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◆固体高分子形燃料電池について(100枚差し上げます)

saf********さん

2010/1/1222:48:13

◆固体高分子形燃料電池について(100枚差し上げます)

電気学科の学生です。
燃料電池についてかなり学習したつもりでいるのですが、
実際にわからない点があるので、質問させていただきます。


固体高分子膜は、イオン電導物質が水であるため、
水素イオン(プロトン)をカソードに送るためにも、
乾燥させてはいけません。よって、燃料電池で発生
した水を使って乾燥を防いでいるのですが、
燃料電池の起動したて(起動の初期)では、水が発生
していないので、膜は乾燥しているのではないですか?
よって水素イオンはアノードからカソードに水を伝って
膜を超えることができずに、水を生成することができない?
つまり電気を作れないのではないでしょうか?

もし乾燥を防いでいるのが、加湿セルという存在ならば、納得がいきます。
しかし、その原理を知りたいです。お願いします。


質問まとめ
①燃料電池起動時は膜は乾燥しているのか?
②乾燥していないとするなら、何が乾燥を防いでいるのか?
③加湿セルというものが乾燥を防いでいるのならどういった仕組みで
乾燥を防いでいるのか?


それと参考までに、
⑤燃料電池に加える水素は、圧縮水素などが主流かもしれませんが
、燃料電池って圧縮された水素を使用しなければならないのか?
水素が圧縮されているのは、単に量を増やすためな、体積を減らすためなのか?
それとも、燃料電池の構造上、圧縮されていることが大事なのか?



以上⑤点ほど詳しい方、お願いいたします。
量が多いのでベストアンサーは100pt差し上げます。

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ベストアンサーに選ばれた回答

izu********さん

2010/1/1916:10:32

燃料電池は専門ではないのですが、知っている範囲で・・・

①燃料電池起動時は膜は乾燥しているのか?
→ご存知の通り固体高分子型の燃料電池は、乾燥しているとイオン電導が起きないため、動作しなくなります。なので、起動前に(もしくは常に)乾燥しないように配慮する必要があります。

②乾燥していないとするなら、何が乾燥を防いでいるのか?
→セルが乾燥しないように、起動時に加湿器などで湿度管理をしているはずですが、詳しくはしりません。

③加湿セルというものが乾燥を防いでいるのならどういった仕組みで乾燥を防いでいるのか?
→加湿器を搭載するとシステムが複雑になるので、無加湿セルというのが開発されているようです。
とすると、一般的なPEMFCは加湿セルということになるのだと思います。

まとめ:固体高分子方燃料電池を起動する際には、燃料電池とは別の電源から加湿器を用いて乾燥を防いでいる。とのことのようです。このようなシステムは、装置を複雑にするので、そのような装置が必要ないように、乾燥しないセルを開発している。というのが現状のようです。
詳しくはNEDOの報告書などをよむと良いと思います。

http://www.nedo.go.jp/nenryo/seika/pefc_200904.pdf

⑤水素を圧縮している理由
→2つの理由があります。
まず、燃料電池の動作圧力が原因としてあります。燃料電池を作動させるには、ある一定以上の圧力をかけないといけません。ですので、わざわざ圧縮機をとりつけるよりは、もともと圧縮している水素を用いるのが便利だからです。

もう一つは、貯蔵の問題です。水素は密度が非常に低く、大量に貯蔵するには非常にたくさんの体積を必要とします。そのため、高圧に圧縮したガスを用います。現在、公道で走っている燃料電池車はほぼ全て圧縮水素ガスボンベ(15~70MPa級のもの)が用いられています。定置型の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金と呼ばれる水素貯蔵材料が用いられています。

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