JPWO2012043271A1 - 2次電池型燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、鉄の微粒子圧縮体が収容された水素発生器1を備えている。さらに、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、水素発生器1を加熱するヒーター2と、水素発生器1の温度を検出する温度センサ3と、水素発生器1の鉄残量を検出する残量センサ4とを備えている。残量センサ4は、例えば、鉄と酸化鉄の重量差を利用して、水素発生器1の重量変化から水素発生器1の鉄残量を検出するものを用いることができる。なお、この鉄残量は、水素発生器1から発生することが可能な水素残量ということができる。
SOFC5は、図2に示す通り、O2−を透過する固体電解質11を挟み、その両側にそれぞれ酸化剤極12と燃料極13が形成されている3層構造をなしている。SOFC5では、発電動作時に、燃料極13において下記の(1)式の反応が起こる。
H2+O2−→H2O+2e− …(1)
1/2O2+2e−→O2− …(2)
水素発生器1は、鉄の微粒子圧縮体を収容しているので、下記の(3)式に示す酸化反応により、水素を発生することができる。
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2 …(3)
k=Aexp(−Ea/RT) …(4)
T>12.55Ea …(5)
図4は、水素発生器1内の水蒸気分圧比について説明する図である。水素発生器1内に鉄(Fe)と酸化鉄(Fe3O4)が混在する状態で、水素発生器1内に水素ガスと水蒸気ガスの混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図4に示す曲線はこの平衡状態を示している。したがって、平衡状態における水蒸気分圧比は、高温になるほど高くなる。例えば、300℃の温度条件下で水蒸気分圧比10%の混合ガスを水素発生器1に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は4%(<10%)であるので、水蒸気を消費する鉄の酸化反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比4%で安定する。これに対して、400℃の温度条件下で水蒸気分圧比4%の混合ガスを水素発生器1に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は10%(>4%)であるので、水蒸気を生成する酸化鉄の還元反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比10%で安定する。
次に、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムをEVに搭載し、EVの動力源として利用した場合を例に挙げて、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの動作について説明する。
次に、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムをEVに搭載し、EVの動力源として利用した場合を例に挙げ、図5に示すフローチャートを参照して、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの他の動作について説明する。
図6は、本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。なお、図6において図1と同一の部分には同一の符号を付す。図6に示す本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、鉄の微粒子圧縮体が収容された水素発生器1を2つ備えている。さらに、図6に示す本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、各水素発生器1を個別に加熱する複数のヒーター2と、各水素発生器1の温度を個別に検出する複数の温度センサ3と、各水素発生器1の鉄残量を個別に検出する残量センサ4とを備えている。残量センサ4は、例えば、鉄と酸化鉄の重量差を利用して、水素発生器1の重量変化から水素発生器1の鉄残量を検出するものを用いることができる。
2 ヒーター
3 温度センサ
4 残量センサ
5 固体酸化物型燃料電池(SOFC)
6 循環器
7 コントローラ
8 モータ
9 外部電源入力端子
10 リチウムイオン2次電池
11 固体電解質
12 酸化剤極
13 燃料極
14 流量制御器
Claims (6)
- 水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生部と、
前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる2次電池型燃料電池システムであって、
前記水素発生部の水蒸気分圧比を設定する水蒸気分圧比設定部を備えることを特徴とする2次電池型燃料電池システム。 - 前記水蒸気分圧比設定部が、前記水素発生部の温度を設定する温度設定部であり、
前記温度設定部によって設定される温度に基づいて制御されるヒーターを備えたことを特徴とする請求項1に記載の2次電池型燃料電池システム。 - 前記水素発生部における還元反応の活性化エネルギEaと前記温度設定部によって設定される温度Tとが、
T>12.55Ea
の関係を満たすことを特徴とする請求項2に記載の2次電池型燃料電池システム。 - 前記水素発生部が複数の水素発生器によって構成され、
前記水蒸気分圧比設定部が、前記複数の水素発生器それぞれを個別に温度設定することができる温度設定部を有することを特徴とする請求項1に記載の2次電池型燃料電池システム。 - 前記水蒸気分圧比設定部が、前記複数の水素発生器それぞれを循環するガスの流量を個別に制御することができる流量制御部を有することを特徴とする請求項4に記載の2次電池型燃料電池システム。
- 通常充電モードと高速充電モードとを有し、
前記高速充電モード時は前記通常充電モード時よりも、前記水蒸気分圧比設定部によって設定される水蒸気分圧比が大きいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の2次電池型燃料電池システム。
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