CN100334766C - 燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置 - Google Patents

燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100334766C
CN100334766C CNB200510077581XA CN200510077581A CN100334766C CN 100334766 C CN100334766 C CN 100334766C CN B200510077581X A CNB200510077581X A CN B200510077581XA CN 200510077581 A CN200510077581 A CN 200510077581A CN 100334766 C CN100334766 C CN 100334766C
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
characteristic
energising
electrode
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB200510077581XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN1713431A (zh
Inventor
笹冈高明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Publication of CN1713431A publication Critical patent/CN1713431A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100334766C publication Critical patent/CN100334766C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

提供一种特性恢复方法及其特性恢复装置，可迅速且简便地进行发电特性低下的燃料电池的特性恢复，特别是可以实现发电特性低下的DMFC的特性恢复。本发明的燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，向直接甲醇燃料电池等需要特性恢复的燃料电池的阳极电极(3A)供给甲醇水溶液等阳极电极介质(6A)，向阴极电极(3B)供给空气等阴极电极介质(6B)，在电极(3A、3B)间向与燃料电池发电时的通电相同的方向进行强制通电。

Description

燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置，特别涉及移动及便携电源、电动汽车用电源、家庭内热电联供系统等所使用的直接甲醇燃料电池的老化方法及老化装置。
背景技术
最近，从地球环境保护等观点出发，对燃料电池的期待正急剧升高。燃料电池根据使用的电介质的种类一般可分为：固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体高分子燃料电池(PEFC)5种。
其中，具有使用2种电极夹入固体高分子膜，而且用分离器夹住这些部件的结构的固体高分子燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell以下称作“PEFC”)除了紧凑发电效率高之外，还可在较低的温度下工作，所以应用范围广泛、备受瞩目。
此外，最近在PEFC中，除了将氢气作为燃料，将甲醇水溶液直接作为燃料来使用的直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell以下称为“DMFC”)尤其引人关注。DMFC通过使含有甲醇和水的燃料、含有空气等氧的氧化剂气体发生电化学反应来产生电力，由于在常温下工作并可以小型化及密封化，所以可以在无公害的汽车、家庭用发电系统、移动体通信装置、医疗器械等中使用，其应用领域很多。
DMFC的基本结构为：作为单位电池(以下称为“电池”)，在平板状的膜电极组件(Membrance Electrode Assembly以下称作“MEA”)的两侧构成层积了导电性分离器的层积体。。MEA是在构成阳极电极和阴极电极的1对电极间夹住由离子交换树脂等构成的电解质膜的3层结构。1对电极分别由与电解质膜接触的电极触媒层和电极触媒层外侧的燃料或者氧化剂气体的扩散层(分散层)构成。层积导电性分离器使其与MEA的扩散层(分散层)相接触，并形成作为通路而起作用的分流器孔，上述通路的目的在于燃料或氧化剂向扩散层(分散层)的流入、分离器的温度调节、除去排出物等。通过这样的燃料电池，例如通过在与阳极电极的扩散层相接的分流器孔中流过甲醇与水的混合溶液、在与阴极电极的扩散层(分散层)相接的分流器孔中流过氧或空气等氧化性气体，来引起电化学反应产生电。
可以得知在含有DMFC的燃料电池中当持续发电运转时其发电特性降低，既一定电压下的电流密度下降等性能低下。
像这样的性能低下，由于寿命短导致的维护成本的增大等，成为燃料电池实用化时的障碍，所以需要迅速简便地恢复低下的发电特性的方法。
例如在专利文献1中记载的作为恢复燃料电池发电特性的低下的方法是为人所知的。专利文献1公示了通过使阴极电位周期地小于或等于0.6伏，来恢复质子交换膜(PEM)燃料电池的性能低下的方法。
【专利文献1】特表2003-536232号公报
但是专利文献1只不过展示了恢复PEM燃料电池性能低下的一种方法，人们期望更简便适用范围更广的方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池的特性恢复方法及其特性恢复装置，在含有DMFC的燃料电池中，通过迅速且简便的方法可以容易地恢复低下的发电特性。
本发明为了达到上述目的，提供一种燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，向燃料电池的阳极电极供给纯水或水溶液，向所述燃料电池的阴极电极供给含有氧的气体，在所述电极间向与燃料电池发电时的通电相同的方向进行强制通电。
本发明较理想的形态具有以下特征，
1)所述强制通电使用直流电源进行。
2)所述强制通电是以300～3000mA/cm2范围内的电流密度进行通电。
3)所述强制通电使用交流电源进行。
4)所述强制通电是在所述燃料电池的膜电极组件(MEA)温度达到100℃之前，或者在所述燃料电池的每个单体的最大施加电压达到3V之前进行通电。
5)所述含有氧的气体是纯氧、空气、或含氧0.001～1％的氮气。
6)所述燃料电池是DMFC。
本发明为了达到上述目的提供一种特性恢复装置，其特征在于具备：具有阳极电极和阴极电极的燃料电池；用于向所述阳极电极供给纯水或水溶液、向所述阴极电极供给含有氧的气体的特性恢复介质供给单元；施加用于在所述电极间向与所述燃料电池发电时的通电相同的方向进行强制通电的电压的电压施加单元；和进行所述特性恢复介质供给单元和所述电压施加单元的控制的控制单元。
在本发明较理想的形态中，具有与上述1)～6)相同的特征。
根据本发明的特性恢复方法及其特性恢复装置，能够实现迅速简便地进行发电特性低下的燃料电池的特性恢复，特别是可以实现发电特性低下的DMFC的特性恢复。
附图说明
图1是表示涉及本发明实施方式的特性恢复装置的概略结构图。
图2是本发明的特性恢复处理时的电流—电压曲线的示意图。
图3是表示本发明的特性恢复处理时的时间图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但是本发明不仅限于此。
(本发明的特性恢复装置的整体结构)
图1是涉及本发明实施方式的特性恢复装置的概略结构图。该特性恢复装置10的大致结构具有：特性恢复对象的DMFC1；电场施加单元11，作为对DMFC1施加电压并使电流流通的电场给予单元；控制电压施加单元11的控制单元12。此外，DMFC1既可以是与电压施加单元11等一体的、也可以是分开的。另外，在此对效果特别显著的DMFC进行说明，但如果是需要特性恢复的燃料电池本发明也是可以适用的，这里没有特别地限制。较理想的是适用于固体高分子燃料电池，特别适用于DMFC。
(本发明的特性恢复装置的各部结构)
DMFC1，众所周知的DMFC可以适用，其单体具备：阳极侧分离器2A及阴极侧分离器2B，阳极电极3A和阴极电极3B，电解质膜4。由阳极电极3A、阴极电极3B、以及电解质膜4构成MEA5，用阳极侧分离器2A和阴极侧分离器2B夹住MEA5的两侧。与目的电动势配合，DMFC1一般采用将多个单体串联连接的构造。
阳极电极3A和阴极电极3B都分别由用于燃料或氧化剂气体的供给和扩散(分散)的支持层，和产生氧化或还原反应的触媒层构成。在阳极电极3A上通过供给的甲醇和水的氧化反应，生成氢离子、电子、和二氧化碳，生成的氢离子通过电解质膜4传递到阴极电极3B，生成的电子通过外部电路传递到阴极电极3B。在阴极电极3B上通过氢离子和氧的还原反应生成水。
对电解质膜4的固体高分子膜并没有特别地限定，但是例如可以使用具有含有磺化酸基的全氟碳砜酸构造的薄膜(厚度50～100μm)作为离子交换基，能够制造小型的电池。
阳极侧分离器2A形成了用于向邻接的阳极电极3A供给燃料的燃料供给用槽，分离器2B形成了用于向邻接的阴极电极3B供给氧化剂气体的氧化剂气体供给用槽，沿分离器2A、2B表面，供给燃料、氧化剂气体。
作为分离器2A、2B并没有被特别地限定，但是例如可以适当地使用碳分离器、向树脂加入碳的碳合成的铸型分离器、在表面具有钛、不锈钢或者以贵金属为代表的耐腐蚀层的金属分离器。
电压施加单元11根据来自控制单元12的指令，向DMFC1施加电压，强制通电。使用直流电源是理想的，但是也可以使用交流电源。此外，控制单元12具备CPU等，进行后述的特性恢复方法的控制。
(本发明的特性恢复方法)
其次，对涉及本发明实施方式的特性恢复方法进行说明。
作为特性恢复方法实施以下的步骤。
1.向DMFC1的阳极电极3A供给阳极介质6A，向阴极电极3B供给阴极介质6B。此外，供给方法可以是强制循环，也可以是用自然流供给的方法。
2.准备直流电源(电压施加单元11)，将DMFC1的阳极电极3A与直流电源输出的正极连线，将DMFC1的阴极电极3B与直流电源输出的负极连线。通过这样的连线可以使与通常发电时相同方向的电流对MEA5强制地通电。此外，也可以用交流电源。
3.使用直流电源对DMFC1进行强制通电。通电条件是MEA5的单位电极表面积的电流密度Je在300～3000mA/cm2范围内的电流，设DMFC1的每个单体的端子间电压为0.3～3V，通电时间从数秒到数分钟。此外，也可以用小于等于±3000mA/cm2的交流电源来通电。在通电中，对阳极进行供给以使其不能没有水分。通过多次重复这些，DMFC1的特性恢复结束。
以下，对涉及本发明实施方式的特性恢复方法进行更详细地说明。
1)阳极介质6A
在阳极介质6A中使用水或者甲醇水溶液。在实际的DMFC的发电中，由于所使用的甲醇的浓度为0.1～10mol/L，所以填充该浓度范围的甲醇水溶液是较好的。另一方面，即使使用纯水在用于特性恢复的强制通电之后，如果为了DMFC发电运转向甲醇水溶液交换，在强制通电时也可以使用纯水，但是为了节省交换所花费的功夫、时间，最好使用常用的甲醇水溶液作为燃料。此外，考虑到水的电解，本发明的要素不仅限于水和甲醇水溶液，也可以是阳极介质6A不伤及MEA5的水溶液。例如，可以是乙醇水溶液、异丙醇水溶液等。作为供给方法具有在阳极电极3A设置水溶液的水箱的方法和用强制循环供给溶液的方法等，没有特别的限定。此外，除了水的电解考虑到水的合成也与本发明的要素相关，通过两者的复合作用来使本发明的效果奏效。
2)阴极介质6B
在阴极介质6B供给含有氧的气体、例如空气(含有氧的氮气)。氧的含量没有特别的限定，纯氧气那样的高浓度或者0.001～1％的低浓度都可以。如果是含有氧的气体就可以使用，可以从简便行、经济性等观点出发选择氧浓度、氧以外所含有的气体的种类/浓度。作为供给方法，具有通过在大气中放置阴极电极3B等的自然呼吸型DMFC的构造来供给的方法，或者用强制循环来供给气体的方法，没有特别的限定。
3)强制通电的电流密度Je
在实际的DMFC发电中，通常在0～200mA/cm2的范围内进行发电运转。在强制通电中，需要进行大于或等于在实际的DMFC发电中所设想的负载电流密度的电流通电，用电流密度在300～3000mA/cm2范围内的一定电流强制通电是较好的。更好的是350～2000mA/cm2，更加好的是400～1500mA/cm2，最好的是450～1400mA/cm2。当电流密度过小时就没有效果，过大时则成为导致MEA5热破坏的原因。在大于等于2500mA/cm2时为了防止MEA5的热破坏，较理想的是一面冷却单体或者缩短通电时间(例如，缩短为数秒)一面进行强制通电。从便利性等观点出发使用在上述范围内的电流值以一定电流强制通电是较好的。
在使用交流电源时，用电流密度在±3000mA/cm2范围内的电流强制通电是较好的。更好的是±2000mA/cm2范围内，更加好的是±1500mA/cm2范围内，最好的是±1400mA/cm2范围内。
此外，即使电流密度小，通过增长通电时间、增加再通电次数也可以提高本发明的效果。
4)强制通电的施加电压V
通电中，施加相当于0.3～3V的电压作为每个单体的电极间电压是较好的。更好的是0.6～2.7V，更加好的是0.9～2.5V。由于当电压过小时电解无法发生所以几乎得不到特性恢复的效果。当电压过大时由于引起热损伤或者电损伤所以也是不理想的。
5)强制通电的通电时间t和通电次数
较理想的是在数秒～数分钟间进行通电。当通电时间过短时几乎得不到效果。而当时间过长时由于发热MEA5的温度上升以及分离器进行电化学反应(例如，腐蚀)所以也是不理想的。作为合适的通电时间在MEA5的温度达到100℃之前，或者一定电流强制通电时的每个单体的最大电压达到3V之前进行通电，然后将通电电流设置为零。重复2～6次这样的操作是较好的。更好的是3～5次。当重复通电时，通电开始时的电压比前一次的通电开始时的电压低，但较理想的是在几乎没有降低之前进行，更好的是在没有降低的前一次之前进行再通电。既，重复再通电直到单体的内部电阻稳定为止是较好的。例如，如果第3次和第4次的通电开始时的电压大致相等，通过3次的强制通电结束特性恢复处理是较好的。
6)作为上述3)～5)的施加电压V、通电电流I(电流密度Je)、通电时间t的条件决定方法，按照以下的流程是其中的一种方法。
a)计量单体的施加电压V、通电电流I，同时监视V-I特性。
b)用直流电源增加电流和电压(图2)。
c)在电流·电压的dV/dI随着电流增加而开始急剧增加的点(在图2，10A前后)的电流—电压区域(以下称为“适当区域”)以下，进行一定电流的强制通电。图2是实施本发明的特性恢复处理时的电流—电压曲线的示意图，用约10A的一定的电流强制通电。此外，通过强制通电时间的调整或者冷却处理的实施可以适用超过适当区域的电流—电压区域(以下称为“过电流区域”)。
d)当MEA5的温度达到70～100℃，或者一定电流通电时的每个单体的最大电压增加到1～3V时，结束通电。设此时的通电时间为t1。
e)确认MEA5的温度在50℃以下或者比刚通电之后的温度低，再次执行上述c)和d)的操作。再通电进行3～6次。为了缩短等待时间，也可以强制冷却。再通电时间根据再通电开始时的MEA5的温度不同而不同。
7)代替上述6)的c)、d)的施加电压V、通电电流I(电流密度Je)、通电时间t的条件决定方法，使用满足下述式子(1)～(3)的V、I、t的值进行通电，也是方法之一。
ΔT＜100  ……式子(1)
T2＜100   ……式子(2)
q＜100    ……式子(3)
ΔT＝(V1+V2)÷2×I×t÷(C2·ρ2·Va)……式子(4)
q＝V×I÷S(W/cm2)……式子(5)
且，
ΔT：由通电引起的温度上升的概算值(℃)
T1：通电前的MEA5的温度(℃)
T2：通电刚结束后的MEA5的温度(℃)
V1：使用一定电流的通电刚开始后的施加电压
V2：使用一定电流的通电将要结束前的施加电压
C2：阳极注入液体的比热(J/(g·K))
ρ2：阳极注入液体的密度(g/cm3)
Va：每个MEA的阳极注入液量(cm3/sec)
S：MEA的电极表面积(cm2)
此外，在将MEA5的温度T1设为室温(25～30℃)的情况下，ΔT＜60～70是较好的。
设ΔT(℃)＜100是因为T1＞0，MEA5的最高温度不超过100℃。设q(W/cm2)＜100是因为当q＞100W/cm2时界面从核沸腾转移到膜沸腾热扩散恶化，而且因为在阳极界面生成沸腾膜抑制水的电解，所以是不理想的。
8)强制通电时的dV/dI特性
较好的是用尽量小的施加电压流过大电流。因此用适当区域以下的电流值进行一定通电是较好的。
图3是表示实施本发明的特性恢复处理时的时间图。表示使用由上述条件决定的一定电流(电流密度Je(mA/cm2))进行了3次强制通电的情况。
根据上述特性恢复方法，可短时间且简便地恢复发电性能低下的燃料电池的特性。此外，由于是只进行规定通电的处理，将DMFC1装入机器后的特性恢复也是可以的。
具体实施方例
(1)试验用燃料电池的制作
制作具有耐腐蚀性和表面导电性的金属覆盖片材作为DMFC用分离器。使用不锈钢(SUS304)作芯金属，用金属钛作覆盖金属的Ti/SUS/Ti的复合金属部件，在该部件的表面根据在特开2004-158437号公报中公开的方法等实施用于使表面兼具导电性和耐腐蚀性的表面处理。使用该金属部件和MEA(使用ナフイォン(注册商标)作为电解质膜)组装电极表面积S＝8.4cm2的单体。
(2)特性低下要素和比较测定
在DMFC中，由于燃料电池刚组装后的发电特性很低且不稳定，所以通常在DMFC电池的情况下，在电池组装之后必须要以比室温高的温度(通常60～80摄氏度)进行3～40个小时的发电，作为初期适应性运转(以下，成为“老化”)。由此，展示了比刚组装后的发电特性高的电池输出。因此，对于组装的单体在60摄氏度实施8小时的DMFC发电作为老化处理。对于使用空气作为阴极供给气体的老化处理后的单体，在室温下使用1mol/L的甲醇水溶液作为阳极燃料，使用空气作为阴极供给气体，设空气利用率为10％，在负载100mA/cm2的条件下进行DMFC连续发电。连续运转刚开始后的发电特性为25mW/cm2(比较测定ref1)，连续运转100小时后，发电特性降低至10mW/cm2(比价测定ref2)。然后中止发电，通过在阴极侧流过1小时干燥空气，对阴极侧实施干燥处理，再次在相同条件下测定发电特性时，确认与连续运转刚开始后的发电量相同为25mW/cm2。由此，100小时连续发电导致性能低下的因素判断为溢流(flooding)。
此外，对于其他途径组装的单体，在60摄氏度实施8小时使用纯氧(除去不可避免的不纯物，残留的氧，以下相同)作为阴极供给气体的老化处理。对于老化处理后的单体，在室温下使用1mol/L甲醇水溶液作为阳极燃料，使用纯氧作为阴极供给气体，设阴极供给气体利用率为10％，在负载100mA/cm2的条件下，进行DMFC连续发电。连续发电刚开始后的发电特性为30mW/cm2(比较测定ref3)，但是100小时连续运转后发电特性降低至12mW/cm2(比较测定ref4)。
(3)强制通电实验1
对于用上述(1)相同条件组装的单体，在与上述(2)相同条件下实施老化处理(在60摄氏度下实施DMFC发电8个小时)，然后进行100小时的连续发电，制作由于溢流而特性低下的单体。此时，准备在老化处理和100小时连续发电时使用空气作为阴极供给气体的试剂(试剂1～试剂9)，和使用纯氧作为阴极供给气体的试剂(试剂10)。使用试剂1～试剂10进行强制通电实验。在本实验中，设阳极注入量为Va＝1(cm3/sec)。此外，设阳极注入液的比热以水的值为代表值C2＝4.2(J/g·k)，密度ρ2＝1.0(g/cm3)。
因此，I＝电极表面积S×通电电流密度Je，所以代入上述式子(4)就得到ΔT＝(V1+V2)×Je×t。
准备直流电源，将DMFC的阳极电极与直流电源输出的正极连线，将DMFC的阴极电极与直流电源输出的负极连线，保持电流密度一定使与通常发电时相同方向的电流强制地通电。在各试剂中将各自的通电次数设为3次。使用甲醇水溶液(1.0mol/L、3.0mol/L、10.0mol/L)作为阳极供给溶液，使用空气(试剂1～5)、含氧0.001％～1％的氮气(试剂6～9)、或者纯氧(试剂10)作为阴极供给气体，通过强制地使各自循环的方法来实施。在室温25摄氏度使用空气(试剂1～9)或者纯氧(试剂10)作为阴极供给气体，以10％的阴极供给气体利用率来进行针对进行强制通电的试剂的DMFC发电特性评价。表1表示评价结果。在表1中，表示由强制通电条件以及强制通电处理后的DMFC发电特性而得到的最大输出值。最大输出值换算成单位MEA电极表面积的数值。此外，还表示以一定电流的通电刚开始后的电压V1和通电刚结束前的电压V2的值。在表1中ΔT是计算值，T1、T2是实测值。
【表1】
表1  特性恢复实验的评价结果
 试剂No 强制通电条件 DMFC发电特性(25℃)
阳极注入溶液va(mol/L) 电流密度e(mA/cm2)  施加电压V1(V)  施加电压V2(V) 通电时间t(sec) ΔT(℃)T1(℃)T2(℃) 最大输出(mW/cm2)
1 甲醇水溶液(1.0)     150   0.6   0.7   200 ΔT＝39T1＝30T2＝80     10
2 甲醇水溶液(1.0)     300   0.9   1.1   58 ΔT＝35T1＝30T2＝70     20
3 甲醇水溶液(1.0)     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
4 甲醇水溶液(3.0)     150   0.6   0.7   200 ΔT＝39T1＝30T2＝80     10
5 甲醇水溶液(10.0)     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
6 甲醇水溶液(10.0)※1     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
7 甲醇水溶液(10.0)※2     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
8 甲醇水溶液(10.0)※3     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
9 甲醇水溶液(10.0)※4     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     25
10 甲醇水溶液(1.0)※5     450   1.2   1.4   30 ΔT＝35T1＝30T2＝70     30
 比较测定 刚老化后的初期特性(阴极供给气体为空气时)：ref1     25
100小时连续发电后的特性(阴极供给气体为空气时)：ref2     10
刚老化后的初期特性(阴极供给气体为纯氧时)：ref3     30
100小时连续发电后的特性(阴极供给气体为纯氧时)：ref4     12
1.试剂6是用(1％氧+残氮)的混合气体作为强制通电时的阴极供给气体、用空气作为DMFC发电特性评价时的阴极供给气体来实施。
2.试剂7是用(0.1％氧+残氮)的混合气体作为强制通电时的阴极供给气体、用空气作为DMFC发电特性评价时的阴极供给气体来实施。
3.试剂8是用(0.01％氧+残氮)的混合气体作为强制通电时的阴极供给气体、用空气作为DMFC发电特性评价时的阴极供给气体来实施。
4.试剂9是用(0.001％氧+残氮)的混合气体作为强制通电时的阴极供给气体、用空气作为DMFC发电特性评价时的阴极供给气体来实施。
5.试剂10是用纯氧作为强制通电时和DMFC发电特性评价时的阴极供给气体来实施。
在试剂1和4中几乎看不出输出特性的恢复效果。这是由于在试剂1和4的强制通电条件下电流密度Je和施加电压(V1、V2)较小，水的电解不充分，所以输出特性的恢复效果较小。另一方面，在试剂2、3以及5～10中可以看出大致恢复到刚老化后的初期特性的输出值。
(4)强制通电实验2
按照与上述(2)相同的顺序，使用空气作为阴极供给气体，在老化处理后进行100小时的连续发电，制作发电特性低下的单体(试剂11)。使用试剂11进行强制通电实验。准备直流电源，将DMFC的阳极电极与直流电源输出的正极连线，将DMFC的阴极电极与直流电源输出的负极连线，使与通常发电时相同方向的电流强制地通电(通电顺序1)。然后，相反地连线，使与通常发电时相反方向的电流强制地通电(通电顺序2)。进而按如表2所示的顺序，对1个单体(试剂11)改变条件连续地进行强制通电(通电顺序3、4)。通电次数只在第1次的条件下(同电顺序1：+450mA/cm2、30sec)设为3次，其后的通电条件下设为1次。使用甲醇水溶液(1.0mol/L)作为阳极供给溶液，使用空气作为阴极供给气体，通过强制地使其各自循环的方法来实施。按照每个通电顺序与“强制通电实验1”相同地评价DMFC的发电特性。评价时的阳极供给溶液和阴极供给气体设为与强制通电时相同的条件。评价结果如表2所示。
【表2】
表2  特性恢复实验的评价结果
通电顺序 强制通电条件 DMFC发电特性(25℃)
    电流密度Jc(mA/cm2)     通电时间t(sec)     最大输出(mW/cm2)
    0     100小时连续发电后的特性     5
    1     +450     30     15
    2     -450     30     20
    3     -700     15     20
    4     +700     15     25
+：与通常的发电时相同方向，-：与通常的发电时相反方向
通过表2，考虑到在向与通常发电时相反方向的强制通电(通电顺序2、3)时，本发明的效果较少。
(5)强制通电实验3
作为其他实施例，按照与上述(2)一样的顺序，使用空气作为阴极供给气体，在老化处理后进行100小时的连续发电，制作发电特性低下的单体(试剂12)。使用试剂12进行强制通电实验。使用甲醇水溶液(1.0mol/L)作为阳极供给溶液，使用含氧1％的氮气作为阴极供给气体，通过强制地使其各自循环的方法来实施。其他通电条件与“强制通电实验2”的通电条件相同(通电顺序4省略)。对每个通电顺序与“强制通电实验1”相同地评价DMFC的发电特性。发电特性评价时的阴极供给气体使用空气，在充分置换了强制通电时的阴极供给气体(含氧1％的氮气)之后进行测定。此外，在将阴极供给气体从空气充分置换为含氧1％的氮气之后，进行发电特性评价后的强制通电。在表3中表示评价结果。
【表3】
表3  特性恢复实验的评价结果
 通电顺序 强制通电条件 DMFc发电特性(25℃)
    电流密度Je(mA/cm2)     通电时间t(sec)     最大输出(mW/cm2)
    0     100小时连续发电后的特性     5
    1     +450     30     15
    2     -450     30     25
    3     -700     15     25
+：与通常的发电时相同方向，-：与通常的发电时相反方向
通过表3可以确认：在使用空气(氧浓度＝21％)作为阴极供给气体的“强制通电实验2”的情况下，在反方向通电时特性恢复效果较小，但是在使阴极供给气体的含氧浓度低于1％的本实施例的情况下，即使反方向通电也具有发电特性恢复的效果。

Claims (6)

1.一种燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，
向直接甲醇燃料电池的阳极电极供给纯水或甲醇水溶液，向所述直接甲醇燃料电池的阴极电极供给纯氧、空气、或含氧0.001～1％的氮气，在所述电极间向与直接甲醇燃料电池发电时的通电相同的方向进行强制通电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，所述强制通电是使用直流电源进行的。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，所述强制通电是以300～3000mA/cm2范围内的电流密度进行通电的。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，所述强制通电是使用交流电源进行的。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的燃料电池的特性恢复方法，其特征在于，
所述强制通电是在所述直接甲醇燃料电池的膜电极组件(MEA)的温度达到100℃之前，或者在所述直接甲醇燃料电池的每个单体的最大施加电压达到3V之前进行通电的。
6.一种特性恢复装置，其特征在于，
包括：
具有阳极电极和阴极电极的直接甲醇燃料电池；
用于向所述阳极电极供给纯水或甲醇水溶液、向所述阴极电极供给纯氧、空气、或含氧0.001～1％的氮气的特性恢复介质供给单元；
施加用于在所述电极间向与所述直接甲醇燃料电池发电时的通电相同的方向进行强制通电的电压的电压施加单元；和
进行所述特性恢复介质供给单元和所述电压施加单元的控制的控制单元。
CNB200510077581XA 2004-06-21 2005-06-20 燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置 Expired - Fee Related CN100334766C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004183071 2004-06-21
JP2004183071 2004-06-21
JP2005035287 2005-02-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1713431A CN1713431A (zh) 2005-12-28
CN100334766C true CN100334766C (zh) 2007-08-29

Family

ID=35718941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB200510077581XA Expired - Fee Related CN100334766C (zh) 2004-06-21 2005-06-20 燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100334766C (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102005592B (zh) * 2010-10-18 2012-12-05 清华大学 一种燃料电池恢复活性的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294892A (en) * 1979-05-02 1981-10-13 Electrochemische Energieconversie, N.V. Method for the operation of a fuel cell
WO1999034465A1 (en) * 1997-12-23 1999-07-08 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell with periodic fuel starvation at the anode
US6506510B1 (en) * 2000-12-15 2003-01-14 Uop Llc Hydrogen generation via methane cracking for integrated heat and electricity production using a fuel cell
WO2003037591A1 (en) * 2001-10-29 2003-05-08 Nordson Corporation Pump with integral filter for a hot melt adhesive system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294892A (en) * 1979-05-02 1981-10-13 Electrochemische Energieconversie, N.V. Method for the operation of a fuel cell
WO1999034465A1 (en) * 1997-12-23 1999-07-08 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell with periodic fuel starvation at the anode
US6506510B1 (en) * 2000-12-15 2003-01-14 Uop Llc Hydrogen generation via methane cracking for integrated heat and electricity production using a fuel cell
WO2003037591A1 (en) * 2001-10-29 2003-05-08 Nordson Corporation Pump with integral filter for a hot melt adhesive system

Also Published As

Publication number Publication date
CN1713431A (zh) 2005-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4788152B2 (ja) 燃料電池のエージング方法およびエージング装置
CN101087029B (zh) 固体高分子电解质膜、膜电极接合体及采用它的燃料电池
Park et al. All-solid-state supercapacitor using a Nafion® polymer membrane and its hybridization with a direct methanol fuel cell
KR101148402B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 연료 전지의 활성화 방법
CN100388546C (zh) 燃料电池的运转方法
CN102084528B (zh) 用于限制pem燃料电池系统的输出电压的方法
JP3872791B2 (ja) 燃料電池の間欠的冷却法
JP3510285B2 (ja) 固体高分子電解質燃料電池システム
JP5151293B2 (ja) 燃料電池の運転方法
US8647784B2 (en) Fuel cell stack start method preventing cathode deterioration
JP2017130449A (ja) 電気化学セル及び作動方法
US7645529B2 (en) Fuel cell characteristic recovery method and apparatus
JP2003510766A (ja) 燃料電池装置の燃料電池スタックの始動方法及びシステム
CN100334766C (zh) 燃料电池的特性恢复方法和特性恢复装置
JP2007317517A (ja) 燃料電池システム
CN100492737C (zh) 燃料电池的老化方法和老化装置
CN200944421Y (zh) 一种氢燃料电池
JP7035982B2 (ja) 燃料電池システム
JP5348600B2 (ja) 直接型燃料電池システムとその制御方法
JP2014239017A (ja) ダイレクトメタノール型燃料電池の活性化方法
JP2013191568A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の活性化方法
JP3960038B2 (ja) 液体燃料直接供給形燃料電池
Maswood et al. Developing a PEM Fuel Cell electrical equivalent circuit
JP5670831B2 (ja) 燃料電池システム及びその停止方法
Chandan et al. Investigating Electrodes for Intermediate Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cell (IT-PEFC): GDL Material Properties and their Influence

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070829

Termination date: 20140620

EXPY Termination of patent right or utility model