JP6652518B2 - Transition metal recovery method and transition metal recovery device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a transition metal recovery method and a transition metal recovery device.
燃料電池は、水素と酸素とを反応させることによって発電し、発電時に二酸化炭素を発生しないクリーンな発電装置である。特に、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、他の形式の燃料電池に比べて、低温で運転が可能、小型化が容易などの利点を有する。そのため、PEFCは、家庭用の分散型電源として市販されている。さらに、PEFCは、燃料電池自動車への搭載も検討されており、これまでよりも広く普及する可能性が高い。 A fuel cell is a clean power generation device that generates power by reacting hydrogen and oxygen and does not generate carbon dioxide during power generation. In particular, polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) have advantages over other types of fuel cells, such as low-temperature operation and easy downsizing. Therefore, PEFC is commercially available as a distributed power source for home use. Furthermore, the mounting of PEFC on a fuel cell vehicle is being studied, and there is a high possibility that PEFC will become more widely used than before.
PEFCは、電極材料として膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を具備している。MEAには、触媒成分としてPt(白金)などの遷移金属が含まれる。一般的に、MEAの触媒成分に用いられる遷移金属は、資源量が少なく、高価である。 The PEFC includes a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) as an electrode material. The MEA contains a transition metal such as Pt (platinum) as a catalyst component. Generally, the transition metal used for the catalyst component of the MEA has a small amount of resources and is expensive.
そのため、MEAに用いられているPtなどの遷移金属をMEAから回収してリサイクルすることが検討されている。例えば、MEAを焼却処理する方法がある。この方法では、MEAを焼却して生じた焼却残渣を選別することによって、遷移金属を回収する。また、近年では、ハロゲン化物イオンを含む酸性の溶解液にMEAを浸漬させ、溶解液に浸漬しているMEAに電圧を印加することによって、遷移金属を回収する方法が検討されている。 Therefore, it has been studied to recover and recycle transition metals such as Pt used in the MEA from the MEA. For example, there is a method of incinerating MEA. In this method, transition metals are recovered by selecting incineration residues generated by incineration of MEA. In recent years, a method of immersing the MEA in an acidic solution containing halide ions and applying a voltage to the MEA immersed in the solution to recover the transition metal has been studied.
MEAは、燃料電池の内部に設けられている。したがって、上記のいずれの方法においても、燃料電池を解体して、燃料電池からMEAを取り出す必要がある。そのため、燃料電池から遷移金属を容易に回収する方法が求められている。 The MEA is provided inside the fuel cell. Therefore, in any of the above methods, it is necessary to disassemble the fuel cell and take out the MEA from the fuel cell. Therefore, there is a need for a method for easily recovering transition metals from a fuel cell.
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を容易に回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a transition metal recovery method and a transition metal recovery device that can easily recover a transition metal from a fuel cell without disassembling the fuel cell.
実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料電池に燃料気体を供給する燃料極流路入口または燃料電池から燃料気体を排出する燃料極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に燃料極を浸漬する工程と、燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に空気極を浸漬する工程と、前記燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および前記空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加して、前記燃料極および前記空気極に含まれる遷移金属を前記溶解液に溶解させる工程と、前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と、前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程とを有し、燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給する工程と、前記冷却水流路出口または前記冷却水流路入口から、前記溶解液を排出する工程とをさらに有する。 The transition metal recovery method of the embodiment supplies a solution to a fuel electrode flow path inlet for supplying fuel gas to the fuel cell or a fuel electrode flow path outlet for discharging fuel gas from the fuel cell, A step of immersing the fuel electrode, and supplying a solution to an air electrode channel inlet for supplying air to the fuel cell or an air electrode channel outlet for discharging air from the fuel cell, and immersing the air electrode in the solution And the fuel electrode and the air immersed in the solution via a fuel electrode output terminal electrically connected to the fuel electrode and an air electrode output terminal electrically connected to the air electrode. A step of applying a voltage to an electrode to dissolve the transition metal contained in the fuel electrode and the air electrode in the solution, and including the transition metal from the fuel electrode channel outlet or the fuel electrode channel inlet Discharging the lysis solution; From electrode channel outlet or the air flow channel entrance, it possesses a step of discharging the solution containing the transition metal, to discharge the cooling water from the cooling water passage inlet or fuel cell for supplying cooling water to the fuel cell The method further includes a step of supplying a solution to a cooling water channel outlet and a step of discharging the solution from the cooling water channel outlet or the cooling water channel inlet .
実施の形態によれば、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することができる。 According to the embodiment, it is possible to provide a transition metal recovery method and a transition metal recovery device that can recover a transition metal from a fuel cell without disassembling the fuel cell.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
まず、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法および回収装置で用いる燃料電池について説明する。図1は、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法および回収装置で用いる燃料電池を模式的に示す概略図である。
(First Embodiment)
First, a fuel cell used in the transition metal recovery method and the recovery apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a fuel cell used in the transition metal recovery method and the recovery apparatus according to the first embodiment.
燃料電池20は、固体高分子形燃料電池(PEFC)である。図1に示すように、燃料電池20は、電極材料としての膜電極接合体(MEA)80を備える。MEA80は、拡散層を備える燃料極(負極)50および空気極(正極)60、パーフルオロスルホン酸のようなフッ素系高分子などの電解質材料からなる電解質膜70などを重ね合わせることによって構成される。燃料極50および空気極60は、それぞれ触媒成分を含む。また、燃料極50および空気極60に含まれる拡散層は、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素系材料から構成される。
The fuel cell 20 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). As shown in FIG. 1, the fuel cell 20 includes a membrane electrode assembly (MEA) 80 as an electrode material. The MEA 80 is configured by stacking a fuel electrode (negative electrode) 50 having a diffusion layer, an air electrode (positive electrode) 60, an
なお、特に明記しない限り、以降では、MEA80は、燃料極50の1つと空気極60の1つと燃料極50および空気極60に挟まれる電解質膜70とを備える単セルである場合について説明するが、MEA80は、単セルを複数積層して構成されるセルスタックであってもよい。
Unless otherwise specified, hereinafter, a case will be described where the
また、ここでは燃料電池がPEFCである例について説明するが、燃料電池は直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)など、MEAを備える燃料電池であればよい。 Here, an example in which the fuel cell is a PEFC will be described. However, the fuel cell may be any fuel cell including an MEA such as a direct methanol fuel cell (DMFC).
MEA80を構成する燃料極50や空気極60には、触媒成分が担持されている。触媒成分は、遷移金属などから構成される。このような触媒成分の形態は、特には限定されず、例えば、遷移金属単体、遷移金属を含む化合物、遷移金属を含む合金などが挙げられる。触媒成分を構成する遷移金属として、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)、およびCo(コバルト)からなる群より選ばれる少なくとも1つの金属が挙げられる。
The
また、図1に示すように、燃料電池20の燃料極50側には、燃料電池20に燃料気体を供給する燃料極流路入口5a、および燃料電池20から燃料気体を排出する燃料極流路出口5bが設けられている。燃料気体は、気体状の水素(以下、水素ガスともいう)である。また、空気極60側には、燃料電池20に空気を供給する空気極流路入口6a、および燃料電池20から空気を排出する空気極流路出口6bが設けられている。
As shown in FIG. 1, a fuel electrode
燃料極流路入口5aとは、燃料電池20を使用していた際、換言すると燃料電池20によって電力を発電していた際に、燃料電池20の燃料極流路に水素ガスを供給していた部分である。また、燃料極流路出口5bとは、燃料電池20を使用していた際に、燃料極流路から水素ガスを排出していた部分である。燃料極流路入口5aおよび燃料極流路出口5bの設置数は、特に限定されるものではなく、それぞれ、1つであってもよいし、複数であってもよい。
The fuel electrode flow path inlet 5a supplies hydrogen gas to the fuel electrode flow path of the fuel cell 20 when the fuel cell 20 is used, in other words, when power is generated by the fuel cell 20. Part. The fuel
後述する燃料極流路は、燃料電池20の内部に設けられており、燃料極50における触媒成分を含有している部分と連通している。また、燃料電池20を使用していた際に、燃料極流路内には、燃料電池20の燃料である水素ガスが流れている。そして、燃料極流路入口5aから燃料極流路に供給された水素ガスの一部は、燃料極50に付着している触媒成分と反応し、当該水素ガスの残りは、燃料極流路出口5bから排出される。
The fuel electrode flow channel described later is provided inside the fuel cell 20 and communicates with a portion of the
また、空気極流路入口6aとは、燃料電池20を使用していた際に、燃料電池20の空気極流路に空気を供給していた部分である。また、空気極流路出口6bとは、燃料電池20を使用していた際に、空気極流路から空気を排出していた部分である。燃料極流路入口5aおよび燃料極流路出口5bと同様に、空気極流路入口6aおよび空気極流路出口6bの設置数は、特に限定されるものではない。
Further, the air
後述する空気極流路は、燃料電池20の内部に設けられており、空気極60における触媒成分を含有している部分と連通している。また、空気極流路は、燃料電池20の内部において、燃料極流路とは連通しておらず、独立している。また、燃料電池20を使用していた際に、空気極流路内には、燃料電池20の燃料である酸素を含む空気が流れている。そして、空気極流路入口6aから空気極流路に供給された空気中の酸素の一部は、空気極60に付着している触媒成分と反応し、当該空気の残りは、空気極流路出口6bから排出される。
An air electrode flow path described later is provided inside the fuel cell 20 and communicates with a portion of the
燃料電池20としては、例えば、使用済みの燃料電池、すなわち廃棄された燃料電池などが挙げられる。 Examples of the fuel cell 20 include a used fuel cell, that is, a discarded fuel cell.
次に、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法について説明する。 Next, a method for recovering transition metals according to the first embodiment will be described.
第1の実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料極浸漬工程S10と、空気極浸漬工程S20と、溶解工程S30と、燃料極排出工程S40と、空気極排出工程S50とを有する。第1の実施の形態の遷移金属の回収方法では、全ての工程は、燃料電池の内部にMEAを備えた状態、すなわち、燃料電池を解体せずに行う。 The transition metal recovery method according to the first embodiment includes a fuel electrode immersion step S10, an air electrode immersion step S20, a melting step S30, a fuel electrode discharge step S40, and an air electrode discharge step S50. In the transition metal recovery method according to the first embodiment, all the steps are performed in a state where the MEA is provided inside the fuel cell, that is, without disassembling the fuel cell.
まず、燃料極浸漬工程S10について説明する。 First, the fuel electrode immersion step S10 will be described.
燃料極浸漬工程S10では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に燃料極を浸漬する。以降では、燃料極流路入口に溶解液を供給する燃料極浸漬工程S10について説明するが、燃料極浸漬工程は燃料極流路出口に溶解液を供給してもよい。 In the fuel electrode immersion step S10, a solution is supplied to the fuel electrode channel inlet or the fuel electrode channel outlet, and the fuel electrode is immersed in the solution. Hereinafter, the fuel electrode immersion step S10 of supplying a solution to the fuel electrode channel inlet will be described. However, the solution may be supplied to the fuel electrode channel outlet in the fuel electrode immersion step.
燃料極浸漬工程S10では、燃料電池の外部から燃料極流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は燃料極流路内を流通し、燃料極は溶解液に浸漬される。ここで、燃料極における触媒成分を含有している部分が溶解液に浸漬されていれば、燃料極の一部が溶解液に浸漬されてもよいし、燃料極の全てが溶解液に浸漬されてもよい。 In the fuel electrode immersion step S10, the solution is supplied from the outside of the fuel cell to the fuel electrode channel inlet, so that the solution flows in the fuel electrode channel, and the fuel electrode is immersed in the solution. Here, if the portion containing the catalyst component in the fuel electrode is immersed in the solution, a part of the fuel electrode may be immersed in the solution, or all of the fuel electrode may be immersed in the solution. You may.
燃料極浸漬工程S10において、燃料極流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極流路入口に供給ポンプを接続し、供給ポンプによって、燃料極流路入口から燃料極流路に溶解液を供給してもよい。また、燃料極流路出口に吸引ポンプを接続し、燃料極流路出口から溶解液を排出する吸引ポンプによって、燃料極流路入口から燃料極流路に溶解液を供給してもよい。 In the anode immersion step S10, the method of supplying the solution to the inlet of the anode channel is not particularly limited. For example, a supply pump may be connected to the fuel electrode flow channel inlet, and the supply pump may supply the dissolved liquid from the fuel electrode flow channel inlet to the fuel electrode flow channel. Alternatively, a suction pump may be connected to the outlet of the anode flow path, and the solution may be supplied from the inlet of the anode flow path to the anode flow path by a suction pump that discharges the solution from the outlet of the anode flow path.
また、燃料極浸漬工程S10において、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。溶解液が断続的に供給される場合、溶解液の供給時間および当該供給時間の時間間隔は、それぞれ、全て同じであってもよく、一部で異なってもよい。 In the fuel electrode immersion step S10, the solution may be supplied continuously, or may be supplied intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. When the solution is supplied intermittently, the supply time of the solution and the time interval of the supply time may be all the same or partially different.
溶解液は、塩化物イオンなどのハロゲン化物イオンを含み、酸性である。また、溶解液は、燃料電池に含まれる遷移金属を溶解させる。そして、燃料極流路入口に供給する溶解液に含まれるハロゲン化物イオンの種類は、燃料極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、溶解液は、陰イオン交換樹脂を含んでもよい。溶解液が陰イオン交換樹脂を含む場合、溶解液は、陰イオン交換樹脂が分散している固液混合物である。 The lysate contains halide ions such as chloride ions and is acidic. Further, the solution dissolves the transition metal contained in the fuel cell. The type of halide ions contained in the solution supplied to the fuel electrode channel inlet is appropriately selected according to the type of transition metal contained in the fuel electrode. Further, the solution may include an anion exchange resin. When the solution contains an anion exchange resin, the solution is a solid-liquid mixture in which the anion exchange resin is dispersed.
溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は、0.01mol/L以上16.0mol/L以下であることが好ましい。溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度が0.01mol/L以上であると、後述する溶解工程S30で遷移金属を溶解液に容易に溶解させることができる。また、ハロゲン化物イオンの濃度が16.0mol/L以下であると、溶解工程S30において、電圧印加による電気分解で消費されるハロゲン化物イオンの消費量を低減することができる。 The concentration of halide ions in the solution is preferably 0.01 mol / L or more and 16.0 mol / L or less. When the concentration of the halide ions in the solution is 0.01 mol / L or more, the transition metal can be easily dissolved in the solution in the dissolution step S30 described below. When the halide ion concentration is 16.0 mol / L or less, it is possible to reduce the amount of halide ions consumed in the electrolysis by applying a voltage in the dissolving step S30.
ここで、後述する溶解工程S30において、燃料電池に含まれる遷移金属と溶解液中のハロゲン化物イオンとの反応に伴い、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は減少する。そのため、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度とは、特に明記しない限り、燃料極浸漬工程S10における溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度を示す。 Here, in the dissolving step S30 described later, the concentration of the halide ions in the solution decreases with the reaction between the transition metal contained in the fuel cell and the halide ions in the solution. Therefore, unless otherwise specified, the concentration of the halide ion in the solution indicates the concentration of the halide ion in the solution in the fuel electrode immersion step S10.
溶解液のpHは5以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましい。溶解液のpHが5以下であると、溶解工程S30において、遷移金属が溶解液に容易に溶解する。一方、溶解液のpHが5よりも大きいと、溶解工程S30において、溶解液への遷移金属の溶解が容易ではない。 The pH of the solution is preferably 5 or less, more preferably 3 or less. When the pH of the solution is 5 or less, in the dissolution step S30, the transition metal is easily dissolved in the solution. On the other hand, if the pH of the solution is higher than 5, it is not easy to dissolve the transition metal in the solution in the dissolution step S30.
次に、空気極浸漬工程S20について説明する。 Next, the air electrode immersion step S20 will be described.
空気極浸漬工程S20では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に空気極を浸漬する。以降では、空気極流路入口に溶解液を供給する空気極浸漬工程S20について説明するが、空気極浸漬工程は空気極流路出口に溶解液を供給してもよい。 In the air electrode immersion step S20, the solution is supplied to the air electrode channel inlet or the air electrode channel outlet, and the air electrode is immersed in the solution. Hereinafter, the air electrode immersion step S20 of supplying a solution to the air electrode channel inlet will be described, but the air electrode immersion step may supply the solution to the air electrode channel outlet.
空気極浸漬工程S20では、燃料電池の外部から空気極流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は空気極流路内を流通し、空気極は溶解液に浸漬される。燃料極浸漬工程S10と同様に、空気極における触媒成分を含有している部分が溶解液に浸漬されていれば、空気極の一部が溶解液に浸漬されてもよいし、空気極の全てが溶解液に浸漬されてもよい。空気極流路入口に供給する溶解液に含まれるハロゲン化物イオンの種類は、空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。 In the air electrode immersion step S20, the solution is supplied from outside the fuel cell to the inlet of the air electrode channel, so that the solution flows in the air electrode channel, and the air electrode is immersed in the solution. As in the fuel electrode immersion step S10, if the portion containing the catalyst component in the air electrode is immersed in the solution, part of the air electrode may be immersed in the solution, or all of the air electrode may be immersed in the solution. May be immersed in the solution. The type of halide ions contained in the solution to be supplied to the inlet of the air electrode channel is appropriately selected according to the type of transition metal contained in the air electrode.
空気極浸漬工程S20において、空気極流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程S10と同様に、空気極流路入口に接続した供給ポンプや、空気極流路出口に接続した吸引ポンプによって、空気極流路入口から空気極流路に溶解液を供給してもよい。 In the air electrode immersion step S20, the method of supplying the solution to the air electrode channel inlet is not particularly limited. For example, as in the fuel electrode immersion step S10, the supply liquid is supplied from the air electrode channel inlet to the air electrode channel by a supply pump connected to the air electrode channel inlet or a suction pump connected to the air electrode channel outlet. May be.
また、空気極浸漬工程S20において、燃料極浸漬工程S10と同様に、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。 Further, in the air electrode immersion step S20, similarly to the fuel electrode immersion step S10, the solution may be supplied continuously, or may be supplied intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. Is also good.
また、空気極浸漬工程S20は、燃料極浸漬工程S10の完了後に実施してもよいし、燃料極浸漬工程S10の実施前に実施してもよいし、燃料極浸漬工程S10と共に同時に実施してもよい。 The air electrode immersion step S20 may be performed after the fuel electrode immersion step S10 is completed, may be performed before the fuel electrode immersion step S10 is performed, or may be performed simultaneously with the fuel electrode immersion step S10. Is also good.
次に、溶解工程S30について説明する。 Next, the dissolving step S30 will be described.
溶解工程S30では、燃料電池の燃料極出力端子および空気極出力端子を介して、燃料電池の外部から、溶解液中に浸漬している燃料極および空気極に電圧を印加して、燃料極および空気極に含まれる遷移金属を溶解液に溶解させる。燃料極および空気極に印加される電圧は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。 In the dissolving step S30, a voltage is applied from outside the fuel cell to the fuel electrode and the air electrode immersed in the solution via the fuel electrode output terminal and the air electrode output terminal of the fuel cell, and The transition metal contained in the air electrode is dissolved in the solution. The voltage applied to the fuel electrode and the air electrode may be a DC voltage or an AC voltage.
燃料極出力端子は、燃料極と電気的に接続されている。また、空気極出力端子は、空気極と電気的に接続されている。燃料極出力端子および空気極出力端子とは、燃料電池を使用していた際に、発電した電力を外部に出力する端子である。 The fuel electrode output terminal is electrically connected to the fuel electrode. The air electrode output terminal is electrically connected to the air electrode. The fuel electrode output terminal and the air electrode output terminal are terminals that output generated power to the outside when the fuel cell is used.
燃料極および空気極に電圧が印加されることによって、溶解液中に浸漬している燃料極および空気極の部分から、それぞれ遷移金属が溶解液に溶解する。こうして、燃料極および空気極内の遷移金属は溶解液中に回収される。溶解液に溶解している遷移金属の形態は、錯イオン(以下、遷移金属錯イオンともいう)である。 When a voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode, the transition metal is dissolved in the solution from the portions of the fuel electrode and the air electrode that are immersed in the solution. Thus, the transition metal in the fuel electrode and the air electrode is recovered in the solution. The form of the transition metal dissolved in the solution is a complex ion (hereinafter, also referred to as a transition metal complex ion).
溶解工程S30において、燃料極および空気極に印加する電圧は、燃料電池に設けられるMEAの種類や個数、溶解液の種類に応じて適宜設定されるが、燃料極の1つと空気極の1つと燃料極および空気極に挟まれる電解質膜とを備えるMEAの1つあたり、0.10V以上3.00V以下であることが好ましく、0.70V以上2.50V以下であることがより好ましく、0.75V以上2.00V以下であることがさらに好ましい。燃料極および空気極に印加する電圧が上記の下限値以上であると、燃料極および空気極に含まれる遷移金属が溶解液に容易に溶解する。また、電圧が上記の上限値以下であると、溶解時に発生する副反応を低減することが可能である。 In the dissolving step S30, the voltage applied to the fuel electrode and the air electrode is appropriately set according to the type and number of MEAs provided in the fuel cell and the type of the dissolving solution. For one MEA having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, the voltage is preferably 0.10 V or more and 3.00 V or less, more preferably 0.70 V or more and 2.50 V or less, and more preferably 0.10 V or more and 2.50 V or less. More preferably, it is 75 V or more and 2.00 V or less. When the voltage applied to the fuel electrode and the air electrode is equal to or higher than the above lower limit, the transition metal contained in the fuel electrode and the air electrode is easily dissolved in the solution. Further, when the voltage is equal to or lower than the above upper limit, it is possible to reduce a side reaction generated at the time of dissolution.
例えば、燃料極および空気極に白金が含まれ、溶解液に塩化物イオンが含まれる場合、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に所定の電圧が印加されると、下記式(1)や式(2)に示す主反応が起こり、白金錯イオンが容易に生成される。詳細には次の通りである。 For example, when the fuel electrode and the air electrode contain platinum and the solution contains chloride ions, when a predetermined voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode immersed in the solution, the following formula (1) is obtained. ) And formula (2) occur, and a platinum complex ion is easily generated. The details are as follows.
式(1)は、可逆反応である。所定の電圧が燃料極および空気極に印加されると、式(1)における左から右への反応が進行する。すなわち、遷移金属である白金とハロゲン化物イオンである塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるテトラクロロ白金(II)酸イオン([PtCl4]2−)が生成される。 Equation (1) is a reversible reaction. When a predetermined voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode, the reaction from left to right in equation (1) proceeds. That is, platinum as a transition metal reacts with chloride ion as a halide ion to generate tetrachloroplatinate (II) ion ([PtCl 4 ] 2− ) as a platinum complex ion.
また、式(2)も可逆反応である。式(1)のときよりも大きな電圧が燃料極および空気極に印加されると、式(2)における左から右への反応が進行する。すなわち、白金と塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるヘキサクロロ白金(IV)酸イオン([PtCl6]2−)が生成される。 Equation (2) is also a reversible reaction. When a voltage larger than that in the case of the equation (1) is applied to the fuel electrode and the air electrode, a reaction from left to right in the equation (2) proceeds. That is, platinum and a chloride ion reacts, a platinum complex ion hexachloroplatinic (IV) acid ion ([PtCl 6] 2-) is generated.
こうして、燃料極および空気極に含まれる白金は、白金錯イオンとして、溶解液に溶解する。なお、溶解液が陰イオン交換樹脂を含む場合には、溶解液中の白金錯イオンが陰イオン交換樹脂に捕集された状態で、白金は溶解液に溶解する。 Thus, the platinum contained in the fuel electrode and the air electrode dissolves in the solution as platinum complex ions. When the solution contains an anion exchange resin, platinum is dissolved in the solution while the platinum complex ions in the solution are collected by the anion exchange resin.
溶解工程S30は、燃料極浸漬工程S10および空気極浸漬工程S20の完了後に実施してもよいし、燃料極浸漬工程S10および空気極浸漬工程S20と共に実施してもよい。 The dissolving step S30 may be performed after the fuel electrode dipping step S10 and the air electrode dipping step S20 are completed, or may be performed together with the fuel electrode dipping step S10 and the air electrode dipping step S20.
次に、燃料極排出工程S40について説明する。 Next, the fuel electrode discharging step S40 will be described.
燃料極排出工程S40では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。 In the fuel electrode discharging step S40, the solution containing the transition metal is discharged from the fuel electrode channel outlet or the fuel electrode channel inlet.
燃料極排出工程S40では、燃料極流路出口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、燃料電池の燃料極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の外部に排出される。その結果、燃料電池に含まれていた遷移金属は燃料電池の内部から回収される。 In the fuel electrode discharging step S40, the solution containing the transition metal contained in the fuel electrode of the fuel cell is discharged to the outside of the fuel cell by discharging the solution containing the transition metal from the fuel electrode channel outlet. . As a result, the transition metal contained in the fuel cell is recovered from inside the fuel cell.
なお、ここでは、燃料極流路出口から溶解液を排出する燃料極排出工程S40について説明するが、燃料極排出工程は燃料極流路入口から溶解液を排出してもよい。具体的には、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路入口に溶解液を供給した場合には、燃料極排出工程で燃料極流路出口から溶解液を排出する。また、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路出口に溶解液を供給した場合には、燃料極排出工程で燃料極流路入口から溶解液を排出する。 Here, the fuel electrode discharging step S40 for discharging the solution from the fuel electrode channel outlet will be described. However, the solution may be discharged from the fuel electrode channel inlet in the fuel electrode discharging step. Specifically, when the solution is supplied to the fuel electrode channel inlet in the fuel electrode immersion step S10, the solution is discharged from the fuel electrode channel outlet in the fuel electrode discharging step. When the solution is supplied to the outlet of the fuel electrode flow channel in the fuel electrode immersion step S10, the solution is discharged from the fuel electrode flow channel inlet in the fuel electrode discharge step.
燃料極排出工程S40において、燃料極流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程S10で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、燃料極流路出口を介して燃料極流路から溶解液を排出してもよい。 In the anode discharging step S40, the method of discharging the solution from the outlet of the anode channel is not particularly limited. For example, the solution may be discharged from the fuel electrode flow path via the fuel electrode flow path outlet by the supply pump or the suction pump used in the fuel electrode immersion step S10.
また、燃料極排出工程S40において、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。溶解液が断続的に排出される場合、溶解液の排出時間および当該排出時間の時間間隔は、それぞれ、全て同じであってもよく、一部で異なってもよい。 In the fuel electrode discharging step S40, the solution may be continuously discharged, or may be discharged intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. When the solution is discharged intermittently, the discharge time of the solution and the time interval of the discharge time may be all the same or may be partially different.
また、燃料極排出工程S40は、溶解工程S30の完了後に実施してもよいし、溶解工程S30と共に実施してもよい。 Further, the fuel electrode discharging step S40 may be performed after the completion of the melting step S30, or may be performed together with the melting step S30.
また、燃料極排出工程S40で燃料電池から排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程S10で燃料電池に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極流路出口と燃料極流路入口とを連結する連結流路を燃料電池の外部に設けて、燃料極流路内および連結流路内で溶解液を循環させる。 Further, a part or all of the solution discharged from the fuel cell in the fuel electrode discharging step S40 may be used as a solution to be supplied to the fuel cell in the fuel electrode immersion step S10. In this case, for example, a connecting channel connecting the fuel electrode channel outlet and the fuel electrode channel inlet is provided outside the fuel cell, and the solution is circulated in the fuel electrode channel and the connecting channel.
具体的には、燃料極排出工程S40で燃料極流路出口から溶解液を排出した場合には、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路入口に当該溶解液を供給してもよい。また、燃料極排出工程S40で燃料極流路入口から溶解液を排出した場合には、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路出口に当該溶解液を供給してもよい。 Specifically, when the solution is discharged from the fuel electrode channel outlet in the fuel electrode discharging step S40, the solution may be supplied to the fuel electrode channel inlet in the fuel electrode dipping step S10. Further, when the solution is discharged from the fuel electrode channel inlet in the fuel electrode discharging step S40, the solution may be supplied to the fuel electrode channel outlet in the fuel electrode dipping step S10.
次に、空気極排出工程S50について説明する。 Next, the air electrode discharging step S50 will be described.
空気極排出工程S50では、空気極流路出口または空気極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。 In the cathode discharge step S50, the solution containing the transition metal is discharged from the cathode passage outlet or the cathode inlet.
空気極排出工程S50では、空気極流路出口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、空気極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の外部に排出される。その結果、燃料電池に含まれていた遷移金属は燃料電池の内部から回収される。 In the air electrode discharging step S50, the solution containing the transition metal contained in the air electrode is discharged from the fuel cell by discharging the solution containing the transition metal from the air electrode channel outlet. As a result, the transition metal contained in the fuel cell is recovered from inside the fuel cell.
なお、ここでは、空気極流路出口から溶解液を排出する空気極排出工程S50について説明するが、空気極排出工程は空気極流路入口から溶解液を排出してもよい。具体的には、空気極浸漬工程S20で空気極流路入口に溶解液を供給した場合には、空気極排出工程で空気極流路出口から溶解液を排出する。また、空気極浸漬工程S20で空気極流路出口に溶解液を供給した場合には、空気極排出工程で空気極流路入口から溶解液を排出する。 Here, the cathode discharge step S50 for discharging the solution from the cathode passage outlet will be described. However, the cathode discharge step may discharge the solution from the cathode inlet. Specifically, when the solution is supplied to the air electrode channel inlet in the air electrode immersion step S20, the solution is discharged from the air electrode channel outlet in the air electrode discharging step. In addition, when the solution is supplied to the outlet of the air electrode channel in the air electrode immersion step S20, the solution is discharged from the air electrode channel inlet in the air electrode discharging step.
空気極排出工程S50において、空気極流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極排出工程S40と同様に、空気極浸漬工程S20で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、空気極流路出口を介して空気極流路から溶解液を排出してもよい。 In the air electrode discharging step S50, the method of discharging the solution from the air electrode channel outlet is not particularly limited. For example, similarly to the fuel electrode discharge step S40, the supply liquid or the suction pump used in the air electrode immersion step S20 may discharge the solution from the air electrode flow path through the air electrode flow path outlet.
また、空気極排出工程S50において、燃料極排出工程S40と同様に、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。 Further, in the air electrode discharging step S50, similarly to the fuel electrode discharging step S40, the solution may be continuously discharged, or may be discharged intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. Is also good.
また、空気極排出工程S50は、燃料極排出工程S40の完了後に実施してもよいし、燃料極排出工程S40の実施前に実施してもよいし、燃料極排出工程S40と共に同時に実施してもよい。また、空気極排出工程S50は、溶解工程S30の完了後に実施してもよいし、溶解工程S30と共に実施してもよい。 The cathode discharge step S50 may be performed after the anode discharge step S40 is completed, may be performed before the anode discharge step S40, or may be performed simultaneously with the anode discharge step S40. Is also good. Further, the air electrode discharging step S50 may be performed after completion of the dissolving step S30, or may be performed together with the dissolving step S30.
また、空気極排出工程S50で燃料電池から排出した溶解液の一部または全ては、空気極浸漬工程S20で燃料電池に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極排出工程S40と同様に、空気極流路出口と空気極流路入口とを連結する連結流路を設けて、溶解液を循環させる。 In addition, a part or all of the solution discharged from the fuel cell in the cathode discharge step S50 may be used as a solution to be supplied to the fuel cell in the cathode immersion step S20. In this case, for example, similarly to the fuel electrode discharging step S40, a connection flow path that connects the air electrode flow path outlet and the air electrode flow path inlet is provided, and the solution is circulated.
具体的には、空気極排出工程S50で空気極流路出口から溶解液を排出した場合には、空気極浸漬工程S20で空気極流路入口に当該溶解液を供給してもよい。また、空気極排出工程S50で空気極流路入口から溶解液を排出した場合には、空気極浸漬工程S20で空気極流路出口に当該溶解液を供給してもよい。 Specifically, when the solution is discharged from the air electrode channel outlet in the air electrode discharging step S50, the solution may be supplied to the air electrode channel inlet in the air electrode immersion step S20. Further, when the solution is discharged from the inlet of the air electrode channel in the air electrode discharging step S50, the solution may be supplied to the outlet of the air electrode channel in the air electrode immersion step S20.
このように、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法では、互いに独立している燃料極流路と空気極流路とに対して、溶解液を別々に供給および排出する。そのため、燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが異なる場合、燃料極流路に供給される溶解液と空気極流路に供給される溶解液とは、互いに異なり、遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが同じである場合、燃料極流路に供給される溶解液と空気極流路に供給される溶解液とは基本的に同じである。 As described above, in the transition metal recovery method of the first embodiment, the solution is separately supplied and discharged to the fuel electrode channel and the air electrode channel which are independent of each other. Therefore, when the transition metal contained in the anode and the transition metal contained in the cathode are different, the solution supplied to the anode channel and the solution supplied to the cathode channel are different from each other, It is appropriately selected according to the type of metal. When the transition metal contained in the fuel electrode and the transition metal contained in the air electrode are the same, the solution supplied to the fuel electrode flow path and the solution supplied to the air electrode flow path are basically Is the same.
また、遷移金属の回収方法では、互いに独立している燃料極流路および空気極流路から、溶解液を別々に排出する。燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが異なる場合には、燃料極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属と空気極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属とは異なる。溶解液の排出時において、燃料極流路から排出した溶解液および空気極流路から排出した溶解液は互いに混ざらないので、遷移金属の再利用のために溶解液に実施される処理工程が容易になる。 In the transition metal recovery method, the solution is separately discharged from the fuel electrode flow path and the air electrode flow path that are independent of each other. If the transition metal contained in the anode and the transition metal contained in the air electrode are different, the transition metal contained in the solution discharged from the anode flow path and the transition metal contained in the solution discharged from the air flow path Different from metal. When the solution is discharged, the solution discharged from the fuel electrode channel and the solution discharged from the air electrode channel do not mix with each other, so that the processing steps performed on the solution for the reuse of the transition metal are easy. become.
また、溶解工程S30では、遷移金属が溶解液に溶解するときに、気体が発生する。発生した気体は、溶解液と共に燃料極流路や空気極流路を流れて、燃料極流路出口や空気極流路出口から燃料電池の外部に排出される。一方で、気体が燃料極流路や空気極流路に溜まると、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分が減少する。そのため、溶解液に溶解される遷移金属の量は低下する。ここで、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法では、燃料極流路および空気極流路から溶解液を別々に排出するので、燃料極や空気極で発生した気体は、燃料極流路や空気極流路に過剰に溜まずに、燃料極流路や空気極流路から速やかに排出される。そのため、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分の減少に起因する、遷移金属の溶解量の低下は抑制される。 In the dissolving step S30, gas is generated when the transition metal dissolves in the dissolving solution. The generated gas flows through the fuel electrode flow path and the air electrode flow path together with the solution, and is discharged from the fuel electrode flow path outlet and the air electrode flow path outlet to the outside of the fuel cell. On the other hand, when gas accumulates in the fuel electrode flow path or the air electrode flow path, the portion of the fuel electrode or the air electrode immersed in the solution decreases. Therefore, the amount of the transition metal dissolved in the solution decreases. Here, in the transition metal recovery method of the first embodiment, the dissolved liquid is separately discharged from the fuel electrode flow path and the air electrode flow path. It is quickly discharged from the fuel electrode flow path and the air electrode flow path without excessive accumulation in the passage and the air flow path. Therefore, a decrease in the amount of transition metal dissolved due to a decrease in the portion of the fuel electrode or the air electrode immersed in the solution is suppressed.
また、MEAを焼却せずに、燃料電池の内部から遷移金属を回収できる。そのため、MEAの焼却時に発生する、MEAに含まれるフッ素系高分子に由来する有害物質の発生が回避される。 Further, the transition metal can be recovered from the inside of the fuel cell without burning the MEA. Therefore, the generation of harmful substances derived from the fluoropolymer contained in the MEA, which is generated when the MEA is incinerated, is avoided.
また、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法は、供給工程S60と排出工程S70とをさらに有してもよい。供給工程S60および排出工程S70は、燃料電池を解体せずに行う。 Further, the transition metal recovery method of the first embodiment may further include a supply step S60 and a discharge step S70. The supply step S60 and the discharge step S70 are performed without dismantling the fuel cell.
供給工程S60では、燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給する。以降では、冷却水流路入口に溶解液を供給する供給工程S60について説明するが、供給工程は冷却水流路出口に溶解液を供給してもよい。 In the supply step S60, the solution is supplied to a cooling water flow path inlet for supplying cooling water to the fuel cell or a cooling water flow path outlet for discharging cooling water from the fuel cell. Hereinafter, the supply step S60 of supplying the solution to the cooling water channel inlet will be described, but the solution may be supplied to the cooling water channel outlet in the supplying step.
冷却水流路入口とは、燃料電池を使用していた際に、燃料電池の冷却水流路に冷却水を供給していた部分である。また、冷却水流路出口とは、燃料電池を使用していた際に、冷却水流路から冷却水を排出していた部分である。冷却水流路入口および冷却水流路出口の設置数は、特に限定されるものではない。 The cooling water flow path inlet is a portion where the cooling water was supplied to the cooling water flow path of the fuel cell when the fuel cell was used. The cooling water flow path outlet is a part where the cooling water was discharged from the cooling water flow path when the fuel cell was used. The number of cooling water passage inlets and cooling water passage outlets is not particularly limited.
冷却水流路は、燃料電池の内部に設けられている。また、燃料電池の内部において、冷却水流路は、燃料極流路および空気極流路とは連通しておらず、独立している。また、燃料電池を使用していた際に、冷却水流路内には、冷却水が流れている。そして、冷却水流路入口から冷却水流路に供給された冷却水は、燃料電池の発電時に加熱している部分を冷却しながら、冷却水流路出口から排出される。冷却水流路の設置数は、特に限定されるものではない。 The cooling water passage is provided inside the fuel cell. Further, inside the fuel cell, the cooling water flow path does not communicate with the fuel electrode flow path and the air electrode flow path and is independent. Further, when the fuel cell is used, cooling water flows in the cooling water channel. Then, the cooling water supplied from the cooling water flow path inlet to the cooling water flow path is discharged from the cooling water flow path outlet while cooling a portion heated during power generation of the fuel cell. The number of cooling water channels provided is not particularly limited.
供給工程S60では、燃料電池の外部から冷却水流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は冷却水流路内を流通する。冷却水流路内を流通する溶解液は、溶解工程S30における遷移金属の溶解時に加熱している部分を冷却する。そのため、燃料電池内の温度分布は小さくなり、溶解工程S30において、燃料電池内の温度分布に起因する遷移金属の溶解のばらつきは抑制される。なお、冷却水が冷却水流路内に残存している場合には、供給工程S60を実施する前に、燃料電池から冷却水を排出する。 In the supply step S60, the solution is supplied from the outside of the fuel cell to the inlet of the cooling water channel, so that the solution flows in the cooling water channel. The solution flowing in the cooling water flow path cools a portion heated during dissolution of the transition metal in the dissolving step S30. Therefore, the temperature distribution in the fuel cell is reduced, and in the melting step S30, the variation in the dissolution of the transition metal due to the temperature distribution in the fuel cell is suppressed. If the cooling water remains in the cooling water channel, the cooling water is discharged from the fuel cell before performing the supplying step S60.
供給工程S60において、冷却水流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程S10と同様に、冷却水流路入口に接続した供給ポンプや、冷却水流路出口に接続した吸引ポンプによって、冷却水流路入口から冷却水流路に溶解液を供給してもよい。 In the supply step S60, the method for supplying the solution to the inlet of the cooling water channel is not particularly limited. For example, similarly to the fuel electrode immersion step S10, the solution may be supplied from the cooling water channel inlet to the cooling water channel by a supply pump connected to the cooling water channel inlet or a suction pump connected to the cooling water channel outlet. .
また、供給工程S60において、燃料極浸漬工程S10と同様に、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。 Further, in the supply step S60, similarly to the fuel electrode immersion step S10, the solution may be supplied continuously, or may be supplied intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. .
また、供給工程S60の実施の時機は、特に限定されるものではない。例えば、溶解工程S30において燃料電池の温度が所定の温度以上になったときに、供給工程S60が実施される。 Further, the timing for performing the supply step S60 is not particularly limited. For example, when the temperature of the fuel cell becomes equal to or higher than a predetermined temperature in the melting step S30, the supplying step S60 is performed.
また、供給工程S60では、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路入口に供給される溶解液を冷却水流路入口に供給してもよいし、空気極浸漬工程S20で空気極流路入口に供給される溶解液を冷却水流路入口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程S10および空気極浸漬工程S20で用いられない溶解液を冷却水流路入口に供給してもよい。 In the supply step S60, the dissolved liquid supplied to the fuel electrode flow path inlet in the fuel electrode immersion step S10 may be supplied to the cooling water flow path entrance, or may be supplied to the air electrode flow path entrance in the air electrode immersion step S20. The dissolved solution to be used may be supplied to the cooling water channel inlet, or a solution not used in the fuel electrode immersion step S10 and the air electrode immersing step S20 may be supplied to the cooling water channel inlet.
排出工程S70では、冷却水流路出口または冷却水流路入口から、溶解液を燃料電池の外部に排出する。排出工程S70では、冷却水流路出口から溶解液を排出することによって、遷移金属の溶解時に発生した熱は、溶解液を介して、燃料電池の外部に容易に取り出される。 In the discharging step S70, the solution is discharged from the cooling water flow path outlet or the cooling water flow path inlet to the outside of the fuel cell. In the discharging step S70, the heat generated at the time of dissolving the transition metal is easily taken out of the fuel cell through the liquid by discharging the dissolved liquid from the cooling water flow path outlet.
なお、ここでは、冷却水流路出口から溶解液を排出する排出工程S70について説明するが、供給工程S60で冷却水流路出口に溶解液を供給した場合には、排出工程で冷却水流路入口から溶解液を排出する。 Here, the discharging step S70 for discharging the dissolved liquid from the cooling water flow path outlet will be described. However, when the dissolving liquid is supplied to the cooling water flow path outlet in the supplying step S60, the dissolving is performed from the cooling water flow path inlet in the discharging step. Drain the liquid.
排出工程S70において、冷却水流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極排出工程S40と同様に、供給工程S60で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、冷却水流路出口を介して冷却水流路から溶解液を排出してもよい。 In the discharging step S70, the method of discharging the solution from the outlet of the cooling water channel is not particularly limited. For example, similarly to the fuel electrode discharging step S40, the solution may be discharged from the cooling water flow path via the cooling water flow path outlet by the supply pump or the suction pump used in the supply step S60.
また、排出工程S70において、燃料極排出工程S40と同様に、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。 In the discharging step S70, similarly to the fuel electrode discharging step S40, the solution may be continuously discharged, or may be discharged intermittently at predetermined time intervals at predetermined time intervals. .
また、排出工程S70は、供給工程S60の完了後に実施してもよいし、供給工程S60と共に実施してもよい。 Further, the discharging step S70 may be performed after the completion of the supplying step S60, or may be performed together with the supplying step S60.
また、排出工程S70で冷却水流路から排出した溶解液の一部または全ては、供給工程S60で冷却水流路に供給する溶解液に用いてもよいし、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路に供給する溶解液に用いてもよいし、空気極浸漬工程S20で空気極流路に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極排出工程S40と同様に、冷却水流路出口と冷却水流路入口とを連結する連結流路、冷却水流路出口と燃料極流路入口とを連結する連結流路、冷却水流路出口と空気極流路入口とを連結する連結流路を設けて、これら流路内で溶解液を循環させる。 Further, a part or all of the solution discharged from the cooling water channel in the discharging step S70 may be used for the solution to be supplied to the cooling water channel in the supplying step S60, or the fuel electrode channel may be used in the fuel electrode dipping step S10. May be used for the dissolving liquid supplied to the air electrode or may be used for the dissolving liquid supplied to the air electrode channel in the air electrode immersion step S20. In this case, for example, similarly to the fuel electrode discharging step S40, a connection flow path connecting the cooling water flow path outlet and the cooling water flow path inlet, a connection flow path connecting the cooling water flow path outlet and the fuel electrode flow path inlet, A connecting flow path is provided for connecting the water flow path outlet and the air electrode flow path inlet, and the solution is circulated in these flow paths.
例えば、排出工程S70で冷却水流路出口から溶解液を排出した場合には、当該溶解液は、供給工程S60で冷却水流路入口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路入口に供給してもよいし、空気極浸漬工程S20で空気極流路入口に供給してもよい。また、排出工程S70で冷却水流路入口から溶解液を排出した場合には、当該溶解液は、供給工程S60で冷却水流路出口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程S10で燃料極流路出口に供給してもよいし、空気極浸漬工程S20で空気極流路出口に供給してもよい。 For example, when the solution is discharged from the outlet of the cooling water channel in the discharging step S70, the solution may be supplied to the inlet of the cooling water channel in the supplying step S60, or may be supplied to the fuel electrode immersion step S10. The air may be supplied to the entrance of the passage, or may be supplied to the entrance of the cathode passage in the cathode immersion step S20. When the solution is discharged from the cooling water channel inlet in the discharging step S70, the solution may be supplied to the cooling water channel outlet in the supplying step S60, or the fuel electrode flow may be supplied in the fuel electrode dipping step S10. The air may be supplied to the air outlet, or may be supplied to the air electrode flow channel outlet in the air electrode immersion step S20.
次に、第1の実施の形態の遷移金属の回収装置について説明する。 Next, a transition metal recovery device according to the first embodiment will be described.
図2は、第1の実施の形態の遷移金属の回収装置1を模式的に示す概略図である。また、図3は、第1の実施の形態の遷移金属の回収装置1における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。遷移金属の回収装置1(以下、単に回収装置1ともいう)は、上述した第1の実施の形態の遷移金属の回収方法を実施することができる装置である。なお、図3において、遷移金属の回収時における溶解液の流れは矢印で示している。 FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the transition metal recovery device 1 of the first embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the flow of the solution in the transition metal recovery device 1 according to the first embodiment. The transition metal recovery apparatus 1 (hereinafter, also simply referred to as the recovery apparatus 1) is an apparatus that can perform the transition metal recovery method of the first embodiment described above. In FIG. 3, the flow of the solution during recovery of the transition metal is indicated by arrows.
図2に示すように、回収装置1は、燃料電池2の内部に溶解液を供給して、供給した溶解液を燃料電池2の外部に排出する溶解液供給部3と、溶解液に浸漬している不図示の燃料極および空気極に電圧を印加する電圧印加部4とを有する。
As shown in FIG. 2, the recovery device 1 supplies a solution to the inside of the fuel cell 2 and immerses the solution in a
溶解液供給部3は、第1供給部3aおよび第2供給部3bを有する。図3に示すように、第1供給部3aは、燃料極流路入口5aに溶解液を供給して、燃料極流路出口5bから溶解液を排出する。燃料極流路入口5aに供給された溶解液は、燃料極流路5を流れ、燃料極を浸漬させる。また、第2供給部3bは、空気極流路入口6aに溶解液を供給して、空気極流路出口6bから溶解液を排出する。空気極流路入口6aに供給された溶解液は、空気極流路6を流れ、空気極を浸漬させる。例えば、第1供給部3aおよび第2供給部3bは、供給ポンプから構成される。
The
回収装置1は、図3に示すように、互いに独立している燃料極流路5と空気極流路6とに対して、溶解液を別々に供給および排出する。換言すると、第1供給部3aおよび第2供給部3bは、互いに別々に駆動する。第1供給部3aから燃料極流路5に供給される溶解液の種類は、燃料極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、第2供給部3bから空気極流路6に供給される溶解液の種類は、空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。
As shown in FIG. 3, the recovery device 1 separately supplies and discharges the solution to and from the
図3に示すように、ここでは、燃料電池2の内部に設けられ、第1供給部3aと燃料極流路入口5aとを接続する流路15aを介して、溶解液を燃料極流路入口5aに供給する例について説明するが、流路15aを介さずに、溶解液を燃料極流路入口5aに供給してもよい。同様に、空気極流路6に供給する溶解液についても、燃料電池2の内部に設けられる流路16aを介して、空気極流路入口6aに供給してもよいし、流路16aを介さずに空気極流路入口6aに供給してもよい。
As shown in FIG. 3, here, the solution is provided inside the fuel cell 2, and through a
また、同様に、燃料電池2の内部に設けられる流路15bを介して、燃料極流路5に供給された溶解液を燃料極流路出口5bから燃料電池2の外部に排出する例について説明するが、流路15bを介さずに、溶解液を燃料極流路出口5bから燃料電池2の外部に排出してもよい。空気極流路6に供給された溶解液についても、流路16bを介して空気極流路出口6bから燃料電池2の外部に排出してもよいし、流路16bを介さずに空気極流路出口6bから燃料電池2の外部に排出してもよい。
Similarly, an example in which the solution supplied to the fuel
なお、流路15a,15b,16a,16bは、遷移金属の回収のために設けられているのではなく、燃料電池2の内部に既存に設けられている。
Note that the
図3に示すように、流路15a、燃料極流路5、流路15bは、連通している一連の流路である。また、流路16a、空気極流路6、流路16bは、連通している一連の流路であり、燃料電池2の内部において、流路15a、燃料極流路5、流路15bとは、連通しておらずに独立している。
As shown in FIG. 3, the
なお、ここでは、燃料極流路入口5aに溶解液を供給する第1供給部3aおよび空気極流路入口6aに溶解液を供給する第2供給部3bについて説明するが、第1供給部3aは、燃料極流路出口5bに溶解液を供給して、燃料極流路入口5aから溶解液を排出してもよいし、第2供給部3bは、空気極流路出口6bに溶解液を供給して、空気極流路入口6aから溶解液を排出してもよい。換言すると、図3における溶解液の流れ方向は特に限定されるものではない。
Here, the
電圧印加部4は、図2に示すように、不図示の燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子7および不図示の空気極と電気的に接続される空気極出力端子8を介して、燃料電池2の外部から、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に所定の電圧を印加する。電圧印加部4から燃料極および空気極に印加される電圧は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。
As shown in FIG. 2, the voltage applying unit 4 is connected via a fuel electrode output terminal 7 electrically connected to a fuel electrode (not shown) and an air
電圧印加部4から燃料極および空気極に電圧が印加されると、燃料極流路5では、燃料極に含まれる遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液に溶解し、空気極流路6では、空気極に含まれる遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液に溶解する。そして、燃料極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、第1供給部3aによって、燃料極流路出口5bから燃料電池2の外部に排出される。また、空気極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、第2供給部3bによって、空気極流路出口6bから燃料電池2の外部に排出される。こうして、燃料電池2に含まれる遷移金属が燃料電池2の内部から回収される。
When a voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode from the voltage applying unit 4, the transition metal contained in the fuel electrode is dissolved in the solution as a transition metal complex ion in the
燃料電池2からの遷移金属の回収時には、燃料電池2を解体せずに、第1供給部3aおよび第2供給部3bは、燃料電池2の内部に溶解液を供給して、燃料電池2の外部へ溶解液を排出し、電圧印加部4は、燃料電池2の外部から燃料極および空気極に電圧を印加する。また、第1供給部3aは、燃料極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置1内で溶解液を循環させてもよいし、第2供給部3bは、空気極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置1内で溶解液を循環させてもよい。
When recovering the transition metal from the fuel cell 2, the
また、図3に示すように、回収装置1は、燃料極流路出口5bおよび第1供給部3aに接続する第1タンク部9aと、空気極流路出口6bおよび第2供給部3bに接続する第2タンク部9bと、第1タンク部9aおよび第2タンク部9bに接続する排気部10とを有してもよい。
As shown in FIG. 3, the recovery device 1 is connected to the
燃料電池2の燃料極流路出口5bから排出された溶解液は、第1タンク部9aに供給される。第1タンク部9aは、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる水素、塩素、酸素などの気体からなる気相とを分離し、液相と気相とを貯留する。気相部分は、第1タンク部9a内の上部に貯留し、液相部分は、気相部分の下に貯留する。第1タンク部9a内の気相部分は、排気部10に供給され、排気部10は、第1タンク部9aから供給された気体を回収装置1の外部へ排気する。第1タンク部9a内の液相部分である溶解液は、第1供給部3aによって、燃料極流路入口5aおよび後述する冷却水流路入口11aに供給される。
The solution discharged from the fuel
同様に、空気極流路出口6bから排出された溶解液は、第2タンク部9bに供給される。第2タンク部9bは、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる気体からなる気相とを貯留する。第2タンク部9b内の気相部分は、排気部10に供給され、排気部10は、第2タンク部9bから供給された気体を回収装置1の外部へ排気する。第2タンク部9b内の液相部分である溶解液は、第2供給部3bによって、空気極流路入口6aに供給される。
Similarly, the dissolved liquid discharged from the air
また、図3に示すように、回収装置1において、第1供給部3aは、冷却水流路入口11aに溶解液を供給して、冷却水流路出口11bから溶解液を排出してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, in the recovery device 1, the
第1供給部3aから冷却水流路入口11aを介して冷却水流路11に溶解液が供給されると、遷移金属の溶解時に加熱している燃料電池2の部分が溶解液によって冷却される。そのため、燃料電池2内の温度分布は小さくなり、安定化した遷移金属の回収を実施することができる。
When the solution is supplied from the
燃料電池2からの遷移金属の回収時と同様に、燃料電池2を解体せずに、第1供給部3aは、燃料電池2の内部に設けられている冷却水流路11に溶解液を供給し、冷却水流路11から溶解液を排出する。
As in the case of recovering the transition metal from the fuel cell 2, the
また、燃料極流路5や空気極流路6に供給する溶解液と同様に、冷却水流路11に供給する溶解液は、燃料電池2の内部に設けられる流路17aを介して冷却水流路入口11aに供給してもよいし、流路17aを介さずに冷却水流路入口11aに供給してもよい。同様に、冷却水流路11に供給された溶解液は、流路17bを介して燃料電池2の外部に排出してもよいし、流路17bを介さずに燃料電池2の外部に排出してもよい。なお、流路17a,17bは、遷移金属の回収のために設けられているのではなく、燃料電池2の内部に既存に設けられている。
Similarly to the solution supplied to the fuel
また、流路17a、冷却水流路11、流路17bは、連通している一連の流路であり、燃料電池2の内部において、流路15a、燃料極流路5、流路15b、および流路16a、空気極流路6、流路16bとは、連通しておらずに独立している。
The
なお、ここでは、冷却水流路入口11aに溶解液を供給する第1供給部3aについて説明するが、第1供給部3aは、冷却水流路出口11bに溶解液を供給して、冷却水流路入口11aから溶解液を排出してもよい。また、第1供給部3aが冷却水流路11に溶解液を供給しているが、第1供給部3aの代わりに、第2供給部3bが冷却水流路11に溶解液を供給してもよいし、溶解液供給部3とは異なる不図示の溶解液供給部が冷却水流路11に溶解液を供給してもよい。
Here, the
また、ここでは、冷却水流路11が空気極流路6側と反対側の燃料極流路5の近傍に1つ設けられる例について説明するが、冷却水流路11の設置位置は特に限定されるものではなく、冷却水流路11は燃料電池2内に複数設けられてもよい。冷却水流路が燃料電池2内に2つ設けられる場合、例えば、冷却水流路の一方は空気極流路6側と反対側の燃料極流路5の近傍に設けられ、冷却水流路の他方は燃料極流路5側と反対側の空気極流路6の近傍に設けられる。
Here, an example in which one cooling
燃料極から遷移金属を回収した後、第1供給部3aを停止して、溶解液の循環を止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、第1タンク部9aに設けられる不図示のドレン口を介して、第1タンク部9aから回収装置1の外部へ排出される。同様に、空気極から遷移金属を回収した後、第2供給部3bを停止して、溶解液の循環を止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、第2タンク部9bに設けられる不図示のドレン口を介して、回収装置1の外部へ排出される。
After recovering the transition metal from the fuel electrode, the
遷移金属を回収した燃料電池2は、例えば、遷移金属を回収していない燃料電池と交換する。 The fuel cell 2 from which the transition metal has been recovered is replaced with, for example, a fuel cell from which the transition metal has not been recovered.
上記したように、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置によれば、燃料電池の外部から供給される溶解液に、燃料電池の内部に設けられている燃料極および空気極を浸漬させて、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に、燃料電池の外部から電圧を印加することによって、燃料極および空気極に含まれている遷移金属を溶解液に溶解させることができる。そして、遷移金属を含む溶解液は、燃料電池の外部に排出することができる。そのため、燃料電池を解体させずに、燃料電池の内部から遷移金属を容易に回収することができる。 As described above, according to the transition metal recovery method and the transition metal recovery device of the first embodiment, the fuel electrode provided inside the fuel cell is added to the solution supplied from outside the fuel cell. And, by applying a voltage from outside the fuel cell to the fuel electrode and the air electrode immersed in the solution, the transition metals contained in the fuel electrode and the air electrode are immersed in the solution. Can be dissolved. Then, the solution containing the transition metal can be discharged to the outside of the fuel cell. Therefore, the transition metal can be easily recovered from the inside of the fuel cell without disassembling the fuel cell.
また、互いに独立している燃料極流路と空気極流路とに対して、溶解液を別々に供給および排出することができる。そのため、燃料極および空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて、燃料極を浸漬させる溶解液の種類と空気極を浸漬させる溶解液とを適宜選択することができる。 Further, the solution can be separately supplied and discharged to the fuel electrode flow path and the air electrode flow path which are independent from each other. Therefore, the type of solution for immersing the fuel electrode and the type of solution for immersing the air electrode can be appropriately selected according to the type of transition metal contained in the fuel electrode and the air electrode.
また、互いに独立している燃料極流路および空気極流路から、溶解液を別々に排出する。燃料極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属と空気極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属とが異なる場合、これらの溶解液は互いに混ざらずに別々に排出される。そのため、溶解液に含まれる遷移金属の種類は増加しないので、溶解液に対する遷移金属を再利用するための処理工程は容易になる。 Further, the solution is separately discharged from the fuel electrode channel and the air electrode channel which are independent of each other. When the transition metal contained in the dissolved liquid discharged from the fuel electrode flow path and the transition metal contained in the dissolved liquid discharged from the air electrode flow path are different, these dissolved liquids are separately discharged without being mixed with each other. Therefore, the type of transition metal contained in the solution does not increase, and the processing step for reusing the transition metal in the solution is facilitated.
また、溶解工程において燃料極や空気極で発生した気体は、溶解液と共に、燃料極流路や空気極流路から速やかに排出される。そのため、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分の減少が抑制されるので、遷移金属の溶解量の低下は抑制される。 Further, gas generated at the fuel electrode or the air electrode in the dissolving step is quickly discharged from the fuel electrode channel or the air electrode channel together with the solution. Therefore, a decrease in the portion of the fuel electrode or the air electrode immersed in the solution is suppressed, and a decrease in the amount of transition metal dissolved is suppressed.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の遷移金属の回収方法において、燃料極浸漬工程S110、空気極浸漬工程S120、燃料極排出工程S140、および空気極排出工程S150の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の遷移金属の回収方法の構成と基本的に同じである。
(Second embodiment)
The transition metal recovery method of the second embodiment is the same as the first embodiment except that the configurations of the anode immersion step S110, the cathode immersion step S120, the anode discharge step S140, and the cathode discharge step S150 are different. The configuration is basically the same as that of the method for recovering the transition metal in the form.
また、図4は、第2の実施の形態の遷移金属の回収装置31を模式的に示す概略図である。図5は、第2の実施の形態の遷移金属の回収装置31における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。第2の実施の形態の遷移金属の回収装置31において、溶解液供給部33およびタンク部39の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の遷移金属の回収装置1の構成と基本的に同じである。
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a transition metal recovery device 31 according to the second embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the flow of the solution in the transition metal recovery device 31 according to the second embodiment. The transition metal recovery device 31 of the second embodiment is basically the same as the transition metal recovery device 1 of the first embodiment, except that the configurations of a
以下に示す実施の形態では、第1の実施の形態の構成と重複する説明を省略または簡略する。そして、第1の実施の形態の構成と異なる構成について主に説明する。 In the embodiments described below, descriptions overlapping with the configuration of the first embodiment will be omitted or simplified. Then, a configuration different from the configuration of the first embodiment will be mainly described.
まず、第2の実施の形態の遷移金属の回収方法について説明する。 First, a transition metal recovery method according to the second embodiment will be described.
第2の実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料極浸漬工程S110と、空気極浸漬工程S120と、溶解工程S30と、燃料極排出工程S140と、空気極排出工程S150とを有する。そして、第2の実施の形態の遷移金属の回収方法では、一連に接続される燃料極流路と空気極流路とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。 The transition metal recovery method according to the second embodiment includes a fuel electrode dipping step S110, an air electrode dipping step S120, a melting step S30, a fuel electrode discharging step S140, and an air electrode discharging step S150. In the transition metal recovery method according to the second embodiment, the same solution is supplied and discharged to the fuel electrode flow path and the air electrode flow path connected in series.
燃料極浸漬工程S110について説明する。 The fuel electrode immersion step S110 will be described.
燃料極浸漬工程S110では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に燃料極を浸漬する。燃料極浸漬工程S10と同様に、燃料極浸漬工程S110では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給することによって、溶解液は燃料極流路内を流通し、燃料極は溶解液に浸漬される。 In the fuel electrode immersion step S110, the solution is supplied to the fuel electrode channel inlet or the fuel electrode channel outlet, and the fuel electrode is immersed in the solution. In the same manner as in the fuel electrode immersion step S10, in the fuel electrode immersion step S110, the solution is supplied to the fuel electrode channel inlet or the fuel electrode channel outlet, so that the solution flows through the fuel electrode channel, Is immersed in the solution.
燃料極浸漬工程S110において、燃料極流路入口または燃料極流路出口に、後述する空気極排出工程S150で空気極流路出口または空気極流路入口から排出した溶解液を供給してもよい。 In the fuel electrode immersion step S110, the solution discharged from the air electrode channel outlet or the air electrode channel inlet in the later-described air electrode discharge step S150 may be supplied to the fuel electrode channel inlet or the fuel electrode channel outlet. .
次に、空気極浸漬工程S120について説明する。 Next, the air electrode immersion step S120 will be described.
空気極浸漬工程S120では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に空気極を浸漬する。空気極浸漬工程S20と同様に、空気極浸漬工程S120では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給することによって、溶解液は空気極流路内を流通し、空気極は溶解液に浸漬される。 In the air electrode immersion step S120, the solution is supplied to the air electrode channel inlet or the air electrode channel outlet, and the air electrode is immersed in the solution. Similarly to the air electrode immersion step S20, in the air electrode immersion step S120, the solution is supplied to the air electrode channel inlet or the air electrode channel outlet, so that the solution flows through the air electrode channel, Is immersed in the solution.
空気極浸漬工程S120において、空気極流路入口または空気極流路出口に、後述する燃料極排出工程S140で燃料極流路出口または燃料極流路入口から排出した溶解液を供給してもよい。 In the cathode immersion step S120, the dissolved liquid discharged from the anode flow path outlet or the anode flow path entrance in the later-described anode discharge step S140 may be supplied to the cathode flow path entrance or the cathode flow path exit. .
次に、溶解工程S30について説明する。 Next, the dissolving step S30 will be described.
溶解工程S30では、燃料極浸漬工程S110および空気極浸漬工程S120で供給した溶解液に浸漬している燃料極および空気極に電圧を印加して、燃料極および空気極に含まれる遷移金属を溶解液に溶解させる。 In the dissolving step S30, a voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode immersed in the dissolving solution supplied in the fuel electrode immersing step S110 and the air electrode immersing step S120 to dissolve transition metals contained in the fuel electrode and the air electrode. Dissolve in liquid.
次に、燃料極排出工程S140について説明する。 Next, the fuel electrode discharging step S140 will be described.
燃料極排出工程S140では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。燃料極排出工程S40と同様に、燃料極排出工程S140では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、燃料極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の内部から回収される。 In the fuel electrode discharging step S140, the solution containing the transition metal is discharged from the fuel electrode channel outlet or the fuel electrode channel inlet. Similarly to the fuel electrode discharging step S40, in the fuel electrode discharging step S140, the transition metal contained in the fuel electrode is discharged by discharging the solution containing the transition metal from the fuel electrode channel outlet or the fuel electrode channel inlet. The contained solution is recovered from inside the fuel cell.
また、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、燃料極排出工程S140で燃料極流路出口または燃料極流路入口から排出した溶解液は、空気極浸漬工程S120における空気極流路入口または空気極流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、燃料極排出工程S140で排出した溶解液の一部または全ては、空気極浸漬工程S120に供給してもよい。 When the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, the dissolved liquid discharged from the fuel electrode channel outlet or the fuel electrode channel inlet in the fuel electrode discharge step S140 is used as the air electrode immersion step S120. At the air electrode channel inlet or the air electrode channel outlet. When the anode immersion step S110 is performed after the cathode immersion step S120, part or all of the solution discharged in the anode discharge step S140 may be supplied to the cathode immersion step S120.
次に、空気極排出工程S150について説明する。 Next, the air electrode discharging step S150 will be described.
空気極排出工程S150では、空気極流路出口または空気極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。空気極排出工程S50と同様に、空気極排出工程S150では、空気極流路出口または空気極流路入口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、空気極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の内部から回収される。 In the cathode discharge step S150, the solution containing the transition metal is discharged from the cathode outlet or the cathode inlet. Similarly to the cathode discharge step S50, in the cathode discharge step S150, the transition metal contained in the cathode is discharged by discharging the solution containing the transition metal from the cathode passage outlet or the cathode inlet. The contained solution is recovered from inside the fuel cell.
また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、空気極排出工程S150で空気極流路出口または空気極流路入口から排出した溶解液は、燃料極浸漬工程S110における燃料極流路入口または燃料極流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、空気極排出工程S150で排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程S110に供給してもよい。 Further, when the fuel electrode immersion step S110 is performed after the air electrode immersion step S120, the dissolved liquid discharged from the air electrode channel outlet or the air electrode channel inlet in the air electrode discharge step S150 is used in the fuel electrode immersion step S110. The fuel is supplied to the fuel electrode channel inlet or the fuel electrode channel outlet. Further, when the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, a part or all of the solution discharged in the air electrode discharge step S150 may be supplied to the fuel electrode immersion step S110.
また、第2の実施の形態の遷移金属の回収方法は、供給工程S160と排出工程S170とをさらに有してもよい。 Further, the transition metal recovery method according to the second embodiment may further include a supply step S160 and a discharge step S170.
供給工程S160では、供給工程S60と同様に、冷却水流路入口または冷却水流路出口に溶解液を供給する。 In the supply step S160, similarly to the supply step S60, the solution is supplied to the cooling water flow path inlet or the cooling water flow path outlet.
燃料極浸漬工程S110および空気極浸漬工程S120の後に供給工程S160が実施される場合、燃料極排出工程S140や空気極排出工程S150で排出した溶解液は、供給工程S160に供給する。具体的には、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、空気極排出工程S150で排出した溶解液は、供給工程S160における冷却水流路入口または冷却水流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、燃料極排出工程S140で排出した溶解液は、供給工程S160に供給する。 When the supply step S160 is performed after the anode immersion step S110 and the cathode electrode immersion step S120, the solution discharged in the anode discharge step S140 and the cathode discharge step S150 is supplied to the supply step S160. Specifically, when the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, the dissolved liquid discharged in the air electrode discharge step S150 is supplied to the cooling water channel inlet or the cooling water channel outlet in the supply step S160. Supply. When the fuel electrode immersion step S110 is performed after the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the fuel electrode discharge step S140 is supplied to the supply step S160.
また、燃料極浸漬工程S110および空気極浸漬工程S120の前に供給工程S160が実施される場合、燃料極排出工程S140や空気極排出工程S150で排出した溶解液の一部または全ては、供給工程S160に供給してもよい。具体的には、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、空気極排出工程S150で排出した溶解液は、供給工程S160に供給してもよい。また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、燃料極排出工程S140で排出した溶解液は、供給工程S160に供給してもよい。 When the supply step S160 is performed before the anode immersion step S110 and the cathode electrode immersion step S120, part or all of the solution discharged in the anode discharge step S140 or the cathode discharge step S150 is supplied to the supply step. It may be supplied to S160. Specifically, when the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, the dissolved liquid discharged in the air electrode discharge step S150 may be supplied to the supply step S160. When the fuel electrode immersion step S110 is performed after the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the fuel electrode discharge step S140 may be supplied to the supply step S160.
排出工程S170では、排出工程S70と同様に、冷却水流路出口または冷却水流路入口から、溶解液を排出する。そのため、遷移金属の溶解時に発生した熱は、燃料電池の外部に容易に取り出される。 In the discharging step S170, similarly to the discharging step S70, the solution is discharged from the cooling water flow path outlet or the cooling water flow path inlet. Therefore, heat generated when the transition metal is dissolved is easily taken out of the fuel cell.
燃料極浸漬工程S110および空気極浸漬工程S120の前に供給工程S160が実施される場合、排出工程S170で排出した溶解液は、燃料極浸漬工程S110や空気極浸漬工程S120に供給する。具体的には、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、排出工程S170で冷却水流路出口または冷却水流路入口から排出した溶解液は、燃料極浸漬工程S110に供給する。また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、排出工程S170で排出した溶解液は、空気極浸漬工程S120に供給する。 When the supply step S160 is performed before the fuel electrode immersion step S110 and the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the discharge step S170 is supplied to the fuel electrode immersion step S110 and the air electrode immersion step S120. Specifically, when the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, the solution discharged from the cooling water flow path outlet or the cooling water flow path entrance in the discharge step S170 is supplied to the fuel electrode immersion step S110. Supply. When the fuel electrode immersion step S110 is performed after the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the discharge step S170 is supplied to the air electrode immersion step S120.
また、燃料極浸漬工程S110および空気極浸漬工程S120の後に供給工程S160が実施される場合、排出工程S170で排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程S110や空気極浸漬工程S120に供給してもよい。具体的には、空気極浸漬工程S120の前に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、排出工程S170で排出した溶解液は、燃料極浸漬工程S110に供給してもよい。また、空気極浸漬工程S120の後に燃料極浸漬工程S110が実施される場合、排出工程S170で排出した溶解液は、空気極浸漬工程S120に供給してもよい。 When the supply step S160 is performed after the fuel electrode immersion step S110 and the air electrode immersion step S120, a part or all of the dissolved liquid discharged in the discharge step S170 is used for the fuel electrode immersion step S110 and the air electrode immersion step S120. May be supplied. Specifically, when the fuel electrode immersion step S110 is performed before the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the discharge step S170 may be supplied to the fuel electrode immersion step S110. When the fuel electrode immersion step S110 is performed after the air electrode immersion step S120, the solution discharged in the discharge step S170 may be supplied to the air electrode immersion step S120.
次に、第2の実施の形態の遷移金属の回収装置31について説明する。 Next, a transition metal recovery device 31 according to a second embodiment will be described.
図4に示すように、回収装置31は、燃料電池2の内部に溶解液を供給して、供給した溶解液を燃料電池2の外部に排出する溶解液供給部33と、燃料極および空気極に電圧を印加する電圧印加部4とを有する。回収装置31は、上述した第2の実施の形態の遷移金属の回収方法を実施することができる装置である。
As shown in FIG. 4, the recovery device 31 includes a
溶解液供給部33は、図5に示すように、燃料極流路入口5aに溶解液を供給し、燃料極流路出口5bから排出した溶解液を空気極流路入口6aに供給し、空気極流路出口6bから溶解液を排出する。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、燃料電池2の内部に設けられる流路41の一端および流路15bは、燃料電池2の外部に設けられる流路51によって接続される。また、流路41の他端および流路16aは、燃料電池2の外部に設けられる流路52によって接続される。流路51および流路52は、遷移金属の回収のために設けられており、流路41は、燃料電池2の内部に既存に設けられている。そして、回収装置31は、一連に接続される燃料極流路5と空気極流路6とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。なお、燃料電池2の内部において、流路41は、流路15a、燃料極流路5、流路15bの流路、および流路16a、空気極流路6、流路16bの流路とは、連通しておらずに独立している。
As shown in FIG. 5, one end of the
ここでは、一連に接続される燃料極流路5と空気極流路6とに対して、溶解液を燃料極流路入口5aに供給して空気極流路出口6bから排出する溶解液供給部33について説明するが、これら入口および出口に対する溶解液の供給順および排出順は特に限定されるものではない。この場合、流路41に対する流路51および流路52の接続構成は適宜変更される。
Here, for the fuel
例えば、溶解液供給部33が燃料極流路入口5aに溶解液を供給する場合、燃料極流路出口5bから排出した溶解液は、空気極流路入口6aまたは空気極流路出口6bに供給する。また、溶解液供給部33が燃料極流路出口5bに溶解液を供給する場合、燃料極流路入口5aから排出した溶解液は、空気極流路入口6aまたは空気極流路出口6bに供給する。
For example, when the
また、溶解液供給部33が空気極流路入口6aに溶解液を供給する場合、空気極流路出口6bから排出した溶解液は、燃料極流路入口5aまたは燃料極流路出口5bに供給する。また、溶解液供給部33が空気極流路出口6bに溶解液を供給する場合、空気極流路入口6aから排出した溶解液は、燃料極流路入口5aまたは燃料極流路出口5bに供給する。
When the
電圧印加部4から燃料極および空気極に電圧が印加されると、燃料極内および空気極内の遷移金属が溶解液に溶解する。そして、溶解液供給部33によって、燃料極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、燃料極流路出口5bを排出した後、空気極流路6を介して、燃料電池2の外部に排出され、空気極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、空気極流路出口6bから燃料電池2の外部に排出される。こうして、燃料電池2に含まれる遷移金属が燃料電池2の内部から回収される。
When a voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode from the voltage applying unit 4, the transition metal in the fuel electrode and the air electrode dissolves in the solution. Then, the solution containing the transition metal carried on the fuel electrode is discharged from the fuel
燃料電池2からの遷移金属の回収時には、燃料電池2を解体せずに、溶解液供給部33は、燃料電池2の内部に溶解液を供給して、燃料電池2の外部へ溶解液を排出し、電圧印加部4は、燃料電池2の外部から燃料極および空気極に電圧を印加する。また、溶解液供給部33は、燃料極および空気極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置31内で溶解液を循環させてもよい。
When recovering the transition metal from the fuel cell 2, the
また、回収装置31は、空気極流路出口6bおよび溶解液供給部33に接続するタンク部39と、タンク部39に接続する排気部10とを有してもよい。
Further, the recovery device 31 may include a
空気極流路出口6bから排出された遷移金属を含む溶解液は、タンク部39に供給される。タンク部39は、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる気体からなる気相とを貯留する。タンク部39内の気相部分は、排気部10に供給され、排気部10は、タンク部39から供給された気体を回収装置31の外部へ排気する。タンク部39内の液相部分である溶解液は、溶解液供給部33によって、燃料極流路入口5aに供給される。
The solution containing the transition metal discharged from the air
また、図5に示すように、回収装置31において、溶解液供給部33は、一連に接続される燃料極流路5と空気極流路6とに溶解液を供給および排出するときに、冷却水流路入口11aに溶解液を供給して、冷却水流路出口11bから溶解液を排出してもよい。このとき、燃料電池2からの遷移金属の回収時と同様に、溶解液供給部33は、燃料電池2を解体せずに、冷却水流路11に溶解液を供給し、冷却水流路11から溶解液を排出する。
As shown in FIG. 5, in the recovery device 31, the
図5に示すように、燃料電池2の内部に設けられる流路42の一端および流路17bは、燃料電池2の外部に設けられる流路53によって接続される。また、流路42の他端および流路15aは、燃料電池2の外部に設けられる流路54によって接続される。流路53および流路54は、遷移金属の回収のために設けられており、流路42は、燃料電池2の内部に既存に設けられている。そして、回収装置31は、一連に接続される冷却水流路11と燃料極流路5と空気極流路6とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。燃料電池2の内部において、流路42は、流路15a、燃料極流路5、流路15bの流路、流路16a、空気極流路6、流路16bの流路、流路17a、冷却水流路11、流路17bの流路、および流路41とは、連通しておらずに独立している。
As shown in FIG. 5, one end of the
このように、冷却水流路11と燃料極流路5と空気極流路6とは、一連に接続しているので、燃料極流路5に供給される溶解液の全ては、冷却水流路11に供給される。冷却水流路11では、遷移金属の溶解時に加熱している燃料電池2の部分が溶解液によって冷却される。そのため、燃料電池2内の温度分布は小さくなり、溶解液への遷移金属の溶解のばらつきは抑制される。
As described above, since the cooling
ここでは、一連に接続される冷却水流路11と燃料極流路5と空気極流路6とに対して、溶解液を冷却水流路入口11aに供給して空気極流路出口6bから排出する溶解液供給部33について説明するが、これら入口および出口に対する溶解液の供給順および排出順は特に限定されるものではない。この場合、流路51,52,53,54の接続構成は適宜変更される。
Here, for the cooling
例えば、溶解液供給部33が冷却水流路入口11aに溶解液を供給する場合、冷却水流路出口11bから排出した溶解液は、燃料極流路入口5a、燃料極流路出口5b、空気極流路入口6a、空気極流路出口6bのいずれかに供給する。また、溶解液供給部33が冷却水流路出口11bに溶解液を供給する場合、冷却水流路入口11aから排出した溶解液は、燃料極流路入口5a、燃料極流路出口5b、空気極流路入口6a、空気極流路出口6bのいずれかに供給する。
For example, when the
また、溶解液供給部33が燃料極流路入口5aに溶解液を供給する場合、燃料極流路出口5bから排出した溶解液は、冷却水流路入口11a、冷却水流路出口11b、空気極流路入口6a、空気極流路出口6bのいずれかに供給する。また、溶解液供給部33が燃料極流路出口5bに溶解液を供給する場合、燃料極流路入口5aから排出した溶解液は、冷却水流路入口11a、冷却水流路出口11b、空気極流路入口6a、空気極流路出口6bのいずれかに供給する。
When the
また、溶解液供給部33が空気極流路入口6aに溶解液を供給する場合、空気極流路出口6bから排出した溶解液は、冷却水流路入口11a、冷却水流路出口11b、燃料極流路入口5a、燃料極流路出口5bのいずれかに供給する。また、溶解液供給部33が空気極流路出口6bに溶解液を供給する場合、空気極流路入口6aから排出した溶解液は、冷却水流路入口11a、冷却水流路出口11b、燃料極流路入口5a、燃料極流路出口5bのいずれかに供給する。
When the
燃料極および空気極から遷移金属を回収した後、電圧印加部4および溶解液供給部33を停止して、燃料極および空気極への電圧の印加と溶解液の循環とを止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、タンク部39に設けられる不図示のドレン口を介して、タンク部39から回収装置31の外部へ排出される。
After recovering the transition metal from the fuel electrode and the air electrode, the voltage application unit 4 and the
上記したように、第2の実施の形態の遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置によれば、一連に接続される燃料極流路と空気極流路と冷却水流路とに対して、同じ溶解液を供給および排出することができる。そのため、燃料極流路および空気極流路に供給および排出する溶解液供給部の数や、燃料極流路および空気極流路から排出される溶解液を貯留するタンク部の数を減らすことができる。 As described above, according to the transition metal recovery method and the transition metal recovery device of the second embodiment, the fuel electrode flow path, the air electrode flow path, and the cooling water flow path connected in series are The same lysis solution can be supplied and drained. Therefore, it is possible to reduce the number of solution supply units that supply and discharge the fuel electrode channel and the air electrode channel and the number of tank units that store the solution discharged from the fuel electrode channel and the air electrode channel. it can.
また、燃料極流路と空気極流路と冷却水流路とは一連に接続されるので、燃料極流路や空気極流路に供給される溶解液の全てが冷却水流路に供給される。そのため、遷移金属の溶解時における燃料電池内の温度分布はさらに小さくなるので、燃料電池内の温度分布に起因する遷移金属の溶解のばらつきはさらに抑制される。 Further, since the fuel electrode flow path, the air electrode flow path, and the cooling water flow path are connected in series, all of the solution supplied to the fuel electrode flow path and the air electrode flow path are supplied to the cooling water flow path. Therefore, the temperature distribution in the fuel cell at the time of dissolution of the transition metal is further reduced, and the variation in the dissolution of the transition metal due to the temperature distribution in the fuel cell is further suppressed.
以上説明した実施の形態によれば、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を容易に回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to provide a transition metal recovery method and a transition metal recovery device that can easily recover a transition metal from a fuel cell without dismantling the fuel cell.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.
1,31…遷移金属の回収装置、2,20…燃料電池、3,33…溶解液供給部、3a…第1供給部、3b…第2供給部、4…電圧印加部、5…燃料極流路、5a…燃料極流路入口、5b…燃料極流路出口、6…空気極流路、6a…空気極流路入口、6b…空気極流路出口、7…燃料極出力端子、8…空気極出力端子、9a…第1タンク部、9b…第2タンク部、10…排気部、11…冷却水流路、11a…冷却水流路入口、11b…冷却水流路出口、15a,15b,16a,16b,17a,17b,41,42,51,52,53,54…流路、39…タンク部、50…燃料極、60…空気極、70…電解質膜、80…膜電極接合体。 1, 31: transition metal recovery device, 2, 20: fuel cell, 3, 33: solution supply unit, 3a: first supply unit, 3b: second supply unit, 4: voltage application unit, 5: fuel electrode Flow path, 5a ... fuel electrode flow path inlet, 5b ... fuel electrode flow path outlet, 6 ... air electrode flow path, 6a ... air electrode flow path inlet, 6b ... air electrode flow path outlet, 7 ... fuel electrode output terminal, 8 ... Air electrode output terminal, 9a ... First tank part, 9b ... Second tank part, 10 ... Exhaust part, 11 ... Cooling water channel, 11a ... Cooling water channel inlet, 11b ... Cooling water channel outlet, 15a, 15b, 16a , 16b, 17a, 17b, 41, 42, 51, 52, 53, 54 ... flow path, 39 ... tank part, 50 ... fuel electrode, 60 ... air electrode, 70 ... electrolyte membrane, 80 ... membrane electrode assembly.
Claims (14)
燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に空気極を浸漬する工程と、
前記燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および前記空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加して、前記燃料極および前記空気極に含まれる遷移金属を前記溶解液に溶解させる工程と、
前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と、
前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と
を有し、
燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給する工程と、
前記冷却水流路出口または前記冷却水流路入口から、前記溶解液を排出する工程と
をさらに有する、遷移金属の回収方法。 Supplying a solution to a fuel electrode channel inlet for supplying fuel gas to the fuel cell or a fuel electrode channel outlet for discharging fuel gas from the fuel cell, and immersing the fuel electrode in the solution;
Supplying a solution to an air electrode channel inlet for supplying air to the fuel cell or an air electrode channel outlet for discharging air from the fuel cell, and immersing the air electrode in the solution;
Via a fuel electrode output terminal electrically connected to the fuel electrode and an air electrode output terminal electrically connected to the air electrode, a voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode immersed in the solution. And dissolving the transition metal contained in the fuel electrode and the air electrode in the dissolving solution,
Discharging the solution containing the transition metal from the anode flow channel outlet or the anode flow channel inlet,
The air electrode channel outlet or the air flow channel entrance, possess a step of discharging the solution containing the transition metal,
Supplying a dissolved liquid to a cooling water flow path inlet for supplying cooling water to the fuel cell or a cooling water flow path outlet for discharging cooling water from the fuel cell;
Discharging the solution from the cooling water channel outlet or the cooling water channel inlet;
The method for recovering a transition metal further comprising:
燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加する電圧印加部と
を有し、
前記溶解液供給部は、燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給して、前記冷却水流路出口または前記冷却水流路入口から、前記溶解液を排出する、遷移金属の回収装置。 A solution is supplied to a fuel electrode flow path inlet for supplying fuel gas to the fuel cell or a fuel electrode flow path outlet for discharging fuel gas from the fuel cell, and the solution is supplied from the fuel electrode flow path outlet or the fuel electrode flow path inlet to the fuel cell. Dissolving liquid is supplied to the air electrode flow path inlet or the air electrode flow path outlet for discharging air from the fuel cell by discharging the solution and supplying air to the fuel cell, and the air electrode flow path outlet or the air electrode flow A solution supply unit for discharging the solution from a passage entrance;
A voltage is applied to the fuel electrode and the air electrode immersed in the solution via a fuel electrode output terminal electrically connected to the fuel electrode and an air electrode output terminal electrically connected to the air electrode. It has a voltage applying unit which,
The solution supply unit supplies a solution to a cooling water flow path inlet for supplying cooling water to a fuel cell or a cooling water flow path outlet for discharging cooling water from the fuel cell, and the cooling water flow path outlet or the cooling water flow path A transition metal recovery device for discharging the solution from an inlet .
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