燃料電池における触媒毒の評価Analysis of Catalysis Poison for PEFC

固体高分子形燃料電池(PEFC)に使用される水素や、その他材料中の不純物、特に硫黄化合物による被毒は、低濃度でも電極の触媒作用を阻害し、電池性能を著しく低下させることが知られています。そのため、電極への硫黄化合物の吸着量を把握することは、電池性能をコントロールするうえで重要です。
硫黄化合物で被毒させた電極材料について、硫黄量を分析した事例をご紹介します。

分析方法

(1) 硫黄量 (炭素・硫黄分析)

試料を高周波加熱炉で加熱し、赤外線吸収法により測定します。
短時間(数分)で、ppm~%オーダのC,Sを定量できます。
炭素 → CO,CO2 → 赤外線検出器
硫黄 → SO2      → 赤外線検出器

炭素・硫黄分析装置外観
炭素・硫黄分析装置

(2) 硫黄量 (熱加水分解分離-イオンクロマトグラフ)

試料をボートに入れ、約1,000℃に加熱した管状電気炉に導入し、水蒸気とともにキャリアガスを送ります。
加水分解により発生した硫黄化合物を吸収液に吸収させ、イオンクロマトグラフ(IC)で測定します。

熱加水分解分離法
熱加水分解分離法
熱加水分解分離法 (自動燃焼装置外観)
熱加水分解分離法
(自動燃焼装置)

(3) 発生ガス挙動 (吸着状態)

試料をヘリウム雰囲気下で加熱し、発生したガスを質量分析計に導入して測定します。

発生ガス挙動 (吸着状態)

電極に吸着した硫黄の分析事例

硫黄化合物で被毒させた電極(カーボン40%、Pt60%)の硫黄量を炭素・硫黄分析計で分析しました(下表)。
また、発生ガスプロファイルから、吸着状態が異なるSO2が存在していることが分かりました。

硫黄の定量結果

試料 硫黄量
mass (%)
電極
(カーボン60%、
Pt40%)
イニシャル 0.2
暴露後 3.9
発生ガスプロファイル
発生ガスプロファイル

[ 更新日:2022/03/30 ]

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