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燃料電池セルおよび燃料電池反応計測装置 新技術説明会

国内特許コード P110004723
整理番号 S2009-1036-N0
掲載日 2011年8月16日
出願番号 特願2010-069262
公開番号 特開2011-065977
登録番号 特許第5581547号
出願日 平成22年3月25日(2010.3.25)
公開日 平成23年3月31日(2011.3.31)
登録日 平成26年7月25日(2014.7.25)
優先権データ
  • 特願2009-192116 (2009.8.21) JP
発明者
  • 渡辺 政廣
  • 西出 宏之
  • 犬飼 潤治
  • 須賀 健雄
出願人
  • 国立大学法人山梨大学
発明の名称 燃料電池セルおよび燃料電池反応計測装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】燃料電池セルの性能や寿命の改良研究に適した燃料電池単セルおよびそれを利用した反応計測装置を提供する。
【解決手段】アノード側セパレータ12とカソード側セパレータ13とにより膜電極接合体11を挟持した燃料電池単セル1において、二酸化炭素濃度等により光特性が変化する二酸化炭素検出物質等を酸素流路31A内の二酸化炭素濃度等の測定部位に固定し、カソード側セパレータの少なくとも一部に光透過窓(透明板)39を形成し、燃料電池セルの外部から光透過窓を介して二酸化炭素検出物質等の変化を光学的に測定可能に構成する。さらにこの単セル1を用いて、その検出のための可視光検出器を備えた反応計測装置とする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



固体高分子形燃料電池の単セルは、固体高分子電極膜の片側の面にアノード、他方側の面にカソードを接合した膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、膜電極接合体のアノードに接触して電気的に導通し、アノード面との間に燃料ガス流路となる燃料導入空間を形成するアノード側セパレータと、膜電極接合体のカソードに接触して電気的に導通し、カソード面との間に酸素ガス流路となる酸素導入空間を形成するカソード側セパレータとからなり、アノード側セパレータとカソード側セパレータとによって膜電極接合体を挟持する構成である。そして、この単セルを複数個直列に接続したスタック構造にすることにより、積層型の固体高分子形燃料電池を形成し、所望の直流電圧を得るようにしてある。





固体高分子形燃料電池を普及するには、コストをはじめ、いろいろな技術課題を解決する必要がある。例えば、燃料電池は運転時間の経過とともに電池性能が劣化するため、劣化に伴う電池寿命が重要な課題となっている。このような技術課題を解決するためには、燃料電池単セル内で生じている化学反応を解析する必要がある。





特許文献1は、アノード側および/またはカソード側セパレータの一部を光透過窓にした可視化単セルを形成し、セル内の酸素分圧を観測するものである。これにより、酸素導入空間と燃料導入空間との間の酸素や燃料の漏れの分布を可視化した燃料電池セルが提供される。さらに、セル内での酸素の挙動や酸素分布を解析し、またはセル内での酸素分布の経時変化を計測し、セル内の酸素分布を改善して電圧特性、寿命等の電池性能に優れた燃料電池開発をするための研究、評価に利用することができる燃料電池セル、およびこれを用いた燃料電池反応計測装置が提供される。

産業上の利用分野



本発明は、固体高分子形燃料電池(PEFC)の電池特性や電池寿命の研究または評価に用いる燃料電池セルおよびこれを用いた燃料電池反応計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
固体高分子電解質膜の片面にアノード、反対面にカソードを接合した膜電極接合体と、アノードに導通するとともに膜電極接合体のアノードに面して燃料導入空間を形成するアノード側セパレータと、カソードに導通するとともに膜電極接合体のカソードに面して酸素導入空間を形成するカソード側セパレータとを備え、アノード側セパレータとカソード側セパレータとにより膜電極接合体を挟持する燃料電池セルにおいて、
二酸化炭素濃度により光特性が変化する二酸化炭素検出物質が、上記酸素導入空間内および上記燃料導入空間内の少なくともいずれか一方の二酸化炭素濃度測定部位に固定され、
上記二酸化炭素検出物質の光特性の変化を、燃料電池セルの外部から光学的に測定可能にするための密閉した光路が上記アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの少なくともいずれか一方の上記二酸化炭素検出物質を固定した部位に対応して形成され、上記二酸化炭素検出物質が、二酸化炭素濃度に応答し、可逆的に発光強度が変化する蛍光色素として芳香族アミンから構成されることを特徴とする燃料電池セル。

【請求項2】
上記光路が上記アノード側燃料導入空間および上記カソード側酸素導入空間のうちの少なくとも一方の全面が外部から観測可能に広がっている、請求項1に記載の燃料電池セル。

【請求項3】
上記色素が、下記式(3) で示される芳香族アミン誘導体である請求項に記載の燃料電池セル。
【化12】



【請求項4】
前記色素がマトリクス高分子に混合或は分散されている塗膜として形成されている請求項に記載の燃料電池セル。

【請求項5】
請求項1から請求項のいずれかに記載の燃料電池セルと、上記二酸化炭素検出物質の光特性を計測する光検出器と、上記光路を介して上記二酸化炭素検出物質からの検出光を上記光検出器に導く検出光学系とを備えた燃料電池反応計測装置。

【請求項6】
上記二酸化炭素検出物質に励起光を照射する光源を含む励起光学系を備えた請求項に記載の燃料電池反応計測装置。

【請求項7】
上記励起光学系が上記燃料導入空間および上記酸素導入空間の少なくともいずれか一方の全面に励起光を照射するものである、請求項に記載の燃料電池反応計測装置。

【請求項8】
上記燃料導入空間および上記酸素導入空間の少なくともいずれか一方に、燃料または酸素と二酸化炭素ガスとを切換えて供給可能な切換え手段をさらに備えた、請求項からのいずれか一項に記載の燃料電池反応計測装置。

【請求項9】
請求項に記載の燃料電池反応計測装置を用い、上記切換え手段により上記燃料導入空間および上記酸素導入空間の少なくとも一方に、濃度を変えて二酸化炭素ガスを供給し、各濃度における上記二酸化炭素検出物質の光特性を測定して検量線を作成する、二酸化炭素測定方法。

【請求項10】
異なる位置からの二酸化炭素検出物質の光特性を検出する多数の光検出素子を備え、各検出素子ごとに、またはそのグループごとに検量線を作成する、請求項に記載の二酸化炭素測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010069262thum.jpg
出願権利状態 登録
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