JP7029122B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、プロトン伝導型の固体酸化物を用いた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system using a proton conduction type solid oxide.

従来、酸素イオン(O2-)を伝導イオンとした固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)が広く利用されている。しかし、従来のSOFCは、燃料極(アノード)側で水が生成されるため、燃料の濃度が低下してしまうという問題がある。 Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) using oxygen ions ( O2- ) as conduction ions has been widely used. However, the conventional SOFC has a problem that the concentration of the fuel decreases because water is generated on the fuel electrode (anode) side.

そこで、プロトン(H)を伝導イオンとしたプロトン伝導型の固体酸化物を固体電解質として採用したプロトン伝導型燃料電池(PCFC:Proton-conducting Ceramic-electrolyte Fuel Cell)が、次世代の燃料電池として注目されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, a proton-conducting ceramic-electrolyte fuel cell (PCFC) that uses a proton-conducting solid oxide that uses protons (H + ) as conduction ions as a solid electrolyte is used as a next-generation fuel cell. It is attracting attention (for example, Patent Document 1).

特開2016-100196号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-100196

しかし、PCFCの効率的な運転条件が解明されていない。 However, the efficient operating conditions of PCFC have not been clarified.

本発明は、このような課題に鑑み、プロトン伝導型の固体酸化物を用いた燃料電池を効率よく運転することが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。 In view of such problems, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of efficiently operating a fuel cell using a proton conduction type solid oxide.

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料極と、前記燃料極とは別体に設けられ、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)で示される固体酸化物を含む固体電解質と、前記固体電解質とは別体に設けられる空気極との三層構造である燃料電池本体と、前記燃料電池本体を400℃以上700℃未満とする温度調整部と、前記固体電解質の厚みと、前記燃料電池本体の電流密度との乗算値を12.5μm・A/cm以上25μm・A/cm 以下に維持する制御部と、
を備える。
In order to solve the above problems, the fuel cell system according to the present invention is provided separately from the fuel electrode and the fuel cell, and has BaZrCeYXO 3-δ (however, X = Sc, Ga, In, Gd, and , Yb , a fuel cell body having a three-layer structure consisting of a solid electrolyte containing a solid oxide represented by (1) or (a plurality), and an air electrode provided separately from the solid electrolyte, and the fuel cell. The product of the temperature control unit that keeps the main body at 400 ° C or higher and lower than 700 ° C, the thickness of the solid electrolyte, and the current density of the fuel cell main body is 12.5 μm · A / cm 2 or more and 25 μm · A / cm 2 or less . With the control unit to maintain
To prepare for.

また、前記Xは、GdおよびYbのいずれか一方または両方であってもよい。 Further, the X may be either one or both of Gd and Yb.

また、炭化水素およびアルコールのいずれか一方または両方を水素に改質する改質器をさらに備え、前記改質器は、前記燃料電池本体によって加熱され、前記温度調整部は、前記燃料電池本体を500℃以上700℃未満としてもよい。 Further, a reformer for reforming either one or both of hydrocarbons and alcohol to hydrogen is further provided, the reformer is heated by the fuel cell main body, and the temperature adjusting unit uses the fuel cell main body. It may be 500 ° C. or higher and lower than 700 ° C.

また、前記制御部は、前記乗算値を12.5μm・A/cm以上25μm・A/cm 以下に維持するように、前記燃料極に供給する水素の量、および、前記温度調整部のいずれか一方または両方を制御してもよい。
Further , the control unit determines the amount of hydrogen supplied to the fuel electrode and the temperature control unit so as to maintain the multiplication value at 12.5 μm · A / cm 2 or more and 25 μm · A / cm 2 or less . Either one or both may be controlled.

本発明によれば、プロトン伝導型の固体酸化物を用いた燃料電池を効率よく運転することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently operate a fuel cell using a proton conduction type solid oxide.

燃料電池システムを説明する図である。It is a figure explaining the fuel cell system. 固体電解質を伝導するイオンを説明する図である。It is a figure explaining the ion which conducts a solid electrolyte. 酸素分圧に対する、BZCYX電解質のイオン輸率の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the ion transport number of the BZCYX electrolyte with respect to the oxygen partial pressure. BZCYX電解質のイオン導電率の温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of the ionic conductivity of a BZCYX electrolyte. 燃料電池本体の電流密度と、リーク電流との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the current density of a fuel cell main body, and a leak current. 燃料電池本体の電流密度と、燃料利用率との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the current density of a fuel cell main body, and a fuel utilization rate. 燃料電池本体の電流密度と、発電効率η[%]との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the current density of a fuel cell main body, and power generation efficiency η [%].

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, etc. shown in the embodiment are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations, and elements not directly related to the present invention are not shown. do.

(燃料電池システム100)
図1は、燃料電池システム100を説明する図である。なお、図1中、ガスの流れを実線の矢印で示し、制御信号の流れを破線の矢印で示す。
(Fuel cell system 100)
FIG. 1 is a diagram illustrating a fuel cell system 100. In FIG. 1, the gas flow is indicated by a solid arrow, and the control signal flow is indicated by a broken line arrow.

図1に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池ユニット110と、制御部120とを含んで構成される。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a fuel cell unit 110 and a control unit 120.

(燃料電池ユニット110)
燃料電池ユニット110は、燃料電池モジュール210と、ブロワ220と、温度調整部230とを含んで構成される。燃料電池モジュール210は、改質器212と、燃料電池本体214とを含む。
(Fuel cell unit 110)
The fuel cell unit 110 includes a fuel cell module 210, a blower 220, and a temperature adjusting unit 230. The fuel cell module 210 includes a reformer 212 and a fuel cell body 214.

改質器212には、炭化水素の水蒸気改質反応を促進する触媒が収容されている。改質器212は、後述する燃料電池本体214によって所定温度に加熱される。改質器212は、燃料供給管212aが接続され、燃料供給管212aを通じて、炭化水素(C、例えば、都市ガス)および水蒸気が供給される。燃料供給管212aには、流量調整弁212bが設けられる。 The reformer 212 contains a catalyst that promotes the steam reforming reaction of hydrocarbons. The reformer 212 is heated to a predetermined temperature by the fuel cell main body 214 described later. The reformer 212 is connected to the fuel supply pipe 212a, and hydrocarbons ( Cn Hm , for example, city gas) and steam are supplied through the fuel supply pipe 212a. The fuel supply pipe 212a is provided with a flow rate adjusting valve 212b.

改質器212に炭化水素および水蒸気が供給されると、下記反応式(1)および反応式(2)に示す水蒸気改質反応が進行し、炭化水素が水素(H)や一酸化炭素(CO)に改質される。
+ nHO → nCO + (m/2+n)H …反応式(1)
CO + HO → CO + H …反応式(2)
When hydrocarbon and steam are supplied to the reformer 212, the steam reforming reaction represented by the following reaction formulas (1) and ( 2 ) proceeds, and the hydrocarbon becomes hydrogen (H2) or carbon monoxide (H2). It is reformed to CO).
C n H m + nH 2 O → nCO + (m / 2 + n) H 2 … Reaction equation (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 … Reaction equation (2)

このようにして、改質器212では、水素(以下、「燃料」と称する)が生成される。そして、改質器212で生成された燃料は、燃料電池本体214の燃料極214aに供給されることとなる。 In this way, the reformer 212 produces hydrogen (hereinafter referred to as “fuel”). Then, the fuel generated by the reformer 212 is supplied to the fuel electrode 214a of the fuel cell main body 214.

ブロワ220は、燃料電池本体214の空気極214bに酸素含有ガス(例えば、空気)を供給する。 The blower 220 supplies an oxygen-containing gas (for example, air) to the air electrode 214b of the fuel cell main body 214.

燃料電池本体214(セルスタック)は、プロトン伝導型燃料電池(PCFC)である。燃料電池本体214は、燃料極214aと、空気極214bと、固体電解質214cとを含んで構成される。 The fuel cell main body 214 (cell stack) is a proton conduction type fuel cell (PCFC). The fuel cell main body 214 includes a fuel electrode 214a, an air electrode 214b, and a solid electrolyte 214c.

燃料極214a(アノード)は、例えば、ニッケル(Ni)やジルコニア(Zr)を含んで構成される。空気極214b(カソード)は、例えば、ランタンマンガナイト(LSM)を含んで構成される。 The fuel electrode 214a (anode) is composed of, for example, nickel (Ni) and zirconia (Zr). The air electrode 214b (cathode) is configured to include, for example, lanthanum manganite (LSM).

固体電解質214cは、プロトン伝導型の固体酸化物を含んで構成される。プロトン伝導型の固体酸化物を含む固体電解質214cを有する燃料電池本体214は、イオンとして主にプロトン(H)を伝導させる。したがって、燃料極214aに燃料が供給されることにより、下記反応式(3)に示す酸化反応が進行し、空気極214bに空気が供給されることにより、下記反応式(4)に示す還元反応が進行する。そして、プロトンが固体電解質214cを伝導(移動)することにより、燃料電池本体214が発電する。つまり、燃料電池本体214は、燃料と酸素によって発電することとなる。
→ 2H + 2e …反応式(3)
1/2O + 2H + 2e → HO …反応式(4)
The solid electrolyte 214c is composed of a proton-conducting solid oxide. The fuel cell body 214 having the solid electrolyte 214c containing a proton-conducting solid oxide mainly conducts protons (H + ) as ions. Therefore, when fuel is supplied to the fuel electrode 214a, the oxidation reaction represented by the following reaction formula (3) proceeds, and when air is supplied to the air electrode 214b, the reduction reaction represented by the following reaction formula (4) proceeds. Progresses. Then, the proton conducts (moves) the solid electrolyte 214c, so that the fuel cell main body 214 generates electricity. That is, the fuel cell main body 214 generates electricity from fuel and oxygen.
H 2 → 2H + + 2e -... Reaction equation ( 3)
1 / 2O 2 + 2H + + 2e- → H 2 O… Reaction equation (4)

また、燃料電池本体214において、上記反応式(3)、反応式(4)に示す反応が進行し、発電が為されると、熱が発生する。 Further, in the fuel cell main body 214, heat is generated when the reactions represented by the above reaction formulas (3) and (4) proceed and power generation is performed.

本実施形態において、プロトン伝導型の固体酸化物は、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)で示される酸化物であり、好ましくは、XがGdおよびYbのいずれか一方または両方である。なお、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)における各元素(Ba、Zr、Ce、Y、Sc、Ga、In、Gd、Yb)の含有率に限定はない。 In the present embodiment, the proton conduction type solid oxide is an oxide represented by BaZrCeYXO 3-δ (whereever, one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb). Preferably, X is one or both of Gd and Yb. In addition, each element (Ba, Zr, Ce, Y, Sc, Ga, In, Gd, in any one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb) in BaZrCeYXO 3-δ (where X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb) The content of Yb) is not limited.

固体電解質214cが、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)を含むことにより、酸化物イオン伝導型の固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含む固体電解質を備えた従来の燃料電池本体(従来のSOFC)と比較して、燃料極214a中の燃料の濃度低下を防止することができ、発電効率を向上させることが可能となる。 By including BaZrCeYXO 3-δ (whereever one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb), the solid electrolyte 214c is an oxide ion-conducting solid oxide (eg, one or more). Compared with the conventional fuel cell body (conventional SOFC) equipped with a solid electrolyte containing YSZ (yttria-stabilized zirconia), it is possible to prevent the concentration of fuel in the fuel electrode 214a from decreasing and improve power generation efficiency. It is possible to make it.

また、固体電解質214cが、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)を含むことにより、従来のSOFCと比較して低温で発電させることが可能となる。 Further, since the solid electrolyte 214c contains BaZrCeYXO 3-δ (however, one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb), power is generated at a lower temperature than that of the conventional SOFC. It is possible to make it.

さらに、プロトン伝導型の固体酸化物として、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)を採用することにより、BaZrCeYO3-δと比較して、化学安定性を向上させることができる。 Further, by adopting BaZrCeYXO 3-δ (however, one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb) as the proton conduction type solid oxide, BaZrCeYO 3- δ can be obtained. In comparison, chemical stability can be improved.

また、固体電解質214cが、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Gd、および、Ybのうちいずれか一方または両方)を含むことにより、発電効率をさらに向上させることができる。 Further, the solid electrolyte 214c contains BaZrCeYXO 3-δ (however, X = Gd and / or both of X = Gd), so that the power generation efficiency can be further improved.

温度調整部230は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。温度調整部230は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。温度調整部230は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、ブロワ220を制御する。本実施形態において、温度調整部230は、燃料電池本体214(燃料電池モジュール210)が400℃以上700℃未満、好ましくは500℃以上700℃未満となるように、ブロワ220によって供給される空気の量を調整する。 The temperature control unit 230 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The temperature control unit 230 reads out a program, parameters, and the like for operating the CPU itself from the ROM. The temperature control unit 230 controls the blower 220 in cooperation with the RAM as a work area and other electronic circuits. In the present embodiment, the temperature adjusting unit 230 is the air supplied by the blower 220 so that the fuel cell main body 214 (fuel cell module 210) is 400 ° C. or higher and lower than 700 ° C., preferably 500 ° C. or higher and lower than 700 ° C. Adjust the amount.

図2は、固体電解質214cを伝導するイオンを説明する図である。上記したように、プロトン伝導型の固体酸化物を含む固体電解質214cは、主にプロトン(H)を伝導させる。また、図2に示すように、固体電解質214cは、プロトンに加えて、酸素イオン(O2-)、電子(e)、ホール(h)を伝導させる。ここで、ホール(正孔)の伝導は、固体電解質214c内においてリーク電流(漏れ電流)を生じさせるため、燃料電池本体214のエネルギー効率や出力を低下させる原因となる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an ion conducting the solid electrolyte 214c. As described above, the solid electrolyte 214c containing the proton-conducting solid oxide mainly conducts protons (H + ). Further, as shown in FIG. 2, the solid electrolyte 214c conducts oxygen ions (O 2- ), electrons (e ), and holes (h + ) in addition to protons. Here, the conduction of holes causes a leakage current (leakage current) in the solid electrolyte 214c, which causes a decrease in energy efficiency and output of the fuel cell main body 214.

そこで、BaZrCeYXO3-δを含む固体電解質(以下、「BZCYX電解質」と称する)の温度および酸素分圧を変化させて、イオン輸率を導出した。具体的に説明すると、BZCYX電解質を電気炉に収容して所定の温度(550℃、600℃、700℃)に維持し、BZCYX電解質の導電率を測定しながら、電気炉に供給するガスの酸素分圧を変化させた。そして、測定した導電率からイオン輸率を導出した。 Therefore, the temperature and oxygen partial pressure of the solid electrolyte containing BaZrCeYXO 3-δ (hereinafter referred to as “BZCYX electrolyte”) were changed to derive the ion transport number. Specifically, the BZCYX electrolyte is housed in an electric furnace and maintained at a predetermined temperature (550 ° C, 600 ° C, 700 ° C), and the oxygen of the gas supplied to the electric furnace is measured while measuring the conductivity of the BZCYX electrolyte. The partial pressure was changed. Then, the ion transport number was derived from the measured conductivity.

図3は、酸素分圧に対する、BZCYX電解質のイオン輸率の変化を説明する図である。図3(a)、図3(b)は、BZCYX電解質を550℃とした場合を示す。図3(c)、図3(d)は、BZCYX電解質を600℃とした場合を示す。図3(e)、図3(f)は、BZCYX電解質を700℃とした場合を示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the ion transport number of the BZCYX electrolyte with respect to the partial pressure of oxygen. 3 (a) and 3 (b) show the case where the BZCYX electrolyte is set to 550 ° C. 3 (c) and 3 (d) show the case where the BZCYX electrolyte is set to 600 ° C. 3 (e) and 3 (f) show the case where the BZCYX electrolyte is set to 700 ° C.

なお、図3(a)、図3(c)、図3(e)中、X=Gaを黒丸で、X=Inを黒三角で、X=Ybを白三角で示す。図3(b)、図3(d)、図3(f)中、X=Scを白四角で、X=Gdを白丸で示す。また、図3(a)~図3(f)中、縦軸をイオン輸率とし、横軸を酸素分圧(log(PO[atm]))とする。つまり、横軸は、固体電解質214cの厚み方向に対応し、右側(酸素分圧が大きい側)に向かう方向が空気極214bに近づく方向であり、左側(酸素分圧が小さい側)に向かう方向が燃料極214aに近づく方向である。 In FIGS. 3 (a), 3 (c), and 3 (e), X = Ga is indicated by a black circle, X = In is indicated by a black triangle, and X = Yb is indicated by a white triangle. In FIGS. 3 (b), 3 (d), and 3 (f), X = Sc is indicated by a white square and X = Gd is indicated by a white circle. Further, in FIGS. 3 (a) to 3 (f), the vertical axis represents the ion transport number and the horizontal axis represents the oxygen partial pressure (log (PO 2 [atm])). That is, the horizontal axis corresponds to the thickness direction of the solid electrolyte 214c, the direction toward the right side (the side with a large oxygen partial pressure) is the direction toward the air electrode 214b, and the direction toward the left side (the side with a small oxygen partial pressure). Is in the direction of approaching the fuel electrode 214a.

図3(a)図3(b)に示すように、550℃において、BZCYX電解質におけるXがGa、Sc、Inの場合には、酸素分圧が増加してもイオン輸率はほとんど低下しない。これに対し、BZCYX電解質におけるXがYb、Gdの場合には、酸素分圧が増加するに従ってイオン輸率が低下することが分った。 3 (a) As shown in FIG. 3 (b), when X in the BZCYX electrolyte is Ga, Sc, and In at 550 ° C., the ion transport number hardly decreases even if the oxygen partial pressure increases. On the other hand, when X in the BZCYX electrolyte was Yb and Gd, it was found that the ion transport number decreased as the oxygen partial pressure increased.

また、図3(c)、図3(d)に示すように、600℃にすると、BZCYX電解質におけるXがGa、Sc、Inの場合であっても、酸素分圧が増加するに従ってイオン輸率が若干低下することが確認された。また、BZCYX電解質におけるXがYb、Gdの場合には、酸素分圧が増加するに従って、XがGa、Sc、Inの場合よりもイオン輸率が低下することが分った。 Further, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), at 600 ° C., even when X in the BZCYX electrolyte is Ga, Sc, and In, the ion transport number increases as the oxygen partial pressure increases. Was confirmed to decrease slightly. Further, it was found that when X in the BZCYX electrolyte was Yb and Gd, the ion transport number decreased as the oxygen partial pressure increased as compared with the case where X was Ga, Sc and In.

さらに、図3(e)、図3(f)に示すように、700℃にすると、BZCYX電解質におけるXの元素にかかわらず、酸素分圧が増加するに従ってイオン輸率が急激に低下することが確認された。 Further, as shown in FIGS. 3 (e) and 3 (f), at 700 ° C., the ion transport number may decrease sharply as the oxygen partial pressure increases, regardless of the element X in the BZCYX electrolyte. confirmed.

以上の実験結果から、BZCYX電解質は、700℃以上になるとイオン輸率が著しく低下することが分った。つまり、BZCYX電解質は、700℃以上になるとホールの伝導が急激に増加することが確認された。 From the above experimental results, it was found that the ion transport number of the BZCYX electrolyte significantly decreased at 700 ° C. or higher. That is, it was confirmed that the BZCYX electrolyte rapidly increases the conduction of holes when the temperature rises above 700 ° C.

つまり、燃料電池本体214が700℃以上であると、700℃未満である場合と比較して、イオン輸率が低下する。したがって、温度調整部230が燃料電池本体214を700℃未満とすることにより、燃料電池本体214の発電効率を向上させることができる。 That is, when the fuel cell main body 214 is 700 ° C. or higher, the ion transport number is lower than when the temperature is lower than 700 ° C. Therefore, by setting the temperature of the fuel cell main body 214 to less than 700 ° C. by the temperature adjusting unit 230, the power generation efficiency of the fuel cell main body 214 can be improved.

また、上記実験結果から温度が低い方がBZCYX電解質のイオン輸率が高いことが確認された。しかし、温度を低くしすぎるとBZCYX電解質のイオン導電率が低下する。そこで、温度を変化させつつ、BZCYX電解質のイオン導電率を測定した。 Further, from the above experimental results, it was confirmed that the lower the temperature, the higher the ion transport number of the BZCYX electrolyte. However, if the temperature is too low, the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte will decrease. Therefore, the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte was measured while changing the temperature.

図4は、BZCYX電解質のイオン導電率の温度依存性を説明する図である。図4中、縦軸をイオン導電率(log(σ[Scm-1]))とし、横軸を温度(1000/T[K]、[℃])とする。なお、図4では、BZCYX電解質においてXがGdの場合についてのイオン導電率を示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating the temperature dependence of the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte. In FIG. 4, the vertical axis is the ionic conductivity (log (σ [Scm -1 ])), and the horizontal axis is the temperature (1000 / T [K], [° C.]). Note that FIG. 4 shows the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte when X is Gd.

図4に示すように、温度が低下するに従って、BZCYX電解質のイオン導電率が低下することが分った。また、400℃であっても、BZCYX電解質のイオン導電率が、燃料電池本体214の高効率運転の指標である5×10-3Scm-1(≒-2.3(log(σ[Scm-1])))以上であることが確認された。 As shown in FIG. 4, it was found that the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte decreased as the temperature decreased. Further, even at 400 ° C., the ionic conductivity of the BZCYX electrolyte is an index of high-efficiency operation of the fuel cell main body 214, which is 5 × 10 -3 Scm -1 (≈-2.3 (log (σ [Scm )). 1 ]))) It was confirmed that the above was the case.

したがって、温度調整部230が燃料電池本体214を400℃以上に維持することにより、燃料電池本体214の発電効率を所定値以上とすることができる。 Therefore, by maintaining the fuel cell main body 214 at 400 ° C. or higher by the temperature adjusting unit 230, the power generation efficiency of the fuel cell main body 214 can be set to a predetermined value or higher.

また、上記したように、燃料電池本体214は、改質器212を加熱する。燃料電池本体214が500℃未満である場合には、500℃以上である場合と比較して、改質器212における水蒸気改質反応(上記反応式(1)、反応式(2))の反応効率が低い。したがって、温度調整部230が燃料電池本体214を500℃以上とすることにより、改質器212における水蒸気改質反応の反応効率を向上させることができる。つまり、改質器212において生成される燃料の量を増加させることが可能となる。 Further, as described above, the fuel cell main body 214 heats the reformer 212. When the temperature of the fuel cell main body 214 is lower than 500 ° C, the reaction of the steam reforming reaction (reaction formula (1), reaction formula (2)) in the reformer 212 is compared with the case where the temperature is 500 ° C or higher. Low efficiency. Therefore, by setting the temperature of the fuel cell main body 214 to 500 ° C. or higher by the temperature adjusting unit 230, the reaction efficiency of the steam reforming reaction in the reformer 212 can be improved. That is, it is possible to increase the amount of fuel produced in the reformer 212.

(制御部120)
図1に戻って説明すると、制御部120(パワーコンディショナー)は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。制御部120は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部120は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、燃料電池システム100全体を管理および制御する。制御部120は、燃料電池本体214から直流電力を取りだし、交流電力に変換して、負荷に供給する。
(Control unit 120)
Returning to FIG. 1, the control unit 120 (power conditioner) is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (central processing unit). The control unit 120 reads out a program, parameters, and the like for operating the CPU itself from the ROM. The control unit 120 manages and controls the entire fuel cell system 100 in cooperation with RAM as a work area and other electronic circuits. The control unit 120 takes out DC power from the fuel cell main body 214, converts it into AC power, and supplies it to the load.

また、本実施形態において、制御部120は、流量調整弁212b、および、温度調整部230のいずれか一方または両方を制御する。具体的に説明すると、制御部120は、燃料電池本体214の電流密度が所定値となるように、流量調整弁212b、および、温度調整部230のいずれか一方または両方を制御する。 Further, in the present embodiment, the control unit 120 controls one or both of the flow rate adjusting valve 212b and the temperature adjusting unit 230. Specifically, the control unit 120 controls one or both of the flow rate adjusting valve 212b and the temperature adjusting unit 230 so that the current density of the fuel cell main body 214 becomes a predetermined value.

燃料電池本体214の発電電流の電流密度(以下、単に「電流密度」と称する)を増加させた場合のリーク電流を測定した。また、燃料電池本体214の電流密度を増加させた場合の燃料利用率Uf[%]を算出した。さらに、リーク電流および燃料利用率Ufに基づいて、燃料電池本体214の電流密度と、発電効率η[%]との関係を導き出した。なお、燃料電池本体214における固体電解質214cの厚み(燃料極214aと空気極214bとの間の距離、膜厚)は、25μmとした。 The leakage current when the current density of the generated current of the fuel cell main body 214 (hereinafter, simply referred to as “current density”) was increased was measured. Further, the fuel utilization rate Uf [%] when the current density of the fuel cell main body 214 was increased was calculated. Further, based on the leak current and the fuel utilization rate Uf, the relationship between the current density of the fuel cell main body 214 and the power generation efficiency η [%] was derived. The thickness (distance and film thickness between the fuel electrode 214a and the air electrode 214b) of the solid electrolyte 214c in the fuel cell main body 214 was set to 25 μm.

図5は、燃料電池本体214の電流密度と、リーク電流との関係を説明する図である。図5(a)は、燃料電池本体214を550℃とした場合を示す。図5(b)は、燃料電池本体214を600℃とした場合を示す。図5(c)は、燃料電池本体214を700℃とした場合を示す。図5(a)~図5(c)中、縦軸を発電電流密度に対するリーク電流密度の比(ileak/iext)とし、横軸を電流密度(iext[Acm-2])とする。 FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the current density of the fuel cell main body 214 and the leak current. FIG. 5A shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 550 ° C. FIG. 5B shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 600 ° C. FIG. 5C shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 700 ° C. In FIGS. 5 (a) to 5 (c), the vertical axis is the ratio of the leak current density to the generated current density (i leak / i ext ), and the horizontal axis is the current density (i ext [Acm -2 ]). ..

図6は、燃料電池本体214の電流密度と、燃料利用率Ufとの関係を説明する図である。図6(a)は、燃料電池本体214を550℃とした場合を示す。図6(b)は、燃料電池本体214を600℃とした場合を示す。図6(c)は、燃料電池本体214を700℃とした場合を示す。図6(a)~図6(c)中、縦軸を燃料利用率Uf[%]とし、横軸を電流密度(iext[Acm-2])とする。 FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the current density of the fuel cell main body 214 and the fuel utilization rate Uf. FIG. 6A shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 550 ° C. FIG. 6B shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 600 ° C. FIG. 6C shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 700 ° C. In FIGS. 6 (a) to 6 (c), the vertical axis is the fuel utilization rate Uf [%], and the horizontal axis is the current density ( ext [Acm -2 ]).

図7は、燃料電池本体214の電流密度と、発電効率η[%]との関係を説明する図である。図7(a)は、燃料電池本体214を550℃とした場合を示す。図7(b)は、燃料電池本体214を600℃とした場合を示す。図7(c)は、燃料電池本体214を700℃とした場合を示す。図7(a)~図7(c)中、縦軸を発電効率η[%]、横軸を電流密度(iext[Acm-2])とする。 FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the current density of the fuel cell main body 214 and the power generation efficiency η [%]. FIG. 7A shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 550 ° C. FIG. 7B shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 600 ° C. FIG. 7C shows a case where the fuel cell main body 214 is set to 700 ° C. In FIGS. 7 (a) to 7 (c), the vertical axis represents the power generation efficiency η [%], and the horizontal axis represents the current density ( ext [Acm -2 ]).

なお、図5(a)~図5(c)、図6(a)~図6(c)、図7(a)~図7(c)において、X=Gaを黒丸で、X=Scを白四角で、X=Inを黒三角で、X=Ybを白三角で、X=Gdを白丸で示す。また、図6(a)~図6(c)、図7(a)~図7(c)において、YSZを用いた従来のSOFCの値を破線で示す。 In FIGS. 5 (a) to 5 (c), FIGS. 6 (a) to 6 (c), and FIGS. 7 (a) to 7 (c), X = Ga is a black circle and X = Sc. In a white square, X = In is indicated by a black triangle, X = Yb is indicated by a white triangle, and X = Gd is indicated by a white circle. Further, in FIGS. 6 (a) to 6 (c) and 7 (a) to 7 (c), the values of the conventional SOFC using YSZ are shown by broken lines.

(リーク電流について)
図5(a)~図5(c)に示すように、燃料電池本体214の温度にかかわらず、電流密度を上昇させるに従ってリーク電流が減少することが確認された。
(About leak current)
As shown in FIGS. 5A to 5C, it was confirmed that the leakage current decreases as the current density increases, regardless of the temperature of the fuel cell main body 214.

(燃料利用率Ufについて)
燃料電池本体214が550℃である場合、図6(a)に示すように、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがSc、Inであると、電流密度にかかわらず、燃料利用率Ufは、従来のSOFCと同様(75%程度)であった。一方、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがYb、Gdであると、電流密度が上昇するに従って、燃料利用率Ufが上昇することが確認された。また、XがYbである場合には、電流密度が0.35Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が0.75Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが分った。一方、XがGdである場合には、電流密度が0.5Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が1.0Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが確認された。
(About fuel utilization rate Uf)
When the fuel cell main body 214 is at 550 ° C., as shown in FIG. 6A, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Sc and In, the fuel utilization rate Uf is conventional regardless of the current density. It was the same as SOFC (about 75%). On the other hand, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Yb and Gd, it was confirmed that the fuel utilization rate Uf increases as the current density increases. When X is Yb, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.35 Acm -2 or more, and the same as the conventional SOFC when the current density is 0.75 Acm -2 or more. It was found that the fuel utilization rate was about Uf. On the other hand, when X is Gd, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.5 Acm -2 or more, and the same as the conventional SOFC when the current density is 1.0 Acm -2 or more. It was confirmed that the fuel utilization rate was about Uf.

燃料電池本体214が600℃である場合、図6(b)に示すように、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがGaであると、燃料利用率Ufは、従来のSOFCと同様(75%程度)であった。一方、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがSc、In、Yb、Gdであると、電流密度が上昇するに従って、燃料利用率Ufが上昇することが確認された。また、XがSc、Inである場合には、電流密度が0.25Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が0.35Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが分った。一方、XがYbである場合には、電流密度が0.5Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が1.0Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが分った。また、XがGdである場合には、電流密度が0.75Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が1.0Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが確認された。 When the fuel cell body 214 is at 600 ° C. and the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Ga, as shown in FIG. 6B, the fuel utilization rate Uf is the same as that of the conventional SOFC (about 75%). )Met. On the other hand, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Sc, In, Yb, and Gd, it was confirmed that the fuel utilization rate Uf increases as the current density increases. When X is Sc or In, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.25 Acm -2 or more, and the conventional SOFC is when the current density is 0.35 Acm -2 or more. It was found that the fuel utilization rate was about the same as Uf. On the other hand, when X is Yb, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.5 Acm -2 or more, and the same as the conventional SOFC when the current density is 1.0 Acm -2 or more. It was found that the fuel utilization rate was about Uf. When X is Gd, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.75 Acm -2 or more, and the same as the conventional SOFC when the current density is 1.0 Acm -2 or more. It was confirmed that the fuel utilization rate was about Uf.

また、燃料電池本体214が700℃である場合、図6(c)に示すように、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがGaであると、燃料利用率Ufは、従来のSOFCと同様(75%程度)であった。一方、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがSc、In、Yb、Gdであると、電流密度が上昇するに従って、燃料利用率Ufが上昇することが確認された。また、XがSc、Inである場合には、電流密度が0.5Acm-2以上であると燃料利用率Ufが70%以上となり、電流密度が0.75Acm-2以上であると従来のSOFCと同程度の燃料利用率Ufとなることが分った。一方、XがYbである場合には、電流密度が0.75Acm-2以上であると燃料利用率Ufが60%以上となり、電流密度が1.0Acm-2以上であると燃料利用率Ufが68%程度となることが分った。また、XがGdである場合には、電流密度が1.0Acm-2以上であると燃料利用率Ufが64%程度となることが確認された。 Further, when the fuel cell main body 214 is at 700 ° C. and the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Ga as shown in FIG. 6 (c), the fuel utilization rate Uf is the same as that of the conventional SOFC (75). %). On the other hand, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Sc, In, Yb, and Gd, it was confirmed that the fuel utilization rate Uf increases as the current density increases. When X is Sc or In, the fuel utilization rate Uf is 70% or more when the current density is 0.5 Acm -2 or more, and the conventional SOFC is when the current density is 0.75 Acm -2 or more. It was found that the fuel utilization rate was about the same as Uf. On the other hand, when X is Yb, the fuel utilization rate Uf is 60% or more when the current density is 0.75 Acm -2 or more, and the fuel utilization rate Uf is 1.0 Acm -2 or more when the current density is 1.0 Acm -2 or more. It turned out to be about 68%. Further, it was confirmed that when X is Gd and the current density is 1.0 Acm -2 or more, the fuel utilization rate Uf is about 64%.

(発電効率ηについて)
図7(a)~図7(c)に示すように、従来のSOFCは、電流密度を上昇させると内部抵抗が増加するため発電効率ηが低下する。一方、燃料電池本体214は、電流密度を上昇させた場合に、内部抵抗は増加するものの、上記図5(a)~図5(c)に示したようにリーク電流が減少し、上記図6(a)~図6(c)に示したように、燃料利用率Ufが上昇するため、発電効率ηは上昇する。
(About power generation efficiency η)
As shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c), in the conventional SOFC, when the current density is increased, the internal resistance increases and the power generation efficiency η decreases. On the other hand, in the fuel cell main body 214, although the internal resistance increases when the current density is increased, the leakage current decreases as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c), and the above-mentioned FIG. 6 As shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c), the fuel utilization rate Uf increases, so that the power generation efficiency η increases.

具体的に説明すると、図7(a)に示すように、燃料電池本体214が550℃である場合、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがSc、Inであると、電流密度が上昇するに従って発電効率ηは低下するものの、従来のSOFCより高い発電効率ηであった。一方、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがYb、Gdであると、電流密度が約0.5Acm-2までは電流密度が上昇するに従って、発電効率ηが上昇し、電流密度が0.5Acm-2以上では高い発電効率ηを維持することが確認された。また、電流密度が0.5Acm-2以上であると発電効率ηが68%程度になることが分った。 Specifically, as shown in FIG. 7A, when the fuel cell main body 214 is at 550 ° C. and the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Sc and In, power is generated as the current density increases. Although the efficiency η is reduced, the power generation efficiency η is higher than that of the conventional SOFC. On the other hand, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Yb and Gd, the power generation efficiency η increases as the current density increases up to a current density of about 0.5 Acm -2 , and the current density becomes 0.5 Acm . It was confirmed that a high power generation efficiency η was maintained at 2 or more. It was also found that when the current density was 0.5 Acm -2 or more, the power generation efficiency η was about 68%.

また、図7(b)に示すように、燃料電池本体214が600℃である場合、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがSc、Inであると、電流密度が上昇するに従って発電効率ηは低下するものの、従来のSOFCより高い発電効率であった。一方、固体電解質214cのBZCYX電解質のXがYb、Gdであると、電流密度が約0.5Acm-2までは電流密度が上昇するに従って、発電効率ηが上昇し、電流密度が0.5Acm-2以上では高い発電効率ηを維持することが確認された。また、電流密度が0.5Acm-2以上であると発電効率ηが68%程度になることが分った。 Further, as shown in FIG. 7B, when the fuel cell main body 214 is at 600 ° C. and the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Sc and In, the power generation efficiency η decreases as the current density increases. However, the power generation efficiency was higher than that of the conventional SOFC. On the other hand, when the X of the BZCYX electrolyte of the solid electrolyte 214c is Yb and Gd, the power generation efficiency η increases as the current density increases up to a current density of about 0.5 Acm -2 , and the current density becomes 0.5 Acm . It was confirmed that a high power generation efficiency η was maintained at 2 or more. It was also found that when the current density was 0.5 Acm -2 or more, the power generation efficiency η was about 68%.

一方、図7(c)に示すように、燃料電池本体214が700℃である場合、XがGa、In以外は、電流密度が上昇すると、発電効率ηは上昇するものの、従来のSOFCより発電効率が低いことが確認された。 On the other hand, as shown in FIG. 7C, when the fuel cell main body 214 is at 700 ° C., the power generation efficiency η increases as the current density increases except for X being Ga and In, but the power generation is higher than that of the conventional SOFC. It was confirmed that the efficiency was low.

以上の実験結果から、制御部120は、固体電解質214cの厚みが25μmである場合、燃料電池本体214の電流密度(発電電流の電流密度)が0.5A/cm以上となるように、流量調整弁212b、および、温度調整部230のいずれか一方または両方を制御することで、従来のSOFCより高い発電効率ηを実現することができる。つまり、制御部120は、固体電解質214cの厚みと、燃料電池本体214の電流密度(発電電流の電流密度)との乗算値が12.5μm・A/cm以上となるように流量調整弁212b、および、温度調整部230のいずれか一方または両方を制御する。これにより、従来のSOFCと比較して高い発電効率ηで燃料電池本体214を運転させることが可能となる。 From the above experimental results, the control unit 120 has a flow rate such that when the thickness of the solid electrolyte 214c is 25 μm, the current density (current density of the generated current) of the fuel cell main body 214 is 0.5 A / cm 2 or more. By controlling one or both of the control valve 212b and the temperature control unit 230, it is possible to realize a power generation efficiency η higher than that of the conventional SOFC. That is, the control unit 120 has a flow rate adjusting valve 212b so that the product of the thickness of the solid electrolyte 214c and the current density of the fuel cell main body 214 (current density of the generated current) is 12.5 μm · A / cm 2 or more. , And one or both of the temperature control unit 230 are controlled. This makes it possible to operate the fuel cell main body 214 with a higher power generation efficiency η as compared with the conventional SOFC.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an embodiment. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the claims, which naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.

例えば、上記実施形態において、改質器212に炭化水素が供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、改質器212には、アルコール(例えば、バイオエタノール)が供給されてもよい。この場合、改質器212には、アルコールの水蒸気改質を促進する触媒が収容される。 For example, in the above embodiment, the configuration in which the hydrocarbon is supplied to the reformer 212 has been described as an example. However, alcohol (eg, bioethanol) may be supplied to the reformer 212. In this case, the reformer 212 contains a catalyst that promotes steam reforming of alcohol.

また、上記実施形態において、燃料電池モジュール210が改質器212を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、改質器212は必須の構成ではない。例えば、水素源から燃料電池本体214の燃料極214aに直接水素が供給されてもよい。 Further, in the above embodiment, the configuration in which the fuel cell module 210 includes the reformer 212 will be described as an example. However, the reformer 212 is not an essential configuration. For example, hydrogen may be directly supplied from the hydrogen source to the fuel electrode 214a of the fuel cell main body 214.

また、上記実施形態において、温度調整部230は、ブロワ220を制御して、燃料電池本体214の温度を400℃以上700℃未満とする構成を例に挙げて説明した。しかし、温度調整部230は、空気極214bに供給される空気(ブロワ220から吐出される空気)と、燃料電池本体214から排気される排気ガスとを熱交換する熱交換器で構成されてもよい。この場合、温度調整部230は、空気を予熱し、排気ガスを冷却することで、燃料電池本体214の温度を400℃以上700℃未満とする。 Further, in the above embodiment, the temperature adjusting unit 230 has been described by taking as an example a configuration in which the blower 220 is controlled so that the temperature of the fuel cell main body 214 is set to 400 ° C. or higher and lower than 700 ° C. However, even if the temperature adjusting unit 230 is composed of a heat exchanger that exchanges heat between the air supplied to the air electrode 214b (air discharged from the blower 220) and the exhaust gas exhausted from the fuel cell main body 214. good. In this case, the temperature adjusting unit 230 preheats the air and cools the exhaust gas to bring the temperature of the fuel cell main body 214 to 400 ° C. or higher and lower than 700 ° C.

本発明は、プロトン伝導型の固体酸化物を用いた燃料電池システムに利用することができる。 The present invention can be applied to a fuel cell system using a proton conduction type solid oxide.

100 燃料電池システム
110 燃料電池ユニット
120 制御部
210 燃料電池モジュール
212 改質器
214 燃料電池本体
214c 固体電解質
230 温度調整部
100 Fuel cell system 110 Fuel cell unit 120 Control unit 210 Fuel cell module 212 Reformer 214 Fuel cell body 214c Solid electrolyte 230 Temperature control unit

Claims (4)

燃料極と、前記燃料極とは別体に設けられ、BaZrCeYXO3-δ(ただし、X=Sc、Ga、In、Gd、および、Ybのうちいずれか1または複数)で示される固体酸化物を含む固体電解質と、前記固体電解質とは別体に設けられる空気極との三層構造である燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を400℃以上700℃未満とする温度調整部と、
前記固体電解質の厚みと、前記燃料電池本体の電流密度との乗算値を12.5μm・A/cm以上25μm・A/cm 以下に維持する制御部と、
を備える燃料電池システム。
A solid oxide which is provided separately from the fuel electrode and the fuel electrode and is represented by BaZrCeYXO 3-δ (provided that one or more of X = Sc, Ga, In, Gd, and Yb) is used. A fuel cell body having a three-layer structure consisting of a solid electrolyte containing the solid electrolyte and an air electrode provided separately from the solid electrolyte .
A temperature control unit that keeps the fuel cell body at 400 ° C or higher and lower than 700 ° C,
A control unit that maintains the multiplication value of the thickness of the solid electrolyte and the current density of the fuel cell body at 12.5 μm · A / cm 2 or more and 25 μm · A / cm 2 or less .
A fuel cell system equipped with.
前記Xは、GdおよびYbのいずれか一方または両方である請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein X is one or both of Gd and Yb. 炭化水素およびアルコールのいずれか一方または両方を水素に改質する改質器をさらに備え、
前記改質器は、前記燃料電池本体によって加熱され、
前記温度調整部は、前記燃料電池本体を500℃以上700℃未満とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
Further equipped with a reformer that reforms one or both of hydrocarbons and alcohol to hydrogen,
The reformer is heated by the fuel cell body and is heated.
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the temperature adjusting unit keeps the fuel cell body at 500 ° C. or higher and lower than 700 ° C.
記制御部は、前記乗算値を12.5μm・A/cm以上25μm・A/cm 以下に維持するように、前記燃料極に供給する水素の量、および、前記温度調整部のいずれか一方または両方を制御する請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The control unit is either the amount of hydrogen supplied to the fuel electrode or the temperature control unit so as to maintain the multiplication value at 12.5 μm · A / cm 2 or more and 25 μm · A / cm 2 or less . The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein one or both of them are controlled.
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CN115336057A (en) * 2020-03-25 2022-11-11 松下知识产权经营株式会社 Proton conductor, electrolyte membrane, membrane electrode assembly, electrochemical cell, and fuel cell stack

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004063460A (en) 2002-06-06 2004-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2016031933A (en) 2014-07-25 2016-03-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Proton-conducting laminate structure
JP2016100137A (en) 2014-11-19 2016-05-30 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004063460A (en) 2002-06-06 2004-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2016031933A (en) 2014-07-25 2016-03-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Proton-conducting laminate structure
JP2016100137A (en) 2014-11-19 2016-05-30 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system
WO2016157566A1 (en) 2015-03-30 2016-10-06 住友電気工業株式会社 Proton conductor, fuel-cell solid-electrolyte layer, cell structure, and fuel cell provided with same

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