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記事詳細:Detailed Article

JARI Research Journal (2012~)環境・エネルギー/Environment & Energy

資料名 / Title

JRJ20150702 研究速報
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水素循環系を備えた固体高分子形燃料電池の定常負荷および負荷変動時におけるCOの影響
Effect of Carbon Monoxide under Constant Current and Load Cycle Conditions on the Performance of a Polymer Electrolyte Fuel Cell with a Hydrogen Circulation System

松田 佳之,清水 貴弘
Yoshiyuki MATSUDA,Takahiro SHIMIZU

2014年に市販化が開始された燃料電池自動車(FCV)の本格普及に向け,低廉で高品質な水素供給が重要である.FCV用の水素品質規格は2012年に水素中不純物の規格値が規定されたISO14687-2として発行された.不純物の規格値は燃料電池における白金触媒量の低減や電解質膜の薄膜化,運転条件の変更など,燃料電池開発動向に合わせた見直しが必要であり,次期規格改訂の準備が進められている.
 水素中不純物のうち,一酸化炭素(CO)は低濃度であっても燃料電池の発電性能に対する影響が大きい.加えて,COは水素ステーションでの実測値が規格値上限(0.2 ppm)に近いケースも報告されている.そのため,CO濃度が規格値付近の場合において,発電性能に与える影響を詳細に調査する必要がある.
 不純物が燃料電池の発電性能に及ぼす影響は,一般的に単セル出口ガスをそのまま排出する開放系で評価されており,ISO14687-2の規格値も開放系での試験結果を元に定められた.これに対し自動車用の燃料電池システムでは,反応に利用されなかった水素を再びセル上流に戻す水素循環系となる.もし燃料中に不純物が含まれる場合,運転条件によっては不純物が水素循環系で濃縮し,開放系の場合よりも低濃度で発電性能に影響を及ぼす可能性がある.
 我々はこれまでに開放系と水素循環系の両方で,COが燃料電池の発電性能に及ぼす影響を調査してきた.開放系では,アノード白金担持量を0.05 mg cm-2まで低減させた条件における規格値付近のCO濃度による電圧への影響と,負荷変動による被毒軽減効果を確認した.水素循環系では,アノード白金担持量0.4 mg cm-2,電流密度1000 mA cm-2の条件で,CO(5 ppm)が濃縮しないことを確認した.しかし水素循環系において,規格上限値のCO濃度による影響度や負荷変動時の被毒軽減効果の有無は明らかになっていない.そこで本研究では規格値付近のCO濃度による影響度を見極めるため,FCVで用いられるような低白金および薄膜の膜 / 電極接合体(MEA)を使用して,水素循環系を備えた発電装置において定常負荷および負荷変動時のCOによる電圧への影響を調査した.
The effect of carbon monoxide (CO) near the upper limit (0.2 ppm) prescribed in the ISO14687-2 on the performance of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) was investigated in a hydrogen circulation system. A single cell with a membrane electrode assembly of low platinum loading (0.1 mg cm-2) and thin membrane (15 μm) was operated under constant current and load cycle conditions. The cell voltage was decreased with the increase of current density under the constant current condition due to CO poisoning. The decrease of the cell voltage at 1000 mA cm-2 was mitigated after the load cycle was from 25 mA cm-2, compared with that at a 1000 mA cm-2 constant. These results suggest that the CO adsorption amount on Pt/C electrocatalyst is decreased as current density decreases.

種別 / Article Type

JARI Research Journal (2012~)

資料名 / Title

JRJ20150702 研究速報

発行年月 / Date of Issue

2015/07

分野 / Field

環境・エネルギー/Environment & Energy
ID:6781
 

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