JPS61243663A - リン酸電解質型燃料電池の再生法 - Google Patents
リン酸電解質型燃料電池の再生法Info
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- JPS61243663A JPS61243663A JP60082401A JP8240185A JPS61243663A JP S61243663 A JPS61243663 A JP S61243663A JP 60082401 A JP60082401 A JP 60082401A JP 8240185 A JP8240185 A JP 8240185A JP S61243663 A JPS61243663 A JP S61243663A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はリン酸を電解質とする燃料電池に係り、かかる
燃料電池の再生法に関する。
燃料電池の再生法に関する。
リン酸を電解質とするいわゆるリン酸型燃料串：池は、
一対のガス拡散電極（燃料極及び空気極）の間に、電解
質であるリン酸を保持したマトリックスを配し、それぞ
れの電極のマトリックスとは反対側に、来電とガス分Ｍ
′ｌｔ行うためのセパレータを配置して構成される単位
電池を多数積層して成る。電解質保持マトリックスは、
たとえば炭化ケイ素粒子の多孔質成型体によシ構成さ九
る。
一対のガス拡散電極（燃料極及び空気極）の間に、電解
質であるリン酸を保持したマトリックスを配し、それぞ
れの電極のマトリックスとは反対側に、来電とガス分Ｍ
′ｌｔ行うためのセパレータを配置して構成される単位
電池を多数積層して成る。電解質保持マトリックスは、
たとえば炭化ケイ素粒子の多孔質成型体によシ構成さ九
る。
一対のガス拡散電極のマトリックス側には、それぞれ、
カーボン粉末の如き導電性粒子上に触媒活性成分たとえ
ば白金ヲ也持した触媒が、結着剤とともに配される。結
着剤としてはたとえばポリテトラフルオルエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）が好適である。
カーボン粉末の如き導電性粒子上に触媒活性成分たとえ
ば白金ヲ也持した触媒が、結着剤とともに配される。結
着剤としてはたとえばポリテトラフルオルエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）が好適である。
電気化学的反応は、燃料極及び空気極の触媒層中にて生
じ、それぞれ次のような反応式で表わされる。
じ、それぞれ次のような反応式で表わされる。
燃料極；Ｈｓ→２Ｈ”＋２ｅ−
空気極； １／２０！ ＋２ Ｈ”＋ ２ ｅ−−＋）
（、０燃料億で生じた水素イオンは、電解質であるリン
酸を含むマトリックス中を移動して空気極で反応する。
（、０燃料億で生じた水素イオンは、電解質であるリン
酸を含むマトリックス中を移動して空気極で反応する。
また、燃料極で生じた電子は外部回路を通って空気極に
至る３従って、上記の反応を円滑に進めるためには、マ
トリックス中に水素イオンの移動を十分速く行わせるだ
けのリン酸が存在する必要がある。
至る３従って、上記の反応を円滑に進めるためには、マ
トリックス中に水素イオンの移動を十分速く行わせるだ
けのリン酸が存在する必要がある。
リン酸型燃料１池を長時間運転すると、ある時点で急激
に醒池性能が低下する現象が認められる。
に醒池性能が低下する現象が認められる。
この原因として電池性能が低下した後の電池を分解する
とマトリックス中のリン酸の著しい減少が認められる。
とマトリックス中のリン酸の著しい減少が認められる。
このようなことから電池寿命を延ばすために、外部から
リン酸を添加したり、あるいは、醒池内部にリン酸のリ
ザーバを設けることが行われている。たとえば、特開昭
５８−４２１７９、号公報、特公昭５８−５８７８５号
公報参照。
リン酸を添加したり、あるいは、醒池内部にリン酸のリ
ザーバを設けることが行われている。たとえば、特開昭
５８−４２１７９、号公報、特公昭５８−５８７８５号
公報参照。
マトリックス中からのリン酸の消失の原因としては次の
二つが考えられている。一つけガスが電極を通過する際
にガス流に伴って電池外に出る飛散であり、もう一つは
電極あるいはセパレータへの移動である。リン酸の飛散
と移動の割合については、電極およびセパレータの材質
等により影響されるために明確ではないが、電池からの
出口ガス中に含まれるリン酸飛散緻は、マトリックス中
から消失するリン酸量の約５０チ程度であり、他の５０
チは電極あるいはセパレータへ移動していると推定され
る。
二つが考えられている。一つけガスが電極を通過する際
にガス流に伴って電池外に出る飛散であり、もう一つは
電極あるいはセパレータへの移動である。リン酸の飛散
と移動の割合については、電極およびセパレータの材質
等により影響されるために明確ではないが、電池からの
出口ガス中に含まれるリン酸飛散緻は、マトリックス中
から消失するリン酸量の約５０チ程度であり、他の５０
チは電極あるいはセパレータへ移動していると推定され
る。
本発明の目的は、マトリックス中からのリン酸の消失に
より性能が低下したリン酸型燃料電池の再生法を提供す
ることにある。
より性能が低下したリン酸型燃料電池の再生法を提供す
ることにある。
本発明は、燃料電池の運転停止時に、単位電池の燃料極
と空気極の間に外部から電圧を印加して該燃料極の電位
を該空気極の電位よりも高くすることにある。
と空気極の間に外部から電圧を印加して該燃料極の電位
を該空気極の電位よりも高くすることにある。
マトリックス中からのリン酸の消失は、前述したように
ガスに伴って電池外部に出る飛散と、電極あるいけセパ
レータへの移動であると考えられている。そこで、リン
酸の飛散及び移動を抑制して、マトリックス中からのリ
ン酸の消失速度を小さくすることができれば、゛胤池内
部にリザーブするリン酸財を少なくすることができ、ま
た同じリザーブ量で長時間亀ａ＊運転することが可能で
ある。字た、外部からリン酸を補給する場合にも、リン
酸を補給する回数が減少し、電池の保守が容易となる。
ガスに伴って電池外部に出る飛散と、電極あるいけセパ
レータへの移動であると考えられている。そこで、リン
酸の飛散及び移動を抑制して、マトリックス中からのリ
ン酸の消失速度を小さくすることができれば、゛胤池内
部にリザーブするリン酸財を少なくすることができ、ま
た同じリザーブ量で長時間亀ａ＊運転することが可能で
ある。字た、外部からリン酸を補給する場合にも、リン
酸を補給する回数が減少し、電池の保守が容易となる。
リン酸の飛散の模構に関しては現在の処明らかではなく
、抑制法についても不明である。しかし、リン酸の電極
めるいけセパレータへノ移動ニついては、種々検討した
結果、リン酸の電気浸透が主原因であるらしいことがわ
かった。ま庭、電極をリン酸中に浸漬し、電極の電位を
変えて、電極中を移動するリン酸の移！！ＪＪ量を測定
したところ、電位が０．９０Ｖ（ＶＳ、几ＨＥ）以上で
急激にリン酸が電極中を移動することが判明した。そこ
で、電極あるいはセパレータに移動したリン酸を′心気
的にマトリックス中に戻すことを考え本発明に到った。
、抑制法についても不明である。しかし、リン酸の電極
めるいけセパレータへノ移動ニついては、種々検討した
結果、リン酸の電気浸透が主原因であるらしいことがわ
かった。ま庭、電極をリン酸中に浸漬し、電極の電位を
変えて、電極中を移動するリン酸の移！！ＪＪ量を測定
したところ、電位が０．９０Ｖ（ＶＳ、几ＨＥ）以上で
急激にリン酸が電極中を移動することが判明した。そこ
で、電極あるいはセパレータに移動したリン酸を′心気
的にマトリックス中に戻すことを考え本発明に到った。
実際の電池におりては、長時間運転するとリン酸は主に
空気極側へ移動する。空気極の方が燃料極よりも電位が
高いためである。従って、空気極側に移動したリン酸を
再びマトリックス中に戻すために、外部から電位をコン
トロールして、空気極よりも燃料極の方の電位を高くす
ることを試みた。この場合、空気極及び水素極（燃料極
）ともに窒素ガスのような不活性ガスを流し、空気極と
水系極の電位差を水の電気分解が生じないように、１．
２Ｖ以下に抑える必要がある。さらに、触媒中の白金微
粒子の凝果は電位が高い程進行し易いため、空気極と燃
料極の電位差は小さい方がよい。このようにすれば、燃
料極の電位を空気極の電位よりも高くしても、初期に若
干の充電電流又は酸化−還元電流が流れるだけであり、
電流はほとんどゼロに近い。このために使用される電力
もごく僅かですむ。 ゛ 単位電池への外部電圧の印加は、運転停止のたびに必ず
行う必要はない。電池電圧が電池運転開始当初より大幅
に低ドし、性能回復が必要と認められた時点でよい。
空気極側へ移動する。空気極の方が燃料極よりも電位が
高いためである。従って、空気極側に移動したリン酸を
再びマトリックス中に戻すために、外部から電位をコン
トロールして、空気極よりも燃料極の方の電位を高くす
ることを試みた。この場合、空気極及び水素極（燃料極
）ともに窒素ガスのような不活性ガスを流し、空気極と
水系極の電位差を水の電気分解が生じないように、１．
２Ｖ以下に抑える必要がある。さらに、触媒中の白金微
粒子の凝果は電位が高い程進行し易いため、空気極と燃
料極の電位差は小さい方がよい。このようにすれば、燃
料極の電位を空気極の電位よりも高くしても、初期に若
干の充電電流又は酸化−還元電流が流れるだけであり、
電流はほとんどゼロに近い。このために使用される電力
もごく僅かですむ。 ゛ 単位電池への外部電圧の印加は、運転停止のたびに必ず
行う必要はない。電池電圧が電池運転開始当初より大幅
に低ドし、性能回復が必要と認められた時点でよい。
多孔性リブ付電極基板に触媒を塗布して空気極及び燃料
極とした。触媒はカーボン粒子担体に白金を担持したも
のである。空気極及び燃料極の間に６０％のリン酸を保
持した炭化ケイ素−リン酸ジルコニウムマトリックスを
挾んで単位電池ｋｍ成した。セパレータとしては緻密黒
鉛板を使用した。燃料極の電位全空気極の電位より高く
保つこけ空気を、燃料極２には純水素を流して発電した
。
極とした。触媒はカーボン粒子担体に白金を担持したも
のである。空気極及び燃料極の間に６０％のリン酸を保
持した炭化ケイ素−リン酸ジルコニウムマトリックスを
挾んで単位電池ｋｍ成した。セパレータとしては緻密黒
鉛板を使用した。燃料極の電位全空気極の電位より高く
保つこけ空気を、燃料極２には純水素を流して発電した
。
燃料極の電位全空気極の電位より高くするために、両電
極ともに窒素パージできる構造としである。
極ともに窒素パージできる構造としである。
なお第１図は単位電池の構成を示しであるが、実用に際
してはこれらが複数積層される。第１図において、空気
極１は基板ｉｏと触媒層１１から構成されており、燃料
極２は基板２０と触媒層２１から構成されている。触媒
層１１と２１の間に電解質保持マトリックス３を有する
。基板１０及び基板２０の外側に夫々セパレータ４，５
を有する。
してはこれらが複数積層される。第１図において、空気
極１は基板ｉｏと触媒層１１から構成されており、燃料
極２は基板２０と触媒層２１から構成されている。触媒
層１１と２１の間に電解質保持マトリックス３を有する
。基板１０及び基板２０の外側に夫々セパレータ４，５
を有する。
符号６，７は果醒板である。符号８は空気流路を示し、
符号９は燃料流′Ｎｒｆｃ示している。
符号９は燃料流′Ｎｒｆｃ示している。
この電池ケ用いて寿命試験全行なった。、電流密度は２
２０ｍＡ／ｃｒＩとし、常圧、２０５ｔ：’で行った。
２０ｍＡ／ｃｒＩとし、常圧、２０５ｔ：’で行った。
ｅａＪ電圧Ｖｉ６０００時間程度までは安定していたが
、それ以降は醒圧が低下し電池の内部抵抗も増大し始め
た。そこで、７０００時間後において、電池を開路状態
にし、空気極及び燃料極を窒素パージした。その後、両
極に窒素を流しながら、あらかじめｉｄ続しておいたポ
テンショスタット１１いて、空気極と燃料極間に・燃料
極の電位が空気極の電位よりも高くなるように０．８ｖ
の電圧を印加して約５０時間保持した。保持後、窒素ガ
スの代わりに、空気極に空気金、燃料極に純水素を流し
て再び同条件で発−を再開した。その結果、第２図に示
すように、直曲電圧は電圧低下前の値に回慣した。−ま
た、′東北の内部抵抗値も電圧低下前の値に戻り、空気
極あるいは柴気極側セパレータに移動してい／こリン酸
がマトリックス中に戻ったと考えられた。
、それ以降は醒圧が低下し電池の内部抵抗も増大し始め
た。そこで、７０００時間後において、電池を開路状態
にし、空気極及び燃料極を窒素パージした。その後、両
極に窒素を流しながら、あらかじめｉｄ続しておいたポ
テンショスタット１１いて、空気極と燃料極間に・燃料
極の電位が空気極の電位よりも高くなるように０．８ｖ
の電圧を印加して約５０時間保持した。保持後、窒素ガ
スの代わりに、空気極に空気金、燃料極に純水素を流し
て再び同条件で発−を再開した。その結果、第２図に示
すように、直曲電圧は電圧低下前の値に回慣した。−ま
た、′東北の内部抵抗値も電圧低下前の値に戻り、空気
極あるいは柴気極側セパレータに移動してい／こリン酸
がマトリックス中に戻ったと考えられた。
以上詳述したように、本発明によれば発電によって低下
し／こ東池電圧全回復することができる。
し／こ東池電圧全回復することができる。
５ｆＪ１図は、本発明の実施例によるリン酸型燃料電池
の概略購成図、第２図は磁北電圧の経時変化金示す特性
図である。
の概略購成図、第２図は磁北電圧の経時変化金示す特性
図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、リン酸電解質保持マトリックス、前記電解質保持マ
トリックスを間に挾んで両側に位置する燃料極と空気極
、前記燃料極と前記空気極の両側に位置するセパレータ
を有する単位電池を複数積層して有する燃料電池の運転
停止時に、前記単位電池の燃料極と空気極との間に外部
から電圧を印加して前記燃料極の電位を前記空気極の電
位よりも高くすることを特徴とするリン酸電解質型燃料
電池の再生法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記燃料極と前記
空気極の電位差を１．２Ｖ以下とすることを特徴とする
リン酸電解質型燃料電池の再生法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60082401A JPS61243663A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | リン酸電解質型燃料電池の再生法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60082401A JPS61243663A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | リン酸電解質型燃料電池の再生法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61243663A true JPS61243663A (ja) | 1986-10-29 |
Family
ID=13773570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60082401A Pending JPS61243663A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | リン酸電解質型燃料電池の再生法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61243663A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2657600A1 (fr) * | 1990-01-30 | 1991-08-02 | Atomic Energy Authority Uk | Procede de regeneration d'une electrode pour echange electrochimique d'ions. |
| EP0701294A1 (en) * | 1994-06-16 | 1996-03-13 | British Gas plc | A method of operating a fuel cell |
| EP1237219A1 (en) * | 1999-09-17 | 2002-09-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for resorting characteristics of polymer electrolyte fuel cell |
| JP2005522821A (ja) * | 2002-02-06 | 2005-07-28 | バトル、メモリアル、インスティテュート | 燃料電池の電極から汚染物質を除去する方法 |
| JP2005527943A (ja) * | 2002-03-29 | 2005-09-15 | エストコ バッテリー マネージメント インコーポレイテッド | 燃料電池健全性管理システム |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP60082401A patent/JPS61243663A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2657600A1 (fr) * | 1990-01-30 | 1991-08-02 | Atomic Energy Authority Uk | Procede de regeneration d'une electrode pour echange electrochimique d'ions. |
| EP0701294A1 (en) * | 1994-06-16 | 1996-03-13 | British Gas plc | A method of operating a fuel cell |
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| EP1237219A4 (en) * | 1999-09-17 | 2004-05-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | METHOD FOR RESTORING THE CHARACTERISTICS OF POLYMER ELECTROLYT FUEL CELLS |
| US6881510B1 (en) | 1999-09-17 | 2005-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for resorting characteristics of polymer electrolyte fuel cell |
| EP2330669A1 (en) * | 1999-09-17 | 2011-06-08 | Panasonic Corporation | Method for restoring performance of polymer electrolyte fuel cell |
| JP2005522821A (ja) * | 2002-02-06 | 2005-07-28 | バトル、メモリアル、インスティテュート | 燃料電池の電極から汚染物質を除去する方法 |
| JP2012054241A (ja) * | 2002-02-06 | 2012-03-15 | Battelle Memorial Institute | 燃料電池の電極から汚染物質を除去する方法 |
| JP2005527943A (ja) * | 2002-03-29 | 2005-09-15 | エストコ バッテリー マネージメント インコーポレイテッド | 燃料電池健全性管理システム |
| JP4879461B2 (ja) * | 2002-03-29 | 2012-02-22 | エストコ バッテリー マネージメント インコーポレイテッド | 燃料電池を再生する為の装置および方法、燃料電池をバイパスする為の装置および方法、並びに燃料電池を診断する為の装置 |
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