(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生剤と、
前記燃料発生剤から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生剤の再生時に前記燃料発生剤から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記燃料発生剤と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させる２次電池型燃料電池システムであって、
前記燃料が一酸化炭素を含み、
前記発電・電気分解部が、
酸素イオンを伝導する電解質膜と
前記電解質膜の一方の面に形成された燃料極と
前記電解質膜の他方の面に形成された酸化剤極とを含み、
前記燃料極及び前記燃料発生剤を含む密閉又は閉鎖された空間において、前記燃料を含むガスを循環させることを特徴とする２次電池型燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料の主体が一酸化炭素である請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料発生剤の主体がＮｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇまたはこれらの各合金のいずれかである請求項１または請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
還元性物質（燃料）と酸化性物質が反応するときに発生する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して電気を取り出す燃料電池の開発が近年盛んに行われている。燃料電池は、例えば燃料を水素ガスにした場合に原理的に二酸化炭素を排出しないため、クリーンなエネルギー源として注目を浴びているだけでなく、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになり、さらに、発電時に発生する熱を回収することにより、熱エネルギーをも利用することができるといった特徴を有しており、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【０００３】
このような燃料電池は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟みこみ、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたものを１つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給される。
【０００４】
燃料電池の利用形態は様々であるが、その一つにＥＶ（electric vehicle）に搭載され、ＥＶの動力源として利用される形態がある。このような利用形態では、ＥＶが移動体であるため、燃料電池を、外部から燃料が供給されるタイプではなく、再生可能な燃料発生装置を附属するタイプ（２次電池型）にする必要がある。
【０００５】
再生可能な燃料発生装置としては、化学反応により還元性物質である燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置が挙げられる。そして、化学反応により還元性物質である燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置の一例である水素発生装置、すなわち、化学反応により水素を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な水素発生装置としては、例えば基材料（主成分）が鉄であって、水との酸化反応により水素を発生し水素との還元反応により再生可能な水素発生装置が挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
基材料（主成分）が鉄である水素発生装置は、下記の（１）式に示す酸化反応により、水素を発生することができる。
４Ｈ２Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ２＋Ｆｅ３Ｏ４  …（１）
【０００７】
また、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置は、下記の（２）式に示す還元反応により、再生することができる。
４Ｈ２＋Ｆｅ３Ｏ４→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ  …（２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９４６４５号公報（要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の（２）式に示す還元反応の４００℃での平衡定数Ｋ１は、以下の通り非常に小さい。このため、上記の（２）式に示す還元反応が進みにくく、充電に時間がかかってしまう。
【数１】
0005640821.tif 000002
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑み、充電時間を短縮することができる２次電池型燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生剤と、前記燃料発生剤から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生剤の再生時に前記燃料発生剤から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記燃料発生剤と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させる２次電池型燃料電池システムであって、前記燃料が一酸化炭素を含んでいる構成とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生剤から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生剤の再生時に前記燃料発生剤から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生剤から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生剤の再生時に前記燃料発生剤から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
【００１２】
このような構成によると、燃料に一酸化炭素が含まれており、その一酸化炭素が生成される化学反応の逆反応の平衡定数が大きいので、充電時間を短縮することができる。また、前記燃料発生剤と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスが循環するので、例えば一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素になってもその二酸化炭素は外部に排出されない。したがって、本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、前記燃料に一酸化炭素が含まれる構成であるにもかかわらず、クリーンなエネルギー源である。
【００１３】
また、充電時間の短縮度合いを大きくする観点から、前記燃料の主体が一酸化炭素であることが望ましい。なお、前記燃料の主体が一酸化炭素であるとは、モル換算で前記燃料全体に対して一酸化炭素が５０％を越えていることを意味する。
【００１４】
また、前記水素発生剤の主体には、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇまたはこれらの各合金のいずれかを用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る２次電池型燃料電池システムによると、燃料に一酸化炭素が含まれており、その一酸化炭素が生成される化学反応の逆反応の平衡定数が大きいので、充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る２次電池型燃料電池システムの一構成例を示す模式図である。
【図２】図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電動作時における燃料電池ユニットと外部負荷との接続関係を示す模式図である。
【図３】図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電動作時における燃料電池ユニットと外部電源との接続関係を示す模式図である。
【図４】燃料発生剤内の一酸化炭素または水素分圧比について説明する図である。
【図５】図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電動作時における燃料電池ユニットと外部負荷との接続関係を示す模式図である。
【図６】図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電動作時における燃料電池ユニットと外部電源との接続関係を示す模式図である。
【図７】図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電動作時における燃料電池ユニットと外部負荷との接続関係を示す模式図である。
【図８】図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電動作時における燃料電池ユニットと外部電源との接続関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００１８】
＜燃料発生剤＞
本発明に係る２次電池型燃料電池システムで用いられる燃料発生剤の主体は、化学反応によって一酸化炭素を放出することができるものであれば何でもよく、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらの各合金などが挙げられる。
【００１９】
また、本発明に係る２次電池型燃料電池システムで用いられる燃料発生剤の主体は、一酸化炭素が生成される化学反応によって一酸化炭素を放出した後、一酸化炭素が生成される化学反応の逆反応によって再生可能である。
【００２０】
また、本発明に係る２次電池型燃料電池システムで用いられる燃料発生剤においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生剤の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生剤の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。
【００２１】
また、触媒としてＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＮｄなどを添加してもよい。
【００２２】
微粒子の粒径は、反応性の観点から、１０ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、１５０μｍ以下がさらに好ましい。なお、粒径の下限は特に限定されないが、０．０１μｍのものも使用することができる。さらに、二酸化炭素との高い反応性を得るために、微粒子の平均粒径を０．０５〜０．５μｍにすることが特に好ましい。
【００２３】
＜燃料発生剤の製造方法＞
本発明に係る２次電池型燃料電池システムで用いられる燃料発生剤の製造方法の一例として、鉄を燃料発生剤の主体にする場合の製造方法について以下に説明する。
【００２４】
まず、純鉄、酸化鉄、または硝酸鉄などの鉄化合物を原料として、鉄または酸化鉄の微粒子を作製する。そして、鉄または酸化鉄の微粒子を成型する前に特定の金属を物理混合または含浸法、好ましくは共沈法により添加する。
【００２５】
鉄または酸化鉄の微粒子に添加される特定の金属は、ＩＵＰＡＣの周期律表の４族、５族、６族、１３族の金属の少なくとも１つであり、好ましくは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａのいずれかにより選ばれる。または、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかを、鉄または酸化鉄の微粒子に添加される特定の金属として用いることもできる。
【００２６】
鉄または酸化鉄の微粒子に添加する特定の金属の添加量は、金属原子のモル数で計算して、好ましくは全金属原子の０．５〜３０ｍоｌ％、より好ましくは０．５〜１５ｍоｌ％になるように調製する。
【００２７】
特定の金属が添加された鉄または酸化鉄の微粒子は、効率良く利用するために、粉末状またはペレット状、円筒状、ハニカム構造、不織布形状など、化学反応に適した表面積の大きい形状に成型される。
【００２８】
特定の金属が添加された鉄または酸化鉄の微粒子を成型する方法には、スラリーを層状に成形したグリーンシートを焼成する方法、乾燥させた粉体を加圧プレスする方法などがある。
【００２９】
なお、酸化鉄微粒子の成型体は、還元処理が施されることで、一酸化炭素発生能力を持つ。還元反応の条件としては、酸化鉄を還元できるものであれば特に限定されないが、例えば、一酸化炭素ガスや水素ガスなどを使用することができる。
【００３０】
酸化鉄微粒子の成型体と一酸化炭素ガスや水素ガスとの接触に際しては、一酸化炭素ガスや水素ガス雰囲気下で加熱したり、成型体の内部に一酸化炭素ガスや水素ガスを加圧して流通させたりすることも可能である。
【００３１】
還元処理は、約２００℃〜約６００℃で行うことが還元効率の観点から好ましい。なお、還元処理の際、Ｆｅ３Ｏ４は必ずしもＦｅまで還元しなくてもよく、低原子価金属酸化物であるＦｅＯで還元反応を停止することもできる。また、成型体に含まれる有機系バインダー等を気化させる上で、上記還元反応を３００℃以上で行うことがより好ましい。また、粒子間の空隙は、成型体の総体積に対して、３０〜７０％が好ましい。
【００３２】
鉄を主体とする燃料発生剤は、下記の（３）式に示す酸化反応により、ＣＯ２を消費してＣＯを生成することができる。
４ＣＯ２＋３Ｆｅ→４ＣＯ＋Ｆｅ３Ｏ４  …（３）
【００３３】
上記の（３）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（３）式の逆反応（還元反応）すなわち下記の（４）式に示す還元反応により、燃料発生剤を再生することができる。なお、上記の（３）式に示す鉄の酸化反応及び下記の（４）式の還元反応は６００℃未満の低い温度で行うこともできる。
４ＣＯ＋Ｆｅ３Ｏ４→３Ｆｅ＋４ＣＯ２  …（４）
【００３４】
＜本発明に係る２次電池型燃料電池システム＞
本発明に係る２次電池型燃料電池システムの一構成例を図１に示す。図１に示す２次電池型燃料電池システムは、燃料発生剤１と、燃料電池ユニット２とを備えている。そして、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２とは同一の容器３に収容されている。
【００３５】
また、図１に示す２次電池型燃料電池システムの燃料発生剤１及び燃料電池ユニット２には必要に応じて、温度を調節するヒーターや燃料ガスの漏洩を検知するセンサー等を設けてもよい。
【００３６】
燃料発生剤１は、化学反応によって一酸化炭素を放出することができ、一酸化炭素が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生剤である。
【００３７】
燃料電池ユニット２は、電解質４を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極５と燃料極６が形成されているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜・電極接合体）構造をなす電池ユニットである。
【００３８】
電解質４の材料としては、公知のものを使用することができ、例えば、サマリウム（Ｓｍ）やガドリニウム（Ｇｄ）等をドープしたセリア系酸化物（ＧＤＣ）、ストロンチウム（Ｓｒ）やマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウム（Ｓｃ）やイットリウム（Ｙ）を含むジルコニア系酸化物（ＹＳＺ）等の酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができるが、これらに限定されることはなく、酸素イオンを伝導するものであって、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。
【００３９】
電解質４は、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical Vapor Deposition -Electrochemical Vapor Deposition）等を用いて形成することができ、固体高分子電解質の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。
【００４０】
酸化剤極５、燃料極６はそれぞれ、例えば、電解質４に接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、酸化剤極５の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。また、燃料極６の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。
【００４１】
酸化剤極５、燃料極６はそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
【００４２】
なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
【００４３】
また、図１では、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２とを同一の容器３に収容した構造を図示しているが、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２とを別々の容器に収容し、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２との間でガスを循環させる循環経路を設ける構造にしてもよい。この場合、循環経路内のガスを循環させるためのポンプを設けてもよい。
【００４４】
また、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２の少なくとも一方を複数設けてもよい。この場合、例えば、燃料発生剤１及び燃料電池ユニット２のどれか１つを他のものが放射状に囲む配置などが考えられる。
【００４５】
＜本発明に係る２次電池型燃料電池システムの実施例＞
［実施例１］
図１に示す２次電池型燃料電池システムにおいて、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２との間の空間（燃料発生剤１に形成されている空隙も含む）に二酸化炭素を充填してから当該空間を密封する。本実施例では、燃料発生剤１の主体を鉄にしている。なお、当該充填の際に少量の一酸化炭素が混入しても構わない。
【００４６】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池ユニット２は図２に示すように外部負荷１００に接続される。本実施例において、電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に、燃料極６において下記の（５）式の反応が起こる。
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−  …（５）
【００４７】
上記の（５）式の反応によって生成された電子は、外部負荷１００を通って、酸化剤極５に到達し、酸化剤極５において下記の（６）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−  …（６）
【００４８】
そして、上記の（６）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質４を通って、燃料極６に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池ユニット２が発電動作を行うことになる。また、上記の（５）式から分かるように、発電動作時には、燃料極６側においてＣＯが消費されＣＯ２が生成されることになる。
【００４９】
上記の（５）式及び（６）式より、発電動作時における物燃料電池ユニット２での反応は下記の（７）式の通りになる。
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２  …（７）
【００５０】
一方、燃料発生剤１は、上記の（３）式に示す酸化反応により、燃料電池の発電時に燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＣＯ２を消費してＣＯを生成することができる。
【００５１】
上記の（３）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（４）式に示す還元反応により、燃料発生剤１を再生することができ、図１に示す２次電池型燃料電池システムを充電することができる。
【００５２】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に燃料電池ユニット２は図３に示すように外部電源２００に接続される。燃料電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に、上記の（７）式の逆反応である下記の（８）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極６側においてＣＯ２が消費されＣＯが生成され、燃料発生剤１では、上記の（４）式に示す還元反応が起こり、燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＣＯが消費されＣＯ２が生成される。
ＣＯ２→ＣＯ＋１／２Ｏ２  …（８）
【００５３】
上記の（８）式に示す還元反応の４００℃での平衡定数Ｋ２は、上記の（２）式に示す還元反応の４００℃での平衡定数Ｋ１に比べて非常に大きい。このため、上記の（８）式に示す還元反応が進みやすく、充電時間を短縮することができる。
【数２】
0005640821.tif 000003
【００５４】
図４は、燃料発生剤１内の一酸化炭素または水素分圧比について説明する図である。燃料発生剤１内に鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が混在する状態で、燃料発生剤１内に一酸化炭素と二酸化炭素の混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図４に示す実線はこの平衡状態を示している。また、燃料発生剤１内に鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が混在する状態で、燃料発生剤１内に水素と水蒸気の混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図４に示す点線はこの平衡状態を示している。図４から明らかなように、４００℃に限らず、同一温度下では、上記の（８）式に示す還元反応の平衡定数の方が上記の（２）式に示す還元反応の平衡定数に比べて大きくなる。したがって、本実施形態のように、燃料を一酸化炭素ガスにすることで、充電時間を短縮することができる。
【００５５】
［実施例２］
図１に示す２次電池型燃料電池システムにおいて、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２との間の空間（燃料発生剤１に形成されている空隙も含む）に二酸化炭素と水蒸気の両方を充填してから当該空間を密封する。二酸化炭素と水蒸気の量は、モル比で二酸化炭素：水蒸気＝１：０．１〜１０とする。本実施例においても、実施例１と同様に、燃料発生剤１の主体を鉄にしている。
【００５６】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池ユニット２は図５に示すように外部負荷１００に接続される。本実施例において、電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に、燃料極６において上記の（５）式の反応及び下記の（９）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（９）
【００５７】
上記の（５）式の反応及び上記の（９）式の反応によって生成された電子は、外部負荷１００を通って、酸化剤極５に到達し、酸化剤極５において上記の（６）式の反応が起こる。
【００５８】
そして、上記の（６）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質４を通って、燃料極６に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池ユニット２が発電動作を行うことになる。また、上記の（５）式及び（９）式から分かるように、発電動作時には、燃料極６側においてＣＯ及びＨ２が消費されＣＯ２及びＨ２Ｏが生成されることになる。
【００５９】
上記の（５）式、（９）式、及び（６）式より、発電動作時における物燃料電池ユニット２での反応は上記の（７）式及び下記の（１０）式の通りになる。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ  …（１０）
【００６０】
一方、燃料発生剤１は、上記の（３）式に示す酸化反応により、燃料電池の発電時に燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＣＯ２を消費してＣＯを生成することができ、上記の（１）式に示す酸化反応により、燃料電池の発電時に燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＨ２Ｏを消費してＨ２を生成することができる。
【００６１】
上記の（３）式及び（１）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（４）式及び（２）式に示す還元反応により、燃料発生剤１を再生することができ、図１に示す２次電池型燃料電池システムを充電することができる。
【００６２】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に燃料電池ユニット２は図６に示すように外部電源２００に接続される。燃料電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に、上記の（８）式に示す電気分解反応及び下記の（１１）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極６側においてＣＯ２及びＨ２Ｏが消費されＣＯ及びＨ２が生成され、燃料発生剤１では、上記の（４）式及び（２）式に示す還元反応が起こり、燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＣＯ及びＨ２が消費されＣＯ２及びＨ２Ｏが生成される。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２  …（１１）
【００６３】
上記の（８）式に示す還元反応の４００℃での平衡定数Ｋ２は、上記の（２）式に示す還元反応の４００℃での平衡定数Ｋ１に比べて非常に大きい。このため、上記の（８）式に示す還元反応が進みやすく、充電時間を短縮することができる。燃料発生剤１と燃料電池ユニット２との間の密封空間において、水蒸気に対する二酸化炭素の量を増やすほど、充電時間の短縮度合いが大きくなる。
【００６４】
［比較例１］
図１に示す２次電池型燃料電池システムにおいて、燃料発生剤１と燃料電池ユニット２との間の空間（燃料発生剤１に形成されている空隙も含む）に水蒸気のみを充填してから当該空間を密封する。本比較例においても、実施例１及び実施例２と同様に燃料発生剤１の主体を鉄にしている。
【００６５】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池ユニット２は図７に示すように外部負荷１００に接続される。本比較例において、電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの発電時に、燃料極６において上記の（９）式の反応が起こる。
【００６６】
上記の（９）式の反応によって生成された電子は、外部負荷１００を通って、酸化剤極５に到達し、酸化剤極５において上記の（６）式の反応が起こる。
【００６７】
そして、上記の（６）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質４を通って、燃料極６に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池ユニット２が発電動作を行うことになる。また、上記の（９）式から分かるように、発電動作時には、燃料極６側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００６８】
上記の（９）式及び（６）式より、発電動作時における物燃料電池ユニット２での反応は上記の（１０）式の通りになる。
【００６９】
一方、燃料発生剤１は、上記の（１）式に示す酸化反応により、燃料電池の発電時に燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＨ２Ｏを消費してＨ２を生成することができる。
【００７０】
上記の（１）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（２）式に示す還元反応により、燃料発生剤１を再生することができ、図１に示す２次電池型燃料電池システムを充電することができる。
【００７１】
図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に燃料電池ユニット２は図８に示すように外部電源２００に接続される。燃料電池ユニット２では、図１に示す２次電池型燃料電池システムの充電時に、上記の（１１）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極６側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成され、燃料発生剤１では、上記の（２）式に示す還元反応が起こり、燃料電池ユニット２の燃料極６側で生成されたＨ２が消費されＨ２Ｏが生成される。
【００７２】
［評価方法］
燃料発生剤１の重量を測定することによって燃料発生剤１の再生状態を求め、充電時間を測定した。実施例１、実施例２、及び比較例１の充電時間を測定した結果を表１に示す。実施例１の充電時間、実施例２の充電時間はそれぞれ比較例１の充電時間を１とした時の充電時間である。表１に示す結果から、燃料に一酸化炭素を含めることで、充電時間を短縮できることが確認できた。
【００７３】
【表１】
0005640821.tif 000004
【符号の説明】
【００７４】
１  燃料発生剤
２  燃料電池ユニット
３  容器
４  電解質
５  酸化剤極
６  燃料極
【図１】
0005640821.tif 000005
【図２】
0005640821.tif 000006
【図３】
0005640821.tif 000007
【図４】
0005640821.tif 000008
【図５】
0005640821.tif 000009
【図６】
0005640821.tif 000010
【図７】
0005640821.tif 000011
【図８】
0005640821.tif 000012