WO2014045895A1 - ２次電池型燃料電池システム - Google Patents

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WO2014045895A1
WO2014045895A1 PCT/JP2013/074019 JP2013074019W WO2014045895A1 WO 2014045895 A1 WO2014045895 A1 WO 2014045895A1 JP 2013074019 W JP2013074019 W JP 2013074019W WO 2014045895 A1 WO2014045895 A1 WO 2014045895A1
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fuel
fuel cell
secondary battery
cell system
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PCT/JP2013/074019
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篤広 野田
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コニカミノルタ株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery type fuel cell system capable of performing not only a power generation operation but also a charging operation.
  • a fuel cell typically includes a solid polymer electrolyte membrane using a solid polymer ion exchange membrane, a solid oxide electrolyte membrane using yttria-stabilized zirconia (YSZ), a fuel electrode (anode) and an oxidizer electrode.
  • the one sandwiched from both sides by the (cathode) has a single cell configuration.
  • a fuel gas channel for supplying a fuel gas (for example, hydrogen) to the fuel electrode and an oxidant gas channel for supplying an oxidant gas (for example, oxygen or air) to the oxidant electrode are provided. Electric power is generated by supplying the fuel gas and the oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, respectively.
  • Fuel cells are not only energy-saving because of the high efficiency of power energy that can be extracted in principle, but they are also a power generation system that is excellent in the environment, and are expected as a trump card for solving energy and environmental problems on a global scale.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a secondary battery type fuel cell system that combines a solid oxide fuel cell and a hydrogen generating member that generates hydrogen by an oxidation reaction and can be regenerated by a reduction reaction. Yes.
  • the hydrogen generating member generates hydrogen during the power generation operation of the system, and the hydrogen generating member is regenerated during the charging operation of the system.
  • Examples of the form of the hydrogen generating member include a form in which hydrogen is generated by an oxidation reaction and solidified with a metal that can be regenerated by a reductive reaction, leaving a void that allows gas to pass through, or the fine particles are in a pellet form.
  • the oxidation reaction that occurs during the hydrogen generation of the hydrogen generating member involves a volume change (volume increase) of the fine particles
  • the reduction reaction that occurs during the regeneration of the hydrogen generating member involves a volume change (volume decrease) of the fine particles. . Therefore, when the secondary battery type fuel cell system repeats switching between power generation and charging, the fine particles repeatedly increase and decrease in volume, and as a result, the fine particles fall off and the durability of the hydrogen generating member is increased. May fall.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery type fuel cell system in which a fuel generating member has high durability.
  • a secondary battery type fuel cell system generates a fuel gas by a chemical reaction and regenerates the fuel by a reverse reaction of the chemical reaction, and supplies the fuel generating member from the fuel generating member.
  • a power generation / electrolysis unit having a power generation function for generating power using the fuel gas and an electrolysis function for electrolyzing the product of the reverse reaction supplied from the fuel generation member during regeneration of the fuel generation member;
  • a gas flow path for circulating gas between the fuel generation member and the power generation / electrolysis unit, and a gas flow path provided on the gas flow path, between the fuel generation member and the power generation / electrolysis unit A circulator that forcibly circulates gas; and a gas diffusion part that is provided on the gas flow path and is provided between the gas outflow side of the power generation / electrolysis unit and the gas inflow side of the fuel generation member.
  • the power generation / electrolysis unit may, for example, generate power using the fuel gas supplied from the fuel generation member, and the reverse supplied from the fuel generation member during regeneration of the fuel generation member.
  • the fuel cell may be configured to switch between an electrolysis operation for electrolyzing the product of the reaction, and, for example, a fuel cell that generates power using the fuel gas supplied from the fuel generating member;
  • a configuration may be provided separately with an electrolyzer that electrolyzes the product of the reverse reaction supplied from the fuel generating member during regeneration of the fuel generating member.
  • the power generation operation and the charging operation of the system are frequently switched, and even when the fuel gas concentration of the gas output from the power generation / electrolysis unit frequently changes, the gas As the gas diffuses in the diffusion section, the change in the concentration of the fuel gas of the gas supplied to the fuel generating member becomes gradual, and the chemical reaction that generates the fuel gas at the fuel generating member and the reverse reaction are not frequently switched. . Thereby, it can prevent that a fuel generation member repeats expansion and contraction frequently, and can make durability of a fuel generation member high.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a secondary battery type fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows an example of a fuel generation member and a container which accommodates it. It is a schematic diagram which shows the other example of a fuel generation member. It is a time chart which shows an example of operation
  • 7 is a time chart showing an example of a hydrogen concentration of a gas supplied to a gas diffusion unit according to second, third, fifth to seventh embodiments. It is a time chart which shows an example of the hydrogen concentration of the gas discharged
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a secondary battery type fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel generating member 1, a fuel cell unit 2, a heater 3 for heating the fuel generating member 1, a heater 4 for heating the fuel cell unit 2, and fuel generation.
  • illustration of a power line for transmitting power and a control line for transmitting control signals is omitted.
  • a metal or a metal oxide is added to the surface of a metal as a base material, and a fuel gas (for example, hydrogen) is generated by an oxidation reaction with an oxidizing gas (for example, water vapor).
  • a fuel gas for example, hydrogen
  • an oxidizing gas for example, water vapor
  • a gas that can be regenerated by a reduction reaction with a reducing gas for example, hydrogen
  • the base metal include Ni, Fe, Pd, V, Mg, and alloys based on these, and Fe is particularly preferable because it is inexpensive and easy to process.
  • the added metal include Al, Rh, Pd, Cr, Ni, Cu, Co, V, and Mo.
  • the added metal oxide include SiO 2 and TiO 2 .
  • the metal used as a base material and the added metal are not the same material.
  • a fuel generating member mainly composed of Fe is used as the fuel generating member 1, as the fuel generating member 1, a fuel generating member mainly composed of Fe is used.
  • the fuel generating member mainly composed of Fe can generate hydrogen as a fuel gas (reducing gas) by consuming water vapor as an oxidizing gas, for example, by an oxidation reaction represented by the following formula (1). . 4H 2 O + 3Fe ⁇ 4H 2 + Fe 3 O 4 (1)
  • the fuel generating member 1 can be regenerated by the reductive reaction shown in the formula.
  • the iron oxidation reaction shown in the above formula (1) and the reduction reaction in the following formula (2) can also be performed at a low temperature of less than 600 ° C. 4H 2 + Fe 3 O 4 ⁇ 3Fe + 4H 2 O (2)
  • the main body of the fuel generating member 1 may be made into fine particles, and the fine particles may be molded.
  • the fine particles include a method of crushing particles by crushing using a ball mill or the like.
  • the surface area of the fine particles may be further increased by generating cracks in the fine particles by a mechanical method or the like, and the surface area of the fine particles is further increased by roughening the surface of the fine particles by acid treatment, alkali treatment, blasting, etc. It may be increased.
  • the fuel generating member 1 may have, for example, a form in which fine particles are formed into pellet-like particles and a large number of these particles are filled in the space, and the fine particles are solidified leaving a space through which gas passes. There may be.
  • An example of the former is shown in FIG. 2, and an example of the latter is shown in FIG.
  • the fuel generating member 1 is composed of a plurality of spherical pellets 10, and the container 5 is provided with a partition plate 11 for lengthening the gas flow path.
  • the gas flow is schematically shown by arrows.
  • shape of a pellet is spherical in FIG. 2, it may be another shape.
  • the fuel generating member 1 is constituted by a molded body 12 in which a gas flow path is formed.
  • the cross-sectional shape of a gas flow path is square, it may be another shape.
  • the gas channel has a regular hexagonal cross-sectional shape, a honeycomb structure molded body is obtained.
  • the fuel cell unit 2 has an MEA structure (membrane / electrode assembly: Membrane Electrode Assembly) in which a fuel electrode 2B and an air electrode 2C as an oxidant electrode are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane 2A as shown in FIG.
  • FIG. 1 illustrates a structure in which only one MEA is provided, a plurality of MEAs may be provided, or a plurality of MEAs may be stacked.
  • a solid oxide electrolyte using yttria-stabilized zirconia can be used as a material of the electrolyte membrane 2A.
  • Solid polymer electrolytes such as, but not limited to, those that pass hydrogen ions, those that pass oxygen ions, and those that pass hydroxide ions can be used as fuel cell electrolytes. Any material satisfying the characteristics may be used.
  • an electrolyte that passes oxygen ions or hydroxide ions for example, a solid oxide electrolyte using yttria-stabilized zirconia (YSZ) is used as the electrolyte membrane 2A.
  • the electrolyte membrane 2A can be formed using an electrochemical vapor deposition method (CVD-EVD method; Chemical Vapor® Deposition®-Electrochemical® Vapor Deposition) or the like, and in the case of a solid polymer electrolyte. If there is, it can be formed using a coating method or the like.
  • CVD-EVD method Chemical Vapor® Deposition®-Electrochemical® Vapor Deposition
  • Each of the fuel electrode 2B and the air electrode 2C can be constituted by, for example, a catalyst layer in contact with the electrolyte membrane 2A and a diffusion electrode laminated on the catalyst layer.
  • the catalyst layer for example, platinum black or a platinum alloy supported on carbon black can be used.
  • the material of the diffusion electrode of the fuel electrode 2B for example, carbon paper, Ni—Fe cermet, Ni—YSZ cermet and the like can be used.
  • a material for the diffusion electrode of the air electrode 2C for example, carbon paper, La—Mn—O compound, La—Co—Ce compound or the like can be used.
  • Each of the fuel electrode 2B and the air electrode 2C can be formed by using, for example, vapor deposition.
  • the fuel cell unit 2 is electrically connected to an external load (not shown) under the control of the system controller 9.
  • the following reaction (3) occurs in the fuel electrode 2B during power generation of the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment.
  • the fuel cell unit 2 performs a power generation operation. Further, as can be seen from the above equation (3), during the power generation operation of the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment, H 2 is consumed and H 2 O is generated on the fuel electrode 2B side. .
  • the fuel generating member 1 generates H 2 generated on the fuel electrode 2B side of the fuel cell unit 2 during power generation of the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment by the oxidation reaction expressed by the above formula (1). O is consumed to produce H 2 .
  • the fuel cell unit 2 When the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is charged, the fuel cell unit 2 is connected to an external power source (not shown) under the control of the system controller 9.
  • an electrolysis reaction represented by the following formula (6) which is a reverse reaction of the formula (5), occurs, and the fuel electrode 2B H 2 O is consumed on the side and H 2 is generated.
  • the reduction reaction shown in the above formula (2) occurs, and the H 2 generated on the fuel electrode 2B side of the fuel cell unit 2 is consumed. And H 2 O is produced.
  • the pump 7 forcibly circulates gas containing H 2 and H 2 O between the fuel generating member 1 and the fuel cell unit 2 in the direction of the arrow shown in FIG. Note that other circulators such as a compressor, a fan, and a blower may be used instead of the pump 7.
  • the gas outflow side of the fuel generating member 1 and the gas inflow side of the pump 7 are connected by a first pipe P1, and the gas outflow side of the pump 7 and the gas inflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 are connected to the second pipe P1.
  • the gas outlet side of the fuel electrode 2B of the fuel cell part 2 and the gas inlet side of the gas diffusion part 8 of the fuel cell part 2 are connected by a third pipe P3 and the gas outlet side of the gas diffusion part 8 and the fuel generating member are connected by the pipe P2.
  • 1 is connected to the gas inflow side by a fourth pipe P4.
  • the hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is the fuel concentration.
  • the hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O supplied to the gas inflow side of the fuel electrode 2B of the battery unit 2 is lower.
  • the hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is The hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O supplied to the gas inflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 becomes higher.
  • the hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O supplied to the gas inflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is determined by the equilibrium state of H 2 and H 2 O in the fuel generating member 1, This equilibrium state changes depending on the temperature of the fuel generating member 1.
  • the fuel of the fuel cell unit 2 is generated during the power generation operation. Since the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the electrode 2B becomes low and the hydrogen concentration of the gas becomes high during the charging operation, the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 becomes It changes frequently (see FIG. 4B).
  • the reduction reaction shown in the above equation (2) proceeds to reach an equilibrium state, and when a gas with a low hydrogen concentration is supplied to the fuel generating member 1,
  • the oxidation reaction shown in the above formula (1) proceeds to reach an equilibrium state. That is, when the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 changes frequently, the reduction reaction shown in the above equation (2) in the fuel generating member 1 (particularly near the gas inflow side of the fuel generating member 1) The oxidation reaction shown in the above equation (1) is frequently switched, the fuel generating member 1 frequently expands and contracts, and the durability of the fuel generating member 1 decreases.
  • the secondary battery type fuel cell system is configured so that the gas diffusing unit 8 gasses even when the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 frequently changes. Is diffused and the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 is moderately changed (see the solid line in FIG. 4C), thereby reducing the reduction reaction shown in the above equation (2) and the above equation (1). It prevents the oxidation reaction from switching frequently. Thereby, it can prevent that the fuel generating member 1 repeats expansion
  • 4C is a comparative example showing the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 when the gas diffusion portion 8 is removed and the third pipe P3 and the fourth pipe are directly connected. .
  • the fuel generation member 1 frequently repeats expansion and contraction, and the durability of the fuel generation member 1 decreases.
  • the hydrogen concentration of the gas containing H 2 and H 2 O in the fuel generating member 1, the fuel generating member 1 so as to approach the equilibrium of H 2 and H 2 O which varies with temperature causes a chemical reaction. Therefore, the hydrogen concentration of the gas flowing out of the fuel generating member 1 and supplied to the gas inflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is substantially constant regardless of the power generation operation or the charging operation (see FIG. 4D). ).
  • the system controller 9 performs charging operation of the system at night (that is, regeneration of the fuel generating member 1), and daytime If the power generation operation of the system is performed, the switching between the charging operation and the power generation operation of the system can be performed once a day.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is used as a driving power source for a moving body (for example, an electric vehicle), for example, the system performs a power generation operation during an accelerator operation and during a brake operation. If the charging operation of the system (that is, regeneration of the fuel generating member 1) is performed using regenerative energy, the charging operation and the power generation operation of the system are frequently switched.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is particularly useful when used as a driving power source for a mobile body (for example, an electric vehicle). Even when the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is used as a stationary power source, there can be an operation mode in which the charging operation and the power generation operation of the system are frequently switched. Therefore, the secondary battery according to the present embodiment.
  • Type fuel cell system may be used as a stationary power source.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment.
  • the gas flow is schematically shown by arrows.
  • the gas diffusion part 8 according to the present embodiment is configured by an expansion chamber 15 in which a gas inlet 13 and a gas outlet 14 are provided.
  • the expansion chamber 15 is a tube-shaped space whose end faces are connected to the gas inlet 13 and the gas outlet 14, respectively, and
  • FIG. 5 is a cross section in a plane parallel to the gas traveling direction.
  • the flow passage cross-sectional area of the expansion chamber 15 (the area of the cross section of the expansion chamber 15 perpendicular to the traveling direction of the gas flowing into the gas inlet 13) is the flow passage cross-sectional area of the gas inlet 13 (flows into the gas inlet 13).
  • the cross-sectional area of the gas inlet 13 perpendicular to the gas traveling direction) and the cross-sectional area of the gas outlet 14 (the cross-sectional area of the gas outlet 14 perpendicular to the traveling direction of the gas flowing out from the gas outlet 14) Bigger than each of.
  • the gas pressure in the expansion chamber 15 becomes lower than the gas pressures in the third pipe P3 and the fourth pipe P4. Diffusion is promoted by being dispersed and collided with each other, and the concentration of hydrogen in the expansion chamber 15 approaches a uniform level (hereinafter, this phenomenon is referred to as “diffusion” of gas). Therefore, as a result of the fuel cell system frequently switching between the power generation operation and the charging operation (see FIG. 6A), the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 is Even when it changes frequently (see FIG.
  • the change in the hydrogen concentration of the gas flowing out from the gas inlet 14 and supplied to the fuel generating member 1 becomes gradual (see the solid line in FIG. 6C).
  • the cross-sectional areas of the gas inlet 13 and the gas outlet 14 are described as being substantially the same, but these cross-sectional areas may be the same. May be different. For example, if the channel cross-sectional area of the gas outlet 14 is made smaller, the gas internal pressure in the expansion chamber 15 is increased, and it is considered that diffusion is further promoted.
  • FIG. 7 shows a schematic configuration of the gas diffusion section 8 according to the second embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic configuration of the gas diffusion section 8 according to the third embodiment.
  • the gas flow is schematically shown by arrows.
  • the gas diffusion part 8 according to the second and third embodiments is constituted by an expansion chamber 15 in which a gas inlet 13 and a gas outlet 14 are provided.
  • the gas inflow / outflow direction is parallel to the longitudinal direction of the expansion chamber 15, and in the third embodiment, the gas inflow / outflow direction is parallel to the short direction of the expansion chamber 15. .
  • the gas diffusion section 8 according to the second and third embodiments is the gas according to the first embodiment in that the projection region obtained by normal projection of the gas inlet 13 from the gas inflow direction does not overlap with the gas outlet 14. It is different from the diffusing section 8 and the other portions are the same as the gas diffusing section 8 according to the first embodiment.
  • the gas Since the projection region obtained by normal projection of the gas inlet 13 from the gas inflow direction does not overlap with the gas outlet 14, the gas is further diffused in the expansion chamber 15 as compared with the first embodiment. Therefore, even when the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 frequently changes, it flows out from the gas inlet 14 and is supplied to the fuel generating member 1 The change in the hydrogen concentration of the generated gas becomes even more gradual than in the first embodiment (see the comparison between the solid line in FIG. 9C and the solid line in FIG. 6C).
  • FIG. 10 shows a schematic configuration of the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment.
  • the gas flow is schematically shown by arrows.
  • the gas diffusion part 8 according to the present embodiment is configured by an expansion chamber 15 provided with a gas inlet 13 and a gas outlet 14 and a partition plate 16 provided inside the expansion chamber 15.
  • the gas diffusion part 8 according to the present embodiment is different from the gas diffusion part 8 according to the second embodiment in that a partition plate 16 is provided inside the expansion chamber 15, and other than that, the gas diffusion part according to the second embodiment. 8 is the same.
  • the partition plate 16 Since the partition plate 16 is provided inside the expansion chamber 15, the gas flow path becomes long, and the number of times the gas collides and reflects on the inner wall of the expansion chamber 15 increases, so that the gas is expanded into the second embodiment in the expansion chamber 15. Compared to the diffusion, the concentration in the expansion chamber 15 approaches a uniform level. Therefore, as a result of the fuel cell system frequently switching between the power generation operation and the charging operation (see FIG. 11A), the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 is Even if it changes frequently (see FIG. 11B), the change in the hydrogen concentration of the gas that flows out from the gas inlet 14 and is supplied to the fuel generating member 1 becomes more gradual than in the second and third embodiments ( Compare the solid line in FIG. 11C and the solid line in FIG. 9C).
  • FIG. 12 shows a schematic configuration of the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment.
  • the gas diffusion part 8 according to the present embodiment is configured by an expansion chamber 15 provided with a gas inlet 13 and a gas outlet 14 and a fan 17 provided inside the expansion chamber 15.
  • the gas flow is schematically indicated by solid arrows, and the rotation direction of the fan 17 is indicated by dotted arrows.
  • illustration of a support portion that supports the shaft of the fan 17 is omitted.
  • the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment is different from the gas diffusion unit 8 according to the first example in that a fan 17 is provided inside the expansion chamber 15, and the gas diffusion unit 8 according to the first example is otherwise. Is the same.
  • the rotation of the fan 17 provided inside the expansion chamber 15 causes the gas to be stirred in the expansion chamber 15 and further diffuses compared to the first embodiment. Therefore, even when the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 frequently changes, it flows out from the gas inlet 14 and is supplied to the fuel generating member 1 As in the second and third embodiments, the change in the hydrogen concentration of the generated gas becomes even more gradual than in the first embodiment (refer to the solid line in FIG. 9C and the solid line in FIG. 6C).
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment.
  • the gas flow is schematically shown by arrows.
  • the gas diffusion section 8 according to the present embodiment is configured by an expansion chamber 15 provided with a gas inlet 13 and a gas outlet 14 and a heater 18 provided inside the expansion chamber 15.
  • the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment is different from the gas diffusion unit 8 according to the first example in that a heater 18 is provided inside the expansion chamber 15, and other than that, the gas diffusion unit 8 according to the first example. Is the same.
  • the heater 18 provided inside the expansion chamber 15 has two types of high-temperature and low-temperature heating sections (18a and 18b, respectively), and heats the interior of the expansion chamber 15 unevenly.
  • the high-temperature and high-pressure portion 19 is locally generated in the expansion chamber 15, and the gas is further diffused in the expansion chamber 15 as compared with the first embodiment. Therefore, as a result of the fuel cell system frequently switching between the power generation operation and the charging operation (see FIG. 9A), the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 Even if it changes frequently (see FIG.
  • the heater 28 has two types of heating portions 18a and 18b of high temperature and low temperature, and heats the entire inner surface of the expansion chamber 15. However, the heater is partially provided and has one temperature. The structure which heats and does not heat another part may be sufficient. Moreover, the structure which replaces the high temperature and low temperature of two types of heating parts periodically may be sufficient. In short, the configuration of the present embodiment is not limited as long as the inside of the expansion chamber 15 is heated unevenly.
  • Example of a gas diffusion part> 14 and 15 show a schematic configuration of the gas diffusion unit 8 according to the present embodiment.
  • the gas diffusion part 8 according to the present embodiment is constituted by an expansion chamber 15 provided with a gas inlet 13 and a gas outlet 14 and a valve 20.
  • the valve 20 is provided between the gas outflow side of the expansion chamber 15 and the gas inflow side of the fuel generating member 1 (not shown in FIGS. 14 and 15).
  • FIG. 14 the gas flow when the valve 20 is closed is schematically indicated by arrows
  • FIG. 15 the gas flow when the valve 20 is open is schematically indicated by arrows.
  • the gas diffusion part 8 according to this embodiment is different from the gas diffusion part 8 according to the first embodiment in that a valve 20 is provided between the gas outflow side of the expansion chamber 15 and the gas inflow side of the fuel generating member 1. Otherwise, it is the same as the gas diffusion unit 8 according to the first embodiment.
  • the valve 20 is closed (see FIG. 14), and when the diffusion is finished, the valve 20 is opened (see FIG. 15).
  • the valve 20 By closing the valve 20 in this way, the gas is further diffused in the expansion chamber 15 as compared with the first embodiment. Therefore, as a result of the fuel cell system frequently switching between the power generation operation and the charging operation (see FIG. 9A), the hydrogen concentration of the gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and flowing into the gas inlet 13 Even in the case of frequent changes (see FIG. 9B), the change in the hydrogen concentration of the gas that flows out from the gas inlet 14 and is supplied to the fuel generating member 1 becomes more gradual than in the first embodiment (see FIG. 9C). Compare solid line and solid line in FIG.
  • valve 20 For example, when the vehicle travels in a place where there are many ascending and descending hills, the power generation operation and the charging operation are frequently switched. Therefore, the change in the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 is moderated by closing the valve 20 to diffuse the gas.
  • the valve 20 may be opened. Examples of the valve 20 include an electromagnetic valve whose opening and closing is controlled by an electrical signal, and a valve that automatically opens when a predetermined pressure difference occurs between the upstream and downstream of the valve, such as a relief valve. .
  • FIG. 16 shows a schematic configuration of a secondary battery type fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the fuel cell unit 2 has a tube shape, and a gas containing H 2 and H 2 O flows inside the tube.
  • a tube-shaped porous substrate may be provided inside the fuel electrode 2B to increase the strength of the tube-shaped body.
  • the gas diffusion part 8 is provided in the container 6 together with the fuel cell part 2 and the heater 4, and the gas outflow side of the fuel electrode 2 ⁇ / b> B of the fuel cell part 2 and the gas inflow side of the gas diffusion part 8. Are connected in the container 6 without a pipe.
  • the container 6 is provided with an opening 21 through which air can flow in and out.
  • the heater 4 is, for example, a mesh-shaped heater that allows air to flow between the opening 21 and the air electrode 2C. .
  • Each example of the gas diffusion unit 8 described in the first embodiment can be implemented in the present embodiment as well as the first embodiment.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is similar to the secondary battery type fuel cell system according to the first embodiment, in which hydrogen of gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is used. Even when the concentration frequently changes, the gas diffusion portion 8 diffuses the gas and gradually changes the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 (see the solid line in FIG. 4C), so that (2 ) And the oxidation reaction shown in the above formula (1) are prevented from frequently switching. Thereby, it can prevent that the fuel generating member 1 repeats expansion
  • FIG. 17 shows a schematic configuration of a secondary battery type fuel cell system according to the third embodiment of the present invention.
  • the fuel cell unit 2 has a tube shape, and a gas containing H 2 and H 2 O flows inside the tube.
  • a tube-shaped porous substrate may be provided inside the fuel electrode 2B to increase the strength of the tube-shaped body.
  • the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 and the gas inflow side of the gas diffusion unit 8 are connected without a pipe. In this way, one gas diffusion portion 8 is connected to the plurality of fuel cell portions 2.
  • Each example of the gas diffusion unit 8 described in the first embodiment can be implemented in the present embodiment as well as the first embodiment.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is similar to the secondary battery type fuel cell system according to the other embodiments, in which hydrogen of gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is used. Even when the concentration changes frequently, the gas diffusion in the gas diffusing unit 8 causes the change in the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 to be moderate (see the solid line in FIG. 4C).
  • the reduction reaction shown in the formula (2) and the oxidation reaction shown in the formula (1) are prevented from frequently switching. Thereby, it can prevent that the fuel generating member 1 repeats expansion
  • the gas that has flowed out from the fuel electrode 2 ⁇ / b> B of the plurality of fuel cell units 2 flows into one gas diffusion unit 8.
  • the flow rate of the gas flowing in each fuel cell section 2 and the degree of reaction of the hydrogen generating member 1 it is considered that there is a difference in the hydrogen concentration of the gas flowing out from each fuel electrode 2B.
  • the hydrogen concentration of the entire gas flowing into the gas diffusion unit 8 can be made uniform.
  • the effect of gas diffusion is higher than that in which the gas diffusion unit 8 is provided for each of the modules connected in parallel, and the change in the hydrogen concentration becomes gradual.
  • the fuel cell system as a whole has a simple configuration, which increases the space and handling advantages.
  • FIG. 18 shows a schematic configuration of a secondary battery type fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the gas diffusion part 8 is provided in the container 5 together with the fuel generation member 1 and the heater 3, and the gas outflow side of the gas diffusion part 8 and the gas inflow side of the fuel generation member 1 provide piping. It is connected in the container 5 without being interposed.
  • the configuration of the entire system can be simplified.
  • Each example of the gas diffusion unit 8 described in the first embodiment can be implemented in the present embodiment as well as the first embodiment.
  • the secondary battery type fuel cell system according to the present embodiment is similar to the secondary battery type fuel cell system according to the other embodiments, in which hydrogen of gas discharged from the gas outflow side of the fuel electrode 2B of the fuel cell unit 2 is used. Even when the concentration changes frequently, the gas diffusion in the gas diffusing unit 8 causes the change in the hydrogen concentration of the gas supplied to the fuel generating member 1 to be moderate (see the solid line in FIG. 4C).
  • the reduction reaction shown in the formula (2) and the oxidation reaction shown in the formula (1) are prevented from frequently switching. Thereby, it can prevent that the fuel generating member 1 repeats expansion
  • the embodiments of the gas diffusion unit 8 can be implemented in combination as long as there is no contradiction.
  • the first embodiment and the second and third embodiments cannot be combined, but the first embodiment and the fourth embodiment can be combined.
  • the positions of the gas inlet 13 and the gas outlet 14 in the first embodiment and the partition plate 16 in the fourth embodiment can be combined.
  • the partition plates are alternately arranged so as to be perpendicular to the gas inflow direction.
  • the expansion chamber 15 has a tubular shape, but may have another shape such as a rectangular parallelepiped, a cube, or an ellipsoid.
  • a solid oxide electrolyte is used as the electrolyte membrane 2A of the fuel cell unit 2, and water is generated on the fuel electrode 2B side during power generation. According to this configuration, water is generated on the side where the fuel generating member 1 is provided, which is advantageous for simplification and miniaturization of the apparatus.
  • a solid polymer electrolyte that allows hydrogen ions to pass through can be used as the electrolyte membrane 2A of the fuel cell unit 2.
  • one fuel cell unit 2 performs both power generation and water electrolysis.
  • a fuel cell for example, a solid oxide fuel cell dedicated to power generation
  • a water electrolyzer for example, water
  • the solid oxide fuel cell dedicated to electrolysis may be connected to the fuel generating member 1 in parallel on the gas flow path.
  • the fuel gas of the fuel cell part 2 is made into hydrogen
  • air is used as the oxidant gas, but an oxidant gas other than air may be used.
  • the secondary battery type fuel cell system described above uses a fuel generating member that generates a fuel gas by a chemical reaction and can be regenerated by a reverse reaction of the chemical reaction, and the fuel gas supplied from the fuel generating member.
  • a power generation / electrolysis unit having a power generation function for generating power and an electrolysis function for electrolyzing the product of the reverse reaction supplied from the fuel generation member during regeneration of the fuel generation member, the fuel generation member, and the power generation
  • a gas diffusion part provided on the gas flow path between the gas outflow side of the power generation / electrolysis part and the gas inflow side of the fuel generating member (first structure).
  • the power generation / electrolysis unit may, for example, generate power using the fuel gas supplied from the fuel generation member, and the reverse supplied from the fuel generation member during regeneration of the fuel generation member.
  • the fuel cell may be configured to switch between an electrolysis operation for electrolyzing the product of the reaction, and, for example, a fuel cell that generates power using the fuel gas supplied from the fuel generating member;
  • a configuration may be provided separately with an electrolyzer that electrolyzes the product of the reverse reaction supplied from the fuel generating member during regeneration of the fuel generating member.
  • the gas diffusion portion includes an expansion chamber provided with a gas inlet and a gas outlet, and a flow passage cross-sectional area of the expansion chamber is It is good also as a structure (2nd structure) larger than each of the flow-path cross-sectional area of a gas inflow port, and the flow-path cross-sectional area of the said gas outflow port.
  • the projection region obtained by normal projection of the gas inlet of the expansion chamber from the gas inflow direction is It is good also as a structure (3rd structure) which does not overlap with a gas outflow port.
  • the expansion chamber has a partition plate for lengthening the gas flow path therein (fourth). It is good also as a structure.
  • the gas diffusion unit includes a fan for forcibly stirring the gas, It is good also as a structure (5th structure) provided in the inside of the said expansion chamber.
  • the gas diffusion section heats the inside of the expansion chamber unevenly. It is good also as a structure (6th structure) provided with a heater.
  • the gas diffusion portion includes a valve, and the valve is disposed in the expansion chamber. It is good also as a structure (7th structure) which is provided between the gas outflow side and the gas inflow side of the said fuel generation member, and diffuses the gas of the said expansion chamber by closing.
  • the power generation / electrolysis unit and the gas diffusion unit are the same. It is good also as a structure (8th structure) connected within the container.
  • a plurality of the power generation / electrolysis units are connected in parallel.
  • the plurality of power generation / electrolysis units and one gas diffusion unit may be connected (a ninth configuration).
  • the fuel generation member and the gas diffusion portion are disposed in the same container. It is good also as a structure (10th structure) connected by.
  • the fuel generating member is formed of fine particles, and the fine particles generate fuel gas by the chemical reaction, and the reverse reaction.
  • a configuration using a recyclable metal as a base material may be adopted.

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Abstract

　２次電池型燃料電池システムは、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部と、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記ガス流路上に設けられ、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを強制的に循環させる循環器と、前記ガス流路上であって、前記発電・電気分解部のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられるガス拡散部とを備える。

Description

２次電池型燃料電池システム
　本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池システムに関する。
　燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を、燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、燃料極に燃料ガス（例えば水素）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。
　燃料電池は、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
特表平１１－５０１４４８号公報 国際公開第２０１２／０４３２７１号
　特許文献１及び特許文献２には、固体酸化物型燃料電池と、酸化反応により水素を発生し、還元反応により再生可能な水素発生部材とを組み合わせた２次電池型燃料電池システムが開示されている。上記２次電池型燃料電池システムでは、システムの発電動作時に水素発生部材が水素を発生し、システムの充電動作時に水素発生部材が再生される。
　水素発生部材の形態としては、例えば酸化反応により水素を発生し、還元反応により再生可能な金属を母材とする微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めた形態や上記微粒子をペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態が挙げられる。
　水素発生部材の水素発生時に生じる酸化反応は上記微粒子の体積変化（体積増加）を伴うものであり、水素発生部材の再生時に生じる還元反応は上記微粒子の体積変化（体積減少）を伴うものである。したがって、上記２次電池型燃料電池システムが発電と充電の切り替えを繰り返すことで、上記微粒子が体積増加と体積減少を繰り返し、その結果、上記微粒子の脱落などが発生し、水素発生部材の耐久性が落ちるおそれがある。
　本発明は、上記の状況に鑑み、燃料発生部材の耐久性が高い２次電池型燃料電池システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部と、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記ガス流路上に設けられ、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを強制的に循環させる循環器と、前記ガス流路上であって、前記発電・電気分解部のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられるガス拡散部とを備える構成とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
　本発明に係る２次電池型燃料電池システムによると、システムの発電動作と充電動作とが頻繁に切り替わり、発電・電気分解部から出力されるガスの燃料ガス濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部においてガスが拡散することで、燃料発生部材に供給されるガスの燃料ガス濃度変化が緩やかになり、燃料発生部材での燃料ガスを発生する化学反応とその逆反応とが頻繁に切り替わらなくなる。これにより、燃料発生部材が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材の耐久性を高くすることができる。
本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 燃料発生部材及びそれを収容する容器の一例を示す模式図である。 燃料発生部材の他の例を示す模式図である。 燃料電池システムの動作の一例を示すタイムチャートである。 燃料電池部の燃料極のガス流出側から排出されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 燃料発生部材のガス流入部に供給されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 燃料電池部の燃料極のガス流入側に供給されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第１実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 燃料電池システムの動作の一例を示すタイムチャートである。 第１実施例に係るガス拡散部に供給されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第１実施例に係るガス拡散部から排出されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第２実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 第３実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 燃料電池システムの動作の一例を示すタイムチャートである。 第２，３，５～７実施例に係るガス拡散部に供給されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第２，３，５実施例に係るガス拡散部から排出されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第４実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 燃料電池システムの動作の一例を示すタイムチャートである。 第４実施例に係るガス拡散部に供給されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第４実施例に係るガス拡散部から排出されるガスの水素濃度の一例を示すタイムチャートである。 第５実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 第６実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 第７実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 第７実施例に係るガス拡散部を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。
＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図１に示す。本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、燃料発生部材１と、燃料電池部２と、燃料発生部材１を加熱するヒーター３と、燃料電池部２を加熱するヒーター４と、燃料発生部材１及びヒーター３を収容する容器５と、燃料電池部２及びヒーター４を収容する容器６と、ポンプ７と、ガス拡散部８と、システム全体を制御するシステムコントローラ９と、第１～第４の配管Ｐ１～Ｐ４とを備えている。なお、図が煩雑になることを防ぐため、電力を伝送する電力ラインや制御信号を伝送する制御ラインなどの図示は省略している。また、必要に応じて、燃料発生部材１や燃料電池部２の周辺に温度センサ等を設けてもよい。
　燃料発生部材１としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、酸化性ガス（例えば水蒸気）との酸化反応によって燃料ガス（例えば水素）を発生し、還元性ガス（例えば水素）との還元反応により再生可能なものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にＦｅは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏが挙げられ、添加される金属酸化物としてはＳｉＯ2、ＴｉＯ2が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部材１として、Ｆｅを主体とする燃料発生部材を用いる。
　Ｆｅを主体とする燃料発生部材は、例えば、下記の（１）式に示す酸化反応により、酸化性ガスである水蒸気を消費して燃料ガス（還元性ガス）である水素を生成することができる。
　　４Ｈ2Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4　…（１）
　上記の（１）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄の残量が減っていくが、上記の（１）式の逆反応すなわち下記の（２）式に示す還元反応により、燃料発生部材１を再生することができる。なお、上記の（１）式に示す鉄の酸化反応及び下記の（２）式の還元反応は６００℃未満の低い温度で行うこともできる。
　　４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4→３Ｆｅ＋４Ｈ2Ｏ　…（２）
　燃料発生部材１においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部材１の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部材１の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。
　燃料発生部材１としては、例えば、微粒子をペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であってもよく、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよい。前者の一例を図２に示し、後者の一例を図３に示す。
　図２では、燃料発生部材１は複数の球状ペレット１０によって構成されており、容器５はガス流路を長くするための仕切板１１を備えている。図２ではガスの流れを矢印で模式的に示している。なお、図２ではペレットの形状が球状であるが、他の形状であっても構わない。
　図３では、燃料発生部材１はガス流路が形成されている成型体１２によって構成されている。なお、図３の例ではガス流路の断面形状が正方形であるが、他の形状であっても構わない。例えばガス流路の断面形状を正六角形にすれば、ハニカム構造の成型体になる。
　燃料電池部２は、図１に示す通り、電解質膜２Ａの両面に燃料極２Ｂと酸化剤極である空気極２Ｃを接合したＭＥＡ構造(膜・電極接合体：Membrane　Electrode  Assembly)である。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
　電解質膜２Ａの材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用いることができ、また例えば、ナフィオン（デュポン社の商標）、カチオン導電性ポリマー、アニオン導電性ポリマー等の固体高分子電解質を用いることができるが、これらに限定されることなく、水素イオンを通すものや酸素イオンを通すもの、また、水酸化物イオンを通すもの等、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。なお、本実施形態においては、電解質膜２Ａとして、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用いる。
　電解質膜２Ａは、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法（ＣＶＤ－ＥＶＤ法；Chemical　Vapor  Deposition  -　Electrochemical  Vapor　Deposition）等を用いて形成することができ、固体高分子電解質の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。
　燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば、電解質膜２Ａに接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極２Ｂの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ－Ｆｅ系サーメットやＮｉ－ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極２Ｃの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ－Ｍｎ－Ｏ系化合物やＬａ－Ｃｏ－Ｃｅ系化合物等を用いることができる。燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
　以下の説明では、燃料ガスとして水素を用いた場合について説明する。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池部２はシステムコントローラ９の制御によって外部負荷（不図示）に電気的に接続される。燃料電池部２では、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に、燃料極２Ｂにおいて下記の（３）式の反応が起こる。
　Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-　…（３）
　上記の（３）式の反応によって生成された電子は、外部負荷（不図示）を通って、空気極２Ｃに到達し、空気極２Ｃにおいて下記の（４）式の反応が起こる。
　１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2-　…（４）
　そして、上記の（４）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質膜２Ａを通って、燃料極２Ｂに到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池部２が発電動作を行うことになる。また、上記の（３）式から分かるように、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2が消費されＨ2Ｏが生成されることになる。
　上記の（３）式及び（４）式より、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時における燃料電池部２での反応は下記の（５）式の通りになる。
　Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ　…（５）
　一方、燃料発生部材１は、上記の（１）式に示す酸化反応により、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池部２の燃料極２Ｂ側で生成されたＨ2Ｏを消費してＨ2を生成する。
　上記の（１）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（２）式に示す還元反応により、燃料発生部材１を再生することができ、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを充電することができる。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時に燃料電池部２はシステムコントローラ９の制御によって外部電源（不図示）に接続される。燃料電池部２では、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時に、上記の（５）式の逆反応である下記の（６）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極２Ｂ側においてＨ2Ｏが消費されＨ2が生成され、燃料発生部材１では、上記の（２）式に示す還元反応が起こり、燃料電池部２の燃料極２Ｂ側で生成されたＨ2が消費されＨ2Ｏが生成される。
　Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋１／２Ｏ2　…（６）
　ポンプ７は、燃料発生部材１と燃料電池部２との間でＨ2とＨ2Ｏを含むガスを図１に示す矢印の方向で強制的に循環させるものである。なお、ポンプ７の代わりに、例えばコンプレッサ、ファン、ブロアなどの他の循環器を用いてもよい。
　燃料発生部材１のガス流出側とポンプ７のガス流入側とは第１の配管Ｐ１によって接続され、ポンプ７のガス流出側と燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流入側とは第２の配管Ｐ２によって接続され、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側とガス拡散部８のガス流入側とは第３の配管Ｐ３によって接続され、ガス拡散部８のガス流出側と燃料発生部材１のガス流入側とは第４の配管Ｐ４によって接続される。これらの接続により、燃料発生部材１と燃料電池部２との間でＨ2とＨ2Ｏを含むガスを循環させるためのガス流路が形成される。
　上述した通り、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2が消費されＨ2Ｏが生成され、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2Ｏが消費されＨ2が生成される。したがって、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度は、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流入側に供給されるＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度よりも低くなる。反対に、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電動作時には、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度は、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流入側に供給されるＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度よりも高くなる。なお、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流入側に供給されるＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度は燃料発生部材１でのＨ2とＨ2Ｏの平衡状態によって決まるが、この平衡状態は、燃料発生部材１の温度によって変化する。
　以上のように、システムコントローラ９の制御により本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作と充電動作とが頻繁に切り替わると（図４Ａ参照）、発電動作時には燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が低くなり、充電動作時にはガスの水素濃度が高くなるため燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が頻繁に変化する（図４Ｂ参照）。
　水素濃度の高いガスが燃料発生部材１に供給されると、上記の（２）式に示す還元反応が進んで平衡状態に向かい、水素濃度の低いガスが燃料発生部材１に供給されると、上記の（１）式に示す酸化反応が進んで平衡状態に向かう。すなわち、燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度が頻繁に変化すると、燃料発生部材１（特に燃料発生部材１のガス流入側の付近）において、上記の（２）式に示す還元反応と上記の（１）式に示す酸化反応が頻繁に切り替わり、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返し、燃料発生部材１の耐久性が落ちてしまう。
　そこで、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部８においてガスが拡散して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化を緩やかにする（図４Ｃの実線参照）ことによって、上記の（２）式に示す還元反応と上記の（１）式に示す酸化反応が頻繁に切り替わることを防止している。これにより、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材１の耐久性を高くすることができる。一方、図４Ｃに示す点線は、ガス拡散部８を取り除き、第３の配管Ｐ３と第４の配管を直接接続した場合に燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度を示す比較例である。この比較例の場合、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことになり、燃料発生部材１の耐久性が落ちてしまう。尚、燃料発生部材１においてＨ2とＨ2Ｏを含むガスの水素濃度は、温度によって変化するＨ2とＨ2Ｏの平衡状態に近づくように燃料発生部材１が化学反応を起こす。従って、燃料発生部材１から流出して燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流入側に供給されるガスの水素濃度は、発電動作時または充電動作時に係わらず、ほぼ一定となる（図４Ｄ参照）。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを定置用電源として用いた場合、例えば、システムコントローラ９の制御により、夜間にシステムの充電動作（すなわち燃料発生部材１の再生）を行い、日中にシステムの発電動作を行うようにすれば、システムの充電動作と発電動作の切り替わりは１日１回ですむ。これに対して、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを移動体（例えば電気自動車）の駆動電源として用いた場合、例えば、アクセル操作中はシステムの発電動作を行い、ブレーキ操作中は回生エネルギーを用いてシステムの充電動作（すなわち燃料発生部材１の再生）を行うようにすれば、システムの充電動作と発電動作が頻繁に切り替わる。したがって、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは移動体（例えば電気自動車）の駆動電源として用いた場合に特に有用である。なお、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを定置用電源として用いた場合でも、システムの充電動作と発電動作が頻繁に切り替わる運転形態はあり得るため、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを定置用電源として用いてもよい。
＜ガス拡散部の第１実施例＞
　本実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図５に示す。図５ではガスの流れを矢印で模式的に示している。本実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５によって構成されている。本実施例では、拡大室１５は、各端面がそれぞれガス流入口１３とガス流出口１４に連結しているチューブ形状の空間になっており、図５はガスの進行方向と平行な面における断面図である。
　拡大室１５の流路断面積（ガス流入口１３に流入するガスの進行方向に垂直な拡大室１５の断面の面積）は、ガス流入口１３の流路断面積（ガス流入口１３に流入するガスの進行方向に垂直なガス流入口１３の断面の面積）及びガス流出口１４の流路断面積（ガス流出口１４から流出するガスの進行方向に垂直なガス流出口１４の断面の面積）のそれぞれよりも大きい。
　このような流路断面積の差により、拡大室１５内のガス圧力は、第３の配管Ｐ３内及び第４の配管Ｐ４内のそれぞれのガス圧力より低くなり、拡大室１５内でガスは四方に分散、衝突して拡散が促進され、拡大室１５内の水素の濃度が均一に近づく（以下、この現象をガスの「拡散」という）。したがって、燃料電池システムが発電動作と充電動作を頻繁に切り替えた結果（図６Ａ参照）、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも（図６Ｂ参照）、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は緩やかになる（図６Ｃの実線参照）。尚、本実施例及び他の実施例の図面において、ガス流入口１３及びガス流出口１４の流路断面積はほぼ同一であるように記載しているが、これらの断面積は同一でもよいし、異なってもよい。例えば、ガス流出口１４の流路断面積の方を小さくすると、拡大室１５内のガス内圧が高まり、より拡散が促進されると考えられる。
＜ガス拡散部の第２及び第３実施例＞
　第２実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図７に示し、第３実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図８に示す。図７及び図８ではガスの流れを矢印で模式的に示している。第２及び第３実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５によって構成されている。第２実施例では、ガスの流入・流出方向が、拡大室１５の長手方向と平行であり、第３実施例では、ガスの流入・流出方向が、拡大室１５の短手方向と平行である。
　第２及び第３実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３をガス流入方向から正投影して得られる投影領域がガス流出口１４と重なり合わない点で第１実施例に係るガス拡散部８と相違し、それ以外は第１実施例に係るガス拡散部８と同一である。
　ガス流入口１３をガス流入方向から正投影して得られる投影領域がガス流出口１４と重なり合わないので、拡大室１５内でガスが第１実施例に比べてより一層拡散する。したがって、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は第１実施例に比べてより一層緩やかになる（図９Ｃの実線と、図６Ｃの実線とを比較参照）。
＜ガス拡散部の第４実施例＞
　本実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図１０に示す。図１０ではガスの流れを矢印で模式的に示している。本実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５と拡大室１５内部に設けられる仕切板１６によって構成されている。
　本実施例に係るガス拡散部８は、拡大室１５内部に仕切板１６が設けられる点で第２実施例に係るガス拡散部８と相違し、それ以外は第２実施例に係るガス拡散部８と同一である。
　拡大室１５内部に仕切板１６が設けられ、ガスの流路が長くなり、かつガスが拡大室１５の内壁に衝突・反射する回数が増えるので、拡大室１５内でガスが第２実施例に比べてより一層拡散し、拡大室１５内の濃度が均一に近づく。したがって、燃料電池システムが発電動作と充電動作を頻繁に切り替えた結果（図１１Ａ参照）、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも（図１１Ｂ参照）、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は第２、第３実施例に比べてより一層緩やかになる（図１１Ｃの実線と図９Ｃの実線を比較参照）。
＜ガス拡散部の第５実施例＞
　本実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図１２に示す。本実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５と拡大室１５内部に設けられるファン１７によって構成されている。図１２ではガスの流れを実線矢印で模式的に示し、ファン１７の回転方向を点線矢印で示している。なお、図１２ではファン１７の軸を支持する支持部の図示を省略している。
　本実施例に係るガス拡散部８は、拡大室１５内部にファン１７が設けられる点で第１実施例に係るガス拡散部８と相違し、それ以外は第１実施例に係るガス拡散部８と同一である。
　拡大室１５内部に設けられているファン１７の回転によって、拡大室１５内でガスが攪拌され、第１実施例に比べてより一層拡散する。したがって、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は、第２及び第３実施例と同様、第１実施例に比べてより一層緩やかになる（図９Ｃの実線と、図６Ｃの実線を比較参照）。
＜ガス拡散部の第６実施例＞
　本実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図１３に示す。図１３ではガスの流れを矢印で模式的に示している。本実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５と拡大室１５内部に設けられるヒーター１８によって構成されている。
　本実施例に係るガス拡散部８は、拡大室１５内部にヒーター１８が設けられる点で第１実施例に係るガス拡散部８と相違し、それ以外は第１実施例に係るガス拡散部８と同一である。
　拡大室１５内部に設けられているヒーター１８には、高温、低温の２種類の加熱部（夫々、１８ａ、１８ｂ）があり、拡大室１５内部を不均一に加熱する。これにより、拡大室１５内で局所的に高温高圧部１９が発生し、拡大室１５内でガスが第１実施例に比べてより一層拡散する。したがって、燃料電池システムが発電動作と充電動作を頻繁に切り替えた結果（図９Ａ参照）、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも（図９Ｂ参照）、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は第１実施例に比べてより一層緩やかになる（図９Ｃの実線と図６Ｃの実線を比較参照）。尚、本実施例では、ヒーター２８には高温、低温の２種類の加熱部１８ａ、１８ｂがあり拡大室１５の内面全体を加熱しているが、ヒーターが部分的に設けられ１種類の温度に加熱し、他の部分は加熱しない構成であってもよい。また、２種類の加熱部の高温、低温を周期的に入れ替える構成であってもよい。要するに、拡大室１５内部を不均一に加熱する構成であれば、本実施例の形態に限られない。
＜ガス拡散部の第７実施例＞
　本実施例に係るガス拡散部８の概略構成を図１４及び図１５に示す。本実施例に係るガス拡散部８は、ガス流入口１３及びガス流出口１４が設けられている拡大室１５とバルブ２０によって構成されている。バルブ２０は拡大室１５のガス流出側と燃料発生部材１（図１４及び図１５において不図示）のガス流入側との間に設けられる。図１４ではバルブ２０が閉じているときのガスの流れを矢印で模式的に示しており、図１５ではバルブ２０が開いているときのガスの流れを矢印で模式的に示している。
　本実施例に係るガス拡散部８は、拡大室１５のガス流出側と燃料発生部材１のガス流入側との間にバルブ２０が設けられる点で第１実施例に係るガス拡散部８と相違し、それ以外は第１実施例に係るガス拡散部８と同一である。
　ガス拡散中はバルブ２０を閉じるようにし（図１４参照）、拡散を終了させる場合はバルブ２０を開ける（図１５参照）。このようにバルブ２０を閉じることにより、拡大室１５内でガスが第１実施例に比べてより一層拡散する。したがって、燃料電池システムが発電動作と充電動作を頻繁に切り替えた結果（図９Ａ参照）、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されガス流入口１３に流入するガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも（図９Ｂ参照）、ガス流入口１４から流出して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化は第１実施例に比べてより一層緩やかになる（図９Ｃの実線と図６Ｃの実線を比較参照）。例えば、昇り下りの坂道が多い場所での自動車走行では、発電動作と充電動作が頻繁に切り替わるので、バルブ２０を閉じてガスを拡散させ燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化が緩やかになるようにし、平坦な道路を走行する場合は、バルブ２０を開放すればよい。なお、バルブ２０としては、例えば、開閉が電気信号によって制御される電磁弁、逃がし弁のように弁の上流と下流とで所定の圧力差が生じると自動的に開く弁などを挙げることができる。
＜第２実施形態＞
　本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図１６に示す。なお、図１６において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、燃料電池部２がチューブ形状になっており、チューブの内側にＨ2とＨ2Ｏを含むガスが流れる。なお、燃料極２Ｂの内側にチューブ形状の多孔質基材を設けて、チューブ形状体の強度を増してもよい。
　また、本実施形態では、ガス拡散部８が燃料電池部２及びヒーター４とともに容器６内に設けられており、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側とガス拡散部８のガス流入側とが配管を介さずに容器６内で接続されている。このように、ガス拡散部８を燃料電池部２と一緒に同一容器内に設けることにより、燃料電池システム全体の構成を簡素化することができる。なお、容器６には空気の流入出が可能な開口部２１が設けられ、ヒーター４は例えばメッシュ形状などのヒーターであって、開口部２１と空気極２Ｃの間の空気の流通を可能としている。
　第１実施形態において説明したガス拡散部８の各実施例は、本実施形態においても第１実施形態と同様に実施することができる。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムと同様に、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部８においてガスが拡散して燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化を緩やかにする（図４Ｃの実線参照）ことによって、上記の（２）式に示す還元反応と上記の（１）式に示す酸化反応が頻繁に切り替わることを防止している。これにより、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材１の耐久性を高くすることができる。
＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図１７に示す。なお、図１７において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、燃料電池部２がチューブ形状になっており、チューブの内側にＨ2とＨ2Ｏを含むガスが流れる。なお、燃料極２Ｂの内側にチューブ形状の多孔質基材を設けて、チューブ形状体の強度を増してもよい。チューブ形状の燃料電池部２が電気的に直列接続されかつチューブの内側の気密を保つようにスタック状に接続され、その燃料電池部２のスタックが電気的にかつ構造的に並列接続されたモジュール構成になっている。
　また、本実施形態では、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側とガス拡散部８のガス流入側とが配管を介さずに接続されている。このように複数の燃料電池部２に対して１つのガス拡散部８が接続されている。
　第１実施形態において説明したガス拡散部８の各実施例は、本実施形態においても第１実施形態と同様に実施することができる。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、他の実施形態に係る２次電池型燃料電池システムと同様に、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部８においてガスが拡散することにより燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化を緩やかにする（図４Ｃの実線参照）ことによって、上記の（２）式に示す還元反応と上記の（１）式に示す酸化反応が頻繁に切り替わることを防止している。これにより、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材１の耐久性を高くすることができる。更に、本実施形態では、複数の燃料電池部２の燃料極２Ｂから流出されたガスが、１つのガス拡散部８に流入している。通常、夫々の燃料電池部２内を流れるガスの流量や水素発生部材１の反応度合には差が生じ、その結果、それぞれの燃料極２Ｂから流出するガスの水素濃度に差が生じると考えられる。本実施形態のように、それぞれ濃度差があるガスを１つのガス拡散部８に流入させることで、ガス拡散部８内に流入したガス全体の水素濃度を均一化することができる。この構成によると、並列接続された各モジュール毎にガス拡散部８を設けるよりも、ガス拡散の効果が高く、水素濃度の変化が緩やかになる。また、燃料電池システム全体が簡素な構成となり、スペース上及び取り扱い上のメリットが大きくなる。
＜第４実施形態＞
　本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図１８に示す。なお、図１８において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
　また、本実施形態では、ガス拡散部８が燃料発生部材１及びヒーター３とともに容器５内に設けられており、ガス拡散部８のガス流出側と燃料発生部材１のガス流入側とが配管を介さずに容器５内で接続されている。このように燃料発生部材１とガス拡散部８とを同一容器内に設けることにより、システム全体の構成を簡素化することができる。
　第１実施形態において説明したガス拡散部８の各実施例は、本実施形態においても第１実施形態と同様に実施することができる。
　本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、他の実施形態に係る２次電池型燃料電池システムと同様に、燃料電池部２の燃料極２Ｂのガス流出側から排出されるガスの水素濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部８においてガスが拡散することにより燃料発生部材１に供給されるガスの水素濃度変化を緩やかにする（図４Ｃの実線参照）ことによって、上記の（２）式に示す還元反応と上記の（１）式に示す酸化反応が頻繁に切り替わることを防止している。これにより、燃料発生部材１が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材１の耐久性を高くすることができる。
＜その他＞
　ガス拡散部８の各実施例は、矛盾のない限り組み合わせて実施することができる。例えば、第１実施例と第２，３実施例は組み合わせることができないが、第１実施例と第４実施例は組み合わせることができる。例えば、第１実施例におけるガス流入口１３、ガス流出口１４の位置と、第４実施例における仕切板１６を組み合わせることができる。この場合、仕切板は、ガス流入方向に対して垂直になるよう互い違いに配置する。また、各実施例では、拡大室１５はチューブ状の形状としたが、直方体、立方体、楕円体など、他の形状であっても構わない。
　上述した各実施形態においては、燃料電池部２の電解質膜２Ａとして固体酸化物電解質を用いて、発電の際に燃料極２Ｂ側で水を発生させるようにする。この構成によれば、燃料発生部材１が設けられた側で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開２００９－９９４９１号公報に開示された燃料電池のように、燃料電池部２の電解質膜２Ａとして水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際に燃料電池部２の酸化剤極である空気極２Ｃ側で水が発生されることになるため、この水を燃料発生部材１に伝搬する流路を設ければよい。また、上述した各実施形態では、１つの燃料電池部２が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）が燃料発生部材１に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
　また、上述した各実施形態では、燃料電池部２の燃料ガスを水素にしているが、一酸化炭素や炭化水素など水素以外の還元性ガスを燃料電池部２の燃料ガスとして用いても構わない。
　また、上述した各実施形態では、酸化剤ガスに空気を用いているが、空気以外の酸化剤ガスを用いても構わない。
　以上説明した２次電池型燃料電池システムは、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部と、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記ガス流路上に設けられ、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを強制的に循環させる循環器と、前記ガス流路上であって、前記発電・電気分解部のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられるガス拡散部とを備える構成（第１の構成）である。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
　また、上記第１の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記ガス拡散部は、ガス流入口及びガス流出口が設けられている拡大室を備え、前記拡大室の流路断面積は前記ガス流入口の流路断面積及び前記ガス流出口の流路断面積のそれぞれよりも大きい構成（第２の構成）としてもよい。
　また、より一層のガス拡散を図る観点から、上記第２の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記拡大室の前記ガス流入口をガス流入方向から正投影して得られる投影領域が前記ガス流出口と重なり合わない構成（第３の構成）としてもよい。
　また、より一層のガス拡散を図る観点から、上記第３の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記拡大室は、内部にガス流路を長くするための仕切板を有する構成（第４の構成）としてもよい。
　また、より一層のガス拡散を図る観点から、上記第２または第３の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記ガス拡散部は、強制的にガスを攪拌するファンを備え、前記ファンは前記拡大室の内部に設けられる構成（第５の構成）としてもよい。
　また、より一層のガス拡散を図る観点から、上記第２から第５のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記ガス拡散部は、前記拡大室の内部を不均一に加熱するヒーターを備える構成（第６の構成）としてもよい。
　また、より一層のガス拡散を図る観点から、上記第２から第６のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記ガス拡散部は、バルブを備え、前記バルブは前記拡大室のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられ、閉じることにより前記拡大室のガスを拡散する構成（第７の構成）としてもよい。
　また、燃料電池システム全体の構成を簡素化する観点から、上記第１から第７のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部と前記ガス拡散部は、同一容器内で接続されている構成（第８の構成）としてもよい。
　また、ガス拡散の効果を高める観点および燃料電池システム全体の構成を簡素化する観点から、上記第８の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、複数の前記発電・電気分解部が並列に接続され、前記複数の発電・電気分解部と１つの前記ガス拡散部が接続されている構成（第９の構成）としてもよい。
　また、燃料電池システム全体の構成を簡素化する観点から、上記第１から第７のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記燃料発生部材と前記ガス拡散部は、同一容器内で接続されている構成（第１０の構成）としてもよい。
　また、上記第１から第１０のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記燃料発生部材は微粒子で形成され、前記微粒子は、前記化学反応により燃料ガスを発生し、前記逆反応により再生可能な金属を母材とする構成（第１１の構成）としてもよい。
　以上述べた２次電池型燃料電池システムによると、システムの発電動作と充電動作とが頻繁に切り替わり、発電・電気分解部から出力されるガスの燃料ガス濃度が頻繁に変化した場合でも、ガス拡散部においてガスが拡散することで、燃料発生部材に供給されるガスの燃料ガス濃度変化が緩やかになり、燃料発生部材での燃料ガスを発生する化学反応とその逆反応とが頻繁に切り替わらなくなる。これにより、燃料発生部材が頻繁に膨張と収縮を繰り返すことを防止することができ、燃料発生部材の耐久性を高くすることができる。
　　　１　燃料発生部材
　　　２　燃料電池部
　　　２Ａ　電解質膜
　　　２Ｂ　燃料極
　　　２Ｃ　空気極２Ｃ
　　　３、４、１８　ヒーター
　　　５、６　容器
　　　７　ポンプ
　　　８　ガス拡散部
　　　９　システムコントローラ
　　　１０　ペレット
　　　１１、１６　仕切板
　　　１２　成型体
　　　１３　ガス流入口
　　　１４　ガス流出口
　　　１５　拡大室
　　　１７　ファン
　　　１９　高温高圧部
　　　２０　バルブ
　　　２１　開口部
　　　Ｐ１～Ｐ４　第１～第４の配管

Claims (11)

  1. 　化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
    　前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部と、
    　前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、
    　前記ガス流路上に設けられ、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを強制的に循環させる循環器と、
    　前記ガス流路上であって、前記発電・電気分解部のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられるガス拡散部と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。
  2. 　前記ガス拡散部は、ガス流入口及びガス流出口が設けられている拡大室を備え、
    　前記拡大室の流路断面積は前記ガス流入口の流路断面積及び前記ガス流出口の流路断面積のそれぞれよりも大きい請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
  3. 　前記拡大室の前記ガス流入口をガス流入方向から正投影して得られる投影領域が前記ガス流出口と重なり合わない請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
  4. 　前記拡大室は、内部にガス流路を長くするための仕切板を有する請求項２または請求項３に記載の２次電池型燃料電池システム。
  5. 　前記ガス拡散部は、強制的にガスを攪拌するファンを備え、
    　前記ファンは前記拡大室の内部に設けられる請求項２または請求項３に記載の２次電池型燃料電池システム。
  6. 　前記ガス拡散部は、前記拡大室の内部を不均一に加熱するヒーターを備える請求項２から５のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池システム。
  7. 　前記ガス拡散部は、バルブを備え、
    　前記バルブは前記拡大室のガス流出側と前記燃料発生部材のガス流入側との間に設けられ、閉じることにより前記拡大室内のガスを拡散する請求項２から６のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池システム。
  8. 　前記発電・電気分解部と前記ガス拡散部は、同一容器内で接続されている請求項１から７のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池システム。
  9. 　複数の前記発電・電気分解部が並列に接続され、前記複数の発電・電気分解部と１つの前記ガス拡散部が接続されている請求項８に記載の２次電池型燃料電池システム。
  10. 　前記燃料発生部材と前記ガス拡散部は、同一容器内で接続されている請求項１から７のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池システム。
  11. 　前記燃料発生部材は微粒子で形成され、
    　前記微粒子は、前記化学反応により燃料ガスを発生し、前記逆反応により再生可能な金属を母材とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池システム。
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