JPS6154163A - 酸水素系燃料電池 - Google Patents
酸水素系燃料電池Info
- Publication number
- JPS6154163A JPS6154163A JP59175395A JP17539584A JPS6154163A JP S6154163 A JPS6154163 A JP S6154163A JP 59175395 A JP59175395 A JP 59175395A JP 17539584 A JP17539584 A JP 17539584A JP S6154163 A JPS6154163 A JP S6154163A
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- JP
- Japan
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- cathode
- produced
- fecl3
- fuel cell
- hcl
- 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
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-
- 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
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
-
- 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
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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
【発明の詳細な説明】
本発明は酸水素系燃料電池に関するものである。
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気化学的に反応させその
反応のエネルギーを直接電力として外部へ取り出す装置
であり、熱から機械的あるいは電気的エネルギーに変換
する工程を含まないため、高いエネルギー変換効率が期
待できる事から、各方面で興味を持たれている。特に水
素を燃料として用いる水素燃料電池は、無公害でクリー
ンなシステムであるため広く検討されており、特に電解
質としてリン酸を用いる所謂リン酸型燃料電池には多く
の努力が傾けられてきており、実用化への期待も増して
いる。２００°Ｃ以下で操作する所謂低温型には、この
リン酸型の他にアルカリ型、固体高分子電解質型が知ら
れており、又、６５０°Ｃ前後で操作する溶融炭酸塩型
、更には１０００℃前後で操作するセラミクス電が質型
の方式もあり、広範な研究が行われている。
反応のエネルギーを直接電力として外部へ取り出す装置
であり、熱から機械的あるいは電気的エネルギーに変換
する工程を含まないため、高いエネルギー変換効率が期
待できる事から、各方面で興味を持たれている。特に水
素を燃料として用いる水素燃料電池は、無公害でクリー
ンなシステムであるため広く検討されており、特に電解
質としてリン酸を用いる所謂リン酸型燃料電池には多く
の努力が傾けられてきており、実用化への期待も増して
いる。２００°Ｃ以下で操作する所謂低温型には、この
リン酸型の他にアルカリ型、固体高分子電解質型が知ら
れており、又、６５０°Ｃ前後で操作する溶融炭酸塩型
、更には１０００℃前後で操作するセラミクス電が質型
の方式もあり、広範な研究が行われている。
さて、１モルの水素と１／２モルの酸素が反応して１モ
ルの水ヲ／ＪＸ成する時の自由エネルギー変化は−５６
，７ｋｃ８Ｑ ／ｍｏ Ｑであり、これは起電力として
１．２３Ｖに相当するが、実際の電池でこの値を達成す
るｇは不可能であって、現在量も研究の進んだリン酸型
に於いて高圧酸水素を供給した場合でも、摺電圧０．７
Ｖ（電流密度２００ｍＡ／ ｃ！の時）という値しか得
られていないので、この差（１，２３−０，７＝０．５
３Ｖ）は熱エネルギーとして失なわれている。
ルの水ヲ／ＪＸ成する時の自由エネルギー変化は−５６
，７ｋｃ８Ｑ ／ｍｏ Ｑであり、これは起電力として
１．２３Ｖに相当するが、実際の電池でこの値を達成す
るｇは不可能であって、現在量も研究の進んだリン酸型
に於いて高圧酸水素を供給した場合でも、摺電圧０．７
Ｖ（電流密度２００ｍＡ／ ｃ！の時）という値しか得
られていないので、この差（１，２３−０，７＝０．５
３Ｖ）は熱エネルギーとして失なわれている。
この様な大きな電圧降下を生じさせる原因としては電池
ｈ１内の内部抵抗による損失や、水素供給側（アノード
極）での電圧降下も考えられるが、最も大きな要因は、
酸素供給側（カソード極）に於ける電気化学反応の活性
化エネルギーが高い事による電圧降下である。そこで燃
料電池の効率を上げるため、即ち、この酸素供給細極で
の損失を少なくするため、電極触媒に関する改良の試み
が広く行なわれているものの、その効果にもある程度の
限界があり、又、使用される資金ＨＩ触媒のコストも大
きいことから、従来からこれが大きな難点となっていた
。
ｈ１内の内部抵抗による損失や、水素供給側（アノード
極）での電圧降下も考えられるが、最も大きな要因は、
酸素供給側（カソード極）に於ける電気化学反応の活性
化エネルギーが高い事による電圧降下である。そこで燃
料電池の効率を上げるため、即ち、この酸素供給細極で
の損失を少なくするため、電極触媒に関する改良の試み
が広く行なわれているものの、その効果にもある程度の
限界があり、又、使用される資金ＨＩ触媒のコストも大
きいことから、従来からこれが大きな難点となっていた
。
本発明者らは、この点につき、長年にわたり鋭意研究を
積み重ねた結果、カソード、極に水溶液状の活物質を使
用すれば、貴金属触媒の使用が不要になり、しかも現行
の摺電圧をほぼ達成することが可能である事を見出した
。即ち、酸化剤として気体の酸素を用いることなく、水
溶液の塩化第二鉄を用いるため、理論電圧は低下するも
ののカソード極の電圧降下が極めて小さくなり、全体と
しては、はぼ現行の摺電圧を得ることが可能となってお
り、又この場合、触媒は黒鉛繊維で充分であないため、
水素との直接反応による爆発の危険も取り除かれる他、
電圧降下により発生する熱エネルギーを小さいため冷却
装置も不必要となる。
積み重ねた結果、カソード、極に水溶液状の活物質を使
用すれば、貴金属触媒の使用が不要になり、しかも現行
の摺電圧をほぼ達成することが可能である事を見出した
。即ち、酸化剤として気体の酸素を用いることなく、水
溶液の塩化第二鉄を用いるため、理論電圧は低下するも
ののカソード極の電圧降下が極めて小さくなり、全体と
しては、はぼ現行の摺電圧を得ることが可能となってお
り、又この場合、触媒は黒鉛繊維で充分であないため、
水素との直接反応による爆発の危険も取り除かれる他、
電圧降下により発生する熱エネルギーを小さいため冷却
装置も不必要となる。
本発明の燃料電池は、次の反応工程を含むものである。
（１）発電工程
２ＦｅＣＱ ３（ａ（１） ＋）ｌ ｚ （ｇ）→２Ｆ
ｅＣＱ ｚ （ａｑ） ＋ ２１（ＣＱ （ａｑ）
（１）（２）再生工程 ２ＦｅＣＩ２ ｚ （ａｑ）＋２ＨＣＱ （ａｑ）＋１
／２０ ｚ （ｇ）→２１νＱＣＱ３（ａｑ）＋ＨｚＯ
（Ｑ） （２）即ち、全体としては、以下の如く
水素の燃焼を行わせるものである。
ｅＣＱ ｚ （ａｑ） ＋ ２１（ＣＱ （ａｑ）
（１）（２）再生工程 ２ＦｅＣＩ２ ｚ （ａｑ）＋２ＨＣＱ （ａｑ）＋１
／２０ ｚ （ｇ）→２１νＱＣＱ３（ａｑ）＋ＨｚＯ
（Ｑ） （２）即ち、全体としては、以下の如く
水素の燃焼を行わせるものである。
）１ｚ（ｒ；）−１−１／２０ｚ（ｇ） −）ＨｚＯ（
Ｑ） （３）前記発電工程（１）は、次のように
カソード極とアノードｔｌの反応にわけることができる
。
Ｑ） （３）前記発電工程（１）は、次のように
カソード極とアノードｔｌの反応にわけることができる
。
カソード極：
２ＦｅＣＱ ３ （ａｑ） ＋ ２８” （ａｑ） ＋
２ａ−一→２ＦｅＣＱ ｚ （ａｑ） ＋ ２８ＣＱ
（ａｑ） （１’ ）アノード極： ＋１２ （ｇ）−→２１１” ＋２ｅ−（１’ ）また
、再生工程（２）は、ＦｅＣＱ３を得るための工程であ
り、充電工程（１）で生成した塩酸含有塩化第１鉄水溶
液に、酸素又は空気を吹込むことにより実施することが
できる。
２ａ−一→２ＦｅＣＱ ｚ （ａｑ） ＋ ２８ＣＱ
（ａｑ） （１’ ）アノード極： ＋１２ （ｇ）−→２１１” ＋２ｅ−（１’ ）また
、再生工程（２）は、ＦｅＣＱ３を得るための工程であ
り、充電工程（１）で生成した塩酸含有塩化第１鉄水溶
液に、酸素又は空気を吹込むことにより実施することが
できる。
本発明の燃料電池において１発電工程（１）で用いる塩
化第２鉄水溶液の濃度は、少なくとも１重量％以上、好
ましくは５〜４０重五％である。発電工程（１）の標準
理論起電力は０．７７Ｖであるが、１００％ＦｅＣｆ１
３水溶液を用いることにより、更に高い起電力を得るこ
とができる。また、再生工程（２）の自由エネルギー変
化ΔＧ” （２９８℃）は、−２１，２ｋｃａｌ’ｍｏ
Ｑであり、極めて円滑に実施することができる。
化第２鉄水溶液の濃度は、少なくとも１重量％以上、好
ましくは５〜４０重五％である。発電工程（１）の標準
理論起電力は０．７７Ｖであるが、１００％ＦｅＣｆ１
３水溶液を用いることにより、更に高い起電力を得るこ
とができる。また、再生工程（２）の自由エネルギー変
化ΔＧ” （２９８℃）は、−２１，２ｋｃａｌ’ｍｏ
Ｑであり、極めて円滑に実施することができる。
以上のように、本発明では、従来の酸水素系燃料電池に
おいて、中間活物質として塩化鉄水溶液を用いて、２つ
の反応工程に分けて実施することにより、貴金属触媒の
使用を回避又は低減化することができ、かつ酸水素系燃
料電池の難点とされていた水素と酸素との直接反応によ
る爆発の危険を渭消し得た１、ノのである。
おいて、中間活物質として塩化鉄水溶液を用いて、２つ
の反応工程に分けて実施することにより、貴金属触媒の
使用を回避又は低減化することができ、かつ酸水素系燃
料電池の難点とされていた水素と酸素との直接反応によ
る爆発の危険を渭消し得た１、ノのである。
次に本発明を実施例によりさらにａ丁絹に説明する。
実施例
発電工程：
水素・ｒオン導電性イオン交換膜（徳山曹達社のＣ６６
−５１’）を隔膜とし、電極として１０ｃｎｆの黒鉛布
（アノード極のみに白金を６ｎ＋ｇＰｔ／ｃｎｆで担持
）を用いた流通式の燃料電池セルを７０°Ｃの空気恒温
槽内に設置し、 １．２ｍｏＱＦｅＣＱ ３／Ｋｇ−）
１２０ｆｉ度の水溶液を３０ｍα／ｍｉｎでカソード極
へ、膜の乾燥を防ぐため約３０％の水蒸気を含む水素ガ
スを常圧にて１２０ｍ Ａ ／ｍｉｎでアノード極へ導
入したところ、開回路電圧０．８８Ｖ’、出力電流密度
１００ｍＡ／ｃｎｆで出力電圧０．６５Ｖの発電を１１
）だ、又、全鉄のうち５０％のＦｅ”十を含むＦｅＣＦ
、１水溶？（ｋ’ （組成； ０．６ｎｏ Ｑ ＦｃＣ
Ｉｎ ３ ／Ｋｇ−１１２０，０，６ｎｏ Ｑ ＦｅＣ
Ｑ ２ ／Ｋｇ−１１２０および０．６ｎｏ １１ ）
１ｃ Ｑ ／Ｋ（Ｈ−１ｔ ２０） ３カソード極へ導
入して開回路電圧０．７０Ｖ、出力電流密度Ｊ ＤＩ）
ｔＩＩＡ ／ ｅｎＴ ニおける出力電圧０．５７Ｖノ
発電を得た。
−５１’）を隔膜とし、電極として１０ｃｎｆの黒鉛布
（アノード極のみに白金を６ｎ＋ｇＰｔ／ｃｎｆで担持
）を用いた流通式の燃料電池セルを７０°Ｃの空気恒温
槽内に設置し、 １．２ｍｏＱＦｅＣＱ ３／Ｋｇ−）
１２０ｆｉ度の水溶液を３０ｍα／ｍｉｎでカソード極
へ、膜の乾燥を防ぐため約３０％の水蒸気を含む水素ガ
スを常圧にて１２０ｍ Ａ ／ｍｉｎでアノード極へ導
入したところ、開回路電圧０．８８Ｖ’、出力電流密度
１００ｍＡ／ｃｎｆで出力電圧０．６５Ｖの発電を１１
）だ、又、全鉄のうち５０％のＦｅ”十を含むＦｅＣＦ
、１水溶？（ｋ’ （組成； ０．６ｎｏ Ｑ ＦｃＣ
Ｉｎ ３ ／Ｋｇ−１１２０，０，６ｎｏ Ｑ ＦｅＣ
Ｑ ２ ／Ｋｇ−１１２０および０．６ｎｏ １１ ）
１ｃ Ｑ ／Ｋ（Ｈ−１ｔ ２０） ３カソード極へ導
入して開回路電圧０．７０Ｖ、出力電流密度Ｊ ＤＩ）
ｔＩＩＡ ／ ｅｎＴ ニおける出力電圧０．５７Ｖノ
発電を得た。
再生工程：
Claims (1)
- （１）アノード極に水素ガスを導入し、カソード極に塩
化第２鉄水溶液を導入して、カソード極にて塩化第１鉄
と塩酸を生成させて発電する工程と、該工程により生じ
た塩酸含有塩化第１鉄水溶液を酸素又は空気により酸化
し、塩化第２鉄と水を生じさせる再生工程を行わせるよ
うにした酸水素系燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59175395A JPS6154163A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 酸水素系燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59175395A JPS6154163A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 酸水素系燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6154163A true JPS6154163A (ja) | 1986-03-18 |
Family
ID=15995340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59175395A Pending JPS6154163A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 酸水素系燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6154163A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006097438A3 (en) * | 2005-03-12 | 2006-12-28 | Acal Energy Ltd | Fuel cells |
| US8492048B2 (en) | 2006-07-19 | 2013-07-23 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
| US8603684B2 (en) | 2007-09-20 | 2013-12-10 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
| US8647781B2 (en) | 2008-01-23 | 2014-02-11 | Acal Energy Limited | Redox fuel cells |
| US8753783B2 (en) | 2006-04-25 | 2014-06-17 | ACAL Enegy Limited | Fuel cells with improved resistance to fuel crossover |
| US8951695B2 (en) | 2008-01-23 | 2015-02-10 | Acal Energy Limited | Redox fuel cell with catholyte redox mediator |
| US9005828B2 (en) | 2006-03-24 | 2015-04-14 | Acal Energy Limited | Redox fuel cells with a catholyte solution containing a polyoxometallate |
| US9029042B2 (en) | 2007-09-24 | 2015-05-12 | Acal Energy Limited | Redox fuel cell |
| US9136554B2 (en) | 2006-07-19 | 2015-09-15 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP59175395A patent/JPS6154163A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006097438A3 (en) * | 2005-03-12 | 2006-12-28 | Acal Energy Ltd | Fuel cells |
| US9005828B2 (en) | 2006-03-24 | 2015-04-14 | Acal Energy Limited | Redox fuel cells with a catholyte solution containing a polyoxometallate |
| US8753783B2 (en) | 2006-04-25 | 2014-06-17 | ACAL Enegy Limited | Fuel cells with improved resistance to fuel crossover |
| US8492048B2 (en) | 2006-07-19 | 2013-07-23 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
| US9136554B2 (en) | 2006-07-19 | 2015-09-15 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
| US8603684B2 (en) | 2007-09-20 | 2013-12-10 | Acal Energy Limited | Fuel cells |
| US9029042B2 (en) | 2007-09-24 | 2015-05-12 | Acal Energy Limited | Redox fuel cell |
| US8647781B2 (en) | 2008-01-23 | 2014-02-11 | Acal Energy Limited | Redox fuel cells |
| US8951695B2 (en) | 2008-01-23 | 2015-02-10 | Acal Energy Limited | Redox fuel cell with catholyte redox mediator |
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