EHが80〜95〔%RH〕の範囲内であり、ΔVの所定値GVが−50〜−2〔mV/min〕の範囲内である請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
- 前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備え、
前記還元剤供給部は、還元剤供給源と前記アノードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第1調整部としての流量調整弁および/または調湿器を具備する請求項1〜4のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。 - アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記カソード極に供給される酸化剤の流量および/または湿度を調整するための第2調整部と、
前記カソード極から排出される酸化剤の相対湿度H’を少なくとも検出する第2検出部と、
前記第2調整部および前記第2検出部に接続され、前記第2検出部による検出結果に基づいて、前記第2調整部による前記酸化剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第2制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システムであって、
前記第2検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δi’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔV’をさらに検出するものであり、
前記第2検出部によって検出されたΔi’がC i ’〜D i ’(ただし、C i ’は負の値であり、D i ’は正の値である。)の範囲内である場合において、
前記第2検出部によって検出された相対湿度H’が所定値E H ’(ただし、E H ’は100%RHより小さい値である。)以下である場合には、前記第2制御部は、前記第2調整部が酸化剤の流量の増加および/または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第2検出部によって検出された相対湿度H’が所定値F H ’(ただし、F H ’=100%RHである。)以上である場合には、前記第2制御部は、前記第2検出部がΔV’を検出するように制御するとともに、該ΔV’が所定値G V ’(ただし、G V ’は負の値である。)未満である場合には、前記第2調整部が酸化剤の流量の低減および/または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御するアルカリ形燃料電池システム。 - アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記カソード極に供給される酸化剤の流量および/または湿度を調整するための第2調整部と、
前記カソード極から排出される酸化剤の相対湿度H’を少なくとも検出する第2検出部と、
前記第2調整部および前記第2検出部に接続され、前記第2検出部による検出結果に基づいて、前記第2調整部による前記酸化剤の流量および/または湿度の調整を制御するための第2制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システムであって、
前記第2検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δi’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔV’をさらに検出するものであり、
前記第2検出部によって検出されたΔi’がCi’〜Di’(ただし、Ci’は負の値であり、Di’は正の値である。)の範囲内である場合において、
前記第2検出部によって検出されたΔV’が所定値GV’(ただし、GV’は負の値である。)未満である場合には、前記第2制御部は、前記第2検出部が相対湿度H’を検出するように制御するとともに、該相対湿度H’が所定値EH’(ただし、EH’は100%RHより小さい値である。)以下である場合には、前記第2調整部が酸化剤の流量の増加および/または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度H’が所定値FH’(ただし、FH’=100%RHである。)以上である場合には、前記第2調整部が酸化剤の流量の低減および/または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御するアルカリ形燃料電池システム。 - 前記第2検出部によって検出されたΔi’が所定値Ci’より小さい場合には、前記第2制御部は、前記第2調整部が酸化剤の流量の低減および/または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し、
前記第2検出部によって検出されたΔi’が所定値Di’より大きい場合には、前記第2制御部は、前記第2調整部が酸化剤の流量の増加および/または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する請求項6または7に記載のアルカリ形燃料電池システム。 - Δi’の所定値Ci’が−50〜−25〔mA/(cm2・min)〕の範囲内であり、所定値Di’が+25〜+50〔mA/(cm2・min)〕の範囲内であり、相対湿度H’の所定値EH’が70〜95〔%RH〕の範囲内であり、ΔV’の所定値GV’が−50〜−2〔mV/min〕の範囲内である請求項6〜8のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
- 前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備え、
前記酸化剤供給部は、酸化剤供給源と前記カソードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第2調整部としての流量調整弁および/または調湿器を具備する請求項6〜9のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011027474A JP5752433B2 (ja) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | アルカリ形燃料電池システム |
PCT/JP2012/052710 WO2012108416A1 (ja) | 2011-02-10 | 2012-02-07 | アルカリ形燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011027474A JP5752433B2 (ja) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | アルカリ形燃料電池システム |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012169079A JP2012169079A (ja) | 2012-09-06 |
JP2012169079A5 JP2012169079A5 (ja) | 2014-03-27 |
JP5752433B2 true JP5752433B2 (ja) | 2015-07-22 |
Family
ID=46973059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011027474A Expired - Fee Related JP5752433B2 (ja) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | アルカリ形燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5752433B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5871756B2 (ja) * | 2012-09-13 | 2016-03-01 | 日立造船株式会社 | アルカリ形燃料電池の活性化方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS628460A (ja) * | 1985-07-03 | 1987-01-16 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
JP4055409B2 (ja) * | 2001-12-10 | 2008-03-05 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の制御装置 |
JP2004221020A (ja) * | 2003-01-17 | 2004-08-05 | Toyota Motor Corp | 標準水蒸気発生装置、燃料電池用加湿器、及び燃料電池用ガス・水管理システム |
JP4639680B2 (ja) * | 2003-09-05 | 2011-02-23 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
JP5441310B2 (ja) * | 2007-02-07 | 2014-03-12 | ソニー株式会社 | 電源システム |
JP2009009769A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Canon Inc | アルカリ形燃料電池 |
-
2011
- 2011-02-10 JP JP2011027474A patent/JP5752433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012169079A (ja) | 2012-09-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008243453A (ja) | 燃料電池用膜電極接合体およびその製造方法 | |
US20080138668A1 (en) | Direct methanol fuel cell | |
US20100233554A1 (en) | Fuel cell system and operating method thereof | |
JP6868800B2 (ja) | 電気化学式水素ポンプ | |
JP2010073565A (ja) | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ | |
JP6135644B2 (ja) | 膜電極接合体および燃料電池 | |
WO2013027501A1 (ja) | 制御装置および燃料電池システム | |
JP2007273218A (ja) | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
JP5752433B2 (ja) | アルカリ形燃料電池システム | |
JP5470996B2 (ja) | 燃料電池 | |
US20100248068A1 (en) | Fuel cell stack, fuel cell, and method of manufacturing fuel cell stack | |
JP2007128665A (ja) | 燃料電池用電極触媒層、および、それを用いた膜電極接合体の製造方法 | |
JP2006049115A (ja) | 燃料電池 | |
JP2011096460A (ja) | 燃料電池用カソード電極および燃料電池 | |
JP5657412B2 (ja) | アルカリ形燃料電池システム | |
JP5657413B2 (ja) | アルカリ形燃料電池システム | |
JP2011134600A (ja) | 膜電極接合体及び燃料電池 | |
Zhang et al. | Performance Analysis of an Air‐Breathing Micro‐Direct Methanol Fuel Cell with an Extended Anode Region | |
WO2012108416A1 (ja) | アルカリ形燃料電池システム | |
JP2013008498A (ja) | 直接アルコール型燃料電池システム | |
WO2018139286A1 (ja) | 燃料電池用触媒層、および、電解質膜-電極接合体 | |
JP2008146859A (ja) | 膜−電極接合体およびそれを備えた燃料電池 | |
JP2007059194A (ja) | 燃料電池 | |
WO2013064726A1 (en) | A method for manufacturing a passive direct methanol fuel cell and a passive direct methanol fuel cell | |
JP5650025B2 (ja) | 制御装置および燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140206 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140206 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141104 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150520 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5752433 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |