JP7263458B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
(i)陰イオンを含有する水溶液と、金属銀を含む作用極と、対極と、参照極とを具備し、前記作用極と前記対極と前記参照極が外部回路によって電気的に結合された測定装置を準備し、
(ii)前記水溶液に、前記作用極と、前記対極と、前記参照極とを接触させ、前記対極に対する前記作用極の電極電位を周期的に変化させながら掃引して金属銀と陰イオンとの反応電流I0を測定し、
(iii)前記作用極に代えて、前記作用極に電気的に接続された、膜状構造体を前記水溶液に接触させ、ここで前記作用極と前記水溶液は直接的には接触させず、前記対極に対する前記作用極の電極電位を周期的に変化させながら掃引して金属銀と陰イオンとの反応電流I1を測定し、
(iv)(ii)における反応電流I0と(iii)における反応電流I1とを比較することによって、前記構造体の陰イオン透過性を評価するものである。
前記膜状構造体が、そのひとつの表面に金属銀を含む作用極を接触させ、もうひとつの表面に陰イオンを含有する水溶液を接触させ、さらに前記水溶液に、対極と、参照極とを接触させ、前記作用極と前記対極と前記参照極とを電気的に結合し、前記対極に対する前記作用極の電極電位を周期的に変化させながら掃引したとき、水が分解しないプラス電位範囲において、電位と共に電流が単調増加する特性を有する。
まず、図1を用いて、第1の実施形態に係る膜状構造体(以下、簡単に「膜」ということがある)の陰イオン透過性測定方法について説明する。測定の対象となる膜は、一般に有機材料からなり、膜状構造を有している。有機材料は特に限定されないが、炭素、水素、酸素、および窒素を主成分とする樹脂またはポリマーからなるものが一般的である。実施形態による方法においては、グラフェンやカーボンナノチューブのような、炭素のみからなる構造体は、原則的に対象としていない。
X- + Ag → AgX + e- (1)
AgX + e- → X- + Ag (2)
図2を用いて、第2の実施形態の一つに係る電気化学素子の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る次亜塩素酸製造素子20(電気化学素子)の構成概略図である。
フッ素原子を含む膜は化学耐性が高く、酸性やアルカリ性おいても膜が劣化しにくい。
本実施形態の電気化学素子では、膜がpH6の水中で正のゼータ電位を有する無機酸化物を有することができる。膜がこのようなゼータ電位を有することによって、陰イオンが通りやすく、陽イオンが通りにくいものとなる。
図3を用いて、第2の実施形態の一つに係る電気化学素子の構成について説明する。図3は、本実施形態に係る燃料電池素子30(電気化学素子)の構成概略図である。
好ましくは-500~+800mV(対銀塩化銀電極)である。サイクリックボルタモメトリーで電位印加速度は2.5~50mV/sが好ましく、10~25mV/sがより好ましい。
フッ素原子を含む膜は化学耐性が高く、アルカリ性においても膜が劣化しにくい。
本実施形態の電気化学素子では、膜がpH6の水中で正のゼータ電位を有する無機酸化物を有することができる。膜がこのようなゼータ電位を有することによって、陰イオンが通りやすく、陽イオンが通りにくいものとなる。
平均厚さ60μm、平均孔径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔質膜をアルミニウムトリイソプロポキシドの2-プロパノール溶液に浸漬し、取り出し、空気中で200℃で加熱する。この操作を4回繰り返した後、大気中で沸騰した水中に5分浸漬し、取り出し、空気中で100℃で乾燥し、表面にベーマイト層が形成された多孔質膜を作製する。
平均厚さ0.3mmの銀板にチタン線を銀ペーストで固定して電気的に結合する。銀板をアニオン性のイオン交換膜に接触させシリコーンテープで貼りつける。銀板およびチタン線が塩化ナトリウム水溶液に触れないように保護する。この試料を0.1質量%の塩化ナトリウム水溶液中に浸漬して、サイクリックボルタモメトリーを行う。一方、銀板のみで同様にサイクリックボルタモメトリーを行う。いずれも電位の増加とともに電流が増大しており塩化物イオンが透過しやすい。
平均厚さ60μmで平均孔径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔質膜をジルコニウムテトラn-プロポキシドのn-プロパノール溶液に浸漬し、取り出し空気中で200℃で加熱する。この操作を3回繰り返し表面に酸化ジルコニウム層が形成された多孔質膜を作製する。
さらに銀板のみをサンプルとしてサイクリックボルタモメトリー(3)を行う。
図3に示すような燃料電池成素子30を作成する。
まず、図2に示すような次亜塩素酸生成素子を作成する。
水洗後、乾燥せずに、両電極と電解液を保持する構造として、厚み5mmの多孔質ポリスチレンCを用い、二つの多孔質膜AおよびB、多孔質ポリスチレンC、陽極および陰極をシリコーンシール剤およびネジを用いて積層構造を構築して電解素子とする。
アルミニウムトリイソプロポキシドで処理しないPTFE多孔質膜を用いることを除いては実施例5と同様にして次亜塩素酸製造素子を作製する。電解の初期効率は50%であり、ナトリウムイオンの混入は300ppmである。
102…作用極
104…陰イオンを含有する水溶液
105…シール
106…外筒
107…対極
108…参照電極
109…電源
111…電流計
20…次亜塩素酸製造素子
201…正電極
202…膜
203…別の層
204…負電極
205…保持体
30…燃料電池素子
301…正電極
302…負電極
303…膜
50…次亜塩素酸製造装置
508…電解槽
509…隔壁
510…陽極室
511…陰極室
513…制御装置
514…電源
515…電圧計
516…電流計
517…塩水槽
518…導電率センサー
519…pHセンサー
Claims (5)
- 電極間に膜状構造体を具備するアルカリ型燃料電池であって、
前記膜状構造体が、そのひとつの表面に金属銀を含む作用極を接触させ、もうひとつの表面に陰イオンを含有する水溶液を接触させ、さらに前記水溶液に、対極と、参照極とを接触させ、前記作用極と前記対極と前記参照極とを電気的に結合し、前記対極に対する前記作用極の電極電位を周期的に変化させながら掃引したとき、水が分解しないプラス電位範囲において、電位と共に電流が単調増加する特性を有する燃料電池。 - 前記膜状構造体が、ナトリウムイオン透過性より塩化物イオンまたは水酸化物イオンの透過性の方が大きい、請求項1に記載の燃料電池。
- 前記燃料電池が、塩化物イオンまたは水酸化物イオンを酸化する、請求項1または2に記載の燃料電池。
- 前記膜状構造体がフッ素を含む多孔質膜である、請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 前記膜状構造体がpH6の水中で正のゼータ電位を有する無機酸化物を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池。
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