JP2000054173A - 水電解蓄電池 - Google Patents

水電解蓄電池

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JP2000054173A
JP2000054173A JP10223950A JP22395098A JP2000054173A JP 2000054173 A JP2000054173 A JP 2000054173A JP 10223950 A JP10223950 A JP 10223950A JP 22395098 A JP22395098 A JP 22395098A JP 2000054173 A JP2000054173 A JP 2000054173A
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Japan
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water
hydrogen
fuel cell
hot water
electrolysis
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JP10223950A
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Junji Niikura
順二 新倉
Nobuhisa Ito
信久 伊藤
Jiro Suzuki
次郎 鈴木
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL 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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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽光発電の電力を二次電池を用いて貯蔵す
る場合、重金属の使用による環境問題や、メンテナンス
の課題があった。一方、水の電気分解により水素として
エネルギーを貯蔵する場合、電解槽を高効率で稼働させ
るためには温度を上げる必要があり、さらに得られた水
素を水素吸蔵合金を用いたタンクに貯蔵した場合、円滑
な水素放出を行うために熱源を確保する必要があった。 【解決手段】 燃料電池からの温水で水電解槽の温度を
上げて、効率良く水素を生成して貯蔵し、必要に応じて
前記水素を用いて燃料電池により発電させる。また燃料
電池からの温水を利用して水素吸蔵合金を用いた水素貯
蔵タンクからの水素の迅速な放出を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電装置か
らの電力で水を電気分解し、生成した水素を貯蔵し、電
力が必要な際には、この水素を燃料電池に供給すること
で電力を発生させる水電解蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽光発電に関しては、数kW出力の一
戸建用システムが商用化され広く利用されつつある状態
にあり、曇天時、夜間に備えて二次電池に電力貯蔵する
システムも実用化されている。他方、水電解により水素
を生成させる技術は、固体高分子電解質膜を用いた水電
解技術の登場以降、太陽エネルギー等の再生可能エネル
ギーを水素に変換する手段の一つとして注目されてい
る。また、前記のようにして得られた水素を貯蔵し、必
要時にはこれを燃料として燃料電池に供給し、電力に再
変換することも考えられている。
【0003】固体高分子電解質膜を使用した水電解につ
いては、純水での電気分解が可能なうえ、負極側、正極
からはそれぞれ水蒸気を含むだけのクリーンな水素、酸
素が得られ、電解液の保守等の必要がない、ガス圧力を
上げやすい等の多くの利点がある。燃料電池に関しては
種々のタイプがあるが、同じく固体高分子電解質膜を用
いた燃料電池が室温程度からの動作が可能であること、
純水素を燃料として使用する場合にはその利用率が10
0%であること等から、水電解との組み合わせに適して
いる。
【0004】水電解槽の基本構造は、水素イオンを選択
的に輸送する高分子電解質膜の両面に電極層を形成し、
電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材や
ガスケットを配置しており、必要に応じて数10気圧の
内圧に耐える構造も可能である。水の電解に関しては理
論電解電圧以上の電圧を印加しないと、実用レベルの電
解電流密度での電解(すなわちガス生成)を行うことが
できない。水電解の場合、電流効率は98%前後と高い
ため、電解効率の大部分を支配するのは実際に印加した
電解電圧と理論電解電圧の比となる。このため電解電圧
は可能な限り小さい方が望ましい。ところで水の電解も
一種の化学反応であり、電解過電圧は温度を上げた方が
低くなることが知られている。そこで現在は実用レベル
での電解電流密度と電解効率を得るため、80℃前後の
温度、電解電流密度0.5〜2A/cm2、電解電圧
1.5V〜2.5Vといった条件下での電解が行われて
いる。
【0005】一方、水素の貯蔵技術に関しては、加圧圧
縮や液化以外に、水素吸蔵合金に吸蔵させる技術が知ら
れている。水素吸蔵合金は貯蔵タンクの容積が小さくな
る、安全性が高まる等の利点が多いが、水素放出時に吸
熱を伴うため、外部から熱を加えないと円滑な水素放出
を行い難い側面がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】太陽エネルギーを変換
して得た電力を貯蔵する際の課題としては、通常の二次
電池は、充分性能を発揮する充放電サイクル数が、千数
百サイクルと限られており、またメンテナンスを必要と
する場合が多いことが挙げられる。また、二次電池にか
かる設備コストは電力の貯蔵規模に比例するため規模が
大きい場合には割高となるほか、活物質として重金属類
を使用しているため環境面からも問題がある。
【0007】一方、太陽光発電で得た電力を用いて水電
解を行う場合、前述のように電解槽の運転温度がある程
度高くないと効率が悪いため、電解槽の温度を何らかの
手段で上げる必要がある。また、得られた水素の貯蔵に
関しては水素吸蔵合金に吸蔵する方法は利点も多いが、
円滑な水素放出を確実に行うためには熱源を確保する必
要があった。こうした目的のためのみに熱源を設置する
ことは経済性の観点から好ましくなく、実用上の課題と
なっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明の水電解蓄電池は、水電解槽と、太陽光発電
装置と、水素貯蔵装置と、燃料電池とを具備し、前記燃
料電池で生成した温水を前記水電解槽に供給し、前記温
水により前記水電解槽の温度を調整して水電解を行い、
前記水電解により得た水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵
し、前記水素を前記燃料電池に供給して電力を得ること
を特徴とする。
【0009】このとき、水電解で得た水素を水素吸蔵合
金に吸蔵し、電力を必要とするときは、燃料電池から得
た温水で水素吸蔵合金を加熱することで前記水素を放出
させ、前記水素を前記燃料電池に供給することが有用で
ある。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、水電解槽、太陽光発電
装置および燃料電池を具備し、前記燃料電池で生成した
温水を前記水電解槽に供給して水電解槽の温度を調整
し、水電解を行うことで前記の課題を解決する。また、
水電解で得られた水素を貯蔵し必要時には燃料電池によ
りこれを電力に変換する。水素を水素貯蔵合金に蓄える
場合には、燃料電池からの温水を用いて水素を放出さ
せ、燃料電池に円滑に供給し電力に変換する。
【0011】即ち本発明の水電解装置は、燃料電池から
供給される温水により電解槽の温度を適度に保つもの
で、水電解開始初期や定格以下での電解時などの電解槽
温度が低い状態では前記温水により電解槽が昇温され、
電解槽は効率的に電解を行うことが可能となる。なお、
水電解の電力は主には太陽光発電装置から供給を受け
る。
【0012】また、水素を水素吸蔵合金タンクに貯蔵し
て利用する場合、前記燃料電池からの温水を利用するこ
とで迅速な水素放出が可能となる。
【0013】また、本発明は主に太陽光発電装置からの
電力を用いて水電解を行い、生成した水素を貯蔵し、必
要に応じて燃料電池に水素を供給して発電させる水電解
蓄電池に関するものであるから、水電解装置はどのよう
な方式を問わず適用可能である。しかし以下では、気液
分離、電解液保守等の技術およびメンテナンスの面から
考えて、最も現実性が高い固体高分子電解質を用いた水
電解装置について、本発明の実施形態を図面を参照しな
がら説明する。
【0014】
【実施例】(実施例1)本実施例で作製した水電解蓄電
池の概要を図1に示した。
【0015】本例では、太陽電池パネル2からなる太陽
光発電装置で発生し電力を電力線3により、水電解槽1
に直接供給できる構成とした。燃料電池4で生成した温
水を、配管10を通じて水電解槽1を包むウォータージ
ャケット5に供給し、さらに貯湯タンク6に貯める。水
電解槽内部には電解によって消費する少量の水を、イオ
ン交換樹脂カラム7を介して前記温水から供給する構造
として、電解により発生する水素を配管により水封式の
水素貯蔵タンク8に送る。もう一方の発生ガスである酸
素は本例では大気中に放出する構造とした。
【0016】本実施例の水電解蓄電池は、燃料電池とし
ては都市ガスを改質して燃料として、常時動作している
固体高分子電解質型を用いた。燃料電池からの温水は約
75℃の温度であり、水電解槽の温度は同程度にまで上
昇する。太陽電池パネルで発電が開始すると、水電解槽
の温度が保たれているため、高い効率で水電解を行うこ
とができる。ウォータージャケットを経た温水は電解槽
で発生する熱により、入り口温度よりも上昇し、より高
質な温水を得ることができる。
【0017】水素貯蔵タンク8に貯蔵した水素は、電力
需要が大きくなった時、水素配管9を通じて燃料電池に
送り、燃料電池で発電することで電力に変換する。
【0018】本実施例では、太陽光発電装置を水電解用
としているため、電力は電力制御系を介せず直接電解槽
に供給するが、両者の間に電力制御系を入れて効率の改
善を図ることもできる。また燃料電池は固体高分子電解
質型を用いたが、これは他のタイプ、たとえばリン酸型
燃料電池等を用いることもできる。電解により発生した
水素は他の方式の水素貯蔵タンク、例えば水素吸蔵合金
を用いた水素貯蔵タンクであっても良く、ウォータージ
ャケットに供給する温水を燃料電池から直接供給せず、
貯湯槽から供給することもできる。
【0019】(実施例2)本実施例の水電解蓄電池の構
成を図2に示した。本実施例では、水電解で得た水素を
水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵タンク12貯蔵に貯蔵す
る。水素貯蔵タンクは、その内部に燃料電池から直接得
た温水、あるいは燃料電池から得た貯湯槽6’に貯めて
いた温水を用いて、水素貯蔵合金を加熱するための熱交
換器13を具備した。水素貯蔵タンク以外の装置の動作
は実施例1と同様であり、燃料電池から得た温水が電解
槽温度を高く保持し、常に効率的な水電解を行うことを
可能とした。
【0020】電力が必要な場合には、温水を燃料電池か
ら直接、あるいは貯湯槽から熱交換器13に供給して、
水素吸蔵合金に水素放出熱を補充する熱を与え、円滑な
水素放出を可能にし、この水素を燃料として燃料電池で
発電を行う。
【0021】この装置により、太陽光エネルギーを効率
的にかつ長時間貯蔵することができ、必要に応じて電力
として利用することが可能になる。本実施例の水電解蓄
電池は、二次電池を用いる場合に問題となる重金属の使
用も低減することができる。さらに、寿命に関しても主
な構成要素、例えば水素吸蔵合金や燃料電池の寿命は二
次電池を凌ぎ、長期の使用を考慮した場合の経済性は二
次電池にまさる。
【0022】本実施例では、水電解の電源として太陽光
発電からの電力を用いていたが、これは太陽光発電から
の電力と並行して、あるいは時間的に切り替える方式に
よって他の電源、例えば割安な夜間電力や燃料電池から
の電力を用いても良い。
【0023】
【発明の効果】本発明によると、燃料電池から得る温水
により、電解槽温度を高く保持し、水電解を効率よく行
うことができる。また水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵タ
ンクを備え、燃料電池から得た温水を利用することで、
コンパクトで実用性の高い水素貯蔵とその利用が行え、
装置全体が長寿命で、低環境負荷な水電解蓄電として機
能する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の水電解装置の構成図
【図2】本発明の第2の実施例の水電解装置の構成図
【符号の説明】
1 水電解槽 2 太陽電池パネル 3 電力線 4 燃料電池 5 ウォータージャケット 6 貯湯タンク 7 イオン交換カラム 8 水封式水素貯蔵タンク 9 水素配管 10 温水配管 11 電力 12 水素吸蔵合金を用いた貯蔵タンク 13 熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 次郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K021 AA01 BA01 BC05 CA04 DC03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水電解槽と、太陽光発電装置と、水素貯
    蔵装置と、燃料電池とを具備し、前記燃料電池で生成し
    た温水を前記水電解槽に供給し、前記温水により前記水
    電解槽の温度を調整して水電解を行い、前記水電解によ
    り得た水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵し、前記水素を前
    記燃料電池に供給して電力を得ることを特徴とする水電
    解蓄電池。
  2. 【請求項2】 水電解で得た水素を水素吸蔵合金に吸蔵
    し、電力を必要とするときは、燃料電池から得た温水で
    水素吸蔵合金を加熱することで前記水素を放出させ、前
    記水素を前記燃料電池に供給することを特徴とする請求
    項1記載の水電解蓄電池。
JP10223950A 1998-08-07 1998-08-07 水電解蓄電池 Pending JP2000054173A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135630A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Ebara Ballard Corp 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2009070585A (ja) * 2007-09-10 2009-04-02 Nippon Oil Corp 水蒸気発生器及び燃料電池システムの運転方法
JPWO2012147157A1 (ja) * 2011-04-26 2014-07-28 株式会社日立製作所 エネルギ貯蔵供給装置
CN104404564A (zh) * 2014-11-28 2015-03-11 吴兆流 太阳能氢气热水联供***
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CN105112947A (zh) * 2015-09-14 2015-12-02 攀枝花学院 利用太阳能发电进行直流电解的装置

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