JP2004288638A - 電気化学発電 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池を作動する装置は、アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池を備える。外部電源回路は、アノードとカソードとを接続する。燃料をアノードに供給する第1のサプライヤーと、逆電流チャージングを間欠的に供給するコントローラと;を備える。
【選択図】 図2
Description
膜電極アセンブリ(MEA)は作製若しくは商用源から購入した。MEAは16cm2のアクティブ領域を有する単一セルでテストした。実験は1Mメタノール溶液及び圧縮空気を用いた行った。逆電流は典型的には負荷電流と同じだった。逆電流チャージングの継続時間は数秒から数分の範囲だった。チャージング中、セル電圧は開放回路電圧より大きく、カソードは酸化状態でありアノードは還元状態だった。
この例は、本発明に従って準備した燃料電池の前処理を介してパフォーマンス(性能)の改善を証明している。図3に証明したように、逆電流を軽めにMEAに付与した後は、前処理後のMEAのパフォーマンスは、短時間逆電流チャージング前処理(図3にける曲線(b))の前のパフォーマンスと比べて大きく改善した。
本実施例は、周期的な逆電流チャージングの効果として、長期間での燃料電池パフォーマンスの低下を緩やかにすることを実証するものである。燃料電池は通常、例えば、定電流モードで一定負荷の下で作動する。このモードでの長期間作動によって、セルの出力電圧は低下する。この例では、燃料電池作動は周期的に手動で中断し、逆電流チャージングパルスを印加する。作動システムでは、これらの機能を図1のシステム、すなわち、スイッチ147が回路180及び制御ボックス190を介して位置145と146との間で周期的にスイッチされることによって備える。
この実施例は、セルの反転(逆転)を行った後、燃料電池パフォーマンスの回復を示すものである。燃料電池の長期間作動中に、大きなセルスタックに含まれている一又は二以上のセルの出力電圧について逆にすることが可能である。これが生じるときは、セル出力電圧は負となる。すなわち、セルの反転中に、アノードはカソードよりも高い正(電位)となる。反転についての一の共通の起因は反応物の枯渇である。セルの反転はアノード又はカソードのいずれかにおいて反応物の枯渇によって生じ得るが、アノード燃料を制限するときに最大の問題が生じる。例えば、アノード内に燃料がないと、カーボン腐食が生じ、アノード触媒は過度の酸化によってダメージを受け得る。しかしながら、本発明による電流逆(反転)手順を用いると、セルは回復し得る。
本実施例は、逆電流チャージングを増大する空気流量に結合することを示す。図5は、カソード側の空気流量の増加と共に逆電流チャージングを用いた燃料電池電圧の改善を示している。
110 DMFC
130 カソード
140 出力処理回路
145 ターミナル
150 エネルギー蓄積ユニット
160 出力処理回路
170 負荷回路
180 出力処理回路
190 制御ボックス
200 外部回路
Claims (63)
- アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池を用いて電気化学的発電を行う方法であって:
燃料を前記アノードに供給する段階と;
酸化剤を前記カソードに供給する段階と;
逆電流チャージングを前記燃料電池に間欠的に供給する段階と;を備えた方法。 - さらに、前記の燃料電池の作動状態をモニターすることを含む請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記燃料電池の作動状態をモニターすることが前記燃料電池のパフォーマンスの低下を示すときは、前記逆電流チャージングが生じる請求項2に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の燃料電池の作動状態をモニターすることが前記燃料電池の電圧をモニターすることを含む請求項2に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の逆電流チャージングを間欠的に供給する段階が前記燃料電池が受ける逆電流チャージ量を制御する請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の逆電流チャージングを間欠的に供給する段階が逆電流パルスの所定数と各逆電流パルスの経過時間とを選択することを含む請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- モニターされた燃料電池作動条件に対応して、前記の逆電流パルスの所定数と各逆電流パルスの経過時間とを選択して、前記燃料電池の作動条件をモニターすることを含む請求項6に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の逆電流チャージングを間欠的に供給する段階が、前記のモニターされた燃料電池パフォーマンスが低下するときに前記燃料電池が受けるチャージ(電荷)量を増大する請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の逆電流チャージングを間欠的に供給する段階が、前記のモニターされた燃料電池パフォーマンスが改善するときに前記燃料電池が受けるチャージ(電荷)量を低下する請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の酸素を前記カソードに供給する段階が、空気流を介して行われる請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の逆電流チャージングを間欠的に供給する段階がさらに、酸化剤を前記カソードに供給するときに、空気流量を増大することを含む請求項10に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記の酸化剤を前記カソードに供給する段階が、液体を介して行われる請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記酸化剤が空気からの酸素ガスである請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記酸化剤が塩素酸カリウムを分解することによって得られる酸素である請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記酸化剤が塩素酸ナトリウムを分解することによって得られる酸素である請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- 前記酸化剤が過酸化水素を分解することによって得られる酸素である請求項1に記載の電気化学的発電を行う方法。
- アノードと電解質とカソードとを備え、前記アノード及びカソードを接続する外部電源回路を有する燃料電池を前処理する方法であって:
メタノールを前記アノードに供給する段階と;
酸化剤を前記カソードに供給する段階と;
前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを前記燃料電池に間欠的に供給する段階と;を備えた方法。 - アノードと電解質とカソードとを備え、前記アノード及びカソードを接続する外部電源回路を有する燃料電池であって、前記燃料電池が反転状態のときに燃料電池のパフォーマンスを回復させる方法であって:
燃料を前記アノードに供給する段階と;
酸化剤を前記カソードに供給する段階と;
前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを前記燃料電池に間欠的に供給する段階と;を備えた方法。 - 燃料電池を有するシステムを作動する方法であって、前記燃料電池はアノードと電解質とカソードとを備え、前記アノード及びカソードを接続する外部電源回路と、前記アノード及びカソードを接続する外部負荷回路とを備えたところの方法において:
前記燃料電池を作動して電力を供給する段階と;
前記システムの作動条件をモニターする段階と;
モニターされたシステム作動条件に基づいて、前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを前記燃料電池に間欠的に供給する段階と;を備えた方法。 - 前記の燃料電池を作動して電力を供給する段階が、さらに外部負荷回路に電力を供給する前記外部電源回路に電力を供給する請求項19に記載の方法。
- 前記のシステムの作動条件をモニターする段階が、前記燃料電池のパフォーマンスをモニターすることを含む請求項19に記載の方法。
- 前記のシステムの作動条件をモニターする段階が、前記燃料電池の作動条件をモニターすることを含む請求項19に記載の方法。
- 前記のシステムの作動条件をモニターする段階が、前記外部電源回路の作動条件をモニターすることを含む請求項19に記載の方法。
- 前記のシステムの作動条件をモニターする段階が、前記外部電源回路の作動条件をモニターすることを含む請求項19に記載の方法。
- 逆電流チャージングを前記燃料電池に選択的に供給するときに、前記外部電源回路が前記負荷回路に電力を供給する請求項19に記載の方法。
- アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池と、
前記アノードとカソードとを接続する外部電源回路と、
燃料を前記アノードに供給する第1のサプライヤーと、
酸化剤を前記カソードに供給する第2のサプライヤーと、
前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを間欠的に供給するコントローラと、を備えた燃料電池作動装置。 - 前記燃料電池はカーボン母体の燃料を消費する請求項26に記載の装置。
- 前記のカーボン母体の燃料電池は直接型メタノール燃料電池(DMFC)である請求項27に記載の装置。
- 前記燃料電池は水素燃料電池である請求項26に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として純水素を用いる請求項29に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として一酸化炭素で汚染された水素を用いる請求項29に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記燃料電池のパフォーマンス及び作動状態をモニターするように構成され配置されている請求項26に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記外部負荷回路電流をモニターするように構成され配置されている請求項26に記載の装置。
- 前記第2のサプライヤーは空気流を介して酸化剤を前記カソードに供給する請求項26に記載の装置。
- 前記第2のサプライヤーは液体を介して酸化剤を前記カソードに供給する請求項26に記載の装置。
- 前記酸化剤は空気からの酸素ガスである請求項26に記載の装置。
- 前記酸化剤が塩素酸カリウムを分解することによって得られる酸素である請求項26に記載の装置。
- 前記酸化剤が塩素酸ナトリウムを分解することによって得られる酸素である請求項26に記載の装置。
- 前記酸化剤が過酸化水素を分解することによって得られる酸素である請求項26に記載の装置。
- アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池と、
前記アノードとカソードとを接続する外部電源回路と、
燃料を前記アノードに供給する第1のサプライヤーと、
酸化剤を前記カソードに供給する第2のサプライヤーと、
前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを燃料電池に供給するコントローラと、を備えた燃料電池を前処理する装置。 - 前記燃料電池はカーボン母体の燃料を消費する請求項40に記載の装置。
- 前記のカーボン母体の燃料電池は直接型メタノール燃料電池(DMFC)である請求項41に記載の装置。
- 前記燃料電池は水素燃料電池である請求項40に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として純水素を用いる請求項43に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として一酸化炭素で汚染された水素を用いる請求項43に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記燃料電池のパフォーマンス及び作動状態をモニターするように構成され配置されている請求項40に記載の装置。
- 前記第2のサプライヤーは空気流を介して酸化剤を前記カソードに供給する請求項40に記載の装置。
- 前記第2のサプライヤーは液体を介して酸化剤を前記カソードに供給する請求項40に記載の装置。
- 前記酸化剤は空気からの酸素ガスである請求項40に記載の装置。
- 前記酸化剤が塩素酸カリウムを分解することによって得られる酸素である請求項40に記載の装置。
- 前記酸化剤が塩素酸ナトリウムを分解することによって得られる酸素である請求項40に記載の装置。
- 前記酸化剤が過酸化水素を分解することによって得られる酸素である請求項40に記載の装置。
- アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池と、
前記アノードとカソードとを接続する外部電源回路と、
燃料を前記アノードに供給する第1のサプライヤーと、
酸化剤を前記カソードに供給する第2のサプライヤーと、
前記外部電源回路を介して逆電流チャージングを燃料電池に供給するコントローラと、を備えた反転して燃料電池を作動する装置。 - 前記燃料電池はカーボン母体の燃料を消費する請求項52に記載の装置。
- 前記のカーボン母体の燃料電池は直接型メタノール燃料電池(DMFC)である請求項53に記載の装置。
- 前記燃料電池は水素燃料電池である請求項52に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として純水素を用いる請求項56に記載の装置。
- 前記水素燃料電池は燃料として一酸化炭素で汚染された水素を用いる請求項56に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記燃料電池のパフォーマンス及び作動状態をモニターするように構成され配置されている請求項52に記載の装置。
- アノードと電解質とカソードとを有する燃料電池であって、電気を生成する燃料電池と、
前記アノードとカソードとを接続する外部電源回路と、
前記アノード及びカソードに接続される外部負荷回路と、
逆電流チャージングを燃料電池に供給するために前記外部電源回路を制御するコントローラと、を備えた燃料を電気に変換する電力装置。 - 前記燃料電池はカーボン母体の燃料を消費する請求項60に記載の装置。
- 前記のカーボン母体の燃料電池は直接型メタノール燃料電池(DMFC)である請求項61に記載の装置。
- 前記燃料電池は水素燃料電池である請求項60に記載の装置。
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