本資料で答える内容
本資料では、電極を受け取った後にすべきこと(および不要なこと)、公表している各性能値の前提条件、測定値がデータシートと異なる場合にまず確認すべき点を説明します。
HXP-an・HXP-ca 電極を HXS-0 テストセルで使用する研究室向けです。スタック単体を自社の BoP に組み込む場合は、別の統合資料をご請求ください。
出荷時の状態:お客様の作業が不要な項目
- 電極は洗浄・乾燥済みで出荷します。お客様側での追加の前処理は不要です。
- HXP-an(アノード)は両面が同じなので、どちらの面を膜側に向けても構いません。HXP-ca(カソード)は触媒層の面を膜側に、カーボンペーパー(GDL)の面をセルハードウェア側に向けて組み立ててください。上下を逆にすると触媒層が膜に接触せず、セルは性能を発揮しません。
- 開封後は電極を乾燥状態で保管してください。
セルの組立
締付方法はハードウェアによって異なります
| ハードウェア | 値 |
|---|---|
| HXS-0 テストセル(当社供給) | M6 · プレス不要 · 締付順序とトルクは組立ガイドに記載 · M4 端子 1.5–2.0 N·m |
| お客様のセル | 上記の値は参考値として扱ってください。ガスケットの厚さと材質、有効面積によって変わります |
大面積セルでは必要な圧縮が異なります。下の組立表のとおり、締め付け試験でガスケット厚さを決めてください。スタックの締結条件(油圧プレスによる圧縮後の二段階ボルト締結)を単セルに適用しないでください。
すべてのセルに共通
| 項目 | 値 |
|---|---|
| 最も多い不具合 | ガスケット。O リングは溝から浮き、MEA ガスケットは内側に縮むため、なじませた後に元の位置へ押し戻してください |
| ガスケット厚さ | 電極の厚さに合わせるだけでは不十分です。ニッケルフォームのアノードは締め付け時に大きく圧縮され、その程度は材料によって異なります。何種類かのガスケット厚さで締め付けを試し、漏れとセル性能を確認して決めてください |
| 向き | アノードを下、カソードを上(電解液はアノード側を循環) |
| 断熱 | エンドプレートに PTFE シートを貼る |
| 流体接続 | HXS-0 は 1/4″ ダブルフェルール |
運転条件
| 項目 | 値 |
|---|---|
| 電解液 | 0.1 M KOH(脱イオン水) |
| 温度 | 50 °C |
| 圧力 | 周囲温度 |
| 電解液流量 | 有効面積 cm² あたり約 5 mL/min |
昇温には時間がかかります。設定値を入力した時点ではなく、セルが実際に温度に達してから測定を始めてください。温度や濃度が異なると、同じ電極でも同じ電流密度でのセル電圧が変わります。室温での測定値を、昇温条件で取得したデータシートと直接比較しないでください。
起動:別途の活性化工程はありません
新しい電極に別途の活性化工程はありません。セルを運転温度まで上げ、定格電流で運転してください。当社でもそのように運用しています。
| ステップ | 項目 |
|---|---|
| 1 | 組立後に電解液を循環させ、セルを昇温する |
| 2 | 定格電流まで段階的に上げます。推奨ですが必須ではありません(スタックの場合:0 → 10 → 20 → 30 → 40 → 50 A、各二分間) |
| 3 | 電圧が落ち着くまで定格電流で約 30 分保持し、その後測定を開始 |
| 4 | 初回運転時のチェック:ポートと継手に漏れがないこと、電解液の流れが安定していること、電流に応じて電圧が妥当に上昇すること |
測定手順
| ステップ | 手法 | 条件 |
|---|---|---|
| T1 | CP · 初期安定化 | 定格電流 · 30 分 |
| T2 | CP · 電流保持 | 0.1 A/cm² · 30 s |
| T3 | LSV | OCV → 1.70–1.75 V · 5 mV/s |
| T4 | ループ | T2 に戻り二回繰り返し |
| T5 | CV | 1.0 → 0.4 → 1.8 → 1.0 V · 4 サイクル · 50 mV/s |
| T6 | OCV | 30 s |
| T7 | CP | 0.1 A/cm² · 30 s |
| T8 | PEIS | DC バイアス 1.5 / 1.6 / 1.7 / 1.75 / 1.8 V · 100 kHz → 100 mHz · 振幅 10 mV |
性能が良い場合、1.8 V に達する前に測定器が電流上限に達することがよくあります。電流制限の表示と実際の電流を確認してください。上限に達している場合は上限電圧を 1.70–1.75 V に下げ、その範囲でも上限内に収まることを確認してください。
数値が合わない場合
- 測定前に定格電流で 30 分以上安定させましたか?
- セルは実際に 50 °C に達していますか(設定値ではなく実測値)?
- 電解液は 0.1 M KOH ですか?
- 組立ガイドの値どおりに締付トルクをかけましたか?
- ガスケットが溝から外れていませんか?
- どの膜とアイオノマーを使いましたか?
- 測定モード(定電流、定電位、掃引速度)と、有効面積の基準は何ですか?
これら七つの項目をお送りいただければ、当社のエンジニアが同じ条件を再現し、お客様と一緒に原因を究明します。
公開数値ごとの測定条件
| 公開数値 | 条件 |
|---|---|
| HXP-an ターフェル勾配 98.7 mV/dec | 0.3 M KOH · 室温 · 三電極系 |
| HXS-0 カタログ i-V 曲線 | 有効面積 4 cm² · 1 M KOH · 80 °C |
| HXS-2 i-V 曲線 | 0.1 M KOH · 50 °C · 23 セルのフルスタック |
| HXS-2 効率 90.0%(初期) | 0.1 M KOH · 50 °C · 常圧 |
公開している数値はすべて当社の HXP-an 電極で測定したものです。条件が異なる数値は比較できないため、二つの数値を並べる前に、それぞれがどの条件の値かを確認してください。
条件をお送りください
測定値がデータシートと大きく異なる場合は、上記の項目をお送りください。当社エンジニアが同じ条件を再現し、何が異なっていたかをご回答します。
ここに示す値は当社の試験条件によるものです。セル設計、膜とアイオノマー、試験装置が異なると、同じ数値が再現されないことがあります。条件をお送りいただければ、当社の条件と比較します。