JPH05258764A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
- Publication number
- JPH05258764A JPH05258764A JP4053280A JP5328092A JPH05258764A JP H05258764 A JPH05258764 A JP H05258764A JP 4053280 A JP4053280 A JP 4053280A JP 5328092 A JP5328092 A JP 5328092A JP H05258764 A JPH05258764 A JP H05258764A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- converter
- cell power
- power generator
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 83
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 39
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims abstract description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 33
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 abstract description 14
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910017518 Cu Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017752 Cu-Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017943 Cu—Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】水素−酸素型燃料電池発電装置のＣＯ被毒を防
止する。 【構成】ＣＯ転化器９或いは燃料電池酸素極の触媒活性
成分としてＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄの１種以上を用いる。 【効果】燃料電池水素極のＣＯによる被毒を防止でき、
電池の長寿命化と出力の安定性向上を図ることができ
る。
止する。 【構成】ＣＯ転化器９或いは燃料電池酸素極の触媒活性
成分としてＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄの１種以上を用いる。 【効果】燃料電池水素極のＣＯによる被毒を防止でき、
電池の長寿命化と出力の安定性向上を図ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用発電装置に係
り、特に水素・酸素型且つ高分子型の燃料電池発電装置
に関する。
り、特に水素・酸素型且つ高分子型の燃料電池発電装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】「電池便覧」（１９９０，丸善）３５７
頁の図４.２.９に開示されているように天然ガスを燃料
として使用する場合の、燐酸型燃料電池発電装置の基本
構成は天然ガス中に含まれている硫黄成分除去用の脱硫
器，天然ガスの改質器，ＣＯ転化器，燃料電池等からな
る。運転方法は天然ガス中の硫黄成分を先ず水添脱硫器
により除去したのち水蒸気とともに改質器へ供給して水
素主成分のガスに変換する。改質器を出たガスには水素
以外にＣＯ2 が約２０％，ＣＯが７〜１０％含有されて
いる。このＣＯは燃料電池内の電極中の白金触媒を被毒
し電池性能を劣化する原因である。そこで通常、改質器
の後段にＣＯ転化器を設け、ＣＯを１％以下に低減す
る。ＣＯ転化器は１段方式と２段方式とがある。２段方
式では高温転化器と低温転化器の両者でＣＯを無害のＣ
Ｏ2 に変換する。高温転化器はＦｅ−Ｃｒ系触媒を使用
し、３５０−５００℃で反応させＣＯを３−４％まで低
減する。低温転化器ではＣｕ−Ｚｎ触媒を使用し、１８
０〜３００℃でＣＯを０.５ 〜１％に低下する。このよ
うにして得られたＣＯ濃度が１％程度の改質ガスを燃料
電池の水素極に供給し、一方コンプレッサーで加圧した
酸素或いは空気を酸素極に供給する。
頁の図４.２.９に開示されているように天然ガスを燃料
として使用する場合の、燐酸型燃料電池発電装置の基本
構成は天然ガス中に含まれている硫黄成分除去用の脱硫
器，天然ガスの改質器，ＣＯ転化器，燃料電池等からな
る。運転方法は天然ガス中の硫黄成分を先ず水添脱硫器
により除去したのち水蒸気とともに改質器へ供給して水
素主成分のガスに変換する。改質器を出たガスには水素
以外にＣＯ2 が約２０％，ＣＯが７〜１０％含有されて
いる。このＣＯは燃料電池内の電極中の白金触媒を被毒
し電池性能を劣化する原因である。そこで通常、改質器
の後段にＣＯ転化器を設け、ＣＯを１％以下に低減す
る。ＣＯ転化器は１段方式と２段方式とがある。２段方
式では高温転化器と低温転化器の両者でＣＯを無害のＣ
Ｏ2 に変換する。高温転化器はＦｅ−Ｃｒ系触媒を使用
し、３５０−５００℃で反応させＣＯを３−４％まで低
減する。低温転化器ではＣｕ−Ｚｎ触媒を使用し、１８
０〜３００℃でＣＯを０.５ 〜１％に低下する。このよ
うにして得られたＣＯ濃度が１％程度の改質ガスを燃料
電池の水素極に供給し、一方コンプレッサーで加圧した
酸素或いは空気を酸素極に供給する。
【０００３】次にメタノールを燃料として使用する場合
の発電プロセスを説明する。「電池便覧」（１９９０，
丸善）３６５頁の図４.２.１８に開示されているように
発電システムはメタノール改質器，燃料電池等から構成
されており、硫黄成分除去用の脱硫器やＣＯ転化器はな
い場合もある。これはメタノール中に硫黄成分がないこ
とと、改質器によりＣＯ濃度を１％以下に抑制できるか
らである。
の発電プロセスを説明する。「電池便覧」（１９９０，
丸善）３６５頁の図４.２.１８に開示されているように
発電システムはメタノール改質器，燃料電池等から構成
されており、硫黄成分除去用の脱硫器やＣＯ転化器はな
い場合もある。これはメタノール中に硫黄成分がないこ
とと、改質器によりＣＯ濃度を１％以下に抑制できるか
らである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の天然ガスを出発
原料として水素化し燃料電池に供給する方法では、燃料
電池に供給する改質ガス中に約１％のＣＯを含有するた
め水素極中の白金触媒がＣＯにより被毒してしまい、電
池性能が劣化するという欠点がある。
原料として水素化し燃料電池に供給する方法では、燃料
電池に供給する改質ガス中に約１％のＣＯを含有するた
め水素極中の白金触媒がＣＯにより被毒してしまい、電
池性能が劣化するという欠点がある。
【０００５】また、メタノールを出発原料とする方法
は、長時間運転した場合に燃料電池の水素極の活性がＣ
Ｏ被毒により劣化するという問題がある。
は、長時間運転した場合に燃料電池の水素極の活性がＣ
Ｏ被毒により劣化するという問題がある。
【０００６】本発明の目的は、天然ガス或いはメタノー
ルを出発原料とする水素−酸素型燃料電池発電装置にお
いて、燃料電池のＣＯ被毒を防止するにある。
ルを出発原料とする水素−酸素型燃料電池発電装置にお
いて、燃料電池のＣＯ被毒を防止するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、本質的にはメ
タノールの改質器或いは天然ガス改質器、改質されたガ
ス中のＣＯをＣＯ2 に転化する転化器、ＣＯが低減され
た改質ガスを水素極に供給し酸化剤を酸素極に供給して
発電される燃料電池を具備する燃料電池発電装置におい
て、ＣＯ転化器の触媒活性成分としてロジウム，ニッケ
ル，パラジウムの少なくとも一つを備えることにある。
タノールの改質器或いは天然ガス改質器、改質されたガ
ス中のＣＯをＣＯ2 に転化する転化器、ＣＯが低減され
た改質ガスを水素極に供給し酸化剤を酸素極に供給して
発電される燃料電池を具備する燃料電池発電装置におい
て、ＣＯ転化器の触媒活性成分としてロジウム，ニッケ
ル，パラジウムの少なくとも一つを備えることにある。
【０００８】ＣＯ転化器は複数備えることができる。本
発明の発電装置は、電気自動車などの動力装置の出力源
として使用することができる。また、二次電池の充電用
電源として使用することができる。
発明の発電装置は、電気自動車などの動力装置の出力源
として使用することができる。また、二次電池の充電用
電源として使用することができる。
【０００９】
【作用】図１を使用して作用を説明する。天然ガスを改
質した場合には改質ガス中には７〜１０％のＣＯが存在
する。ＣＯは燃料電池１７の電極内の白金の被毒を起こ
すので除去する必要がある。第１転化器７でＦｅ−Ｃｒ
系の触媒を使用した場合には前記改質ガスのＣＯ濃度は
１％程度まで減少する。この改質ガス中のＣＯは第２転
化器のＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄ等の触媒により水素化されてメ
タンに変化する。本発明者等の基礎研究によるとＲｈ，
Ｎｉ，Ｐｄの成分は白金に比べてＣＯを強く吸着する性
質を有している。図９はＣＯを各触媒に吸着させたの
ち、触媒を加熱してＣＯを脱着させた時の脱着ＣＯ量を
測定した結果であり、いわゆる熱脱着曲線である。図９
から、白金は３７０℃でピークを持ちまたＲｈ及びＮｉ
は４１７〜４３３℃でピークを持つ。このようにＲｈや
Ｎｉは白金よりも高温でＣＯを脱着するので、ＲｈやＮ
ｉはＣＯを白金よりも強く吸着していることがわかっ
た。ＰｄもＲｈやＮｉと同じような温度で脱着ピークを
持つので、そのＣＯ吸着能は同等であることがわかっ
た。
質した場合には改質ガス中には７〜１０％のＣＯが存在
する。ＣＯは燃料電池１７の電極内の白金の被毒を起こ
すので除去する必要がある。第１転化器７でＦｅ−Ｃｒ
系の触媒を使用した場合には前記改質ガスのＣＯ濃度は
１％程度まで減少する。この改質ガス中のＣＯは第２転
化器のＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄ等の触媒により水素化されてメ
タンに変化する。本発明者等の基礎研究によるとＲｈ，
Ｎｉ，Ｐｄの成分は白金に比べてＣＯを強く吸着する性
質を有している。図９はＣＯを各触媒に吸着させたの
ち、触媒を加熱してＣＯを脱着させた時の脱着ＣＯ量を
測定した結果であり、いわゆる熱脱着曲線である。図９
から、白金は３７０℃でピークを持ちまたＲｈ及びＮｉ
は４１７〜４３３℃でピークを持つ。このようにＲｈや
Ｎｉは白金よりも高温でＣＯを脱着するので、ＲｈやＮ
ｉはＣＯを白金よりも強く吸着していることがわかっ
た。ＰｄもＲｈやＮｉと同じような温度で脱着ピークを
持つので、そのＣＯ吸着能は同等であることがわかっ
た。
【００１０】次に本発明者らは以上の各触媒を使用して
濃度１％のＣＯと水素との反応をSV5000h-1 で行わせ、
反応後のガスをガスクロで分析した。いずれの触媒の場
合もＣＯはメタンに変換された。
濃度１％のＣＯと水素との反応をSV5000h-1 で行わせ、
反応後のガスをガスクロで分析した。いずれの触媒の場
合もＣＯはメタンに変換された。
【００１１】図１内のＣＯ転換器９ではＲｈ，Ｐｄ，Ｎ
ｉによりＣＯがほとんど除去されるので、そのまま調湿
して燃料電池１７の水素極１３に供給しても電極内の白
金の被毒は生じないという利点がある。
ｉによりＣＯがほとんど除去されるので、そのまま調湿
して燃料電池１７の水素極１３に供給しても電極内の白
金の被毒は生じないという利点がある。
【００１２】図２はＣＯ転化器２７までの構成は図１と
同じである。転化器２７でＦｅ−Ｃｒ系の触媒を使用し
た場合には、改質ガスのＣＯ濃度は転化器２７により１
％まで低下する。これを調湿したのち燃料電池２９の水
素極３０に供給すると、ＣＯの被毒により電極内の白金
が被毒されてしまう。しかし図２内の燃料電池２９内の
電極３０には白金以外にＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄ等の触媒成分
が含有されている。Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄは前述のように白
金に比べてＣＯを強く吸着する作用を有するので、燃料
電池２９に供給される改質ガス中の１％程度のＣＯを吸
着し白金の被毒を防止する。
同じである。転化器２７でＦｅ−Ｃｒ系の触媒を使用し
た場合には、改質ガスのＣＯ濃度は転化器２７により１
％まで低下する。これを調湿したのち燃料電池２９の水
素極３０に供給すると、ＣＯの被毒により電極内の白金
が被毒されてしまう。しかし図２内の燃料電池２９内の
電極３０には白金以外にＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄ等の触媒成分
が含有されている。Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄは前述のように白
金に比べてＣＯを強く吸着する作用を有するので、燃料
電池２９に供給される改質ガス中の１％程度のＣＯを吸
着し白金の被毒を防止する。
【００１３】図３の基本的な構成は図２と同じである
が、ＣＯ転化器４７の触媒としてＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄを使
用したものであり、このため該転化器４７を出た改質ガ
ス中にはＣＯがほとんど含有されない。このため改質ガ
スをそのまま調湿して燃料電池４９の水素極５０に供給
することが出来る。安全のために水素極５０の触媒とし
て白金以外にＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄを少量添加しておくこと
も可能である。
が、ＣＯ転化器４７の触媒としてＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄを使
用したものであり、このため該転化器４７を出た改質ガ
ス中にはＣＯがほとんど含有されない。このため改質ガ
スをそのまま調湿して燃料電池４９の水素極５０に供給
することが出来る。安全のために水素極５０の触媒とし
て白金以外にＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄを少量添加しておくこと
も可能である。
【００１４】図４はＣＯ転化器６７までの構成は図３と
同じであるが、ＣＯ転化器６７で除去しえなかったＣＯ
をプラズマ発生器６８で除去することが可能である。プ
ラズマ発生器６８には空気、好ましくは酸素を供給する
ことによりプラズマ内でＣＯを酸化し、ＣＯ2 に変換す
る。従ってプラズマ発生器６８を出た改質ガス中にはＣ
Ｏがほとんど含有されておらず、このため改質ガスを直
接燃料電池６９の水素極７０に供給しても白金触媒の被
毒は生じないという利点がある。
同じであるが、ＣＯ転化器６７で除去しえなかったＣＯ
をプラズマ発生器６８で除去することが可能である。プ
ラズマ発生器６８には空気、好ましくは酸素を供給する
ことによりプラズマ内でＣＯを酸化し、ＣＯ2 に変換す
る。従ってプラズマ発生器６８を出た改質ガス中にはＣ
Ｏがほとんど含有されておらず、このため改質ガスを直
接燃料電池６９の水素極７０に供給しても白金触媒の被
毒は生じないという利点がある。
【００１５】図５はメタノールを原料に用いる場合であ
り、天然ガスを使用した図１と構成は同じである。図６
もメタノールを原料に用いる場合であり、天然ガスを使
用した図２と構成は同じである。図７もメタノールを原
料に用いる場合であり、天然ガスを使用した図３と構成
は同じである。図８もメタノールを原料に用いる場合で
あり、天然ガスを使用した図４と構成は同じである。但
し、メタノール中には硫黄成分がないので図５〜図８で
は脱硫器が不要である。
り、天然ガスを使用した図１と構成は同じである。図６
もメタノールを原料に用いる場合であり、天然ガスを使
用した図２と構成は同じである。図７もメタノールを原
料に用いる場合であり、天然ガスを使用した図３と構成
は同じである。図８もメタノールを原料に用いる場合で
あり、天然ガスを使用した図４と構成は同じである。但
し、メタノール中には硫黄成分がないので図５〜図８で
は脱硫器が不要である。
【００１６】
【実施例】本発明の基本的な考え方を図１に示す。天然
ガス１及び水２は加熱器３により昇温されたのち脱硫器
４で脱硫される。改質器５で改質されたガス中のＣＯは
第１転化器７、第２転化器９で除去される。第１転化器
では３５０〜５００℃で例えばＦｅ−Ｃｒ触媒を使用す
る。第２転化器ではＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄの内少なくとも１
種類以上の触媒を使用し、１５０〜５００℃、好ましく
は３００℃近くで反応させる。第２転化器を出たガス中
のＣＯは完全に除去されているのでこれを調湿器１０で
調湿したのち燃料電池１１に供給する。水素極１３に供
給されたガス中にはＣＯが極微量しか含有されていない
ので触媒としては白金のみでもよいが、これにＲｈ，Ｎ
ｉ，Ｐｄのうち少なくとも１種類以上の触媒を添加して
もよい。水素極１３で反応したガスの組成は、メタン，
ＣＯ2 ，水素，水であり凝縮器１４で水分を除去したの
ち改質器の加熱用燃料ガスとして再使用する。また酸素
或いは空気はコンプレッサ１６で加圧されたのち加熱器
２０，調湿器１９で加熱及び調湿されて空気極１７へ供
給され、タービン１８を通して排気される。
ガス１及び水２は加熱器３により昇温されたのち脱硫器
４で脱硫される。改質器５で改質されたガス中のＣＯは
第１転化器７、第２転化器９で除去される。第１転化器
では３５０〜５００℃で例えばＦｅ−Ｃｒ触媒を使用す
る。第２転化器ではＲｈ，Ｎｉ，Ｐｄの内少なくとも１
種類以上の触媒を使用し、１５０〜５００℃、好ましく
は３００℃近くで反応させる。第２転化器を出たガス中
のＣＯは完全に除去されているのでこれを調湿器１０で
調湿したのち燃料電池１１に供給する。水素極１３に供
給されたガス中にはＣＯが極微量しか含有されていない
ので触媒としては白金のみでもよいが、これにＲｈ，Ｎ
ｉ，Ｐｄのうち少なくとも１種類以上の触媒を添加して
もよい。水素極１３で反応したガスの組成は、メタン，
ＣＯ2 ，水素，水であり凝縮器１４で水分を除去したの
ち改質器の加熱用燃料ガスとして再使用する。また酸素
或いは空気はコンプレッサ１６で加圧されたのち加熱器
２０，調湿器１９で加熱及び調湿されて空気極１７へ供
給され、タービン１８を通して排気される。
【００１７】天然ガスを使用する場合についての他のプ
ロセスを図２に示す。基本的な構成は図１のものと同じ
であるが、図２では第２転化器がない。図２の転化器２
７を出たガス中には約１％のＣＯが含有されているの
で、燃料電池２９の水素極３０の触媒としてベースの白
金以外に、耐被毒用のＲｈ，Ｐｄ，Ｎｉの内少なくとも
一種類以上の成分を含有している。
ロセスを図２に示す。基本的な構成は図１のものと同じ
であるが、図２では第２転化器がない。図２の転化器２
７を出たガス中には約１％のＣＯが含有されているの
で、燃料電池２９の水素極３０の触媒としてベースの白
金以外に、耐被毒用のＲｈ，Ｐｄ，Ｎｉの内少なくとも
一種類以上の成分を含有している。
【００１８】天然ガスを使用する場合についての他のプ
ロセスを図３に示す。基本的に図２のものと同じである
が、図３では改質器４５から出たガスは冷却器４６で冷
却され第１転化器４７へ供給される。第１転化器ではＮ
ｉ，Ｐｄ，Ｒｈの中の少なくとも１種類の触媒を使用
し、反応温度１５０〜５００℃、好ましくは３００℃付
近で反応させる。第１転化器を出たガスの組成はメタ
ン，ＣＯ2 ，水素でありＣＯ濃度は非常に低いので、こ
れを調湿器４８で調湿したのち水素極に供給しても触媒
の被毒は生じない。従って図３の燃料電池４９，水素極
５０の触媒成分は白金のみでもよいが、安全のためにＮ
ｉ，Ｐｄ，Ｒｈの中の少なくとも１種類の触媒を白金に
加えて使用してもよい。
ロセスを図３に示す。基本的に図２のものと同じである
が、図３では改質器４５から出たガスは冷却器４６で冷
却され第１転化器４７へ供給される。第１転化器ではＮ
ｉ，Ｐｄ，Ｒｈの中の少なくとも１種類の触媒を使用
し、反応温度１５０〜５００℃、好ましくは３００℃付
近で反応させる。第１転化器を出たガスの組成はメタ
ン，ＣＯ2 ，水素でありＣＯ濃度は非常に低いので、こ
れを調湿器４８で調湿したのち水素極に供給しても触媒
の被毒は生じない。従って図３の燃料電池４９，水素極
５０の触媒成分は白金のみでもよいが、安全のためにＮ
ｉ，Ｐｄ，Ｒｈの中の少なくとも１種類の触媒を白金に
加えて使用してもよい。
【００１９】（実験例１）ＣＯを１００ppm 含有した模
擬ガスで図１のプロセスに従って燃料電池の発電特性を
検討した。先ず図１０に本実施例で使用した電極の構造
を示す。電解質膜２００と水素極２０１及び酸素極２０
２および拡散層２０３，２０４とからなる。電解質膜と
してデユポン社製ナフィオン１１７を使用した。また拡
散層に細孔径約１００μｍ，厚み１００μｍのカーボン
ペーパを使用した。電極２０１，２０２の組成を表２に
示した。
擬ガスで図１のプロセスに従って燃料電池の発電特性を
検討した。先ず図１０に本実施例で使用した電極の構造
を示す。電解質膜２００と水素極２０１及び酸素極２０
２および拡散層２０３，２０４とからなる。電解質膜と
してデユポン社製ナフィオン１１７を使用した。また拡
散層に細孔径約１００μｍ，厚み１００μｍのカーボン
ペーパを使用した。電極２０１，２０２の組成を表２に
示した。
【００２０】電極の作成法を以下に示す。先ず前述のカ
ーボンペーパ１５０cm2 の上に、表１の組成に従って調
製した電極スラリーを均一に塗布した。このあとカーボ
ンペーパを切りだし３０mm×３０mmの電極を作成した。
ーボンペーパ１５０cm2 の上に、表１の組成に従って調
製した電極スラリーを均一に塗布した。このあとカーボ
ンペーパを切りだし３０mm×３０mmの電極を作成した。
【００２１】
【表１】
【００２２】以上の方法で調製した電極のナフィオン膜
への接着はホットプレス法により行った。１００kg／cm
2 の圧力で温度１２０℃で１５分プレスした。以上のよ
うに作成した電極を図１０のようにセルに組込み、電流
−電圧特性を検討した結果を図１１に示した。
への接着はホットプレス法により行った。１００kg／cm
2 の圧力で温度１２０℃で１５分プレスした。以上のよ
うに作成した電極を図１０のようにセルに組込み、電流
−電圧特性を検討した結果を図１１に示した。
【００２３】燃料の模擬ガスとしてＣＯを１００ppm 含
有する水素を使用し、酸素源としては空気を使用した。
なお特に断らない限り水素極及び酸素極に供給する水素
及び酸素は６０℃に加熱した水中をバブリングして加湿
し、これを図１０のセルに供給し、セルは６０℃に保温
した。
有する水素を使用し、酸素源としては空気を使用した。
なお特に断らない限り水素極及び酸素極に供給する水素
及び酸素は６０℃に加熱した水中をバブリングして加湿
し、これを図１０のセルに供給し、セルは６０℃に保温
した。
【００２４】図１１内（ａ）はＣＯを含有しない純水素
を使用した場合の特性であり、限界電流密度４００ｍＡ
／cm2 が得られた。これに対して１００ppm の水素を燃
料として使用した場合の特性を図１１内（ｂ）に示す。
ＣＯの被毒により限界電流密度が１００ｍＡ／cm2 程度
に低下する。
を使用した場合の特性であり、限界電流密度４００ｍＡ
／cm2 が得られた。これに対して１００ppm の水素を燃
料として使用した場合の特性を図１１内（ｂ）に示す。
ＣＯの被毒により限界電流密度が１００ｍＡ／cm2 程度
に低下する。
【００２５】一方ＣＯ１００ppm を含有する水素ガスを
アルミナ担持ロジウム触媒層（図１内転化器９の模擬）
を通して反応させてＣＯを除去し、燃料電池の水素極に
供給してその発電特性を検討した。この結果を図１１内
（ｃ）に示した。ＣＯは完全に除去されているのでこれ
による被毒はなく図１１内（ａ）と同様の特性が得ら
れ、限界電流密度は約４００ｍＡ／cm2であった。
アルミナ担持ロジウム触媒層（図１内転化器９の模擬）
を通して反応させてＣＯを除去し、燃料電池の水素極に
供給してその発電特性を検討した。この結果を図１１内
（ｃ）に示した。ＣＯは完全に除去されているのでこれ
による被毒はなく図１１内（ａ）と同様の特性が得ら
れ、限界電流密度は約４００ｍＡ／cm2であった。
【００２６】（実験例２）実験例１ではＣＯを１００pp
m 含有した水素をアルミナ担持ロジウム触媒層を通して
ＣＯを除去したが、本実験例ではアルミナ担持ロジウム
触媒層を使用せずに図２のように加湿後直接、燃料電池
に供給した。その代りに燃料電池内の水素極に白金触媒
以外に濃度０.１ｍｇ／cm2のロジウム触媒を添加した。
この結果を図１１内（ｄ）に示した。これは純水素を燃
料とした場合の発電特性（図１１内（ａ））と同等と成
り、このことからＣＯの被毒は十分に抑制されているこ
とがわかった。
m 含有した水素をアルミナ担持ロジウム触媒層を通して
ＣＯを除去したが、本実験例ではアルミナ担持ロジウム
触媒層を使用せずに図２のように加湿後直接、燃料電池
に供給した。その代りに燃料電池内の水素極に白金触媒
以外に濃度０.１ｍｇ／cm2のロジウム触媒を添加した。
この結果を図１１内（ｄ）に示した。これは純水素を燃
料とした場合の発電特性（図１１内（ａ））と同等と成
り、このことからＣＯの被毒は十分に抑制されているこ
とがわかった。
【００２７】
【発明の効果】水素−酸素型燃料電池システムにおい
て、天然ガス或いはメタノールの改質器により生成され
たガス（主成分は水素，ＣＯ，ＣＯ2 ）が燃料電池に供
給された場合に生じる水素極のＣＯ被毒を抑制すること
が本発明により可能となった。
て、天然ガス或いはメタノールの改質器により生成され
たガス（主成分は水素，ＣＯ，ＣＯ2 ）が燃料電池に供
給された場合に生じる水素極のＣＯ被毒を抑制すること
が本発明により可能となった。
【図１】天然ガスを使用した本発明の実施例による燃料
電池発電システム。
電池発電システム。
【図２】天然ガスを使用した他の実施例による水素−酸
素燃料電池発電システム。
素燃料電池発電システム。
【図３】天然ガスを使用した他の実施例による燃料電池
発電システム。
発電システム。
【図４】天然ガスを使用した更に他の実施例による燃料
電池発電システム。
電池発電システム。
【図５】メタノールを使用した本発明の実施例による燃
料電池発電システム。
料電池発電システム。
【図６】メタノールを使用した他の実施例による燃料電
池発電システム。
池発電システム。
【図７】メタノールを使用した他の実施例による燃料電
池発電システム。
池発電システム。
【図８】メタノールを使用した更に他の実施例による燃
料電池発電システム。
料電池発電システム。
【図９】ＣＯ熱脱離特性図。
【図１０】燃料電池セル構造を示す断面図。
【図１１】電圧−電流密度特性図。
【図１２】燃料電池を応用した動力システムの構成図。
【図１３】燃料電池を応用した他の動力システムの構成
図。
図。
【図１４】プラズマ発生器の一例を示す断面図。
１…天然ガス、２…水蒸気、３…加熱器、４…脱硫器、
５…改質器、７…第１転化器、８…冷却器、９…第２転
化器、１１…燃料電池、１７…空気極、２２…水素。
５…改質器、７…第１転化器、８…冷却器、９…第２転
化器、１１…燃料電池、１７…空気極、２２…水素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｂ 3/48 (72)発明者 西村 成興 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (13)
- 【請求項１】メタノールの改質器、改質されたガス中の
ＣＯをＣＯ2 に転化する転化器、ＣＯが低減された改質
ガスを水素極に供給し酸化剤を酸素極に供給して発電さ
れる燃料電池を具備する燃料電池発電装置において、前
記ＣＯ転化器の触媒活性成分としてロジウム，ニッケ
ル，パラジウムの少なくとも一つを備えることを特徴と
する燃料電池発電装置。 - 【請求項２】メタノールの改質器、改質されたガス中の
ＣＯをＣＯ2 に転化する転化器、ＣＯが低減された改質
ガスを水素極に供給し酸化剤を酸素極に供給して発電さ
れる燃料電池を具備する燃料電池発電装置において、前
記燃料電池の酸素極の触媒活性成分として白金を備え、
更にロジウム，ニッケル，パラジウムの少なくとも一種
を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記ＣＯ転化器を複数
備え、その少なくとも一つの触媒活性成分としてロジウ
ム，ニッケル，パラジウムの少なくとも一つを備えるこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項４】メタノールの改質器，ＣＯ転化器，燃料電
池を備える燃料電池発電装置において、前記ＣＯ転化器
と前記燃料電池との間にプラズマ発生器を設け、該プラ
ズマ発生器に微量の酸素或いは空気を供給する手段を有
することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項５】請求項４のプラズマ発生器が非平衡プラズ
マを発生させる装置からなることを特徴とする燃料電池
発電装置。 - 【請求項６】天然ガス改質器，脱硫器，ＣＯ転化器，燃
料電池を具備する燃料電池発電装置において、前記ＣＯ
転化器の触媒活性成分としてロジウム，ニッケル，パラ
ジウムの少なくとも一つを備えることを特徴とする燃料
電池発電装置。 - 【請求項７】天然ガス改質器，脱硫器，ＣＯ転化器，燃
料電池を具備する燃料電池発電装置において、前記燃料
電池の水素極の触媒活性成分として白金を備え、更にロ
ジウム，ニッケル，パラジウムの少なくとも一種を備え
ることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項８】請求項６において、前記ＣＯ転化器を複数
備え、その少なくとも一つの触媒活性成分としてロジウ
ム，ニッケル，パラジウムの少なくとも一つを備えるこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項９】天然ガス改質器，脱硫器，ＣＯ転化器，燃
料電池を具備する燃料電池発電装置において、前記ＣＯ
転化器と前記燃料電池との間にプラズマ発生器を設け、
該プラズマ発生器に微量の酸素或いは空気を供給する手
段を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項１０】請求項９のプラズマ発生器が非平衡プラ
ズマを発生させる装置であることを特徴とする燃料電池
発電装置。 - 【請求項１１】請求項１〜１０における燃料電池が高分
子型燃料電池よりなることを特徴とする燃料電池発電装
置。 - 【請求項１２】請求項１−３，６−８，１１における第
２ＣＯ転化器の触媒活性成分、或いは燃料電池水素極に
使用する白金以外の触媒活性成分がＦｅ，Ｃｏ，Ｒｕ，
Ｉｒの少なくとも一つよりなることを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項１３】請求項１〜１２の燃料電池発電装置を出
力源とすることを特徴とする動力システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4053280A JPH05258764A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4053280A JPH05258764A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05258764A true JPH05258764A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12938331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4053280A Pending JPH05258764A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05258764A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995017021A1 (en) * | 1993-07-09 | 1995-06-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Plasmatron-fuel cell system for generating electricity |
| WO1999064153A1 (fr) * | 1998-06-10 | 1999-12-16 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K | Catalyseur pour l'oxydation de gaz reforme |
| WO2001035479A1 (fr) * | 1999-11-05 | 2001-05-17 | Ebara Corporation | Procede de purification du combustible d'une cellule a combustible |
| WO2001047802A1 (fr) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de formation d'hydrogene |
| JP2001322803A (ja) * | 2000-03-21 | 2001-11-20 | Dmc 2 Degussa Metals Catalysts Cerdec Ag | 水素を含有する気体混合物中の一酸化炭素の転化法およびこのための触媒 |
| US6846475B1 (en) | 1999-04-22 | 2005-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen refinement apparatus |
-
1992
- 1992-03-12 JP JP4053280A patent/JPH05258764A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995017021A1 (en) * | 1993-07-09 | 1995-06-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Plasmatron-fuel cell system for generating electricity |
| WO1999064153A1 (fr) * | 1998-06-10 | 1999-12-16 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K | Catalyseur pour l'oxydation de gaz reforme |
| US6726890B1 (en) | 1998-06-10 | 2004-04-27 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Catalyst for oxidizing reformed gas |
| US6846475B1 (en) | 1999-04-22 | 2005-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen refinement apparatus |
| WO2001035479A1 (fr) * | 1999-11-05 | 2001-05-17 | Ebara Corporation | Procede de purification du combustible d'une cellule a combustible |
| WO2001047802A1 (fr) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de formation d'hydrogene |
| US6972119B2 (en) | 1999-12-28 | 2005-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for forming hydrogen |
| JP2001322803A (ja) * | 2000-03-21 | 2001-11-20 | Dmc 2 Degussa Metals Catalysts Cerdec Ag | 水素を含有する気体混合物中の一酸化炭素の転化法およびこのための触媒 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Amphlett et al. | On board hydrogen purification for steam reformation/PEM fuel cell vehicle power plants | |
| US7572531B2 (en) | Fuel reformer system with improved water transfer | |
| JP2002526355A (ja) | 電気触媒法及び水素に富むガスから一酸化炭素を除去する方法及び装置 | |
| CA2483674A1 (en) | Methanol steam reforming catalysts, steam reformers, and fuel cell systems incorporating the same | |
| JP4065235B2 (ja) | 燃料電池改質器用の水蒸気転移装置 | |
| US20060210852A1 (en) | Electrochemical preferential oxidation of carbon monoxide from reformate | |
| JP2001522122A (ja) | 燃料電池用金触媒 | |
| US20020192136A1 (en) | Process for preparing a low-sulfur reformate gas for use in a fuel cell system | |
| JPH05258764A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2002334714A (ja) | 燃料電池を組み込んだ水素製造システム | |
| CA2362470A1 (en) | System for removing carbon monoxide and method for removing carbon monoxide | |
| JP2003272691A (ja) | 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の運転方法 | |
| JP2003144930A (ja) | 炭化水素用脱硫触媒、脱硫方法および燃料電池システム | |
| CN101181680B (zh) | 一种抗水蒸气型一氧化碳选择氧化催化剂及其制备方法 | |
| JP2003268386A (ja) | 炭化水素の脱硫方法および燃料電池システム | |
| US20040045819A1 (en) | Anode structure | |
| JPS63228572A (ja) | 燃料電池発電システムの燃料ガス供給方式 | |
| JP2000327305A (ja) | Ｃｏ除去器及び燃料電池発電システム | |
| JP2003265956A (ja) | 一酸化炭素を選択的に酸化する触媒、一酸化炭素濃度を低減する方法および燃料電池システム | |
| JP2609914B2 (ja) | 燃料電池の燃料極 | |
| JP2005190995A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2001202982A (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| JP4582976B2 (ja) | 一酸化炭素濃度を低減する方法および燃料電池システム | |
| JP2001189162A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2004223415A (ja) | 一酸化炭素を選択的に酸化する触媒、一酸化炭素濃度を低減する方法および燃料電池システム |