JP6589129B2 - 膜電極接合体および燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1にかかる燃料電池100の要部断面図である。
の低下を抑制することができる。
図2は、実施の形態2にかかる燃料電池101の要部断面図である。
1について説明する。
ここで、Rは気体定数、Tは温度、Fはファラデー定数、E0は標準電位、a(H2O)は水の活量、a(H+)はプロトンの活量、a(O2)は酸素の活量である。
6.5×10-9cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1
(測定条件80℃、90%RH)
および酸素ガス透過係数が
3.5×10-9cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1
(測定条件80℃、90%RH)
の20μmの膜厚を有する高分子電解質膜11を用いて、定格運転電流が50A、燃料ガスの露点が77℃、酸化剤ガスの露点が77℃、燃料電池運転温度が80℃、燃料ガスの利用率が80%、酸素含有ガスの利用率が50%で燃料電池101を運転する。
電位がアノード電位に対して0.35V以上高い高分子電解質膜11の混成電位になる場所にアンモニア分解触媒層80を設けたが、これ以外にも、アノード電位に対して1.00V以上高い高分子電解質膜11の混成電位になる場所にアンモニア分解触媒層80を設けることもできる。
図3は、実施の形態3にかかる燃料電池102の要部断面図である。
6.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)
および酸素ガス透過係数が
3.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)
の20μmの膜厚を有する高分子電解質膜12を用いて、燃料ガスの露点が77℃、酸化剤ガスの露点が77℃、燃料電池運転温度が80℃、燃料ガスの供給量は定格運転電流が0.05Aにおけるガス利用率が80%相当のガス量、酸素含有ガスの供給量は定格運転電流が0.05Aにおけるガス利用率が50%相当のガス量を燃料電池102に供給し、燃料電池102を開回路にする。
子40は担体50に担持されている。
図4は、実施の形態4にかかる燃料電池103の要部断面図である。
6.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)および酸素ガス透過係数が
3.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)の20μmの膜厚を有する高分子電解質膜13を用いて、定格運転電流が50A、燃料ガスの露点が77℃、酸化剤ガスの露点が77℃、燃料電池運転温度が80℃、燃料ガスの利用率が80%、酸素含有ガスの利用率が50%で燃料電池103を運転する。
の形態3に示す燃料電池102と同様の構成とする。よって、図3と共通する構成要素については、同一の符号および名称をつけて、詳細な説明は省略する。
図5は、実施の形態5にかかる燃料電池104の要部断面図である。
脂に比べて高いイオン交換容量とする。ここでは、高分子電解質膜14に含まれるイオン交換容量は0.9meq/gとし、イオン交換樹脂31のイオン交換容量は1.2meq/gとする。この構成により、アンモニア分解触媒層82およびアンモニア分解触媒層82を有する高分子電解質膜14のプロトン導電性を向上させることができる。
6.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)および酸素ガス透過係数が
3.5×10-9 cm3(STD)cm cm-2 S-1 cmHg-1(測定条件80℃、90%RH)の20μmの膜厚を有する高分子電解質膜14を用いて、燃料ガスの露点が77℃、酸化剤ガスの露点が77℃、燃料電池運転温度が80℃、燃料ガスの供給量は定格運転電流が0.05Aにおけるガス利用率が80%相当のガス量、酸素含有ガスの供給量は定格運転電流が0.05Aにおけるガス利用率が50%相当のガス量を供給し、燃料電池104を開回路にする。
電池電圧の低下を抑制することができる。
11 高分子電解質膜
12 高分子電解質膜
13 高分子電解質膜
14 高分子電解質膜
20 アンモニア分解触媒
21 アンモニア分解触媒
30 イオン交換樹脂
31 イオン交換樹脂
40 アンモニア分解触媒粒子
50 担体
60a アノード
60b カソード
70a アノード側セパレータ
70b カソード側セパレータ
71a 燃料ガス流路
71b 酸化剤ガス流路
90 膜電極接合体
91 膜電極接合体
92 膜電極接合体
93 膜電極接合体
94 膜電極接合体
100 燃料電池
101 燃料電池
102 燃料電池
103 燃料電池
104 燃料電池
Claims (9)
- アンモニア分解触媒層を有する高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の表面に設けられたアノードと、前記高分子電解質膜の他方の表面に設けられたカソードと、を具備する、膜電極接合体であって、
前記アンモニア分解触媒層は、イオン交換樹脂とアンモニア分解触媒から構成され、
前記アンモニア分解触媒層のイオン交換樹脂は、前記高分子電解質膜のイオン交換樹脂に比べて高いイオン交換容量を有し、
前記アンモニア分解触媒層は、前記膜電極接合体の高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V以上高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、膜電極接合体。 - 前記アンモニア分解触媒は、Pt、Ru、Ni、Co、Cr、Ir、Cu、Pd、RhおよびMnからなる群から選ばれる、いずれか1以上の元素を含む、請求項1に記載の膜電極接合体。
- 前記アンモニア分解触媒は、アンモニア分解触媒粒子と担体とを備え、前記アンモニア分解触媒粒子は前記担体に担持されてなる、請求項1または2に記載の膜電極接合体。
- 前記アンモニア分解触媒層は、前記膜電極接合体の高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V〜0.68V高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、請求項1から3のいずれか1項に記載の膜電極接合体。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の膜電極接合体を一対のアノードセパレータとカソードセパレータによって挟んで構成される少なくとも一つのセルを含む、燃料電池。
- 前記アンモニア分解触媒層は、前記燃料電池の発電時に、高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V以上高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、請求項5に記載の燃料電池。
- 前記アンモニア分解触媒層は、前記燃料電池の起動時もしくは停止時に、高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V以上高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、請求項5に記載の燃料電池。
- 前記アンモニア分解触媒層は、前記燃料電池の発電時に、高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V〜0.68V高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、請求項5に記載の燃料電池。
- 前記アンモニア分解触媒層は、前記燃料電池の起動時もしくは停止時に、高分子電解質膜内の混成電位がアノード電位に対して0.35V〜0.68V高い高分子電解質膜内の混成電位領域に設けられた、請求項5に記載の燃料電池。
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