CN101682062A - 燃料电池系统和燃料电池的活化方法 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池的活化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101682062A
CN101682062A CN200880019405A CN200880019405A CN101682062A CN 101682062 A CN101682062 A CN 101682062A CN 200880019405 A CN200880019405 A CN 200880019405A CN 200880019405 A CN200880019405 A CN 200880019405A CN 101682062 A CN101682062 A CN 101682062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
electrode
oxidant
fuel
cell
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.)
Granted
Application number
CN200880019405A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101682062B (zh
Inventor
山本润
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN101682062A publication Critical patent/CN101682062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101682062B publication Critical patent/CN101682062B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04238—Depolarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种燃料电池系统与燃料电池的活化方法，其中控制电池单元电压，以在氧化剂电极中引起发生氢生成反应，从而允许与质子的移动量对应的电流流过燃料电池，该电流大于扩散极限电流。结果，与氧化剂的供给量无关，允许流过比燃料电池反应的极限电流大的电流。

Description

燃料电池系统和燃料电池的活化方法
技术领域
本发明涉及包括燃料电池的燃料电池系统，所述燃料电池通过分别向设置于聚合物电解质膜(polymer electrolyte membrane)的一个表面的氧电极和向设置于其另一表面的燃料电极供给氧化剂和燃料，执行发电。
背景技术
聚合物电解质燃料电池(polymer electrolyte fuel cell)主要包括具有质子传导性的聚合物电解质膜和布置在所述聚合物电解质膜的两个表面上的一对电极。每个电极包括主要由铂或铂族金属催化剂制成的催化剂层，和在催化剂层的外表面上形成的、用于供给气体和收集电流的气体扩散电极。通过结合电极和聚合物电解质膜而形成的主体被称为膜电极组件(MEA)。燃料(氢)被供给电极之一，氧化剂(氧)被供给另一个电极，从而执行发电。
在被供给氢作为燃料的燃料电极中，发生由下面的(化学式1)表示的反应，由氢产生质子和电子。此外，在被供给氧作为氧化剂的氧化剂电极中，发生由下面的(化学式2)表示的反应，由氧、质子和电子产生水。这种情况下，质子穿过聚合物电解质膜从燃料电极移动到氧化剂电极。此外，电子穿过外部负载从燃料电极移动到氧化剂电极。在该过程中，获得电能。
燃料电极：H2→2H++2e-             (化学式1)
氧化剂电极：1/2O2+2H++2e-→H2O    (化学式2)
燃料电池的理论电压约为1.23伏，不过在通常运转状态下，燃料电池常在0.7伏电压下使用。与燃料电池中的各种损耗(极化)相关地产生压降。
对于聚合物电解质膜来说，广泛使用由Nafion(DuPont的商标)代表的全氟磺酸(perfluorosulfonic acid)聚合物电解质膜。在全氟磺酸聚合物电解质膜中，为了传导质子，一边流动一边夹带(entrain)质子的水是必需的。因此，为了获得足够的质子传导性，必须增大聚合物电解质膜的含水量(moisture content)。在这方面，已知当燃料电池在含水量低的情况下运转时，燃料电池的电压降低。
此外，已知在燃料电池的氧化剂电极的电位相对于燃料电极的电位被设为等于或大于0.8伏的高值的情况下，在用于氧化剂电极的铂催化剂表面上形成氧化层，从而导致催化活性的退化。
为了抑制由上述原因引起的燃料电池的电压减小，并且在开始运转之后立即使燃料电池的特性保持高而稳定的状态，在常规上提出了燃料电池的活化方法。
这里，燃料电池的活化指的是增大聚合物电解质膜的含水量、和通过去除在催化剂表面上形成的氧化层减少损耗(极化)的操作。
日本专利申请公开No.2005-093143公开一种通过使燃料电池的相对电极短路来活化燃料电池的方法。
使燃料电池的电压保持约为0伏，从而还原和去除在铂催化剂表面上形成的氧化层。此外，通过允许由燃料电池反应产生的电流的通过，促进了水的产生，从而使聚合物电解质膜增湿。
在该活化方法中，不可能使等于或大于当稳定运转时流过的最大电流(下面称为极限(limiting)电流)的电流流过燃料电池。
日本专利申请公开No.2006-040598公开一种方法，其中在把诸如甲醇之类的有机燃料供给燃料电极的燃料电池中，在惰性气体被供给氧化剂电极时，燃料电池与外部电源连接，以使燃料电极和氧化剂电极的电位被反转，从而使聚合物电解质膜增湿。
这种情况下，在氧化剂电极中，借助从燃料电极穿过聚合物电解质膜的质子和从外部电源供给的电子，发生由化学式3表示的氢生成反应。
氧化剂电极：2H++2e-→H2           (化学式3)
在上面提及的反应的过程中，随同质子的移动一起，水散布在聚合物电解质膜中，从而执行增湿。此外，由于燃料电极和氧化剂电极的电位被反转，因此氧化剂电极的电位被保持成低于燃料电极的电位，从而促进形成于铂催化剂表面上的氧化层的还原和去除。
不过，执行日本专利申请公开No.2006-040598中描述的活化是为了使聚合物电解质膜增湿，就增强燃料电池在稳定运转时使用的整个电流区中的特性来说仍然不足。
发明内容
本发明涉及一种燃料电池系统和燃料电池的活化方法，其中执行活化处理，以使允许大于极限电流的电流流过，从而能够增强燃料电池在稳定运转时使用的整个电流区中的特性。
本发明提供一种具有下述结构的燃料电池系统和燃料电池的活化方法。
即，本发明涉及一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，所述燃料电池通过分别向设置在聚合物电解质膜的一个表面上的氧化剂电极供给氧化剂、以及向设置在聚合物电解质膜的另一个表面上的燃料电极供给燃料，执行发电；和
电压施加电路，用于在氧化剂电极和燃料电极之间施加反极性的电压，所述电压足以用于在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应，且用于使比在燃料电池稳定运转时产生的最大电流大的电流通过。
此外，本发明涉及一种燃料电池的活化(activation)方法，所述燃料电池通过分别向设置在聚合物电解质膜的一个表面上的氧化剂电极供给氧化剂、以及向设置在聚合物电解质膜的另一个表面上的燃料电极供给燃料，执行发电，
所述活化方法包括：
执行活化处理，所述活化处理包括在氧化剂电极和燃料电极之间施加反极性的电压，所述电压足以用于在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应，且用于使比在燃料电池稳定运转时产生的最大电流大的电流通过。
在本发明的燃料电池的活化方法中，允许比极限电流大的电流通过燃料电池，从而能够增强在稳定运转时使用的整个电流区域中的发电特性。
附图说明
图1是示出按照本发明的实施例的燃料电池系统的结构的示意图。
图2是示出按照本发明的实施例，相对于燃料电池中的氧化剂浓度的扩散极限电流的示图。
图3是示出按照本发明的实施例，相对于通过电流的燃料电池的特性的示图。
图4是示出按照本发明的实施例的燃料电池在极性反转时的行为的示图。
图5是示出按照本发明的实施例的燃料电池在极性反转测试之后的特性的示图。
图6是示出按照本发明的实施例，燃料电池的内电阻和由于氢的产生而流过的电流之间的关系的示图。
图7是示出按照本发明的实施例的燃料电池的活化例程的流程图。
图8是示出按照本发明的例1的燃料电池系统的结构的示意图。
图9是示出按照本发明的例1的燃料电池单元的结构的示意图。
图10是示出按照本发明的例1的燃料电池单元在活化后的特性的示图。
图11是示出按照本发明的例2的燃料电池系统的结构的示意图。
图12是示出按照本发明的例2的燃料电池系统的另一结构的示意图。
图13是示出按照本发明的例3的燃料电池系统的结构的示意图。
图14是示出按照本发明的例3的燃料电池系统的氧化剂量调节单元的结构的示图。
图15是示出按照本发明的例3的燃料电池系统的氧化剂量调节单元的另一种结构的示图。
图16是示出按照本发明的例4的燃料电池系统的结构的示意图。
图17是示出按照本发明的例5的燃料电池系统的结构的示意图。
具体实施方式
在常规上，对于活化燃料电池来说，更充分地使聚合物电解质膜增加水分和保持氧化剂电极的电位低于燃料电极的电位被认为是有效的。
不过，作为本发明的发明人对活化处理过程的研究的结果，发现了下面的内容。为了进一步活化燃料电池，通过电流的大小是重要的。
即，发现：在活化处理时在燃料电池中通过的电流的大小与在活化处理之后燃料电池特性的增强程度之间存在相关性。
相关性的原因被认为是在活化处理时已通过聚合物电解质膜的质子对聚合物电解质膜的质子通道(channel)的某种影响。
本发明的发明人发现，为了增强燃料电池在稳定运转时使用的整个电流区中的特性(例如，以恒流驱动时的电压值)，使与稳定运转时通过的最大电流相等或更大的电流通过是有效的。
因此，本发明的术语“活化”指的是增大常规的聚合物电解质膜的含水量，通过消除在催化剂表面上形成的氧化层减少损耗(极化)，以及增强关于质子传导性的特性。
注意按照本发明的术语“稳定运转”指的是在运转条件的波动范围内连续执行发电的运转，所述运转条件由从燃料电池看来的负载的阻抗和氧化剂的供给量表示。
通常，在使用燃料电池的时候，燃料电池被单独使用或者和另一个燃料电池组合使用，其被连接有各种负载。此外，取决于运转条件，负载的条件可不同地变化。于是，由燃料电池看来的负载的阻抗并不恒定，并且可能大大地变化。因此，稳定运转时取出的电流的值可能随条件而大大地变化。希望在此时的电流值下，更有效地取出电能。
在按照本发明的燃料电池系统中，希望燃料电池系统包括电压施加电路，用于施加足以在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应、以及使比在稳定运转时产生的最大电流大的电流通过的反极性电压。
此外，由包括活化处理步骤的制造方法制备的燃料电池在使用的整个电流区中具有增强的特性，从而是所希望的。
(实施例1)
下面，参考附图描述本发明的实施例。
图1是示出通过按照本发明的实施例1的燃料电池的活化方法运转的燃料电池系统的示意图。
燃料电池系统1包括具有膜电极组件的燃料电池单元5，或者具有其中相互堆叠多个燃料电池单元的结构的燃料电池组，所述膜电极组件具有其中燃料电极7和氧化剂电极8被设置在聚合物电解质膜6的两侧的结构。燃料电池系统1还包括向燃料电极7供给燃料的燃料流路3、和向氧化剂电极8供给氧化剂的氧化剂流路4。燃料电池系统1还包括与燃料电极7和氧化剂电极8连接的外部电源10，所述外部电源是本发明的电压施加电路。
尽管诸如纯氢和甲醇之类的各种燃料可以用作按照本发明的实施例1的燃料电池单元5的燃料，不过希望使用在燃料电极中发生小的极化的氢作为燃料。
通过燃料流路，例如，从燃料罐2向燃料电极7供给氢燃料。可以使用任何部件作为燃料罐7，只要氢燃料能够被提供给燃料电池，并且可合适地使用保持以高压充入的氢或保存在贮氢材料中的氢的部件。此外，可以采用其中诸如甲醇或乙醇之类的液体燃料被保持在燃料罐2中、并且液体燃料被允许通过转化器(reformer)，从而具有氢气的形式并被供给燃料电池的系统。
例如，借助自然扩散，向氧化剂电极8供给空气。此外，通过使用诸如风扇之类的辅助设备，可向氧化剂电极8供给空气。此外，可向氧化剂电极8供给充入并装在独立罐中的氧气。
全氟磺酸盐(perfluorosulfonate)质子交换树脂膜可被用作聚合物电解质膜6。要求在开始运转时，聚合物电解质膜被快速增湿，从而聚合物电解质膜可以是尽可能薄的膜。当考虑聚合物电解质膜的机械强度、阻气特性等时，聚合物电解质膜的厚度可以约为50微米。
例如，如下所述地制造聚合物电解质燃料电池的膜电极组件。
首先，混合诸如铂黑或载铂碳之类的催化剂携载颗粒、聚合物电解质溶液、和诸如异丙醇之类的有机溶剂，从而制备催化剂墨。随后，例如通过喷涂、丝网印刷或刮刀等，把催化剂墨沉积在由聚四氟乙烯(PTFE)等制成的聚合物膜、由导电多孔材料制成的碳电极基板等上，从而形成催化剂层。
随后，借助热转印等，把获得的催化剂层压力接合到聚合物电解质膜，而使其催化剂携载侧与聚合物电解质膜的两个表面接触，从而获得膜电极组件。
此外，作为催化剂材料，除了铂之外，可以使用贵金属催化剂或合金催化剂。
此外，可以使用诸如电镀或溅射之类的沉积工艺来形成催化剂层。
燃料流路3和燃料电极7具有其中为了防止从燃料罐2供给的燃料泄漏到燃料电池系统之外而在组件之间的连接部分和燃料电极的外围布置密封件的结构。
燃料电池单元5与独立于作为外部负载的电子设备9的外部电源10连接，发电产生的输出被供给电子设备9。
外部电源10控制负载，以使在燃料电池的活化处理时，在燃料电池的氧化剂电极中执行氢生成反应。具体地说，执行所述控制，以使相对于燃料电极的电位，氧化剂电极的电位为负。
外部电源10可以是诸如二次电池或电容器之类的电源，并且可通过使电源的正极和燃料电极连接、使辅助电源的负极与氧化剂电极连接，控制负载。
这里，详细描述外部电源10执行的控制。
图2和3是分别示出在活化处理时允许流过的电流的大小如何影响燃料电池的特性的示图。
在图2中，关于在待供给的氧化剂的氧浓度方面彼此不同的燃料电池，示出了对于每一个氧浓度，当燃料电池单元的相对电极之间的电位差被控制为0伏时，允许流过的电流的大小随着时间的变化。其中流过的电流最大的用符号(a)表示的那一个指示在和稳定运转条件相同的条件下供给空气的情况下的数据。符号(b)-(e)表示的是在按照所陈述的顺序逐渐降低氧化剂的氧浓度的情况下获得的数据。氧的浓度越变得小于空气的氧浓度，燃料电池的极限电流就变得越低。因此，了解到：氧化剂的不足抑制极限电流。
图3示出当在执行和图2的数据(a)-(e)的情况相同的处理之后向氧化剂电极供给空气时燃料电池单元的电流-电压特性。了解到：其中在活化处理时流过较大电流的燃料电池单元具有较有利的特性。此外，了解到：当其中在活化处理时流过最大电流的数据(a)的燃料电池单元被用作基准时，在所述特性方面造成差异的电流值几乎和在活化处理时流过的电流的大小相同。
依据上述了解，发现了：为了在燃料电池稳定运转时的整个电流区中获得燃料电池的活化处理的效果，要求流过值等于或大于燃料电池稳定运转时的最大电流值的电流。
此外，图4是示出在以50毫伏/秒的扫描速率把燃料电池的电压从开路电压降到负侧的情况下电流值的变化的示图。图4中，数据(a)示出向燃料电池的燃料电极供给氢、并且向燃料电池的氧化剂电极供给空气的情况下的特性。在电压从开路电压变到0伏的期间中，在燃料电极中发生下述(化学式1)的反应，在氧化剂电极中发生下述(化学式2)的反应。这些反应是所谓的燃料电池反应。
燃料电极：H2→2H++2e-           (化学式1)
氧化剂电极：1/2O2+2H++2e-→H2O  (化学式2)
此外，当电池电压为0伏时，由于氧化剂的不足，极限电流受到限制。
当燃料电池的电压进一步从0伏降低到负侧时，氧化剂电极的电位和燃料电极的电位的电平(level)被反转。这种情况下，在燃料电极中，执行由上面提及的(化学式1)表示的反应，在氧化剂电极中，新开始下面(化学式3)的反应。
氧化剂电极：2H++2e-→H2          (化学式3)
在由(化学式3)表示的氢生成反应中，允许流过和从燃料电极移动通过聚合物电解质膜的质子的量对应的电流。因此，在其中由于氧化剂的不足而达到扩散极限电流的燃料电池中，当聚合物电解质膜包含足够的水分时，因氢生成反应的缘故，能够允许从其流过比燃料电池的极限电流大的电流。
在这种情况下，氧化剂存在于数据(a)的燃料电池的氧化剂电极中。因此，认为在电位反转之后的氧化剂电极中，同时发生由(化学式2)和(化学式3)表示的反应。
在图4中，数据(b)是示出在向燃料电极供给氢、向氧化剂电极供给高浓度氮的情况下的特性的示图。氧化剂的供给实质上为零，因此对于从开路电压到0伏的电压，在氧化剂电极中几乎不发生(化学式2)的反应。因此，与其中供给空气的数据(a)相比，极限电流极小。不过，当电压达到约0.1伏时，开始发生(化学式3)的反应。在电位的反转之后，能够允许流过比其中供给空气的数据(a)的燃料电池反应中的极限电流大的电流。
即，即使在由于氧化剂的不足，极限电流受到抑制的燃料电池中，当聚合物电解质膜充分含水时，借助氢生成反应，也能够允许从其流过比燃料电池的极限电流大的电流。
这种情况下，在其中供给氧化剂的数据(a)和其中不供给氧化剂的数据(b)中，相对于燃料电池的燃料电极的电位，氧化剂电极的电位指示-0.5伏～-0.7伏附近的电流峰值。这可能因为，在燃料电极中，几乎达到发生水的电解的电位，或者质子的移动量是大的，从而聚合物电解质膜中夹带的水变得不足。
因此，发现在氢生成反应中可允许流过的电流的范围是等于或小于氢生成所允许流过的电流的最大峰值的范围。
此外，图4的数据(c)示出在向燃料电极供给氮、向氧化剂电极供给空气的情况下的特性。由于不存在氢(即质子)的供给，因此几乎不发生燃料电池反应和氢生成反应，并且不存在电流的流动。不过，当相对于燃料电极的电位，燃料电池的氧化剂电极的电位被改变到相对于约-0.7伏的负侧时，在燃料电极中发生由下面的(化学式4)表示的水的电解反应，从而允许电流从其流过。
燃料电极：H2O→1/2O2+2H++2e-             (化学式4)
在数据(a)和(b)部分所示的情况下，在燃料电极中也发生(化学式4)的反应。当在向燃料电极供给燃料的状态下，在燃料电极中产生由水的电解反应产生的氧时，发生催化燃烧(combustion)，从而引起燃料电池组件的劣化。因此，活化处理时氧化剂电极和燃料电极之间的电位差必须被控制在在燃料电极中发生水的电解反应之前的范围内。
图5是示出对于发生催化燃烧的历史的存在或不存在，当对燃料电池施加恒定电流时特性随着时间的变化的示图。图5的数据(a)是示出其中通过反复施加从0伏到-1.5伏的电压，在燃料电极中发生水的电解，从而发生催化燃烧的燃料电池的特性的示图。另一方面，图5的数据(b)是示出其中反复施加0伏到-0.7伏的电压，以使在燃料电极中不发生水的电解的燃料电池的特性的示图。
在其中发生水的电解的数据(a)的情况下，所述特性大大降低。这可能起因于由在氢气氛中产生的氧和氢的催化燃烧引起的劣化。另一方面，在其中以在燃料电极中不发生水电解的电平反复施加电压的数据(b)的情况下，在氧化剂电极中可能产生氢，从而与空气中的氧发生催化燃烧。不过，如数据(b)的特性所示，了解到其影响是小的。
因此，发现通过对氢生成反应的控制而获得的有利的电压范围对应于在燃料电极中发生水的电解反应之前的范围。
外部电源10的控制可以是使燃料电池单元的电压保持恒定的恒压控制，或者可以是使燃料电池单元的电流保持恒定的恒流控制。此外，可执行控制，以使电池单元电压被逐渐减小到负侧，或者使电池单元电流逐渐增大到大于极限电流，从而反转燃料电极和氧化剂电极的电位的电平。
通过外部电源10的控制对燃料电池单元施加的电压的范围是从0伏到发生在燃料电极中发生的水的电解反应的电位差的范围，即，0伏～-1.23伏的电池单元电压。按照图4的测试结果，在约-0.7伏的电压下，在燃料电极中发生水的电解，从而所述范围理想地是0伏～-0.7伏的电池单元电压的范围。此外，按照图4的极性反转测试的结果，通过氢的产生而允许流过的电流的峰值约为-0.5伏，从而所述范围更理想地是0伏～-0.5伏的电池单元电压的范围。此外，通过外部电源10的控制允许流过燃料电池单元的电流的范围是：等于或大于燃料电池因氧化剂的不足而表现出的按照化学式2的极限电流、并且等于或小于通过氢的产生而允许流过的电流所表现出的按照(化学式3)的最大峰值的范围。
此外，上面提及的电压和电流的条件都必须被满足。
此外，在外部电源10是诸如二次电池之类的辅助电源并且辅助电源的电压超过上述范围的情况下，例如通过使用诸如DC/DC转换器之类的电压调节单元，使得能够进行控制。
或许由于质子的移动量大，通过氢生成而允许流过的电流表现出峰值，从而聚合物电解质膜中夹带的水变得不足。
因此，通过使用通过氢生成而允许流过的电流从其初始量的减小量作为阈值，能够更理想地控制外部电源。
此外，为了通过氢生成反应，允许等于或大于极限电流的电流通过燃料电池单元，聚合物电解质膜必须充分含水。
图6示出燃料电池单元的内阻和通过氢的产生而允许流过的电流的峰值之间的关系。聚合物电解质膜的含水量越大，就展示越小的内阻。此外，按照图6，内阻越小，通过氢的产生而允许流过的电流的最大峰值就越大。这表明氢生成反应主要受质子的移动量的调节。此外，发现：为了相对于稳定运转时氧化剂的供给量，允许比燃料电池表现出的极限电流大的电流通过氢生成反应而流动，聚合物电解质膜必须含水到一定程度。为了使聚合物电解质膜增加水分，例如，可以使用增湿单元，所述增湿单元用于供给通过经过起泡器(bubbler)等而被增湿的燃料气体。
此外，更理想的是，在活化处理之前，通过燃料电池反应在氧化剂电极中产生足量的水，并且聚合物电解质膜被充分增湿，随后执行活化处理。这种情况下，即使聚合物电解质膜中夹带的水因氢生成反应而被减少，氧化剂电极侧的产物水也反向扩散，并且也使聚合物电解质膜增湿。
此外，当在向氧化剂电极供给氧化剂的状态下执行活化处理时，在氧化剂电极中，同时发生由(化学式2)表示的水生成反应和由(化学式3)表示的氢生成反应。这种情况下，由于在氧化剂电极中产生的产物水的反向扩散，聚合物电解质膜能够被增湿。
此外，希望降低活化处理时氧化剂的供给量，因为能够减少由通过在氧化剂电极中产生的氢与氧的催化燃烧引起的不必要发热。
此外，图7示出按照本实施例的燃料电池的活化处理的例程。
(S701)
在活化处理的开始，获得向燃料电池单元充分供给燃料的状态。
(S702)
随后，确定燃料电池单元的聚合物电解质膜是否需要被增湿。
如图6中所示，在按照本发明的活化方法中，希望聚合物电解质膜被充分增湿。这里，例如，通过用AC阻抗计测量燃料电池的内阻，可确定聚合物电解质膜的含水状态。
(S703)
当确定内阻高且需要增湿时，通过与外部负载连接等，在燃料电池中执行发电，从而实现自增湿。当内阻降低时，可结束增湿。当然，当一开始内阻就足够小时，增湿不是必需的。此外，可以采用这样一种结构，其中不执行增湿的确定，总是使某一负载与之连接，通过执行一定的发电而产生的水被用于增湿聚合物电解质膜。这种情况下，与聚合物电解质膜的含水状态无关，需要一定量的燃料和时间来增湿。不过，不需要测量内阻的机构，从而该结构可被用于特别要求小型化的燃料电池。此外，增湿方法可以是供给通过起泡器等而被增湿的气体的方法，或者通过提供独立的供水单元而直接增湿聚合物电解质膜的方法。
(S704)
需要时，限制氧化剂的供给。
在本发明的活化方法中，不需要积极地供给氧化剂。在需要减少燃料电池单元的发热量的情况下，可降低氧化剂的供给量。此外，当在供给氧化剂的状态下执行活化时，在氧化剂电极中，同时发生水生成反应和氢生成反应。因此，还存在使生成的水能够用于增湿的效果。
(S705)
控制燃料电池的电池单元电压，以使在氧化剂电极中发生氢生成反应。
对于活化处理时的电压控制，使用外部电源。例如，使用的外部电源可以是包括二次电池或电容器、以及包括DC/DC转换器的电压调节单元的辅助电源。外部电源的正极与燃料电极连接，外部电源的负极与氧化剂电极连接，从而执行活化处理。
(S706)
当在活化处理时减少氧化剂的供给量时，执行控制，以使以和稳定运转时的量对应的量供给氧化剂。
(S707)
在活化结束之后，终止外部电源对燃料电池的控制。
随后允许燃料电池开始稳定运转。
(实施例2)
在实施例2中，描述按照本发明的另一个实施例的大气开放式燃料电池单元的活化处理的例子，其中供给氢作为燃料，通过自然扩散摄入空气作为氧化剂。图11是示出本实施例的燃料电池系统的结构的示意图。此外，本实施例的燃料电池单元的结构和实施例1的相同。
图11中示出了燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，燃料罐24，外部负载26，开关27，Li离子电池28和DC/DC转换器29。
燃料电池单元20和Li离子电池28通过DC/DC转换器29互连。Li离子电池28被构造成在燃料电池的活化处理时，使正极与燃料电极连接，使负极与氧化剂电极连接。
燃料电池单元20被安装在被控制成具有25℃的温度和50％的湿度的环境测试设备中。环境气氛中的空气通过自然扩散被供给氧化剂电极23。干燥的氢被供给燃料电极21。
首先，通过使燃料电池单元20与外部负载26连接，驱动燃料电池单元20，从而通过在氧化剂电极23中产生的水的反向扩散特征，增湿聚合物电解质膜22。
接下来，为了执行活化，控制开关27，以使燃料电池单元20的氧化剂电极23与Li离子电池28的负极连接，燃料电池单元20的燃料电极21与Li离子电池28的正极连接。控制DC/DC转换器29，以使相对于燃料电池单元的燃料电极21的电位，燃料电池单元的氧化剂电极23的电位为-0.5伏。作为具有低输出电压的降压DC/DC转换器，提供例如由Aivaka US制造的AV2102。
在氧化剂电极23中，和水生成反应一起，发生氢生成反应。因此，通过氢的生成，流过和燃料电池反应的极限电流相等或更大的电流。
当在执行活化1分钟之后测量燃料电池单元20的电流-电压特性时，与未对其执行活化的燃料电池单元相比，能够在宽的电流范围内增强燃料电池单元的特性。
此外，在图11中，示出了其中包括Li离子电池28和DC/DC转换器29的辅助电源只被用于活化的结构。不过，可以使用如图12中所示的混合结构。图12示出燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，燃料罐24，外部负载26，开关27，Li离子电池28和电压调节器30。
这种情况下，在正常运转时，每个开关27被转向A侧，从而允许燃料电池单元20和Li离子电池28相互并行地向外部负载26供给输出。当Li离子电池28的电压不同于燃料电池单元20的电压时，只要通过诸如DC/DC转换器之类的电压调节器30执行降压就足够了。
在燃料电池单元20的活化处理时，每个开关27被转向B侧。结果，使燃料电池单元20的氧化剂电极23与Li离子电池的负极连接，燃料电池单元20的燃料电极21与Li离子电池28的正极连接。此外，施加于燃料电池单元20的电压的大小由电压调节器30调节。
此时，包括Li离子电池28和电压调节器30的辅助电源可保持与外部负载26连接，或者可与外部负载26断连。例如，可以采用这样的结构，其中在辅助电源和外部负载26之间插入开关，而开关通常处于接通状态，从而保持辅助电源和外部负载26之间的连接，在燃料电池的活化处理时开关断开，从而取消辅助电源和外部负载26之间的连接。
上面提及的结构使得能够进行燃料电池单元的活化。
(实施例3)
在实施例3中，描述按照本发明的又一个实施例的大气开放式燃料电池单元的活化处理的例子，其中供给氢作为燃料，摄入空气作为氧化剂。图13是示出按照本实施例的燃料电池系统的结构的示意图。此外，按照本实施例的燃料电池单元的结构和实施例1的相同。
图13中示出了燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，燃料罐24，外部负载26，开关27，Li离子电池28，DC/DC转换器29和氧化剂量调节器31。
氧化剂量调节器31具有使在燃料电池单元20的活化处理时的氧化剂的供给量小于稳定运转时的供给量的机构。作为该机构，提供如图14或15中示出的结构。
在图14中，风扇32充当氧化剂量调节器31。风扇32被安装在发泡金属46的侧面上，所述发泡金属46的侧面构成燃料电池单元20的空气摄入面。在燃料电池单元20稳定运转时，与没有风扇的情况相比，通过驱动风扇32，向氧化剂电极23供给较大量的空气。此外，当风扇32未被驱动时，风扇32阻止空气的摄入，从而使空气的摄入量小于无风扇情况下的摄入量。注意，集电器(燃料电极)用附图标记40表示，集电器(氧化剂电极)用附图标记47表示。
此外，在均具有如图15中所示的通风孔35的两个通风板中，在发泡金属46的每个侧面可布置一个固定的通风板33和另一个可活动的通风板34。通过滑动可活动的通风板34，改变通风孔的打开/关闭程度，从而改变空气摄入面的面积。由于空气摄入面的面积的改变，氧化剂的供给量被改变。
类似于实施例2，燃料电池单元20通过DC/DC转换器29与Li离子电池28连接。Li离子电池28被构造成在燃料电池的活化处理时，使正极与燃料电极连接，以及使负极与氧化剂电极连接。
燃料电池单元20被安装在被控制为具有25℃的温度和50％的湿度的环境测试设备中。环境气氛中的空气通过自然扩散被供给到氧化剂电极23。干燥的氢被供给燃料电极21。
首先，和例1的情况一样地驱动燃料电池单元20，从而通过氧化剂电极23中产生的水的反向扩散特征，增湿聚合物电解质膜22。这种情况下，当驱动充当氧化剂量调节器31的风扇以摄入大量的氧化剂时，燃料电池反应所引起的电流可以较大，从而氧化剂电极23中的产物水的量增大。另一方面，当执行调节以使通过停止驱动作为氧化剂量调节器31的风扇减少氧化剂的摄入量时，能够抑制氧化剂电极中的发热。
在增湿燃料电池之后，为了执行活化，控制开关27，以使燃料电池单元20的氧化剂电极与Li离子电池28的负极连接，并且燃料电池单元20的燃料电极与Li离子电池28的正极连接。控制DC/DC转换器29，以使相对于燃料电池单元20的燃料电极21的电位，氧化剂电极23的电位为-0.5伏。此外，这种情况下，驱动氧化剂量调节器31，以减少氧化剂的供给量。
在燃料电池中，氧化剂电极的电位和燃料电极的电位的电平被反转，从而在氧化剂电极23中，发生水生成反应和氢生成反应。在驱动氧化剂量调节器31并且保持小的空气摄入量的情况下，在水生成反应中，现有的氧被消耗，从而导致氧化剂的不足。
因此，水生成反应(即，在燃料电池反应中流动的极限电流)变得极小。另一方面，在氢生成反应中流动的电流对应于从燃料电极21移动通过聚合物电解质膜22的质子的量。因此，与氧化剂的供给量无关，能够允许流过大的电流。于是，因氢生成的缘故，流过与燃料电池反应的极限电流相等或更大的电流。
当执行上面提及的活化处理时，与其中不执行活化的燃料电池单元20相比，能够在宽的电流范围中增强燃料电池单元的特性。此外，用作氧化剂的空气的量被减少，从而与供给较大量空气的情况相比，能够抑制活化处理时的发热量。对要求抑制活化处理时的发热的情况来说，例如，对与输出的大小相比热辐射量小的燃料电池单元来说，该实施例是优选的。
(实施例4)
在实施例4中，描述大气开放式燃料电池组的活化处理的例子，其中供给氢作为燃料，并且通过自然扩散摄入空气作为氧化剂。图16示出本实施例的燃料电池系统的示意结构。此外，本实施例的燃料电池组的结构是通过堆叠4个按照实施例1的燃料电池单元获得的。
图16中示出了燃料电池组36，燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，外部负载26，开关27，Li离子电池28，电压调节器30。
类似于实施例2，燃料电池组36具有混合结构，在所述混合结构中，燃料电池组36通过电压调节器30与Li离子电池28连接。
这种情况下，在稳定运转时，每个开关27被转向A侧，从而允许燃料电池组36和Li离子电池28相互并行地向外部负载26供给输出。当Li离子电池28的电压不同于燃料电池组36的电压时，借助诸如DC/DC转换器之类的电压调节器30执行升压或降压就足够了。
在燃料电池组36的活化处理时，开关27被转向B侧，从而使燃料电池组36的输出端子中，氧化剂电极侧的输出端子与Li离子电池28的负极连接，燃料电极21侧的输出端子与Li离子电池28的正极连接。此外，对燃料电池组36施加的电压的大小由电压调节器30调节。
这种情况下，在活化处理时，控制电压调节器30，以使燃料电池组的每个燃料电池单元的电压为-0.3伏。即，就其中堆叠4个燃料电池单元的燃料电池组来说，在活化处理时，在燃料电池组的两个端子之间施加1.2伏的电压，同时燃料电极的电位和氧化剂电极的电位的电平被反转。
这种情况下，包括Li离子电池28和电压调节器30的辅助电源可保持与外部负载26连接，或者可与外部负载26断连。例如，可以采用这样的结构，其中在辅助电源和外部负载26之间布置开关，在燃料电池的活化处理时，辅助电源和外部负载26之间的连接被取消。可替换地，同样在活化处理时，辅助电源和外部负载26之间的连接被保持，从而从辅助电源向外部负载供电。
燃料电池组36被安装在被控制成具有25℃的温度和50％的湿度的环境测试设备中。环境气氛中的空气通过自然扩散被供给氧化剂电极23。干燥的氢被供给燃料电极21。
当在增湿燃料电池组36之后执行活化处理时，与燃料电池反应的极限电流相等或更大的电流流过燃料电池组36的每个燃料电池单元。
通常，估计在燃料电池组中，由于燃料电池单元间空气摄入量的变化，导致极限电流的变化，并且活化条件得不到满足。在本实施例中，通过流过值比最大极限电流值大的电流，执行活化。
(实施例5)
在实施例5中，描述按照本发明的又一实施例的大气开放式燃料电池组的活化处理的例子，其中供给氢作为燃料，通过自然扩散摄入空气作为氧化剂。图17示出按照本实施例的燃料电池系统的结构的示意图。此外，本实施例的燃料电池组的结构是通过堆叠多个按照实施例1的燃料电池单元获得的。
图17中示出了燃料电池组36，燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，外部负载26，开关27，Li离子电池28和DC/DC转换器29。
类似于实施例2，燃料电池组36通过诸如DC/DC转换器29之类的电压调节器与Li离子电池28连接。在实施例4中，在燃料电池组36的两个端子之间施加电压。这种情况下，存在在燃料电池单元间造成电压差的可能性。关于这一点，在本实施例中，在燃料电池组36的每个燃料电池单元的两个电极之间施加电压。这种情况下，在活化处理时，控制DC/DC转换器29，以使相对于燃料电极的电位，燃料电池组36的每个燃料电池单元的氧化剂电极的电位为-0.5伏。
燃料电池组36被安装在被控制成例如具有25℃的温度和50％的湿度的环境测试设备中。环境气氛中的空气通过自然扩散被供给氧化剂电极23。干燥的氢被供给燃料电极21。
首先，通过使燃料电池组36与外部负载26连接，驱动燃料电池组36，从而通过在氧化剂电极23中产生的水的反向扩散特征，增湿聚合物电解质膜22。这种情况下，在开关27中，符号A表示的开关处于断连状态，符号B表示的开关处于连接状态。
随后，为了执行活化，开关27中的开关A处于连接状态，开关27中的开关B处于断连状态。当执行活化处理时，与燃料电池反应的极限电流相等或更大的电流流过燃料电池组36的每个电池单元。
通常，在燃料电池组中，估计由于燃料电池单元间空气摄入量的变化，造成极限电流的变化，并且活化条件得不到满足。在本实施例中，即使存在燃料电池单元间的极限电流的变化时，也能够允许大于极限电流的电流流过所有燃料电池单元。此外，与实施例4相比，能够执行不受燃料电池单元间的变化影响的可靠的活化处理。
下面，描述本发明的例子。
(例1)
例1中，描述大气开放式燃料电池单元的活化处理的例子，其中供给氢作为燃料，通过自然扩散摄入空气作为氧化剂。图8是示出按照本例的燃料电池系统的结构的示意图。图9是按照本例的燃料电池单元的结构的示意图。
图8中示出了燃料电池单元20，燃料电极21，聚合物电解质膜22，氧化剂电极23，燃料罐24，外部电源25，诸如电子设备之类的外部负载26，和开关27。
图9中示出了膜电极组件43，碳布41和45，集电器(燃料电极)40，集电器(氧化剂电极)47，密封材料42，发泡金属46和支承件44。
在本例中，制造如下所述的燃料电池单元。
首先，向1克的铂黑粉末中加入1.5cc由DuPont生产的Nafion乙醇溶液，以与其混合从而制备催化剂浆料。把所得物展开且涂布在PTFE片上，从而获得催化剂层。这种情况下，单位面积的催化剂层的载铂量约为5毫克/平方厘米。
随后，通过热压，催化剂层被转印到聚合物电解质膜Nafion 112(DuPont制造)的两侧，且去除PTFE片，从而获得膜电极组件。制得的膜电极组件的催化剂层的面积约为2平方厘米。
在本例的燃料电池单元20中，在把膜电极组件43夹在中间的同时，在燃料电极侧布置集电器40、碳布41和密封材料42，在氧化剂电极侧布置碳布45、发泡金属46、支承件44和集电器47。这种情况下，碳布41和45是气体扩散层，而发泡金属46是用于从燃料电池单元的侧面摄入空气的流路形成构件。此外，支承件44与密封材料42对置，并且均匀地对密封材料施加紧固压力，从而确保燃料电极的密封。此外，集电器40，密封材料42，膜电极组件43，支承件44和集电器47具有螺栓孔。这些构件被相互堆叠，同时相对于彼此被定位，而集电器40和47由螺栓和绝缘件(未示出)紧固和绝缘。
制造的燃料电池单元20被安装在被控制成具有25℃的温度和50％的湿度的环境测试设备中。环境气氛中的空气通过自然扩散被供给氧化剂电极23，而干燥的氢被供给燃料电极21。
首先，通过按照下述方式控制外部电源25，驱动燃料电池单元20，并通过在氧化剂电极23中产生的水的反向扩散特征，增湿聚合物电解质膜22。在驱动中，以10毫伏/秒的速度从开路电压到0伏往复扫描(sweep)燃料电池的相对电极之间的电压，并执行增湿和以极限电流通电(electrification)。允许流过的极限电流的大小约为700毫安/平方厘米。所述驱动被重复四次。
对已被增湿的燃料电池单元20，作为活化处理，通过外部电源25施加-0.3伏电压持续1分钟，作为氧化剂电极23相对于燃料电极21的电位。在活化处理时，借助开关27，使燃料电池单元20从与外部负载26连接切换成与外部电源25连接。
在活化处理时，在氧化剂电极23中，除了水生成反应外，还发生氢生成反应。因此，允许流过与燃料电池的极限电流相等或更大的电流。流过电流的大小约为1600毫安/平方厘米，且可以允许流过差不多为极限电流两倍的电流。
在图10中，与其中不执行活化处理的燃料电池单元20的特性相比较，示出了其中执行活化处理的燃料电池单元20的特性。在图10中，其中执行活化处理的燃料电池单元20的电流-电压特性用附图标记(a)表示，其中不执行活化处理的燃料电池单元20的电流-电压特性用附图标记(b)表示。
通过执行活化处理，能够在宽的电流范围内增强燃料电池单元的特性。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，不过应当理解本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包括所有这样的修改及等同的结构和功能。
本申请要求2007年6月14日提出的日本专利申请No.2007-157610的权益，在此通过引用将其全部内容并入。

Claims (15)

1、一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，所述燃料电池通过分别向设置在聚合物电解质膜的一个表面上的氧化剂电极供给氧化剂、以及向设置在聚合物电解质膜的另一个表面上的燃料电极供给燃料，执行发电；和
电压施加电路，用于在氧化剂电极和燃料电极之间施加反极性的电压，所述电压足以用于在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应，且用于使比在燃料电池稳定运转时产生的最大电流大的电流通过。
2、按照权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统被供给氢作为燃料。
3、按照权利要求1所述的燃料电池系统，
其中所述燃料电池包含大气开放式燃料电池，以及
其中所述燃料电池系统被供给空气作为氧化剂。
4、按照权利要求1所述的燃料电池系统，还包括独立于所述燃料电池设置的电源，
其中，当允许通过比在稳定运转时产生的电流大的电流时，所述电源的正极与燃料电极连接，而所述电源的负极与氧化剂电极连接。
5、一种燃料电池的活化方法，所述燃料电池通过分别向设置在聚合物电解质膜的一个表面上的氧化剂电极供给氧化剂、以及向设置在聚合物电解质膜的另一个表面上的燃料电极供给燃料，执行发电，
所述活化方法包括执行活化处理，所述活化处理包括在氧化剂电极和燃料电极之间施加反极性的电压，所述电压足以用于在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应，且用于使比在燃料电池稳定运转时产生的最大电流大的电流通过。
6、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，还包括把活化处理时氧化剂电极与燃料电极之间的电位差控制在从0伏到在燃料电极中发生水电解反应的电压的范围内。
7、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，还包括将活化处理时的电流的大小控制为等于或小于在氧化剂电极的电位相对于燃料电极的电位处于-0.3伏～-0.7伏范围内的情况下导致流过的电流的最大值。
8、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，其中在活化处理时的氧化剂电极中，同时发生通过燃料电池反应的水的生成和氢生成反应。
9、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，还包括在执行活化处理之前，增湿聚合物电解质膜。
10、按照权利要求9所述的燃料电池的活化方法，其中聚合物电解质膜的增湿是利用燃料电池反应产生的水的增湿。
11、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，其中与稳定运转时相比，活化处理时的氧化剂的供给量被减小。
12、按照权利要求11所述的燃料电池的活化方法，其中氧化剂量调节设备被中断，以便减小氧化剂的供给量。
13、按照权利要求11所述的燃料电池的活化方法，其中改变氧化剂摄入部分的面积，以便减小氧化剂的供给量。
14、按照权利要求5所述的燃料电池的活化方法，其中在活化处理时，使独立于燃料电池设置的电源的正极与燃料电极连接，而所述电源的负极与氧化剂电极连接。
15、一种燃料电池的制造方法，所述燃料电池通过分别向设置在聚合物电解质膜的一个表面上的氧化剂电极供给氧化剂、以及向设置在聚合物电解质膜的另一个表面上的燃料电极供给燃料，执行发电，
所述制造方法包括在氧化剂电极和燃料电极之间施加反极性的电压，所述电压足以用于在保持向燃料电极供给燃料的状态的同时在氧化剂电极中引起氢生成反应，且用于使比在燃料电池稳定运转时产生的最大电流大的电流通过。
CN2008800194052A 2007-06-14 2008-06-06 燃料电池系统和燃料电池的活化方法 Expired - Fee Related CN101682062B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP157610/2007 2007-06-14
JP2007157610A JP2008311064A (ja) 2007-06-14 2007-06-14 燃料電池システム及び燃料電池の活性化方法
PCT/JP2008/060807 WO2008153111A1 (en) 2007-06-14 2008-06-06 Fuel cell system and activation method for fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101682062A true CN101682062A (zh) 2010-03-24
CN101682062B CN101682062B (zh) 2012-08-15

Family

ID=40129715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800194052A Expired - Fee Related CN101682062B (zh) 2007-06-14 2008-06-06 燃料电池系统和燃料电池的活化方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7955745B2 (zh)
EP (1) EP2168194A4 (zh)
JP (1) JP2008311064A (zh)
KR (1) KR101148402B1 (zh)
CN (1) CN101682062B (zh)
WO (1) WO2008153111A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101894961A (zh) * 2010-07-23 2010-11-24 余东风 一种新型双核开放式氢空燃料电池
CN106169594A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 现代自动车株式会社 用于恢复燃料电池堆的性能的方法和装置
CN108574109A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池堆插入程序和插入调节系统
CN110556554A (zh) * 2019-09-15 2019-12-10 深圳市盛通新能源科技有限公司 金属燃料电池的电极保护方法
CN111952638A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 同济大学 一种车用燃料电池的性能恢复系统及方法
CN113285096A (zh) * 2021-05-12 2021-08-20 上海申风投资管理有限公司 一种阳极抗反极的燃料电池快速活化方法
CN114284529A (zh) * 2021-12-27 2022-04-05 深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司 电池活化方法及电池活化装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010161030A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Kansai Electric Power Co Inc:The 固体酸化物形燃料電池の活性化方法、ならびに固体酸化物形燃料電池の製造方法
DE102010023566A1 (de) * 2010-06-10 2011-12-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE102022204006A1 (de) * 2022-04-26 2023-10-26 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines PEM-Brennstoffzellenstacks

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62216172A (ja) * 1986-03-17 1987-09-22 Toshiba Corp 燃料電池の製造方法
JP3358222B2 (ja) * 1992-12-25 2002-12-16 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池の活性化方法
GB9412073D0 (en) * 1994-06-16 1994-08-03 British Gas Plc Method of operating a fuel cell
US6268077B1 (en) * 1999-03-01 2001-07-31 Motorola, Inc. Portable fuel cell power supply
JP3475869B2 (ja) * 1999-09-17 2003-12-10 松下電器産業株式会社 高分子電解質型燃料電池とその特性回復方法
US6589686B2 (en) * 2001-02-28 2003-07-08 Ovonic Battery Company, Inc. Method of fuel cell activation
US6730424B1 (en) * 2002-03-14 2004-05-04 H Power Corporation Electrochemical method to improve the performance of H2/air PEM fuel cells and direct methanol fuel cells
US20050233186A1 (en) * 2002-06-17 2005-10-20 Okuyama Ryoichi Liquid-fuel fuel cell, operation monitoring method for monitoring operation thereof, and operation monitoring device
US6962760B2 (en) * 2003-03-25 2005-11-08 The Regents Of The University Of California Methods of conditioning direct methanol fuel cells
JP4038723B2 (ja) * 2003-05-21 2008-01-30 アイシン精機株式会社 固体高分子型燃料電池の賦活方法
JP4352826B2 (ja) 2003-09-12 2009-10-28 日本電気株式会社 燃料電池システムおよびその使用方法
KR100513541B1 (ko) * 2003-11-27 2005-09-07 현대자동차주식회사 고체 고분자 연료 전지의 초기 활성화 방법
JP4951847B2 (ja) * 2004-07-23 2012-06-13 パナソニック株式会社 燃料電池の活性化方法
JP2008059960A (ja) 2006-09-01 2008-03-13 Toyota Motor Corp 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の活性化方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101894961A (zh) * 2010-07-23 2010-11-24 余东风 一种新型双核开放式氢空燃料电池
CN101894961B (zh) * 2010-07-23 2013-03-27 余东风 一种新型双核开放式氢空燃料电池
CN106169594A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 现代自动车株式会社 用于恢复燃料电池堆的性能的方法和装置
CN108574109A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池堆插入程序和插入调节系统
CN110556554A (zh) * 2019-09-15 2019-12-10 深圳市盛通新能源科技有限公司 金属燃料电池的电极保护方法
CN111952638A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 同济大学 一种车用燃料电池的性能恢复系统及方法
CN111952638B (zh) * 2020-07-31 2023-09-26 同济大学 一种车用燃料电池的性能恢复系统及方法
CN113285096A (zh) * 2021-05-12 2021-08-20 上海申风投资管理有限公司 一种阳极抗反极的燃料电池快速活化方法
CN114284529A (zh) * 2021-12-27 2022-04-05 深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司 电池活化方法及电池活化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101682062B (zh) 2012-08-15
US20100119887A1 (en) 2010-05-13
US7955745B2 (en) 2011-06-07
KR20100010522A (ko) 2010-02-01
EP2168194A1 (en) 2010-03-31
JP2008311064A (ja) 2008-12-25
KR101148402B1 (ko) 2012-05-24
EP2168194A4 (en) 2013-12-04
WO2008153111A1 (en) 2008-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101682062B (zh) 燃料电池系统和燃料电池的活化方法
EP1416561B1 (en) Method of operation fuel cell system and fuel cell system
US6376111B1 (en) System and method for controlling the humidity level of a fuel cell
CN101421869B (zh) 燃料电池
US9780396B2 (en) Method of operating fuel cell with high power and high power fuel cell system
JP2004172125A (ja) 乾燥したカソード供給による燃料電池システム
US11881604B2 (en) Fuel cell system
JP7204815B2 (ja) 高分子電解質膜型燃料電池の過充電保護用可逆シャント
JP2005251434A (ja) 燃料電池システム、燃料電池の制御方法
US7479335B2 (en) Anode humidification
CN109428099B (zh) 用于运行燃料电池的方法和燃料电池系统
KR101008155B1 (ko) 연료전지용 막-전극 접합체 및 연료전지
US20230112131A1 (en) Reversible shunts for overcharge protection in polymer electrolyte membrane fuel cells
EP1453131B1 (en) Fuel cell with internal auxiliary electrode and method of controlling
JP2007103370A (ja) 過渡現象中の相対湿度偏移を最少にするようにカソードの化学量論比を制御するシステムおよび方法
CN100566002C (zh) 燃料电池发电装置
EP2555299A1 (en) Fuel cell system
JP2007005000A (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP2013191568A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の活性化方法
JP2007005222A (ja) 燃料電池および燃料電池用セパレータ

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: 20120815

Termination date: 20160606