(57)【要約】【課題】燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を回収する遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供する。【解決手段】実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料電池に燃料気体を供給する燃料極流路入口または燃料電池から燃料気体を排出する燃料極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に燃料極を浸漬する工程と、燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に空気極を浸漬する工程と、前記燃料極および前記空気極に電圧を印加して、前記燃料極および前記空気極に含まれる遷移金属を前記溶解液に溶解させる工程と、前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と、前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程とを有する。【選択図】図２
2018135577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に燃料気体を供給する燃料極流路入口または燃料電池から燃料気体を排出する燃料極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に燃料極を浸漬する工程と、
燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に空気極を浸漬する工程と、
前記燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および前記空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加して、前記燃料極および前記空気極に含まれる遷移金属を前記溶解液に溶解させる工程と、
前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と、
前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と
を有する遷移金属の回収方法。
【請求項２】
前記溶解液は、ハロゲン化物イオンを含み、前記溶解液中の前記ハロゲン化物イオンの濃度は、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上１６．０ｍｏｌ／Ｌ以下であり、前記溶解液のｐＨは、５以下である請求項１に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項３】
前記遷移金属を溶解させる工程において、前記燃料極および前記空気極に印加する前記電圧は、前記燃料極の１つと前記空気極の１つと前記燃料極および前記空気極に挟まれる電解質膜とを備える膜電極接合体の１つあたり、０．１０Ｖ以上３．００Ｖ以下である請求項１または２に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項４】
燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給する工程と、
前記冷却水流路出口または前記冷却水流路入口から、前記溶解液を排出する工程と
をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項５】
前記燃料極を浸漬する工程において、前記燃料極流路入口に前記溶解液を供給し、前記溶解液を排出する工程において、前記燃料極流路出口から前記溶解液を排出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項６】
前記燃料極を浸漬する工程において、前記燃料極流路出口に前記溶解液を供給し、前記溶解液を排出する工程において、前記燃料極流路入口から前記溶解液を排出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項７】
前記空気極を浸漬する工程において、前記空気極流路入口に前記溶解液を供給し、前記溶解液を排出する工程において、前記空気極流路出口から前記溶解液を排出する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項８】
前記空気極を浸漬する工程において、前記空気極流路出口に前記溶解液を供給し、前記溶解液を排出する工程において、前記空気極流路入口から前記溶解液を排出する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項９】
前記燃料極を浸漬する工程において、前記燃料極流路入口に、前記燃料極流路出口から排出した前記溶解液を供給する、または前記燃料極流路出口に、前記燃料極流路入口から排出した前記溶解液を供給する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項１０】
前記空気極を浸漬する工程において、前記空気極流路入口に、前記空気極流路出口から排出した前記溶解液を供給する、または前記空気極流路出口に、前記空気極流路入口から排出した前記溶解液を供給する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項１１】
前記燃料極を浸漬する工程において、前記燃料極流路入口または前記燃料極流路出口に、前記空気極流路入口または前記空気極流路出口から排出した前記溶解液を供給する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項１２】
前記空気極を浸漬する工程において、前記空気極流路入口または前記空気極流路出口に、前記燃料極流路入口または前記燃料極流路出口から排出した前記溶解液を供給する請求項１１に記載の遷移金属の回収方法。
【請求項１３】
燃料電池に燃料気体を供給する燃料極流路入口または燃料電池から燃料気体を排出する燃料極流路出口に溶解液を供給して、前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から前記溶解液を排出、および燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から前記溶解液を排出する溶解液供給部と、
燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加する電圧印加部と
を有する遷移金属の回収装置。
【請求項１４】
前記溶解液供給部は、前記燃料極流路入口または前記燃料極流路出口に前記溶解液を供給する第１供給部と、前記空気極流路入口または前記空気極流路出口に前記溶解液を供給する第２供給部とを有する請求項１３に記載の遷移金属の回収装置。
【請求項１５】
前記溶解液供給部は、前記燃料極流路入口もしくは前記燃料極流路出口に、前記空気極流路入口もしくは前記空気極流路出口から排出した前記溶解液を供給、または前記空気極流路入口もしくは前記空気極流路出口に、前記燃料極流路入口もしくは前記燃料極流路出口から排出した前記溶解液を供給する請求項１３に記載の遷移金属の回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素とを反応させることによって発電し、発電時に二酸化炭素を発生しないクリーンな発電装置である。特に、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、他の形式の燃料電池に比べて、低温で運転が可能、小型化が容易などの利点を有する。そのため、ＰＥＦＣは、家庭用の分散型電源として市販されている。さらに、ＰＥＦＣは、燃料電池自動車への搭載も検討されており、これまでよりも広く普及する可能性が高い。
【０００３】
ＰＥＦＣは、電極材料として膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を具備している。ＭＥＡには、触媒成分としてＰｔ（白金）などの遷移金属が含まれる。一般的に、ＭＥＡの触媒成分に用いられる遷移金属は、資源量が少なく、高価である。
【０００４】
そのため、ＭＥＡに用いられているＰｔなどの遷移金属をＭＥＡから回収してリサイクルすることが検討されている。例えば、ＭＥＡを焼却処理する方法がある。この方法では、ＭＥＡを焼却して生じた焼却残渣を選別することによって、遷移金属を回収する。また、近年では、ハロゲン化物イオンを含む酸性の溶解液にＭＥＡを浸漬させ、溶解液に浸漬しているＭＥＡに電圧を印加することによって、遷移金属を回収する方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６１０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＥＡは、燃料電池の内部に設けられている。したがって、上記のいずれの方法においても、燃料電池を解体して、燃料電池からＭＥＡを取り出す必要がある。そのため、燃料電池から遷移金属を容易に回収する方法が求められている。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を容易に回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料電池に燃料気体を供給する燃料極流路入口または燃料電池から燃料気体を排出する燃料極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に燃料極を浸漬する工程と、燃料電池に空気を供給する空気極流路入口または燃料電池から空気を排出する空気極流路出口に溶解液を供給して、前記溶解液に空気極を浸漬する工程と、前記燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子および前記空気極と電気的に接続される空気極出力端子を介して、前記溶解液に浸漬している前記燃料極および前記空気極に電圧を印加して、前記燃料極および前記空気極に含まれる遷移金属を前記溶解液に溶解させる工程と、前記燃料極流路出口または前記燃料極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程と、前記空気極流路出口または前記空気極流路入口から、前記遷移金属を含む溶解液を排出する工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
実施の形態によれば、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の遷移金属の回収方法および回収装置で用いる燃料電池を模式的に示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態の遷移金属の回収装置を模式的に示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態の遷移金属の回収装置における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。
【図４】第２の実施の形態の遷移金属の回収装置を模式的に示す概略図である。
【図５】第２の実施の形態の遷移金属の回収装置における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法および回収装置で用いる燃料電池について説明する。図１は、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法および回収装置で用いる燃料電池を模式的に示す概略図である。
【００１３】
燃料電池２０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）である。図１に示すように、燃料電池２０は、電極材料としての膜電極接合体（ＭＥＡ）８０を備える。ＭＥＡ８０は、拡散層を備える燃料極（負極）５０および空気極（正極）６０、パーフルオロスルホン酸のようなフッ素系高分子などの電解質材料からなる電解質膜７０などを重ね合わせることによって構成される。燃料極５０および空気極６０は、それぞれ触媒成分を含む。また、燃料極５０および空気極６０に含まれる拡散層は、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素系材料から構成される。
【００１４】
なお、特に明記しない限り、以降では、ＭＥＡ８０は、燃料極５０の１つと空気極６０の１つと燃料極５０および空気極６０に挟まれる電解質膜７０とを備える単セルである場合について説明するが、ＭＥＡ８０は、単セルを複数積層して構成されるセルスタックであってもよい。
【００１５】
また、ここでは燃料電池がＰＥＦＣである例について説明するが、燃料電池は直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）など、ＭＥＡを備える燃料電池であればよい。
【００１６】
ＭＥＡ８０を構成する燃料極５０や空気極６０には、触媒成分が担持されている。触媒成分は、遷移金属などから構成される。このような触媒成分の形態は、特には限定されず、例えば、遷移金属単体、遷移金属を含む化合物、遷移金属を含む合金などが挙げられる。触媒成分を構成する遷移金属として、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、およびＣｏ（コバルト）からなる群より選ばれる少なくとも１つの金属が挙げられる。
【００１７】
また、図１に示すように、燃料電池２０の燃料極５０側には、燃料電池２０に燃料気体を供給する燃料極流路入口５ａ、および燃料電池２０から燃料気体を排出する燃料極流路出口５ｂが設けられている。燃料気体は、気体状の水素（以下、水素ガスともいう）である。また、空気極６０側には、燃料電池２０に空気を供給する空気極流路入口６ａ、および燃料電池２０から空気を排出する空気極流路出口６ｂが設けられている。
【００１８】
燃料極流路入口５ａとは、燃料電池２０を使用していた際、換言すると燃料電池２０によって電力を発電していた際に、燃料電池２０の燃料極流路に水素ガスを供給していた部分である。また、燃料極流路出口５ｂとは、燃料電池２０を使用していた際に、燃料極流路から水素ガスを排出していた部分である。燃料極流路入口５ａおよび燃料極流路出口５ｂの設置数は、特に限定されるものではなく、それぞれ、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００１９】
後述する燃料極流路は、燃料電池２０の内部に設けられており、燃料極５０における触媒成分を含有している部分と連通している。また、燃料電池２０を使用していた際に、燃料極流路内には、燃料電池２０の燃料である水素ガスが流れている。そして、燃料極流路入口５ａから燃料極流路に供給された水素ガスの一部は、燃料極５０に付着している触媒成分と反応し、当該水素ガスの残りは、燃料極流路出口５ｂから排出される。
【００２０】
また、空気極流路入口６ａとは、燃料電池２０を使用していた際に、燃料電池２０の空気極流路に空気を供給していた部分である。また、空気極流路出口６ｂとは、燃料電池２０を使用していた際に、空気極流路から空気を排出していた部分である。燃料極流路入口５ａおよび燃料極流路出口５ｂと同様に、空気極流路入口６ａおよび空気極流路出口６ｂの設置数は、特に限定されるものではない。
【００２１】
後述する空気極流路は、燃料電池２０の内部に設けられており、空気極６０における触媒成分を含有している部分と連通している。また、空気極流路は、燃料電池２０の内部において、燃料極流路とは連通しておらず、独立している。また、燃料電池２０を使用していた際に、空気極流路内には、燃料電池２０の燃料である酸素を含む空気が流れている。そして、空気極流路入口６ａから空気極流路に供給された空気中の酸素の一部は、空気極６０に付着している触媒成分と反応し、当該空気の残りは、空気極流路出口６ｂから排出される。
【００２２】
燃料電池２０としては、例えば、使用済みの燃料電池、すなわち廃棄された燃料電池などが挙げられる。
【００２３】
次に、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法について説明する。
【００２４】
第１の実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料極浸漬工程Ｓ１０と、空気極浸漬工程Ｓ２０と、溶解工程Ｓ３０と、燃料極排出工程Ｓ４０と、空気極排出工程Ｓ５０とを有する。第１の実施の形態の遷移金属の回収方法では、全ての工程は、燃料電池の内部にＭＥＡを備えた状態、すなわち、燃料電池を解体せずに行う。
【００２５】
まず、燃料極浸漬工程Ｓ１０について説明する。
【００２６】
燃料極浸漬工程Ｓ１０では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に燃料極を浸漬する。以降では、燃料極流路入口に溶解液を供給する燃料極浸漬工程Ｓ１０について説明するが、燃料極浸漬工程は燃料極流路出口に溶解液を供給してもよい。
【００２７】
燃料極浸漬工程Ｓ１０では、燃料電池の外部から燃料極流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は燃料極流路内を流通し、燃料極は溶解液に浸漬される。ここで、燃料極における触媒成分を含有している部分が溶解液に浸漬されていれば、燃料極の一部が溶解液に浸漬されてもよいし、燃料極の全てが溶解液に浸漬されてもよい。
【００２８】
燃料極浸漬工程Ｓ１０において、燃料極流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極流路入口に供給ポンプを接続し、供給ポンプによって、燃料極流路入口から燃料極流路に溶解液を供給してもよい。また、燃料極流路出口に吸引ポンプを接続し、燃料極流路出口から溶解液を排出する吸引ポンプによって、燃料極流路入口から燃料極流路に溶解液を供給してもよい。
【００２９】
また、燃料極浸漬工程Ｓ１０において、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。溶解液が断続的に供給される場合、溶解液の供給時間および当該供給時間の時間間隔は、それぞれ、全て同じであってもよく、一部で異なってもよい。
【００３０】
溶解液は、塩化物イオンなどのハロゲン化物イオンを含み、酸性である。また、溶解液は、燃料電池に含まれる遷移金属を溶解させる。そして、燃料極流路入口に供給する溶解液に含まれるハロゲン化物イオンの種類は、燃料極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、溶解液は、陰イオン交換樹脂を含んでもよい。溶解液が陰イオン交換樹脂を含む場合、溶解液は、陰イオン交換樹脂が分散している固液混合物である。
【００３１】
溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上１６．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上であると、後述する溶解工程Ｓ３０で遷移金属を溶解液に容易に溶解させることができる。また、ハロゲン化物イオンの濃度が１６．０ｍｏｌ／Ｌ以下であると、溶解工程Ｓ３０において、電圧印加による電気分解で消費されるハロゲン化物イオンの消費量を低減することができる。
【００３２】
ここで、後述する溶解工程Ｓ３０において、燃料電池に含まれる遷移金属と溶解液中のハロゲン化物イオンとの反応に伴い、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度は減少する。そのため、溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度とは、特に明記しない限り、燃料極浸漬工程Ｓ１０における溶解液中のハロゲン化物イオンの濃度を示す。
【００３３】
溶解液のｐＨは５以下であることが好ましく、３以下であることがより好ましい。溶解液のｐＨが５以下であると、溶解工程Ｓ３０において、遷移金属が溶解液に容易に溶解する。一方、溶解液のｐＨが５よりも大きいと、溶解工程Ｓ３０において、溶解液への遷移金属の溶解が容易ではない。
【００３４】
次に、空気極浸漬工程Ｓ２０について説明する。
【００３５】
空気極浸漬工程Ｓ２０では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に空気極を浸漬する。以降では、空気極流路入口に溶解液を供給する空気極浸漬工程Ｓ２０について説明するが、空気極浸漬工程は空気極流路出口に溶解液を供給してもよい。
【００３６】
空気極浸漬工程Ｓ２０では、燃料電池の外部から空気極流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は空気極流路内を流通し、空気極は溶解液に浸漬される。燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、空気極における触媒成分を含有している部分が溶解液に浸漬されていれば、空気極の一部が溶解液に浸漬されてもよいし、空気極の全てが溶解液に浸漬されてもよい。空気極流路入口に供給する溶解液に含まれるハロゲン化物イオンの種類は、空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。
【００３７】
空気極浸漬工程Ｓ２０において、空気極流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、空気極流路入口に接続した供給ポンプや、空気極流路出口に接続した吸引ポンプによって、空気極流路入口から空気極流路に溶解液を供給してもよい。
【００３８】
また、空気極浸漬工程Ｓ２０において、燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。
【００３９】
また、空気極浸漬工程Ｓ２０は、燃料極浸漬工程Ｓ１０の完了後に実施してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０の実施前に実施してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０と共に同時に実施してもよい。
【００４０】
次に、溶解工程Ｓ３０について説明する。
【００４１】
溶解工程Ｓ３０では、燃料電池の燃料極出力端子および空気極出力端子を介して、燃料電池の外部から、溶解液中に浸漬している燃料極および空気極に電圧を印加して、燃料極および空気極に含まれる遷移金属を溶解液に溶解させる。燃料極および空気極に印加される電圧は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。
【００４２】
燃料極出力端子は、燃料極と電気的に接続されている。また、空気極出力端子は、空気極と電気的に接続されている。燃料極出力端子および空気極出力端子とは、燃料電池を使用していた際に、発電した電力を外部に出力する端子である。
【００４３】
燃料極および空気極に電圧が印加されることによって、溶解液中に浸漬している燃料極および空気極の部分から、それぞれ遷移金属が溶解液に溶解する。こうして、燃料極および空気極内の遷移金属は溶解液中に回収される。溶解液に溶解している遷移金属の形態は、錯イオン（以下、遷移金属錯イオンともいう）である。
【００４４】
溶解工程Ｓ３０において、燃料極および空気極に印加する電圧は、燃料電池に設けられるＭＥＡの種類や個数、溶解液の種類に応じて適宜設定されるが、燃料極の１つと空気極の１つと燃料極および空気極に挟まれる電解質膜とを備えるＭＥＡの１つあたり、０．１０Ｖ以上３．００Ｖ以下であることが好ましく、０．７０Ｖ以上２．５０Ｖ以下であることがより好ましく、０．７５Ｖ以上２．００Ｖ以下であることがさらに好ましい。燃料極および空気極に印加する電圧が上記の下限値以上であると、燃料極および空気極に含まれる遷移金属が溶解液に容易に溶解する。また、電圧が上記の上限値以下であると、溶解時に発生する副反応を低減することが可能である。
【００４５】
例えば、燃料極および空気極に白金が含まれ、溶解液に塩化物イオンが含まれる場合、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に所定の電圧が印加されると、下記式（１）や式（２）に示す主反応が起こり、白金錯イオンが容易に生成される。詳細には次の通りである。
【００４６】
式（１）は、可逆反応である。所定の電圧が燃料極および空気極に印加されると、式（１）における左から右への反応が進行する。すなわち、遷移金属である白金とハロゲン化物イオンである塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるテトラクロロ白金（II）酸イオン（［ＰｔＣｌ４］２−）が生成される。
【００４７】
また、式（２）も可逆反応である。式（１）のときよりも大きな電圧が燃料極および空気極に印加されると、式（２）における左から右への反応が進行する。すなわち、白金と塩化物イオンとが反応し、白金錯イオンであるヘキサクロロ白金（IV）酸イオン（［ＰｔＣｌ６］２−）が生成される。
【００４８】
こうして、燃料極および空気極に含まれる白金は、白金錯イオンとして、溶解液に溶解する。なお、溶解液が陰イオン交換樹脂を含む場合には、溶解液中の白金錯イオンが陰イオン交換樹脂に捕集された状態で、白金は溶解液に溶解する。
【００４９】
【化１】
2018135577.tif 000003
【００５０】
【化２】
2018135577.tif 000004
【００５１】
溶解工程Ｓ３０は、燃料極浸漬工程Ｓ１０および空気極浸漬工程Ｓ２０の完了後に実施してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０および空気極浸漬工程Ｓ２０と共に実施してもよい。
【００５２】
次に、燃料極排出工程Ｓ４０について説明する。
【００５３】
燃料極排出工程Ｓ４０では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。
【００５４】
燃料極排出工程Ｓ４０では、燃料極流路出口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、燃料電池の燃料極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の外部に排出される。その結果、燃料電池に含まれていた遷移金属は燃料電池の内部から回収される。
【００５５】
なお、ここでは、燃料極流路出口から溶解液を排出する燃料極排出工程Ｓ４０について説明するが、燃料極排出工程は燃料極流路入口から溶解液を排出してもよい。具体的には、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路入口に溶解液を供給した場合には、燃料極排出工程で燃料極流路出口から溶解液を排出する。また、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路出口に溶解液を供給した場合には、燃料極排出工程で燃料極流路入口から溶解液を排出する。
【００５６】
燃料極排出工程Ｓ４０において、燃料極流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程Ｓ１０で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、燃料極流路出口を介して燃料極流路から溶解液を排出してもよい。
【００５７】
また、燃料極排出工程Ｓ４０において、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。溶解液が断続的に排出される場合、溶解液の排出時間および当該排出時間の時間間隔は、それぞれ、全て同じであってもよく、一部で異なってもよい。
【００５８】
また、燃料極排出工程Ｓ４０は、溶解工程Ｓ３０の完了後に実施してもよいし、溶解工程Ｓ３０と共に実施してもよい。
【００５９】
また、燃料極排出工程Ｓ４０で燃料電池から排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料電池に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極流路出口と燃料極流路入口とを連結する連結流路を燃料電池の外部に設けて、燃料極流路内および連結流路内で溶解液を循環させる。
【００６０】
具体的には、燃料極排出工程Ｓ４０で燃料極流路出口から溶解液を排出した場合には、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路入口に当該溶解液を供給してもよい。また、燃料極排出工程Ｓ４０で燃料極流路入口から溶解液を排出した場合には、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路出口に当該溶解液を供給してもよい。
【００６１】
次に、空気極排出工程Ｓ５０について説明する。
【００６２】
空気極排出工程Ｓ５０では、空気極流路出口または空気極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。
【００６３】
空気極排出工程Ｓ５０では、空気極流路出口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、空気極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の外部に排出される。その結果、燃料電池に含まれていた遷移金属は燃料電池の内部から回収される。
【００６４】
なお、ここでは、空気極流路出口から溶解液を排出する空気極排出工程Ｓ５０について説明するが、空気極排出工程は空気極流路入口から溶解液を排出してもよい。具体的には、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路入口に溶解液を供給した場合には、空気極排出工程で空気極流路出口から溶解液を排出する。また、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路出口に溶解液を供給した場合には、空気極排出工程で空気極流路入口から溶解液を排出する。
【００６５】
空気極排出工程Ｓ５０において、空気極流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、空気極浸漬工程Ｓ２０で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、空気極流路出口を介して空気極流路から溶解液を排出してもよい。
【００６６】
また、空気極排出工程Ｓ５０において、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。
【００６７】
また、空気極排出工程Ｓ５０は、燃料極排出工程Ｓ４０の完了後に実施してもよいし、燃料極排出工程Ｓ４０の実施前に実施してもよいし、燃料極排出工程Ｓ４０と共に同時に実施してもよい。また、空気極排出工程Ｓ５０は、溶解工程Ｓ３０の完了後に実施してもよいし、溶解工程Ｓ３０と共に実施してもよい。
【００６８】
また、空気極排出工程Ｓ５０で燃料電池から排出した溶解液の一部または全ては、空気極浸漬工程Ｓ２０で燃料電池に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、空気極流路出口と空気極流路入口とを連結する連結流路を設けて、溶解液を循環させる。
【００６９】
具体的には、空気極排出工程Ｓ５０で空気極流路出口から溶解液を排出した場合には、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路入口に当該溶解液を供給してもよい。また、空気極排出工程Ｓ５０で空気極流路入口から溶解液を排出した場合には、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路出口に当該溶解液を供給してもよい。
【００７０】
このように、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法では、互いに独立している燃料極流路と空気極流路とに対して、溶解液を別々に供給および排出する。そのため、燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが異なる場合、燃料極流路に供給される溶解液と空気極流路に供給される溶解液とは、互いに異なり、遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが同じである場合、燃料極流路に供給される溶解液と空気極流路に供給される溶解液とは基本的に同じである。
【００７１】
また、遷移金属の回収方法では、互いに独立している燃料極流路および空気極流路から、溶解液を別々に排出する。燃料極に含まれる遷移金属と空気極に含まれる遷移金属とが異なる場合には、燃料極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属と空気極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属とは異なる。溶解液の排出時において、燃料極流路から排出した溶解液および空気極流路から排出した溶解液は互いに混ざらないので、遷移金属の再利用のために溶解液に実施される処理工程が容易になる。
【００７２】
また、溶解工程Ｓ３０では、遷移金属が溶解液に溶解するときに、気体が発生する。発生した気体は、溶解液と共に燃料極流路や空気極流路を流れて、燃料極流路出口や空気極流路出口から燃料電池の外部に排出される。一方で、気体が燃料極流路や空気極流路に溜まると、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分が減少する。そのため、溶解液に溶解される遷移金属の量は低下する。ここで、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法では、燃料極流路および空気極流路から溶解液を別々に排出するので、燃料極や空気極で発生した気体は、燃料極流路や空気極流路に過剰に溜まずに、燃料極流路や空気極流路から速やかに排出される。そのため、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分の減少に起因する、遷移金属の溶解量の低下は抑制される。
【００７３】
また、ＭＥＡを焼却せずに、燃料電池の内部から遷移金属を回収できる。そのため、ＭＥＡの焼却時に発生する、ＭＥＡに含まれるフッ素系高分子に由来する有害物質の発生が回避される。
【００７４】
また、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法は、供給工程Ｓ６０と排出工程Ｓ７０とをさらに有してもよい。供給工程Ｓ６０および排出工程Ｓ７０は、燃料電池を解体せずに行う。
【００７５】
供給工程Ｓ６０では、燃料電池に冷却水を供給する冷却水流路入口または燃料電池から冷却水を排出する冷却水流路出口に溶解液を供給する。以降では、冷却水流路入口に溶解液を供給する供給工程Ｓ６０について説明するが、供給工程は冷却水流路出口に溶解液を供給してもよい。
【００７６】
冷却水流路入口とは、燃料電池を使用していた際に、燃料電池の冷却水流路に冷却水を供給していた部分である。また、冷却水流路出口とは、燃料電池を使用していた際に、冷却水流路から冷却水を排出していた部分である。冷却水流路入口および冷却水流路出口の設置数は、特に限定されるものではない。
【００７７】
冷却水流路は、燃料電池の内部に設けられている。また、燃料電池の内部において、冷却水流路は、燃料極流路および空気極流路とは連通しておらず、独立している。また、燃料電池を使用していた際に、冷却水流路内には、冷却水が流れている。そして、冷却水流路入口から冷却水流路に供給された冷却水は、燃料電池の発電時に加熱している部分を冷却しながら、冷却水流路出口から排出される。冷却水流路の設置数は、特に限定されるものではない。
【００７８】
供給工程Ｓ６０では、燃料電池の外部から冷却水流路入口に溶解液を供給することによって、溶解液は冷却水流路内を流通する。冷却水流路内を流通する溶解液は、溶解工程Ｓ３０における遷移金属の溶解時に加熱している部分を冷却する。そのため、燃料電池内の温度分布は小さくなり、溶解工程Ｓ３０において、燃料電池内の温度分布に起因する遷移金属の溶解のばらつきは抑制される。なお、冷却水が冷却水流路内に残存している場合には、供給工程Ｓ６０を実施する前に、燃料電池から冷却水を排出する。
【００７９】
供給工程Ｓ６０において、冷却水流路入口への溶解液の供給方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、冷却水流路入口に接続した供給ポンプや、冷却水流路出口に接続した吸引ポンプによって、冷却水流路入口から冷却水流路に溶解液を供給してもよい。
【００８０】
また、供給工程Ｓ６０において、燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、溶解液は、連続的に供給してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に供給してもよい。
【００８１】
また、供給工程Ｓ６０の実施の時機は、特に限定されるものではない。例えば、溶解工程Ｓ３０において燃料電池の温度が所定の温度以上になったときに、供給工程Ｓ６０が実施される。
【００８２】
また、供給工程Ｓ６０では、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路入口に供給される溶解液を冷却水流路入口に供給してもよいし、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路入口に供給される溶解液を冷却水流路入口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０および空気極浸漬工程Ｓ２０で用いられない溶解液を冷却水流路入口に供給してもよい。
【００８３】
排出工程Ｓ７０では、冷却水流路出口または冷却水流路入口から、溶解液を燃料電池の外部に排出する。排出工程Ｓ７０では、冷却水流路出口から溶解液を排出することによって、遷移金属の溶解時に発生した熱は、溶解液を介して、燃料電池の外部に容易に取り出される。
【００８４】
なお、ここでは、冷却水流路出口から溶解液を排出する排出工程Ｓ７０について説明するが、供給工程Ｓ６０で冷却水流路出口に溶解液を供給した場合には、排出工程で冷却水流路入口から溶解液を排出する。
【００８５】
排出工程Ｓ７０において、冷却水流路出口からの溶解液の排出方法は、特に限定されるものではない。例えば、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、供給工程Ｓ６０で用いた供給ポンプや吸引ポンプによって、冷却水流路出口を介して冷却水流路から溶解液を排出してもよい。
【００８６】
また、排出工程Ｓ７０において、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、溶解液は、連続的に排出してもよいし、所定の時間間隔を空けて、所定時間毎に断続的に排出してもよい。
【００８７】
また、排出工程Ｓ７０は、供給工程Ｓ６０の完了後に実施してもよいし、供給工程Ｓ６０と共に実施してもよい。
【００８８】
また、排出工程Ｓ７０で冷却水流路から排出した溶解液の一部または全ては、供給工程Ｓ６０で冷却水流路に供給する溶解液に用いてもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路に供給する溶解液に用いてもよいし、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路に供給する溶解液に用いてもよい。この場合、例えば、燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、冷却水流路出口と冷却水流路入口とを連結する連結流路、冷却水流路出口と燃料極流路入口とを連結する連結流路、冷却水流路出口と空気極流路入口とを連結する連結流路を設けて、これら流路内で溶解液を循環させる。
【００８９】
例えば、排出工程Ｓ７０で冷却水流路出口から溶解液を排出した場合には、当該溶解液は、供給工程Ｓ６０で冷却水流路入口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路入口に供給してもよいし、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路入口に供給してもよい。また、排出工程Ｓ７０で冷却水流路入口から溶解液を排出した場合には、当該溶解液は、供給工程Ｓ６０で冷却水流路出口に供給してもよいし、燃料極浸漬工程Ｓ１０で燃料極流路出口に供給してもよいし、空気極浸漬工程Ｓ２０で空気極流路出口に供給してもよい。
【００９０】
次に、第１の実施の形態の遷移金属の回収装置について説明する。
【００９１】
図２は、第１の実施の形態の遷移金属の回収装置１を模式的に示す概略図である。また、図３は、第１の実施の形態の遷移金属の回収装置１における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。遷移金属の回収装置１（以下、単に回収装置１ともいう）は、上述した第１の実施の形態の遷移金属の回収方法を実施することができる装置である。なお、図３において、遷移金属の回収時における溶解液の流れは矢印で示している。
【００９２】
図２に示すように、回収装置１は、燃料電池２の内部に溶解液を供給して、供給した溶解液を燃料電池２の外部に排出する溶解液供給部３と、溶解液に浸漬している不図示の燃料極および空気極に電圧を印加する電圧印加部４とを有する。
【００９３】
溶解液供給部３は、第１供給部３ａおよび第２供給部３ｂを有する。図３に示すように、第１供給部３ａは、燃料極流路入口５ａに溶解液を供給して、燃料極流路出口５ｂから溶解液を排出する。燃料極流路入口５ａに供給された溶解液は、燃料極流路５を流れ、燃料極を浸漬させる。また、第２供給部３ｂは、空気極流路入口６ａに溶解液を供給して、空気極流路出口６ｂから溶解液を排出する。空気極流路入口６ａに供給された溶解液は、空気極流路６を流れ、空気極を浸漬させる。例えば、第１供給部３ａおよび第２供給部３ｂは、供給ポンプから構成される。
【００９４】
回収装置１は、図３に示すように、互いに独立している燃料極流路５と空気極流路６とに対して、溶解液を別々に供給および排出する。換言すると、第１供給部３ａおよび第２供給部３ｂは、互いに別々に駆動する。第１供給部３ａから燃料極流路５に供給される溶解液の種類は、燃料極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。また、第２供給部３ｂから空気極流路６に供給される溶解液の種類は、空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて適宜選択される。
【００９５】
図３に示すように、ここでは、燃料電池２の内部に設けられ、第１供給部３ａと燃料極流路入口５ａとを接続する流路１５ａを介して、溶解液を燃料極流路入口５ａに供給する例について説明するが、流路１５ａを介さずに、溶解液を燃料極流路入口５ａに供給してもよい。同様に、空気極流路６に供給する溶解液についても、燃料電池２の内部に設けられる流路１６ａを介して、空気極流路入口６ａに供給してもよいし、流路１６ａを介さずに空気極流路入口６ａに供給してもよい。
【００９６】
また、同様に、燃料電池２の内部に設けられる流路１５ｂを介して、燃料極流路５に供給された溶解液を燃料極流路出口５ｂから燃料電池２の外部に排出する例について説明するが、流路１５ｂを介さずに、溶解液を燃料極流路出口５ｂから燃料電池２の外部に排出してもよい。空気極流路６に供給された溶解液についても、流路１６ｂを介して空気極流路出口６ｂから燃料電池２の外部に排出してもよいし、流路１６ｂを介さずに空気極流路出口６ｂから燃料電池２の外部に排出してもよい。
【００９７】
なお、流路１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、遷移金属の回収のために設けられているのではなく、燃料電池２の内部に既存に設けられている。
【００９８】
図３に示すように、流路１５ａ、燃料極流路５、流路１５ｂは、連通している一連の流路である。また、流路１６ａ、空気極流路６、流路１６ｂは、連通している一連の流路であり、燃料電池２の内部において、流路１５ａ、燃料極流路５、流路１５ｂとは、連通しておらずに独立している。
【００９９】
なお、ここでは、燃料極流路入口５ａに溶解液を供給する第１供給部３ａおよび空気極流路入口６ａに溶解液を供給する第２供給部３ｂについて説明するが、第１供給部３ａは、燃料極流路出口５ｂに溶解液を供給して、燃料極流路入口５ａから溶解液を排出してもよいし、第２供給部３ｂは、空気極流路出口６ｂに溶解液を供給して、空気極流路入口６ａから溶解液を排出してもよい。換言すると、図３における溶解液の流れ方向は特に限定されるものではない。
【０１００】
電圧印加部４は、図２に示すように、不図示の燃料極と電気的に接続される燃料極出力端子７および不図示の空気極と電気的に接続される空気極出力端子８を介して、燃料電池２の外部から、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に所定の電圧を印加する。電圧印加部４から燃料極および空気極に印加される電圧は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。
【０１０１】
電圧印加部４から燃料極および空気極に電圧が印加されると、燃料極流路５では、燃料極に含まれる遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液に溶解し、空気極流路６では、空気極に含まれる遷移金属が遷移金属錯イオンとして溶解液に溶解する。そして、燃料極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、第１供給部３ａによって、燃料極流路出口５ｂから燃料電池２の外部に排出される。また、空気極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、第２供給部３ｂによって、空気極流路出口６ｂから燃料電池２の外部に排出される。こうして、燃料電池２に含まれる遷移金属が燃料電池２の内部から回収される。
【０１０２】
燃料電池２からの遷移金属の回収時には、燃料電池２を解体せずに、第１供給部３ａおよび第２供給部３ｂは、燃料電池２の内部に溶解液を供給して、燃料電池２の外部へ溶解液を排出し、電圧印加部４は、燃料電池２の外部から燃料極および空気極に電圧を印加する。また、第１供給部３ａは、燃料極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置１内で溶解液を循環させてもよいし、第２供給部３ｂは、空気極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置１内で溶解液を循環させてもよい。
【０１０３】
また、図３に示すように、回収装置１は、燃料極流路出口５ｂおよび第１供給部３ａに接続する第１タンク部９ａと、空気極流路出口６ｂおよび第２供給部３ｂに接続する第２タンク部９ｂと、第１タンク部９ａおよび第２タンク部９ｂに接続する排気部１０とを有してもよい。
【０１０４】
燃料電池２の燃料極流路出口５ｂから排出された溶解液は、第１タンク部９ａに供給される。第１タンク部９ａは、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる水素、塩素、酸素などの気体からなる気相とを分離し、液相と気相とを貯留する。気相部分は、第１タンク部９ａ内の上部に貯留し、液相部分は、気相部分の下に貯留する。第１タンク部９ａ内の気相部分は、排気部１０に供給され、排気部１０は、第１タンク部９ａから供給された気体を回収装置１の外部へ排気する。第１タンク部９ａ内の液相部分である溶解液は、第１供給部３ａによって、燃料極流路入口５ａおよび後述する冷却水流路入口１１ａに供給される。
【０１０５】
同様に、空気極流路出口６ｂから排出された溶解液は、第２タンク部９ｂに供給される。第２タンク部９ｂは、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる気体からなる気相とを貯留する。第２タンク部９ｂ内の気相部分は、排気部１０に供給され、排気部１０は、第２タンク部９ｂから供給された気体を回収装置１の外部へ排気する。第２タンク部９ｂ内の液相部分である溶解液は、第２供給部３ｂによって、空気極流路入口６ａに供給される。
【０１０６】
また、図３に示すように、回収装置１において、第１供給部３ａは、冷却水流路入口１１ａに溶解液を供給して、冷却水流路出口１１ｂから溶解液を排出してもよい。
【０１０７】
第１供給部３ａから冷却水流路入口１１ａを介して冷却水流路１１に溶解液が供給されると、遷移金属の溶解時に加熱している燃料電池２の部分が溶解液によって冷却される。そのため、燃料電池２内の温度分布は小さくなり、安定化した遷移金属の回収を実施することができる。
【０１０８】
燃料電池２からの遷移金属の回収時と同様に、燃料電池２を解体せずに、第１供給部３ａは、燃料電池２の内部に設けられている冷却水流路１１に溶解液を供給し、冷却水流路１１から溶解液を排出する。
【０１０９】
また、燃料極流路５や空気極流路６に供給する溶解液と同様に、冷却水流路１１に供給する溶解液は、燃料電池２の内部に設けられる流路１７ａを介して冷却水流路入口１１ａに供給してもよいし、流路１７ａを介さずに冷却水流路入口１１ａに供給してもよい。同様に、冷却水流路１１に供給された溶解液は、流路１７ｂを介して燃料電池２の外部に排出してもよいし、流路１７ｂを介さずに燃料電池２の外部に排出してもよい。なお、流路１７ａ，１７ｂは、遷移金属の回収のために設けられているのではなく、燃料電池２の内部に既存に設けられている。
【０１１０】
また、流路１７ａ、冷却水流路１１、流路１７ｂは、連通している一連の流路であり、燃料電池２の内部において、流路１５ａ、燃料極流路５、流路１５ｂ、および流路１６ａ、空気極流路６、流路１６ｂとは、連通しておらずに独立している。
【０１１１】
なお、ここでは、冷却水流路入口１１ａに溶解液を供給する第１供給部３ａについて説明するが、第１供給部３ａは、冷却水流路出口１１ｂに溶解液を供給して、冷却水流路入口１１ａから溶解液を排出してもよい。また、第１供給部３ａが冷却水流路１１に溶解液を供給しているが、第１供給部３ａの代わりに、第２供給部３ｂが冷却水流路１１に溶解液を供給してもよいし、溶解液供給部３とは異なる不図示の溶解液供給部が冷却水流路１１に溶解液を供給してもよい。
【０１１２】
また、ここでは、冷却水流路１１が空気極流路６側と反対側の燃料極流路５の近傍に１つ設けられる例について説明するが、冷却水流路１１の設置位置は特に限定されるものではなく、冷却水流路１１は燃料電池２内に複数設けられてもよい。冷却水流路が燃料電池２内に２つ設けられる場合、例えば、冷却水流路の一方は空気極流路６側と反対側の燃料極流路５の近傍に設けられ、冷却水流路の他方は燃料極流路５側と反対側の空気極流路６の近傍に設けられる。
【０１１３】
燃料極から遷移金属を回収した後、第１供給部３ａを停止して、溶解液の循環を止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、第１タンク部９ａに設けられる不図示のドレン口を介して、第１タンク部９ａから回収装置１の外部へ排出される。同様に、空気極から遷移金属を回収した後、第２供給部３ｂを停止して、溶解液の循環を止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、第２タンク部９ｂに設けられる不図示のドレン口を介して、回収装置１の外部へ排出される。
【０１１４】
遷移金属を回収した燃料電池２は、例えば、遷移金属を回収していない燃料電池と交換する。
【０１１５】
上記したように、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置によれば、燃料電池の外部から供給される溶解液に、燃料電池の内部に設けられている燃料極および空気極を浸漬させて、溶解液に浸漬している燃料極および空気極に、燃料電池の外部から電圧を印加することによって、燃料極および空気極に含まれている遷移金属を溶解液に溶解させることができる。そして、遷移金属を含む溶解液は、燃料電池の外部に排出することができる。そのため、燃料電池を解体させずに、燃料電池の内部から遷移金属を容易に回収することができる。
【０１１６】
また、互いに独立している燃料極流路と空気極流路とに対して、溶解液を別々に供給および排出することができる。そのため、燃料極および空気極に含まれる遷移金属の種類に応じて、燃料極を浸漬させる溶解液の種類と空気極を浸漬させる溶解液とを適宜選択することができる。
【０１１７】
また、互いに独立している燃料極流路および空気極流路から、溶解液を別々に排出する。燃料極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属と空気極流路から排出した溶解液に含まれる遷移金属とが異なる場合、これらの溶解液は互いに混ざらずに別々に排出される。そのため、溶解液に含まれる遷移金属の種類は増加しないので、溶解液に対する遷移金属を再利用するための処理工程は容易になる。
【０１１８】
また、溶解工程において燃料極や空気極で発生した気体は、溶解液と共に、燃料極流路や空気極流路から速やかに排出される。そのため、溶解液に浸漬している燃料極や空気極の部分の減少が抑制されるので、遷移金属の溶解量の低下は抑制される。
【０１１９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の遷移金属の回収方法において、燃料極浸漬工程Ｓ１１０、空気極浸漬工程Ｓ１２０、燃料極排出工程Ｓ１４０、および空気極排出工程Ｓ１５０の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の遷移金属の回収方法の構成と基本的に同じである。
【０１２０】
また、図４は、第２の実施の形態の遷移金属の回収装置３１を模式的に示す概略図である。図５は、第２の実施の形態の遷移金属の回収装置３１における溶解液の流れを模式的に示す概略図である。第２の実施の形態の遷移金属の回収装置３１において、溶解液供給部３３およびタンク部３９の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の遷移金属の回収装置１の構成と基本的に同じである。
【０１２１】
以下に示す実施の形態では、第１の実施の形態の構成と重複する説明を省略または簡略する。そして、第１の実施の形態の構成と異なる構成について主に説明する。
【０１２２】
まず、第２の実施の形態の遷移金属の回収方法について説明する。
【０１２３】
第２の実施の形態の遷移金属の回収方法は、燃料極浸漬工程Ｓ１１０と、空気極浸漬工程Ｓ１２０と、溶解工程Ｓ３０と、燃料極排出工程Ｓ１４０と、空気極排出工程Ｓ１５０とを有する。そして、第２の実施の形態の遷移金属の回収方法では、一連に接続される燃料極流路と空気極流路とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。
【０１２４】
燃料極浸漬工程Ｓ１１０について説明する。
【０１２５】
燃料極浸漬工程Ｓ１１０では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に燃料極を浸漬する。燃料極浸漬工程Ｓ１０と同様に、燃料極浸漬工程Ｓ１１０では、燃料極流路入口または燃料極流路出口に溶解液を供給することによって、溶解液は燃料極流路内を流通し、燃料極は溶解液に浸漬される。
【０１２６】
燃料極浸漬工程Ｓ１１０において、燃料極流路入口または燃料極流路出口に、後述する空気極排出工程Ｓ１５０で空気極流路出口または空気極流路入口から排出した溶解液を供給してもよい。
【０１２７】
次に、空気極浸漬工程Ｓ１２０について説明する。
【０１２８】
空気極浸漬工程Ｓ１２０では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給して、溶解液に空気極を浸漬する。空気極浸漬工程Ｓ２０と同様に、空気極浸漬工程Ｓ１２０では、空気極流路入口または空気極流路出口に溶解液を供給することによって、溶解液は空気極流路内を流通し、空気極は溶解液に浸漬される。
【０１２９】
空気極浸漬工程Ｓ１２０において、空気極流路入口または空気極流路出口に、後述する燃料極排出工程Ｓ１４０で燃料極流路出口または燃料極流路入口から排出した溶解液を供給してもよい。
【０１３０】
次に、溶解工程Ｓ３０について説明する。
【０１３１】
溶解工程Ｓ３０では、燃料極浸漬工程Ｓ１１０および空気極浸漬工程Ｓ１２０で供給した溶解液に浸漬している燃料極および空気極に電圧を印加して、燃料極および空気極に含まれる遷移金属を溶解液に溶解させる。
【０１３２】
次に、燃料極排出工程Ｓ１４０について説明する。
【０１３３】
燃料極排出工程Ｓ１４０では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。燃料極排出工程Ｓ４０と同様に、燃料極排出工程Ｓ１４０では、燃料極流路出口または燃料極流路入口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、燃料極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の内部から回収される。
【０１３４】
また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０で燃料極流路出口または燃料極流路入口から排出した溶解液は、空気極浸漬工程Ｓ１２０における空気極流路入口または空気極流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０で排出した溶解液の一部または全ては、空気極浸漬工程Ｓ１２０に供給してもよい。
【０１３５】
次に、空気極排出工程Ｓ１５０について説明する。
【０１３６】
空気極排出工程Ｓ１５０では、空気極流路出口または空気極流路入口から、遷移金属を含む溶解液を排出する。空気極排出工程Ｓ５０と同様に、空気極排出工程Ｓ１５０では、空気極流路出口または空気極流路入口から遷移金属を含む溶解液を排出することによって、空気極に含まれていた遷移金属を含む溶解液が燃料電池の内部から回収される。
【０１３７】
また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、空気極排出工程Ｓ１５０で空気極流路出口または空気極流路入口から排出した溶解液は、燃料極浸漬工程Ｓ１１０における燃料極流路入口または燃料極流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、空気極排出工程Ｓ１５０で排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程Ｓ１１０に供給してもよい。
【０１３８】
また、第２の実施の形態の遷移金属の回収方法は、供給工程Ｓ１６０と排出工程Ｓ１７０とをさらに有してもよい。
【０１３９】
供給工程Ｓ１６０では、供給工程Ｓ６０と同様に、冷却水流路入口または冷却水流路出口に溶解液を供給する。
【０１４０】
燃料極浸漬工程Ｓ１１０および空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に供給工程Ｓ１６０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０や空気極排出工程Ｓ１５０で排出した溶解液は、供給工程Ｓ１６０に供給する。具体的には、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、空気極排出工程Ｓ１５０で排出した溶解液は、供給工程Ｓ１６０における冷却水流路入口または冷却水流路出口に供給する。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０で排出した溶解液は、供給工程Ｓ１６０に供給する。
【０１４１】
また、燃料極浸漬工程Ｓ１１０および空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に供給工程Ｓ１６０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０や空気極排出工程Ｓ１５０で排出した溶解液の一部または全ては、供給工程Ｓ１６０に供給してもよい。具体的には、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、空気極排出工程Ｓ１５０で排出した溶解液は、供給工程Ｓ１６０に供給してもよい。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、燃料極排出工程Ｓ１４０で排出した溶解液は、供給工程Ｓ１６０に供給してもよい。
【０１４２】
排出工程Ｓ１７０では、排出工程Ｓ７０と同様に、冷却水流路出口または冷却水流路入口から、溶解液を排出する。そのため、遷移金属の溶解時に発生した熱は、燃料電池の外部に容易に取り出される。
【０１４３】
燃料極浸漬工程Ｓ１１０および空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に供給工程Ｓ１６０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で排出した溶解液は、燃料極浸漬工程Ｓ１１０や空気極浸漬工程Ｓ１２０に供給する。具体的には、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で冷却水流路出口または冷却水流路入口から排出した溶解液は、燃料極浸漬工程Ｓ１１０に供給する。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で排出した溶解液は、空気極浸漬工程Ｓ１２０に供給する。
【０１４４】
また、燃料極浸漬工程Ｓ１１０および空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に供給工程Ｓ１６０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で排出した溶解液の一部または全ては、燃料極浸漬工程Ｓ１１０や空気極浸漬工程Ｓ１２０に供給してもよい。具体的には、空気極浸漬工程Ｓ１２０の前に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で排出した溶解液は、燃料極浸漬工程Ｓ１１０に供給してもよい。また、空気極浸漬工程Ｓ１２０の後に燃料極浸漬工程Ｓ１１０が実施される場合、排出工程Ｓ１７０で排出した溶解液は、空気極浸漬工程Ｓ１２０に供給してもよい。
【０１４５】
次に、第２の実施の形態の遷移金属の回収装置３１について説明する。
【０１４６】
図４に示すように、回収装置３１は、燃料電池２の内部に溶解液を供給して、供給した溶解液を燃料電池２の外部に排出する溶解液供給部３３と、燃料極および空気極に電圧を印加する電圧印加部４とを有する。回収装置３１は、上述した第２の実施の形態の遷移金属の回収方法を実施することができる装置である。
【０１４７】
溶解液供給部３３は、図５に示すように、燃料極流路入口５ａに溶解液を供給し、燃料極流路出口５ｂから排出した溶解液を空気極流路入口６ａに供給し、空気極流路出口６ｂから溶解液を排出する。
【０１４８】
図５に示すように、燃料電池２の内部に設けられる流路４１の一端および流路１５ｂは、燃料電池２の外部に設けられる流路５１によって接続される。また、流路４１の他端および流路１６ａは、燃料電池２の外部に設けられる流路５２によって接続される。流路５１および流路５２は、遷移金属の回収のために設けられており、流路４１は、燃料電池２の内部に既存に設けられている。そして、回収装置３１は、一連に接続される燃料極流路５と空気極流路６とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。なお、燃料電池２の内部において、流路４１は、流路１５ａ、燃料極流路５、流路１５ｂの流路、および流路１６ａ、空気極流路６、流路１６ｂの流路とは、連通しておらずに独立している。
【０１４９】
ここでは、一連に接続される燃料極流路５と空気極流路６とに対して、溶解液を燃料極流路入口５ａに供給して空気極流路出口６ｂから排出する溶解液供給部３３について説明するが、これら入口および出口に対する溶解液の供給順および排出順は特に限定されるものではない。この場合、流路４１に対する流路５１および流路５２の接続構成は適宜変更される。
【０１５０】
例えば、溶解液供給部３３が燃料極流路入口５ａに溶解液を供給する場合、燃料極流路出口５ｂから排出した溶解液は、空気極流路入口６ａまたは空気極流路出口６ｂに供給する。また、溶解液供給部３３が燃料極流路出口５ｂに溶解液を供給する場合、燃料極流路入口５ａから排出した溶解液は、空気極流路入口６ａまたは空気極流路出口６ｂに供給する。
【０１５１】
また、溶解液供給部３３が空気極流路入口６ａに溶解液を供給する場合、空気極流路出口６ｂから排出した溶解液は、燃料極流路入口５ａまたは燃料極流路出口５ｂに供給する。また、溶解液供給部３３が空気極流路出口６ｂに溶解液を供給する場合、空気極流路入口６ａから排出した溶解液は、燃料極流路入口５ａまたは燃料極流路出口５ｂに供給する。
【０１５２】
電圧印加部４から燃料極および空気極に電圧が印加されると、燃料極内および空気極内の遷移金属が溶解液に溶解する。そして、溶解液供給部３３によって、燃料極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、燃料極流路出口５ｂを排出した後、空気極流路６を介して、燃料電池２の外部に排出され、空気極に担持されていた遷移金属を含む溶解液は、空気極流路出口６ｂから燃料電池２の外部に排出される。こうして、燃料電池２に含まれる遷移金属が燃料電池２の内部から回収される。
【０１５３】
燃料電池２からの遷移金属の回収時には、燃料電池２を解体せずに、溶解液供給部３３は、燃料電池２の内部に溶解液を供給して、燃料電池２の外部へ溶解液を排出し、電圧印加部４は、燃料電池２の外部から燃料極および空気極に電圧を印加する。また、溶解液供給部３３は、燃料極および空気極からの遷移金属の回収を完了するまで、回収装置３１内で溶解液を循環させてもよい。
【０１５４】
また、回収装置３１は、空気極流路出口６ｂおよび溶解液供給部３３に接続するタンク部３９と、タンク部３９に接続する排気部１０とを有してもよい。
【０１５５】
空気極流路出口６ｂから排出された遷移金属を含む溶解液は、タンク部３９に供給される。タンク部３９は、遷移金属を含有する溶解液からなる液相と、溶解液中に含まれる気体からなる気相とを貯留する。タンク部３９内の気相部分は、排気部１０に供給され、排気部１０は、タンク部３９から供給された気体を回収装置３１の外部へ排気する。タンク部３９内の液相部分である溶解液は、溶解液供給部３３によって、燃料極流路入口５ａに供給される。
【０１５６】
また、図５に示すように、回収装置３１において、溶解液供給部３３は、一連に接続される燃料極流路５と空気極流路６とに溶解液を供給および排出するときに、冷却水流路入口１１ａに溶解液を供給して、冷却水流路出口１１ｂから溶解液を排出してもよい。このとき、燃料電池２からの遷移金属の回収時と同様に、溶解液供給部３３は、燃料電池２を解体せずに、冷却水流路１１に溶解液を供給し、冷却水流路１１から溶解液を排出する。
【０１５７】
図５に示すように、燃料電池２の内部に設けられる流路４２の一端および流路１７ｂは、燃料電池２の外部に設けられる流路５３によって接続される。また、流路４２の他端および流路１５ａは、燃料電池２の外部に設けられる流路５４によって接続される。流路５３および流路５４は、遷移金属の回収のために設けられており、流路４２は、燃料電池２の内部に既存に設けられている。そして、回収装置３１は、一連に接続される冷却水流路１１と燃料極流路５と空気極流路６とに対して、同じ溶解液を供給および排出する。燃料電池２の内部において、流路４２は、流路１５ａ、燃料極流路５、流路１５ｂの流路、流路１６ａ、空気極流路６、流路１６ｂの流路、流路１７ａ、冷却水流路１１、流路１７ｂの流路、および流路４１とは、連通しておらずに独立している。
【０１５８】
このように、冷却水流路１１と燃料極流路５と空気極流路６とは、一連に接続しているので、燃料極流路５に供給される溶解液の全ては、冷却水流路１１に供給される。冷却水流路１１では、遷移金属の溶解時に加熱している燃料電池２の部分が溶解液によって冷却される。そのため、燃料電池２内の温度分布は小さくなり、溶解液への遷移金属の溶解のばらつきは抑制される。
【０１５９】
ここでは、一連に接続される冷却水流路１１と燃料極流路５と空気極流路６とに対して、溶解液を冷却水流路入口１１ａに供給して空気極流路出口６ｂから排出する溶解液供給部３３について説明するが、これら入口および出口に対する溶解液の供給順および排出順は特に限定されるものではない。この場合、流路５１，５２，５３，５４の接続構成は適宜変更される。
【０１６０】
例えば、溶解液供給部３３が冷却水流路入口１１ａに溶解液を供給する場合、冷却水流路出口１１ｂから排出した溶解液は、燃料極流路入口５ａ、燃料極流路出口５ｂ、空気極流路入口６ａ、空気極流路出口６ｂのいずれかに供給する。また、溶解液供給部３３が冷却水流路出口１１ｂに溶解液を供給する場合、冷却水流路入口１１ａから排出した溶解液は、燃料極流路入口５ａ、燃料極流路出口５ｂ、空気極流路入口６ａ、空気極流路出口６ｂのいずれかに供給する。
【０１６１】
また、溶解液供給部３３が燃料極流路入口５ａに溶解液を供給する場合、燃料極流路出口５ｂから排出した溶解液は、冷却水流路入口１１ａ、冷却水流路出口１１ｂ、空気極流路入口６ａ、空気極流路出口６ｂのいずれかに供給する。また、溶解液供給部３３が燃料極流路出口５ｂに溶解液を供給する場合、燃料極流路入口５ａから排出した溶解液は、冷却水流路入口１１ａ、冷却水流路出口１１ｂ、空気極流路入口６ａ、空気極流路出口６ｂのいずれかに供給する。
【０１６２】
また、溶解液供給部３３が空気極流路入口６ａに溶解液を供給する場合、空気極流路出口６ｂから排出した溶解液は、冷却水流路入口１１ａ、冷却水流路出口１１ｂ、燃料極流路入口５ａ、燃料極流路出口５ｂのいずれかに供給する。また、溶解液供給部３３が空気極流路出口６ｂに溶解液を供給する場合、空気極流路入口６ａから排出した溶解液は、冷却水流路入口１１ａ、冷却水流路出口１１ｂ、燃料極流路入口５ａ、燃料極流路出口５ｂのいずれかに供給する。
【０１６３】
燃料極および空気極から遷移金属を回収した後、電圧印加部４および溶解液供給部３３を停止して、燃料極および空気極への電圧の印加と溶解液の循環とを止める。溶解液中の遷移金属は、例えば、タンク部３９に設けられる不図示のドレン口を介して、タンク部３９から回収装置３１の外部へ排出される。
【０１６４】
上記したように、第２の実施の形態の遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置によれば、一連に接続される燃料極流路と空気極流路と冷却水流路とに対して、同じ溶解液を供給および排出することができる。そのため、燃料極流路および空気極流路に供給および排出する溶解液供給部の数や、燃料極流路および空気極流路から排出される溶解液を貯留するタンク部の数を減らすことができる。
【０１６５】
また、燃料極流路と空気極流路と冷却水流路とは一連に接続されるので、燃料極流路や空気極流路に供給される溶解液の全てが冷却水流路に供給される。そのため、遷移金属の溶解時における燃料電池内の温度分布はさらに小さくなるので、燃料電池内の温度分布に起因する遷移金属の溶解のばらつきはさらに抑制される。
【０１６６】
以上説明した実施の形態によれば、燃料電池を解体せずに、燃料電池から遷移金属を容易に回収することができる遷移金属の回収方法および遷移金属の回収装置を提供することができる。
【０１６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１６８】
１，３１…遷移金属の回収装置、２，２０…燃料電池、３，３３…溶解液供給部、３ａ…第１供給部、３ｂ…第２供給部、４…電圧印加部、５…燃料極流路、５ａ…燃料極流路入口、５ｂ…燃料極流路出口、６…空気極流路、６ａ…空気極流路入口、６ｂ…空気極流路出口、７…燃料極出力端子、８…空気極出力端子、９ａ…第１タンク部、９ｂ…第２タンク部、１０…排気部、１１…冷却水流路、１１ａ…冷却水流路入口、１１ｂ…冷却水流路出口、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，４１，４２，５１，５２，５３，５４…流路、３９…タンク部、５０…燃料極、６０…空気極、７０…電解質膜、８０…膜電極接合体。
【図１】
2018135577.tif 000005
【図２】
2018135577.tif 000006
【図３】
2018135577.tif 000007
【図４】
2018135577.tif 000008
【図５】
2018135577.tif 000009