JPS63259973A - 燃料電池の電解液保持量の適否判定方法 - Google Patents
燃料電池の電解液保持量の適否判定方法Info
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- JPS63259973A JPS63259973A JP62094576A JP9457687A JPS63259973A JP S63259973 A JPS63259973 A JP S63259973A JP 62094576 A JP62094576 A JP 62094576A JP 9457687 A JP9457687 A JP 9457687A JP S63259973 A JPS63259973 A JP S63259973A
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
-
- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、りん酸電解液型燃料電池を対象に、電池本
体内部に保持されている電解液保持量の適否を判定して
電解液補給時期を見極める判定方法に関する。
体内部に保持されている電解液保持量の適否を判定して
電解液補給時期を見極める判定方法に関する。
周知のように頭記した燃料電池は電解液を含浸保持した
マトリックス層を挟んでその両側に燃料電極、酸化剤電
極を配し、燃料電極側には液化天然ガス、液化石油ガス
、ナフサ、メタノール等を原料として水蒸気改質器で改
質した水素リッチな改質ガスを燃料ガスとして供給し、
酸化剤電極側には空気を酸化剤ガスとして供給して運転
を行う。
マトリックス層を挟んでその両側に燃料電極、酸化剤電
極を配し、燃料電極側には液化天然ガス、液化石油ガス
、ナフサ、メタノール等を原料として水蒸気改質器で改
質した水素リッチな改質ガスを燃料ガスとして供給し、
酸化剤電極側には空気を酸化剤ガスとして供給して運転
を行う。
この場合に電解液であるりん酸は主としてマトリックス
に保持され、その一部は燃料電極、酸化剤電極の触媒層
内へ移動してここに電池反応が行われる三相界面を形成
する。なおりん酸は電極反応により生じる水素イオンの
移動媒体となるものであり、同時にマトリックス層を介
して燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応するのを防止す
る役目も果たしている。
に保持され、その一部は燃料電極、酸化剤電極の触媒層
内へ移動してここに電池反応が行われる三相界面を形成
する。なおりん酸は電極反応により生じる水素イオンの
移動媒体となるものであり、同時にマトリックス層を介
して燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応するのを防止す
る役目も果たしている。
ところで、りん酸電解液は燃料電池の運転中にマトリッ
クス層ないし各電極からの蒸発等により次第に失われて
量が減少するようになる。しかも電解液量の不足は電池
出力低下の原因となることから、運転時間の経過ととも
に適宜にりん酸を外部から補給する必要があり、かっこ
の電解液補給の時期を的確に見極め判定することが燃料
電池の運転管理上で極めて重要な！ＩＢとなっている。
クス層ないし各電極からの蒸発等により次第に失われて
量が減少するようになる。しかも電解液量の不足は電池
出力低下の原因となることから、運転時間の経過ととも
に適宜にりん酸を外部から補給する必要があり、かっこ
の電解液補給の時期を的確に見極め判定することが燃料
電池の運転管理上で極めて重要な！ＩＢとなっている。
一方、前記した電解液保持量の適否を判定する方法とし
て従来より次記のような方法が一部で実施されている。
て従来より次記のような方法が一部で実施されている。
すなわち電池本体の電解液保持量が不足すると、マトリ
ックス層を介しての燃料電極側と酸化剤電極側との間で
のガス漏れに伴う反応ガスのクロスオーバが生じる。こ
の現象を利用して燃料電極側と酸化剤電極側のガススペ
ースの間のガス透過量を測定し、その透過量が規定量を
超えた場合に電解液不足と判定して電解液の補給を行う
、しかしてこの判定方法を行うには電池の運転を中断す
る必要があり、かつ操作には手間がかかる難点がある。
ックス層を介しての燃料電極側と酸化剤電極側との間で
のガス漏れに伴う反応ガスのクロスオーバが生じる。こ
の現象を利用して燃料電極側と酸化剤電極側のガススペ
ースの間のガス透過量を測定し、その透過量が規定量を
超えた場合に電解液不足と判定して電解液の補給を行う
、しかしてこの判定方法を行うには電池の運転を中断す
る必要があり、かつ操作には手間がかかる難点がある。
また別な判定方法として、電解液の保持量が不足するよ
うな状態になると電池の開回路電圧が低下する電池特性
を利用して電解液の不足状態を見極める方法も知られて
いる。しかして開回路電圧は単位セル当たりで通常０．
９〜１．Ｏｖであり、かつ高温状態のまま開回路電圧に
すると燃料電池は電極内部で触媒担体であるカーボンの
腐食が進行して電極劣化が引き起こされるとから、電解
液保持量の適否判定を行う度に電池を開回路状態にする
ことは電池特性低下の原因になり好ましくない。
うな状態になると電池の開回路電圧が低下する電池特性
を利用して電解液の不足状態を見極める方法も知られて
いる。しかして開回路電圧は単位セル当たりで通常０．
９〜１．Ｏｖであり、かつ高温状態のまま開回路電圧に
すると燃料電池は電極内部で触媒担体であるカーボンの
腐食が進行して電極劣化が引き起こされるとから、電解
液保持量の適否判定を行う度に電池を開回路状態にする
ことは電池特性低下の原因になり好ましくない。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、そ
の目的は燃料電池を運転停止させることなく、かつ電極
の劣化をもたらすことな（、簡易な操作で電解液保持量
の適否を判定して電解液の補給時期を見極められるるよ
うにした燃料電池の・電解液保持量の適否判定方法を提
供することにある。
の目的は燃料電池を運転停止させることなく、かつ電極
の劣化をもたらすことな（、簡易な操作で電解液保持量
の適否を判定して電解液の補給時期を見極められるるよ
うにした燃料電池の・電解液保持量の適否判定方法を提
供することにある。
上記問題点を解決するために、この発明によれば燃料ガ
ス供給ラインに純水素ガス供給源を接続して置き、運転
中の適宜時期に電池本体に供給する燃料ガスを改質ガス
から純水素ガスに切替えてその前後での電池出力電圧を
比較し、ガス切替後の出力電圧がガス切替前の出力電圧
よりも低下した条件で電解液不足の状態を判定するよう
にしたものである。
ス供給ラインに純水素ガス供給源を接続して置き、運転
中の適宜時期に電池本体に供給する燃料ガスを改質ガス
から純水素ガスに切替えてその前後での電池出力電圧を
比較し、ガス切替後の出力電圧がガス切替前の出力電圧
よりも低下した条件で電解液不足の状態を判定するよう
にしたものである。
燃料電池の出力電圧は、基本的に電極触媒の活性・燃料
ガス・酸化剤ガスの電極内におけるガス拡散性、および
電池の内部抵抗等により決まる。
ガス・酸化剤ガスの電極内におけるガス拡散性、および
電池の内部抵抗等により決まる。
このうち反応ガスのガス拡散性に付いては、主として！
極内部での電解液含浸量、およびその分布が大きく関与
し、特に電解液量が過剰になるとガス拡散性が悪化する
ことがよく知られている。また電極での電解液保持量に
対する反応ガス供給流量と電池の出力電圧との関係は第
２図の特性図のようになる。すなわち電解液量が多い程
電極内部でのガス拡散性が悪化することから、電極内部
の電解液量が過剰な状態では図示特性線イで示すように
反応ガス流量の変化に対する出力電圧の変動勾配が急峻
となる。これに対し電解液量が適正な状態では特性線口
で示すように出力電圧の変動勾配は小さくなる傾向を示
す。
極内部での電解液含浸量、およびその分布が大きく関与
し、特に電解液量が過剰になるとガス拡散性が悪化する
ことがよく知られている。また電極での電解液保持量に
対する反応ガス供給流量と電池の出力電圧との関係は第
２図の特性図のようになる。すなわち電解液量が多い程
電極内部でのガス拡散性が悪化することから、電極内部
の電解液量が過剰な状態では図示特性線イで示すように
反応ガス流量の変化に対する出力電圧の変動勾配が急峻
となる。これに対し電解液量が適正な状態では特性線口
で示すように出力電圧の変動勾配は小さくなる傾向を示
す。
さらに発明者が実験から得た知見によれば、電極内部の
電解液量が過度に不足した状態になると第２図の特性線
へで示すように燃料ガス供給量に対する出力電圧の変動
勾配が特性線４１口から反転する現象が見られる。この
現象は電極内部でのガス拡散性の高まりとともに、電解
液保持量の不足からマトリックス層を透過する反応ガス
のクロスオーバーが生じることに原因するものと推察さ
れる。さらにこの出力電圧の反転現象は電池本体に供給
する燃料ガスとして改質ガスの代わりに改質ガスよりも
水、素濃度、ガス拡散性の高い純水素ガスを用いた場合
にこの傾向がより一層顕著に現れることが観察されてい
る。
電解液量が過度に不足した状態になると第２図の特性線
へで示すように燃料ガス供給量に対する出力電圧の変動
勾配が特性線４１口から反転する現象が見られる。この
現象は電極内部でのガス拡散性の高まりとともに、電解
液保持量の不足からマトリックス層を透過する反応ガス
のクロスオーバーが生じることに原因するものと推察さ
れる。さらにこの出力電圧の反転現象は電池本体に供給
する燃料ガスとして改質ガスの代わりに改質ガスよりも
水、素濃度、ガス拡散性の高い純水素ガスを用いた場合
にこの傾向がより一層顕著に現れることが観察されてい
る。
このために完配のように燃料電池の運転中に適宜時期に
燃料ガスを改質ガスから純水素ガスに切替えてそのガス
切替前後における電準の出方電圧を測定すると、適量の
電解液が電極に保持されている状態では、燃料ガスを改
質ガスからガス拡散性の高い純水素ガスに切替えること
により電池の出力電圧が単位セル当たりで５〜３０１１
ν程高まるようになる。これに対し電解液量が過変に不
足した状態では、反応ガスのクロスオーバー等に起因し
て生じる前記の出力電圧特性の反転現象により純水素ガ
スに切替えた場合の出力電圧は改質ガス供給時と比べて
逆に低下するようになる。したがってこの電位低下現象
を基にして、燃料電池運転中の適宜時期に燃料ガスの切
換え操作と電池の出力電圧差の測定を行うことにより、
電解液保持量の適否、つまり電解液不足の状態を判定し
て電解液補給の時期を的確に見極めることができる。
燃料ガスを改質ガスから純水素ガスに切替えてそのガス
切替前後における電準の出方電圧を測定すると、適量の
電解液が電極に保持されている状態では、燃料ガスを改
質ガスからガス拡散性の高い純水素ガスに切替えること
により電池の出力電圧が単位セル当たりで５〜３０１１
ν程高まるようになる。これに対し電解液量が過変に不
足した状態では、反応ガスのクロスオーバー等に起因し
て生じる前記の出力電圧特性の反転現象により純水素ガ
スに切替えた場合の出力電圧は改質ガス供給時と比べて
逆に低下するようになる。したがってこの電位低下現象
を基にして、燃料電池運転中の適宜時期に燃料ガスの切
換え操作と電池の出力電圧差の測定を行うことにより、
電解液保持量の適否、つまり電解液不足の状態を判定し
て電解液補給の時期を的確に見極めることができる。
第１図は本発明の実施例を示すものである０図中１は略
示的に表したりん酸電解液型燃料電池の本体であり、電
解液を保持したマトリックス層１１゜該マトリックス層
を挟んでその両側に配した燃料電極１２．酸化剤電極１
３．および燃料ガススペース１４、酸化剤ガススペース
１５から構成されている。
示的に表したりん酸電解液型燃料電池の本体であり、電
解液を保持したマトリックス層１１゜該マトリックス層
を挟んでその両側に配した燃料電極１２．酸化剤電極１
３．および燃料ガススペース１４、酸化剤ガススペース
１５から構成されている。
また燃料電池の通常運転時には、燃料ガススペース１４
へ液化天然ガス、メタノール等の改質原料を水蒸気改質
器２で改質した水素リッチな改質ガスが燃料ガス供給ラ
イン３を通じて供給され、一方の酸化剤ガススペース１
５には空気供給ライン４を通じて空気が供給されて発電
する。なお５は電池の外部負荷である。
へ液化天然ガス、メタノール等の改質原料を水蒸気改質
器２で改質した水素リッチな改質ガスが燃料ガス供給ラ
イン３を通じて供給され、一方の酸化剤ガススペース１
５には空気供給ライン４を通じて空気が供給されて発電
する。なお５は電池の外部負荷である。
一方、かかる燃料電池設備に対し、この発明により燃料
ガス供給ライン３の途中箇所に純水素ガス供給源として
の純水素ガス圧力ボンベ６が弁７を介して接続されてい
る。なお８は電池の出力端子に接続して電池出力を監視
測定する電位計である。
ガス供給ライン３の途中箇所に純水素ガス供給源として
の純水素ガス圧力ボンベ６が弁７を介して接続されてい
る。なお８は電池の出力端子に接続して電池出力を監視
測定する電位計である。
次に上記構成による電解液補給時期判定の操作に付いて
説明すると、まず通常の運転時には純水素ガス供給ライ
ン側の弁７を閉じ、燃料ガス供給ライン３に介装した弁
３ａを開放して改質ガスを電池本体１に供給している。
説明すると、まず通常の運転時には純水素ガス供給ライ
ン側の弁７を閉じ、燃料ガス供給ライン３に介装した弁
３ａを開放して改質ガスを電池本体１に供給している。
ここで適宜な時期を見計らって弁３ａを閉じて改質ガス
の供給を停止するとともに同時に弁７を開放し、電池本
体へ供給する燃料ガスを改質ガスから純水素ガスに切替
えるとともに、このガス切替前後での電池出力電圧を電
位計８により測定して比較する。
の供給を停止するとともに同時に弁７を開放し、電池本
体へ供給する燃料ガスを改質ガスから純水素ガスに切替
えるとともに、このガス切替前後での電池出力電圧を電
位計８により測定して比較する。
ここで出力電圧がガス切替前よりも純水素ガスに切替え
た後の方が高い電圧を示せば、先述のように電池本体に
は適量な電解液量が保持されていると判断される。一方
、蒸発等に起因して電解液量が減少してくるとガス切替
前後の電圧差は次第に小さくなり、特に電解液量が過度
に不足した状態になれば第３図のように改質ガスでの運
転による特性線ハに比べて純水素ガスに切替後の特性は
特性線二のように低下し、ガス切替前後は特性線へと二
との間に電位差−ΔＥが生じるようになる。
た後の方が高い電圧を示せば、先述のように電池本体に
は適量な電解液量が保持されていると判断される。一方
、蒸発等に起因して電解液量が減少してくるとガス切替
前後の電圧差は次第に小さくなり、特に電解液量が過度
に不足した状態になれば第３図のように改質ガスでの運
転による特性線ハに比べて純水素ガスに切替後の特性は
特性線二のように低下し、ガス切替前後は特性線へと二
との間に電位差−ΔＥが生じるようになる。
したがって前記したガス切替操作の前後で純水素ガス供
給時の出力電圧が改質ガス供給時の出力電圧よりも低く
なった場合にはこの条件で電解液量が過度に不足したと
判断され、電解液の補給時期を見極めることができる。
給時の出力電圧が改質ガス供給時の出力電圧よりも低く
なった場合にはこの条件で電解液量が過度に不足したと
判断され、電解液の補給時期を見極めることができる。
以上述べたようにこの発明によれば、燃料ガス供給ライ
ンに純水素ガス供給源を接続して置き、運転中の適宜時
期に電池本体に供給する燃料ガスを改質ガスから純水素
ガスに切替えてその前後での電池出力電圧を比較し、ガ
ス切替後の出力電圧がガス切替前の出力電圧よりも低下
した条件で電解液不足の状態を見極めるようにしたこと
により、従来方法のように燃料電池の運転中断、開回路
に伴う高電位、電極劣化のおそれもなく、単に燃料ガス
の切替えと出力電圧測定を行うのみの簡易な操作で電解
液保持量の適否を判定し、この判定結果を基に電解液の
補給時期を的確に見極めることができる。
ンに純水素ガス供給源を接続して置き、運転中の適宜時
期に電池本体に供給する燃料ガスを改質ガスから純水素
ガスに切替えてその前後での電池出力電圧を比較し、ガ
ス切替後の出力電圧がガス切替前の出力電圧よりも低下
した条件で電解液不足の状態を見極めるようにしたこと
により、従来方法のように燃料電池の運転中断、開回路
に伴う高電位、電極劣化のおそれもなく、単に燃料ガス
の切替えと出力電圧測定を行うのみの簡易な操作で電解
液保持量の適否を判定し、この判定結果を基に電解液の
補給時期を的確に見極めることができる。
第１図は本発明実施例による燃料電池の系統図、第２図
、第３図はそれぞれ電解液保持量に対する反応ガスと電
池出力電圧との関係を示す特性図である。図において、 １：燃料電池の電池本体、１１：マトリックス層、１２
：燃料電極、１３：酸化剤電極、２：改質器、３：燃料
ガス供給ライン、６：純水素ガス供給源としての圧力ボ
ンベ、８：電位計。
、第３図はそれぞれ電解液保持量に対する反応ガスと電
池出力電圧との関係を示す特性図である。図において、 １：燃料電池の電池本体、１１：マトリックス層、１２
：燃料電極、１３：酸化剤電極、２：改質器、３：燃料
ガス供給ライン、６：純水素ガス供給源としての圧力ボ
ンベ、８：電位計。
Claims (1)
- 水素リッチな改質ガスを燃料ガスとして運転する燃料電
池を対象とした電解液保持量の適否を判定する方式であ
って、燃料ガス供給ラインに純水素ガス供給源を接続し
て置き、運転中の適宜時期に電池本体に供給する燃料ガ
スを改質ガスから純水素ガスに切替えてその前後での電
池出力電圧を比較し、ガス切替後の出力電圧がガス切替
前の出力電圧よりも低下した条件で電解液不足の状態を
判定することを特徴とする燃料電池の電解液保持量の適
否判定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62094576A JPS63259973A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 燃料電池の電解液保持量の適否判定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62094576A JPS63259973A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 燃料電池の電解液保持量の適否判定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63259973A true JPS63259973A (ja) | 1988-10-27 |
Family
ID=14114113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62094576A Pending JPS63259973A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 燃料電池の電解液保持量の適否判定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63259973A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005243614A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-09-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の運転方法 |
-
1987
- 1987-04-17 JP JP62094576A patent/JPS63259973A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005243614A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-09-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の運転方法 |
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