JP4872206B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
請求項1に記載の発明は、電解質層及び当該電解質層の両側に設けられる電極層を備える電解質・電極構造体と、セパレータとを積層した積層体を備え、過酸化水素分解性能を有するイオンが電解質・電極構造体へと供給されることを特徴とする、燃料電池システムにより、上記課題を解決する。
上記スタック12において、アノード流入ライン11から供給される水素は、反応ガス供給路120e、120e、…及びアノード拡散層12eを介してアノード電極層12dへと供給される一方、上記カソード流入ライン13から供給される空気は、反応ガス供給路120a、120a、…及びカソード拡散層12aを介してカソード電極層12bへと供給されている。
このように構成されるイオン添加手段91によれば、溶離液を用いて配管91d内のコーティング層からCe3+を溶出させることも可能になるほか、重力の影響等により溶離液が重力方向下方に偏在した場合であっても、当該部位のCeコート層は厚く形成されているので、効果的にCe3+を溶出させ得るイオン添加手段91とすることが可能になる。したがって、かかるイオン添加手段91を備える燃料電池システムによっても、燃料電池の耐久性を向上させることが可能になる。
本発明にかかるイオン添加手段のさらに他の形態例を、図5に概略的に示す。
イオン添加手段92がこのように構成されていれば、取替え可能なコート部材92dを流入ラインの外部に配置しつつ、Ce3+を含有する溶離液を流入ライン中へと噴射することで、当該流入ラインを介してCe3+をMEA125へと供給することが可能になる。したがって、かかるイオン添加手段92を備えることで、耐久性を向上させ得る燃料電池システムのメンテナンス性を向上させることが可能になる。
さらに、本発明にかかるイオン添加手段の他の形態例としては、Ce3+を含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段と、当該イオン含有液体貯蔵手段内の液体に気体を供給すべき第1の供給配管と、イオン含有液体から飛散した液体等を流入ラインへと供給すべき第2の供給配管とを備える、バブラ形態のイオン添加手段等を挙げることもできる。かかる形態のイオン添加手段では、上記第1の供給配管及び第2の供給配管が導入手段として機能するため、このような形態であっても、Ce3+含有液体をMEA125へと供給することが可能なイオン添加手段とすることができる。
さらに、送液ポンプを備えるイオン添加手段の説明では、制御手段を備える形態について記述したが、本発明にかかる送液ポンプを備えるイオン添加手段は、制御手段を備える形態に限定されるものではなく、制御手段を備えない形態であっても良い。本発明にかかるイオン添加手段が制御手段を備える場合、送液される溶離液又はイオン含有液体の、当該制御手段による制御方法は特に限定されるものではない。制御方法の具体例としては、燃料電池システムの停止時に送液する方法、燃料電池システムの電圧低下時に送液する方法、又は、燃料電池の運転モードと電解質膜の劣化挙動との関係を予め調査しておき、実際の運転モードと当該調査結果とから送液すべきタイミングを判断したうえで上記溶離液又はイオン含有液体を送液する方法等を挙げることができる。
本発明の燃料電池システムに、セパレータ120Bが備えられていても、入口マニホールド81から供給される酸及び/又は溶離液を用いて、セパレータ120Bの反応ガス流路120a(120e)表面に備えられているイオン添加手段(Ce表面コート)からCe3+を溶出させることが可能になるので、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
本発明の燃料電池システムが当該形態のセパレータ120Cを備えていても、反応ガス流路120a(120e)の表面に備えられたイオン添加手段(Ce表面コート)から溶出したCe3+によってMEA125内の過酸化水素を分解することが可能になるので、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
このように、上記形態にかかるセパレータ120B、120Cでは、コート材料の導電性の有無に応じて、反応ガス流路に施すコート部位を、溝部、側壁部、及び凸部の中から適宜選択することができる。
なお、上記説明では、Ceコートが施されている配管・部位に電解質膜12cから溶出した酸や流入ラインへと供給される溶離液を用いてCe3+を溶出させるイオン添加手段について記述したが、当該配管・部位に例えば純水を供給することでCe3+を溶出させることも可能であると考えられる。しかし、純水を供給することによって得られるCe3+のみでは、電解質膜の劣化を効果的に抑制することは難しい。そこで、電解質膜の劣化を効果的に抑制するという観点から、本発明にかかる燃料電池システムが過酸化水素分解性能を有するイオンを生じさせ得る配管・部位を備える場合には、電解質膜12cから溶出した酸及び/又は溶離液を用いてCe3+を溶出させることが好ましい。
12 FCスタック
12b 電極層(カソード)
12c 電解質層(電解質膜)
12d 電極層(アノード)
13 カソード流入ライン(非循環系)
14 カソード排出ライン
21 アノード流入ライン(非循環系)
24 アノード排出ライン
23 カソード流入ライン(循環系)
84、85 イオン添加手段(Ce表面コート)
90、91、92、93、94 イオン添加手段
91a、91b、91c、91e イオン溶出促進手段(溶離剤添加手段)
92a、92b、92c、92e イオン溶出促進手段(溶離剤添加手段)
93a、93b、93f イオン溶出促進手段(溶離剤添加手段)
94a イオン含有液体貯蔵手段
94b、94c 導入手段
94e 制御手段(導入手段)
100、200、300、400、500、600 燃料電池システム
120、120A、120B、120C セパレータ
125 電解質・電極構造体(MEA)
Claims (10)
- 電解質層及び該電解質層の両側に設けられる電極層を備える電解質・電極構造体と、セパレータとを積層した積層体を備え、
過酸化水素分解性能を有するイオンが前記電解質・電極構造体へと供給されることを特徴とする、燃料電池システム。 - 前記イオンは、前記電解質・電極構造体へと供給される物質により、該電解質・電極構造体へと運ばれ、
前記電解質・電極構造体へと供給される前記物質を流通及び/又は貯蔵すべき流入ラインと、前記電解質・電極構造体へと供給される前記物質に前記イオンを添加すべきイオン添加手段とを備え、
該イオン添加手段は、前記流入ライン及び/又は前記セパレータに備えられていることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記イオン添加手段は、前記イオンを溶出させる単体及び/又は化合物と、該単体及び/又は化合物から溶出される前記イオンの溶出を促進するイオン溶出促進手段とを備えることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記イオン溶出促進手段は、前記イオンを溶出させる溶離剤を添加する溶離剤添加手段であることを特徴とする、請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記単体及び/又は化合物が、交換可能に配置されていることを特徴とする、請求項3又は4に記載の燃料電池システム。
- 前記単体及び/又は化合物は、水平方向に伸びるとともに前記流入ラインの一部を構成する配管の内周面に備えられており、
前記配管の重力方向下半分の部位に備えられている前記単体及び/又は化合物の単位面積当たりの量は、前記配管の重力方向上半分の部位に備えられている前記単体及び/又は化合物の単位面積当たりの量よりも多いことを特徴とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記単体及び/又は化合物の表面の少なくとも一部に、吸湿性材料が配設されていることを特徴とする、請求項3〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記イオン添加手段は、前記化合物と前記溶離剤添加手段とを備え、
前記化合物は金属酸化物であるとともに、前記溶離剤添加手段から添加される溶離剤は酸性を示すことを特徴とする、請求項4〜7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記イオン添加手段は、前記イオンを含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段と、該イオン含有液体貯蔵手段内の液体を前記流入ライン及び/又は前記セパレータへと導入すべき導入手段とを備えることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記導入手段は、前記流入ライン及び/又は前記セパレータへと導入される、前記イオンを含有する液体の導入形態を制御する、制御手段を備えることを特徴とする、請求項9に記載の燃料電池システム。
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