JPH04249866A - メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 - Google Patents
メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法Info
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- JPH04249866A JPH04249866A JP2409341A JP40934190A JPH04249866A JP H04249866 A JPH04249866 A JP H04249866A JP 2409341 A JP2409341 A JP 2409341A JP 40934190 A JP40934190 A JP 40934190A JP H04249866 A JPH04249866 A JP H04249866A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、メタノール燃料電池の
電気分解による電極の活性化方法に関する。
電気分解による電極の活性化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、メタノール燃料電池の一般的な原
理構成は図7に示すように、燃料電池のケーシング内に
燃料室23、燃料極24、電解質室25、空気極26、
酸化剤室27、がこの順序で配置されている。一方、燃
料電池の外部には、燃料極24と空気極26とを結ぶよ
うに負荷を有する外部回路32がつながれている。燃料
室23には燃料を供給するための燃料供給口21と、燃
料が分解されて生成した分解物を排出するための分解物
排出口22が設けられている。電解質室25には電解質
が充填さている。酸化剤室27には酸化剤を供給するた
めの酸化剤供給口29と、空気極26で酸化剤と反応し
て生成した反応物を排出するための反応物排出口30が
設けられている。
理構成は図7に示すように、燃料電池のケーシング内に
燃料室23、燃料極24、電解質室25、空気極26、
酸化剤室27、がこの順序で配置されている。一方、燃
料電池の外部には、燃料極24と空気極26とを結ぶよ
うに負荷を有する外部回路32がつながれている。燃料
室23には燃料を供給するための燃料供給口21と、燃
料が分解されて生成した分解物を排出するための分解物
排出口22が設けられている。電解質室25には電解質
が充填さている。酸化剤室27には酸化剤を供給するた
めの酸化剤供給口29と、空気極26で酸化剤と反応し
て生成した反応物を排出するための反応物排出口30が
設けられている。
【0003】そのメタノール燃料電池の電解質には、硫
酸等の酸性電解液、水酸化カリウム等のアルカリ性電解
液、イオン交換膜等が用いられている。酸化剤には主と
して、酸素、空気が用いられている。例えば、燃料にメ
タノールを、電解質に硫酸を、また酸化剤に酸素を用い
た燃料電池を図7にもとづいて説明する。燃料供給口2
1からメタノール−水混合溶液が供給される。燃料極2
4で、メタノール−水混合溶液が分解されて水素イオン
H+ 、電子e− 、炭酸ガスCO2 になる。これを
化学式で示せば次のようになる。
酸等の酸性電解液、水酸化カリウム等のアルカリ性電解
液、イオン交換膜等が用いられている。酸化剤には主と
して、酸素、空気が用いられている。例えば、燃料にメ
タノールを、電解質に硫酸を、また酸化剤に酸素を用い
た燃料電池を図7にもとづいて説明する。燃料供給口2
1からメタノール−水混合溶液が供給される。燃料極2
4で、メタノール−水混合溶液が分解されて水素イオン
H+ 、電子e− 、炭酸ガスCO2 になる。これを
化学式で示せば次のようになる。
【0004】
【化1】
【0005】分解物排出口22からは、燃料極24で生
成した炭酸ガスCO2 が排出される。また、燃料極2
4で生成した水素イオンH+ は電解質室25中を空気
極26の方へ進み空気極26に達する。さらに、燃料極
24で発生した電子e− は外部回路32を通って空気
極26に達して、前記水素イオンH+ 及び酸化剤室2
7中の酸化剤の酸素と反応して水が生成される。生成し
た水は反応物排出口30から排出される。これを化学式
で示せば次のようになる。
成した炭酸ガスCO2 が排出される。また、燃料極2
4で生成した水素イオンH+ は電解質室25中を空気
極26の方へ進み空気極26に達する。さらに、燃料極
24で発生した電子e− は外部回路32を通って空気
極26に達して、前記水素イオンH+ 及び酸化剤室2
7中の酸化剤の酸素と反応して水が生成される。生成し
た水は反応物排出口30から排出される。これを化学式
で示せば次のようになる。
【0006】
【化2】
【0007】このような反応により外部回路に設けた負
荷で電池出力を得ていた。
荷で電池出力を得ていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池を使用し続けていくと燃料極の電位がだんだんと上が
り出力電圧が下がってくる。この原因は、燃料極中の触
媒に酸素または一酸化炭素等が吸着されて触媒活性を低
下させるためであった。その触媒が白金である場合は一
酸化炭素を良く吸着する性質を有している。また、その
触媒が白金ルテニウムである場合は特に酸素をよく吸着
していた。
池を使用し続けていくと燃料極の電位がだんだんと上が
り出力電圧が下がってくる。この原因は、燃料極中の触
媒に酸素または一酸化炭素等が吸着されて触媒活性を低
下させるためであった。その触媒が白金である場合は一
酸化炭素を良く吸着する性質を有している。また、その
触媒が白金ルテニウムである場合は特に酸素をよく吸着
していた。
【0009】従来、酸素を1〜2%燃料にまぜることに
よって白金触媒に吸着した一酸化炭素は酸素により二酸
化炭素に酸化されて白金触媒より遊離し、燃料室より排
出されることが知られていた。しかしながら、この方法
では、常時、燃料に酸素が含まれることになり、燃料極
で酸素が直接燃焼して燃料電池としては効率の悪いもの
であった。
よって白金触媒に吸着した一酸化炭素は酸素により二酸
化炭素に酸化されて白金触媒より遊離し、燃料室より排
出されることが知られていた。しかしながら、この方法
では、常時、燃料に酸素が含まれることになり、燃料極
で酸素が直接燃焼して燃料電池としては効率の悪いもの
であった。
【0010】また、燃料極に白金ルテニウムを触媒とし
て用いた場合は、酸素を非常によく吸着する。触媒を活
性化させる手段として、外部から水素あるいは酸素を微
量供給する方法も考えられるが、このような場合、これ
らの供給装置の設置が必要となり、そのためのスペース
を要し、システム全体が大きくなるという問題がある。
て用いた場合は、酸素を非常によく吸着する。触媒を活
性化させる手段として、外部から水素あるいは酸素を微
量供給する方法も考えられるが、このような場合、これ
らの供給装置の設置が必要となり、そのためのスペース
を要し、システム全体が大きくなるという問題がある。
【0011】そこで、本発明は、燃料極に吸着した酸素
または一酸化炭素を除去するために、前記酸素または一
酸化炭素と反応させるための水素ガスまたは酸素ガスを
供給するための特別な装置を用意することなく、簡単な
構成で、燃料極の活性化処理が必要な時に直ちに、燃料
極で直接水素ガスまたは酸素ガスを発生させて酸素また
は一酸化炭素を除去する、燃料極の活性化方法を提供す
ることを目的とする。
または一酸化炭素を除去するために、前記酸素または一
酸化炭素と反応させるための水素ガスまたは酸素ガスを
供給するための特別な装置を用意することなく、簡単な
構成で、燃料極の活性化処理が必要な時に直ちに、燃料
極で直接水素ガスまたは酸素ガスを発生させて酸素また
は一酸化炭素を除去する、燃料極の活性化方法を提供す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、燃料極に酸素を吸着したメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極と
してメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源によ
り電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸
素を除去したものである。
めに、本発明は、燃料極に酸素を吸着したメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極と
してメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源によ
り電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸
素を除去したものである。
【0013】また、本発明は、燃料極に一酸化炭素を吸
着したメタノール燃料電池の燃料極の活性化方法におい
て、燃料極を陽極としてメタノール燃料電池の電解液中
の水を外部電源により電気分解することにより、燃料極
に吸着されている一酸化炭素を除去したものである。
着したメタノール燃料電池の燃料極の活性化方法におい
て、燃料極を陽極としてメタノール燃料電池の電解液中
の水を外部電源により電気分解することにより、燃料極
に吸着されている一酸化炭素を除去したものである。
【0014】
【作用】燃料極に酸素が吸着された場合には、燃料電池
の電解質は硫酸H2SO4 と水H2 Oとからなって
いるので、この電解質中の水の電気分解が起こるように
、燃料極を陰極として外部から電圧を印加してやると、
燃料極に水素が発生して燃料極に吸着されていた酸素と
反応して水が生成することにより、燃料極中の酸素が除
去される。この反応を、反応式で示せば次のようになる
。
の電解質は硫酸H2SO4 と水H2 Oとからなって
いるので、この電解質中の水の電気分解が起こるように
、燃料極を陰極として外部から電圧を印加してやると、
燃料極に水素が発生して燃料極に吸着されていた酸素と
反応して水が生成することにより、燃料極中の酸素が除
去される。この反応を、反応式で示せば次のようになる
。
【0015】
【化3】
【0016】また、燃料極中に一酸化炭素CO2 が吸
着された場合には、今度は外部電源のの接続を燃料極が
陽極になるようにして電解質中の水の電気分解により、
燃料極で酸素が発生させる。このようにして燃料極で発
生した酸素と一酸化炭素が反応して二酸化炭素が生成さ
れ、燃料室より排出される。この反応を反応式で示せば
次のようになる。
着された場合には、今度は外部電源のの接続を燃料極が
陽極になるようにして電解質中の水の電気分解により、
燃料極で酸素が発生させる。このようにして燃料極で発
生した酸素と一酸化炭素が反応して二酸化炭素が生成さ
れ、燃料室より排出される。この反応を反応式で示せば
次のようになる。
【0017】
【化4】
【0018】
【実施例1】本実施例は燃料極4に吸着した酸素の除去
に関するものである。本発明で使用する燃料電池の構成
の概念図を図1に示す。燃料電池のケーシング内に燃料
室3、燃料極4、電解質室5、空気極6、酸化剤室11
、がこの順序で配置されている。一方、燃料電池の外部
には、燃料極4と空気極6とを結ぶように負荷を有する
外部回路12がつながれている。燃料室3には燃料を供
給するための燃料供給口1と、燃料が分解されて生成し
た分解物を排出するための分解物排出口2が設けられて
いる。電解質室5には電解質が充填さている。酸化剤室
7には酸化剤を供給するための酸化剤供給口9と、空気
極6で酸化剤と反応して生成した反応物を排出するため
の反応物排出口10が設けられている。以上の配置は従
来の燃料電池と同じであるが、本発明の実施例において
は、外部電源8を燃料電池の各電極に接続し、燃料極4
を外部電源8の陰極に、空気極6を陽極に接続した。 このようにして、式3の反応によって燃料極4に吸着し
ている酸素と、電解質中の水の電気分解を行ない、燃料
極で発生させた水素とを反応させることによって、燃料
極4の酸素を除去し、水を生成した。
に関するものである。本発明で使用する燃料電池の構成
の概念図を図1に示す。燃料電池のケーシング内に燃料
室3、燃料極4、電解質室5、空気極6、酸化剤室11
、がこの順序で配置されている。一方、燃料電池の外部
には、燃料極4と空気極6とを結ぶように負荷を有する
外部回路12がつながれている。燃料室3には燃料を供
給するための燃料供給口1と、燃料が分解されて生成し
た分解物を排出するための分解物排出口2が設けられて
いる。電解質室5には電解質が充填さている。酸化剤室
7には酸化剤を供給するための酸化剤供給口9と、空気
極6で酸化剤と反応して生成した反応物を排出するため
の反応物排出口10が設けられている。以上の配置は従
来の燃料電池と同じであるが、本発明の実施例において
は、外部電源8を燃料電池の各電極に接続し、燃料極4
を外部電源8の陰極に、空気極6を陽極に接続した。 このようにして、式3の反応によって燃料極4に吸着し
ている酸素と、電解質中の水の電気分解を行ない、燃料
極で発生させた水素とを反応させることによって、燃料
極4の酸素を除去し、水を生成した。
【0019】
【実施例2】本実施例は燃料極4に吸着した酸素の除去
に関するものである。図2に本発明の別の実施例で使用
する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の接続を除い
ては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用いた。燃料極
4を外部電源8の陰極とし、外部電源8の陽極7を燃料
極4と空気極6の間の電解質中に設けた。この陽極7は
白金を用いて製造した。このようにして、式3の反応に
よって燃料極4に吸着している酸素と、電解質中の水の
電気分解を行ない、燃料極で発生させた水素とを反応さ
せることによって、燃料極4の酸素を除去し、水を生成
した。したがって、燃料極中の吸着酸素を除去すること
ができた。
に関するものである。図2に本発明の別の実施例で使用
する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の接続を除い
ては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用いた。燃料極
4を外部電源8の陰極とし、外部電源8の陽極7を燃料
極4と空気極6の間の電解質中に設けた。この陽極7は
白金を用いて製造した。このようにして、式3の反応に
よって燃料極4に吸着している酸素と、電解質中の水の
電気分解を行ない、燃料極で発生させた水素とを反応さ
せることによって、燃料極4の酸素を除去し、水を生成
した。したがって、燃料極中の吸着酸素を除去すること
ができた。
【0020】また、電解質中の外部電源8に通じた陽極
7では酸素の発生が起こった。この陽極7では燃料極4
を透過して電解質に侵入したメタノールをこの発生酸素
で燃焼させることにより、空気極6へメタノールが到達
して燃料電池の出力電圧を低下させるのを防ぐ効果を有
する。
7では酸素の発生が起こった。この陽極7では燃料極4
を透過して電解質に侵入したメタノールをこの発生酸素
で燃焼させることにより、空気極6へメタノールが到達
して燃料電池の出力電圧を低下させるのを防ぐ効果を有
する。
【0021】
【実施例3】本実施例は燃料極4に吸着した酸素の除去
に関するものである。図3に本発明の更に別の実施例で
使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の接続を
除いては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用いた。燃
料室3に燃料と電解質との混合溶液であるアノライトを
供給した。燃料極4を外部電源8の陰極とし、外部電源
の8の陽極を燃料室4のアノライト中に設けた。このよ
うにして、式3の反応によって燃料極4に吸着している
酸素と、アノライト中の水の電気分解を行ない、燃料極
で発生させた水素とを反応させることによって、燃料極
4の酸素を除去し、水を生成した。
に関するものである。図3に本発明の更に別の実施例で
使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の接続を
除いては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用いた。燃
料室3に燃料と電解質との混合溶液であるアノライトを
供給した。燃料極4を外部電源8の陰極とし、外部電源
の8の陽極を燃料室4のアノライト中に設けた。このよ
うにして、式3の反応によって燃料極4に吸着している
酸素と、アノライト中の水の電気分解を行ない、燃料極
で発生させた水素とを反応させることによって、燃料極
4の酸素を除去し、水を生成した。
【0022】
【実施例4】本実施例は燃料極4に吸着した一酸化炭素
の除去に関するものである。図4に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の
接続を除いては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用い
た。外部電源8を燃料電池の各電極に接続し、燃料極4
を外部電源8の陽極に、空気極6を陰極に接続した。こ
のようにして、式4の反応によって燃料極4に吸着して
いる一酸化炭素と、電解質中の水の電気分解を行ない、
燃料極で発生させた酸素とを反応させることによって、
燃料極4に吸着されている一酸化炭素を二酸化炭素に変
えた。
の除去に関するものである。図4に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。外部電源8の
接続を除いては、実施例1と同じ構成の燃料電池を用い
た。外部電源8を燃料電池の各電極に接続し、燃料極4
を外部電源8の陽極に、空気極6を陰極に接続した。こ
のようにして、式4の反応によって燃料極4に吸着して
いる一酸化炭素と、電解質中の水の電気分解を行ない、
燃料極で発生させた酸素とを反応させることによって、
燃料極4に吸着されている一酸化炭素を二酸化炭素に変
えた。
【0023】
【実施例5】本実施例は燃料極4に吸着した一酸化炭素
の除去に関するものである。図5に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。燃料室3に燃
料と電解質との混合溶液であるアノライトを供給した。 燃料極4を外部電源8の陽極とし、外部電源8の白金か
らなる陰極13を燃料室4のアノライト中に設けた。外
部電源8の接続を除いては、実施例1と同じ構成の燃料
電池を用いた。このようにして、式4の反応によって燃
料極4に吸着している一酸化炭素と、電解質中の水の電
気分解を行ない、燃料極で発生させた酸素とを反応させ
ることによって、燃料極4に吸着されている一酸化炭素
を二酸化炭素に変えた。
の除去に関するものである。図5に本発明の更に別の実
施例で使用する燃料電池の概念図を示す。燃料室3に燃
料と電解質との混合溶液であるアノライトを供給した。 燃料極4を外部電源8の陽極とし、外部電源8の白金か
らなる陰極13を燃料室4のアノライト中に設けた。外
部電源8の接続を除いては、実施例1と同じ構成の燃料
電池を用いた。このようにして、式4の反応によって燃
料極4に吸着している一酸化炭素と、電解質中の水の電
気分解を行ない、燃料極で発生させた酸素とを反応させ
ることによって、燃料極4に吸着されている一酸化炭素
を二酸化炭素に変えた。
【0024】
【実施例6】この実施例は、実施例1〜5に共通に用い
ることのできる電源8を、コンデンサを内蔵し燃料電池
から発生した電流を利用したコントローラ13から構成
した。図6は本発明のコントローラ13を燃料電池に組
み込んだ概念図を示す。燃料電池の燃料極及び空気極間
から発生した電力をそれぞれの極から取出し、コンデン
サを内蔵したコントローラ13に入力する。次に、この
コントローラ13の出力側を2つ設けて、一方は燃料電
池の出力の利用のためのものとし、もう一方を、電極活
性化のための電気分解用の電源とした。電気分解用の電
流は必要に応じて出せるものであり、コントローラ13
に内蔵したコンデンサの容量に応じて通常はパルス電流
を利用する。燃料電池で発生した電流を電気分解用に使
用する間は燃料電池の出力が低下することになるので、
この間はコントローラ13に内蔵されたコンデンサに蓄
えられた電気を出力することによって燃料電池の電池出
力の低下分を補う。したがって、燃料電池で利用する出
力は、電極の活性化のために一部電力を消耗しても、常
に一定に保たれることになる。
ることのできる電源8を、コンデンサを内蔵し燃料電池
から発生した電流を利用したコントローラ13から構成
した。図6は本発明のコントローラ13を燃料電池に組
み込んだ概念図を示す。燃料電池の燃料極及び空気極間
から発生した電力をそれぞれの極から取出し、コンデン
サを内蔵したコントローラ13に入力する。次に、この
コントローラ13の出力側を2つ設けて、一方は燃料電
池の出力の利用のためのものとし、もう一方を、電極活
性化のための電気分解用の電源とした。電気分解用の電
流は必要に応じて出せるものであり、コントローラ13
に内蔵したコンデンサの容量に応じて通常はパルス電流
を利用する。燃料電池で発生した電流を電気分解用に使
用する間は燃料電池の出力が低下することになるので、
この間はコントローラ13に内蔵されたコンデンサに蓄
えられた電気を出力することによって燃料電池の電池出
力の低下分を補う。したがって、燃料電池で利用する出
力は、電極の活性化のために一部電力を消耗しても、常
に一定に保たれることになる。
【0025】
【発明の効果】燃料極で水の電気分解を行ない水素を発
生することによって、吸着している酸素を除去し、燃料
極の電位が上がるのを防ぐ。燃料極で水の電気分解を行
ない酸素を発生することによって、吸着している一酸化
炭素を除去し、燃料極の電位が上がるのを防ぐ。
生することによって、吸着している酸素を除去し、燃料
極の電位が上がるのを防ぐ。燃料極で水の電気分解を行
ない酸素を発生することによって、吸着している一酸化
炭素を除去し、燃料極の電位が上がるのを防ぐ。
【図1】本発明で使用する燃料電池の構成を示す概念図
である。
である。
【図2】本発明の別の実施例で使用する燃料電池の概念
図を示す。
図を示す。
【図3】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図4】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図5】本発明の更に別の実施例で使用する燃料電池の
概念図を示す。
概念図を示す。
【図6】本発明のコントローラ13を燃料電池に組み込
んだ概念図を示す。
んだ概念図を示す。
【図7】
3 燃料室
4 燃料極
5 電解質室
6 空気極
7 陽極
8 外部電源
11 空気室
12 外部回路
13 コントローラ
Claims (2)
- 【請求項1】 燃料極に酸素を吸着したメタノール燃
料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を陰極と
してメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電源によ
り電気分解することにより、燃料極に吸着されている酸
素を除去したことを特徴とするメタノール燃料電池の燃
料極の活性化方法。 - 【請求項2】 燃料極に一酸化炭素を吸着したメタノ
ール燃料電池の燃料極の活性化方法において、燃料極を
陽極としてメタノール燃料電池の電解液中の水を外部電
源により電気分解することにより、燃料極に吸着されて
いる一酸化炭素を除去したことを特徴とするメタノール
燃料電池の燃料極の活性化方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2409341A JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2409341A JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=18518681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2409341A Expired - Fee Related JP3070769B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | メタノール燃料電池の燃料極の活性化方法 |
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- 1990-12-28 JP JP2409341A patent/JP3070769B2/ja not_active Expired - Fee Related
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