岛津制作所展示可测量燃料电池单元内部氧浓度的传感器

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在“日本第12届氢燃料电池展”(东京有明国际会展中心,2016年3月2~4日)上,岛津制作所参考展示了可测量燃料电池单元内部氧浓度的传感器“FC-3D Monitor FCM-3D-Oxy形”(图1)。现有产品只能测量单元内电极表面的氧浓度,而这款开发品连电极内部也可以测量。设想用于试制品的评测,有助于开发更小尺寸的燃料电池单元。

知道氧浓度就能知道电极各部位的发电情况,这是因为,在氢气和氧气发生反应的部位,氧浓度会降低。了解氧浓度,有助于改进燃料电池的电极材料和气体的流路形状,提高反应效率。

燃料电池是由几百片可使氢和氧发生反应的燃料电池单元重叠构成的。电池单元为层结构,从内侧起依次为“电解质”、“催化剂层”、“电极”(图2)。电极的作用是传导气体和电力。输送氢的电极为“氢极”(负极),输送氧的电极为“氧极”(正极)。氢在氢极与催化剂层之间离子化,释放电子。氢离子穿过“电解质”移动到氧极,与氧发生反应生成水。将这一反应中释放的电子提取到外部电路,即可作为电池使用。

原产品“FC-O2 Monitor FCM-405H-Oxy形”只能测量氧极表面附近的氧浓度。测量方法是在氧极表面涂布会与氧发生反应的色素。但要调查电极内部的反应情况,只能依赖计算机模拟。

此次的传感器将检测部制成针状,可插入电极内测量内部的氧浓度。检测部采用直径50μm的光纤。光纤顶端涂有可与氧发生反应的色素“铂卟啉络合物”。色素的光特性会随着氧浓度的变化而变化,因此可以测量氧浓度。

光纤深度方向的测量范围为氧极内距离催化剂层表面0~100μm的范围。可以检测光纤顶端周围0~1μm的氧浓度。*多能同时测量5个部位,*小间隔为5mm。

岛津制作所计划2016年夏季前后推出实际产品,售价约为3000万日元。(记者:佐藤雅哉)

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