CN109119658A - 燃料电池的活化方法和活化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池的活化方法和活化装置。燃料电池(16)的活化方法具有通电工序，在该通电工序中，向阳极电极(26)供给氢气作为阳极侧气体且向阴极电极(28)供给惰性气体作为阴极侧气体，据此，在使阳极电极(26)与阴极电极(28)之间产生电位差的状态下进行阳极电极(26)与阴极电极(28)之间的通电。

Description

燃料电池的活化方法和活化装置
技术领域
本发明涉及一种在由固体高分子构成的电解质膜的一方的表面上设有阳极电极且在另一方的表面设有阴极电极的燃料电池的活化方法(activating method)和活化装置(activating apparatus)。
背景技术
例如，已知有日本发明专利公开公报特开2006-040869号所公开的燃料电池的活化方法。在该活化方法中，一边向燃料电池的阳极电极供给甲醇(methanol)水溶液等阳极介质(anode medium)，并且向阴极电极供给空气等阴极介质(cathode medium)，一边对两电极间向与发电时的通电相同的方向进行强制通电。
发明内容
在上述的活化方法中，需要用于以与实际发电时同等的大电流对两电极间通电的大型的装置、大量的阳极介质和阴极介质。因此，存在活化所需的成本增加的问题。
本发明的主要目的在于，提供一种能够通过简素的结构以低成本使燃料电池活化的燃料电池的活化方法。
本发明的另一目的在于，提供一种能够通过简素的结构以低成本使燃料电池活化的燃料电池的活化装置。
根据本发明一实施方式，提供一种燃料电池的活化方法，该燃料电池在由固体高分子构成的电解质膜的一方的表面上设有阳极电极，且在所述电解质膜的另一方的表面上设有阴极电极，所述燃料电池的活化方法具有通电工序(energization process：激发过程)，在所述通电工序中，向所述阳极电极供给氢气作为阳极侧气体，并且向所述阴极电极供给惰性气体作为阴极侧气体，据此在使所述阳极电极与所述阴极电极之间产生电位差的状态下，将所述阳极电极与所述阴极电极电气连接来进行通电。
在该燃料电池的活化方法中，能够利用被供给氢气的阳极电极与被供给惰性气体的阴极电极的氢气浓度差，使彼此之间产生电位差。在该状态下，通过将阳极电极和阴极电极电气连接，能够以比实际发电时小的电流和少的阳极侧气体与阴极侧气体的供给量来进行两电极的通电。
能够将通过此时的电极反应而生成的生成水向阳极电极和阴极电极所包括的电极催化剂、电解质膜供给。据此，能够使电解质膜为湿润状态而呈现良好的质子导电性、向燃料电池发电时成为反应区域的电极催化剂、电解质膜、和燃料气体或氧化剂气体的三相界面供给水。其结果，能够有效地使燃料电池活化。
据此，根据该燃料电池的活化方法，不需要用于向阳极电极和阴极电极供给大电流的大型装置、大量的阳极侧气体和阴极侧气体，相应地能够通过简素的结构以低成本使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化方法中，优选为，在所述通电工序之前还具有电压施加工序，在所述电压施加工序中，一边向所述阳极电极供给氢气作为所述阳极侧气体，并且向所述阴极电极供给惰性气体作为所述阴极侧气体，一边向所述燃料电池施加在规定范围内上升和下降的循环电压(周期电压)。通过进行电压施加工序，能够除去附着于阳极电极和阴极电极所包含的电极催化剂的表面的附着物。因此，在进行在此之后的通电工序时，能够在不受到附着物阻碍的情况下良好地向电极催化剂的表面供给水。其结果，能够有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化方法中，在所述通电工序中，可以使从所述阴极电极向所述阳极电极通电的电流的大小在规定范围内反复上升和下降,也可以使从所述阴极电极向所述阳极电极通电的电流的大小为一定。在任一情况下，均能够通过简素的结构以低成本使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化方法中，优选为，在所述通电工序中，使所述阳极侧气体和所述阴极侧气体中的至少任一方的露点比所述燃料电池的温度高。在该情况下，在通电工序中，能够在燃料电池内容易地使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少任一方所含有的水蒸气结露，因此，能够更良好地向电极催化剂、电解质膜供给水，能够有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化方法中，优选为，使进行所述通电工序时的所述燃料电池的温度在进行所述电压施加工序时的所述燃料电池的温度以下。在该情况下，无需高精度地调节阳极侧气体和阴极侧气体的露点，就能够在电压施加工序中使燃料电池内不容易发生结露，且在通电工序中，使燃料电池内易于发生结露。据此，能够抑制进行电压施加工序时燃料电池整体上施加电压存在偏差，并且能够在进行通电工序时向电极催化剂、电解质膜良好地供给水。其结果，能够更有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化方法中，优选为，通过向设置于所述燃料电池的冷却剂流路供给调节了温度的导热介质，来调节所述燃料电池的温度。在该情况下，能够使用燃料电池的现有的结构，有效且容易地调节燃料电池整体的温度。
另外，应用了上述的燃料电池的活化方法的燃料电池的活化装置也包含在该发明中。即，根据本发明的另一实施方式，提供一种燃料电池的活化装置，其使燃料电池活化，该燃料电池在由固体高分子构成的电解质膜的一方的表面上设有阳极电极，且在所述电解质膜的另一方的表面上设有阴极电极，所述燃料电池的活化装置具有气体供给部和通电部，其中，所述气体供给部向所述阳极电极供给氢气作为阳极侧气体，且向所述阴极电极供给惰性气体作为阴极侧气体；所述通电部在被所述气体供给部供给了所述阳极侧气体的所述阳极电极和被所述气体供给部供给了所述阴极侧气体的所述阴极电极之间进行通电。
在该燃料电池的活化装置中，通过由气体供给部如上述那样供给阳极侧气体和阴极侧气体，能够使阳极电极与阴极电极之间产生利用了氢气浓度差的电位差。在该状态下，通过由通电部将两电极间电气连接，能够以比实际发电时小的电流和少的阳极侧气体与阴极侧气体的供给量来进行两电极间的通电。其结果，不需要用于向阳极电极和阴极电极供给大电流的大型装置、大量的阳极侧气体和阴极侧气体，能够通过简素的结构以低成本来使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化装置中，优选为，还具有电压施加部，所述电压施加部对所述燃料电池施加在规定范围内上升和下降的循环电压。在该情况下，通过由电压施加部如上述那样施加电压，能够除去附着于电极催化剂的表面的附着物，因此能够更有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化装置中，所述通电部可以是能够使从所述阴极电极向所述阳极电极通电的电流的大小在规定范围内反复上升和下降，还可以是能够使从所述阴极电极向所述阳极电极通电的电流的大小保持一定。在任一情况下，均能够通过简素的结构以低成本来有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化装置中，优选为，在由所述通电部从所述阴极电极向所述阳极电极进行通电期间，所述气体供给部使所述阳极侧气体和所述阴极侧气体中的至少任一方的露点比所述燃料电池的温度高。在该情况下，在由通电部进行两电极间的通电时，能够在燃料电池内容易地使阳极侧气体或阴极侧气体所含有的水蒸气结露，因此能够更良好地向电极催化剂、电解质膜供给水，有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化装置中，优选为，还具有温度调节部，所述温度调节部调节所述燃料电池的温度，所述温度调节部使由所述通电部从所述阴极电极向所述阳极电极进行通电期间的所述燃料电池的温度，在由所述电压施加部施加所述电压期间的所述燃料电池的温度以下。
在该情况下，通过由温度调节部调节燃料电池的温度，在由所述电压施加部进行电压施加的过程中，难以发生结露，能够抑制燃料电池整体上施加电压存在偏差的情况。另一方面，在电压施加后由通电部进行通电的过程中，易于发生结露，能够良好地向电极催化剂、电解质膜供给水。其结果，无需由气体供给部高精度地调节阳极侧气体和阴极侧气体的露点，就能够更有效地使燃料电池活化。
在上述燃料电池的活化装置中，优选为，所述温度调节部通过向设置于所述燃料电池的冷却剂流路供给调节了温度的导热介质，来调节所述燃料电池的温度。在该情况下，能够使用燃料电池的现有的结构，有效且容易地调节燃料电池整体的温度。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是本发明实施方式所涉及的燃料电池的活化装置的概略结构图。
图2是针对实施例1-1～1-4和比较例1的电池堆表示通电时间(循环电流)和电压比的图表。
图3是针对实施例2-1～2-4和比较例1的电池堆表示通电时间(固定电流)和电压比的图表。
图4是针对实施例3-1～3-10和比较例2的电池堆表示通电电流值、通电时的电压和电压比的图表。
图5是针对实施例4-1～4-7的电池堆表示电池堆温度、阳极侧气体的露点、阴极侧气体的露点、电池堆内相对湿度和电压比的图表。
图6是针对实施例5-1～5-3的电池堆表示阳极侧气体与阴极侧气体各自的流量和电压比的图表。
图7是针对实施例6-1～6-8的电池堆表示电压施加工序后的通电工序(循环电流)中的通电时间和电压比的图表。
图8是针对实施例7-1～7-3的电池堆表示电压施加时间、通电时间(循环电流)和电压比的图表。
图9是针对实施例8-1～8-8的电池堆表示电压施加工序后的通电工序(固定电流)中的通电时间和电压比的图表。
图10是针对实施例9-1～9-3的电池堆表示电压施加时间、通电时间(固定电流)和电压比的图表。
图11是针对实施例10-1～10-10的电池堆表示电压施加工序后的通电工序中的通电电流值、通电时的电压和电压比的图表。
图12是针对实施例11-1～11-9的电池堆表示电压施加工序和通电工序的各工序中的电池堆温度、阳极侧气体的露点、阴极侧气体的露点、电池堆内相对湿度和电压比的图表。
图13是针对实施例12-1～12-3的电池堆表示电压施加工序后的通电工序中的阳极侧气体和阴极侧气体的各气体的流量和电压比的图表。
具体实施方式
列举优选的实施方式，并参照附图对本发明所涉及的燃料电池的活化方法和活化装置详细地进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的燃料电池的活化装置(以下，还简称为活化装置)10对层叠有多个发电单元12(单体燃料电池)的电池堆(stack)14形态的燃料电池16进行活化。另外，活化装置10并不限定于电池堆14的形态，也同样能够对由1个发电单元12构成的形态的燃料电池(未图示)进行活化。
发电单元12通过由第1隔板(separator)20和第2隔板22夹持膜电极组件(Membrane Electrode Assemblies：MEA)18而构成。MEA18例如具有由全氟磺酸薄膜等固体高分子构成的电解质膜24、设置于电解质膜24的一方的表面的阳极电极26、和设置于电解质膜24的另一方的表面的阴极电极28。
阳极电极26是多孔质体，且具有面对电解质膜24的一方的表面的第1电极催化剂层26a和层叠于第1电极催化剂层26a的第1气体扩散层26b。阴极电极28是多孔质体，且具有面对电解质膜24的另一方的表面的第2电极催化剂层28a和层叠于第2电极催化剂层28a的第2气体扩散层28b。
第1电极催化剂层26a和第2电极催化剂层28a分别构成为，例如包括在碳黑等碳制的催化剂担体上担载铂金等催化剂金属而成的催化剂粒子(电极催化剂)、和离子导电性高分子粘合剂。另外，上述的电极催化剂例如也可以仅由铂黑等催化剂金属构成，而不含有催化剂担体。
在电极催化剂由铂金构成的情况下，在该电极催化剂的表面例如发生2Pt+H2O+1/2O2+e-→2Pt(OH-)、Pt(OH-)+H3O+→Pt+2H2O等电极反应。通过对电极催化剂的表面供给水，使三相界面存在水来促进该电极反应。所谓三相界面是指，在电池堆14实际发电时，成为反应区域的电极催化剂、电解质膜24、燃料气体或氧化剂气体的界面。另外，所谓电池堆14实际发电时是指，向阳极电极26供给氢气等燃料气体，并且向阴极电极28供给空气等氧化剂气体，而从电池堆14实际获得电功率时等。
第1气体扩散层26b和第2气体扩散层28b例如由碳纸、碳布等构成，被分别配设为第1气体扩散层26b面对第1隔板20，第2气体扩散层28b面对第2隔板22。例如，使用碳隔板作为第1隔板20和第2隔板22，但也可以代替碳隔板而使用金属隔板作为第1隔板20和第2隔板22。
在第1隔板20的面对第1气体扩散层26b的表面设置有燃料气体流路30，该燃料气体流路30连通于用于供给含氢气体等燃料气体的燃料气体入口连通孔(未图示)和用于排出该燃料气体的燃料气体出口连通孔(未图示)。
在第2隔板22的面对第2气体扩散层28b的表面设置有氧化剂气体流路32，该氧化剂气体流路32连通于用于供给含氧气体等氧化剂气体的氧化剂气体入口连通孔(未图示)和用于排出该氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔(未图示)。
当将多个发电单元12层叠时在第1隔板20与第2隔板22彼此相向的表面彼此之间一体地形成有冷却剂流路34，该冷却剂流路34连通于用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔(未图示)、和用于排出冷却介质的冷却介质出口连通孔(未图示)。
接着，对活化装置10进行说明。活化装置10主要具有气体供给部40、通电部41、电压施加部42和温度调节部44。气体供给部40由第1供给部40a和第2供给部40b构成，所述第1供给部40a经由燃料气体流路30向阳极电极26供给氢气作为阳极侧气体；所述第2供给部40b经由氧化剂气体流路32向阴极电极28供给氮气等惰性气体作为阴极侧气体。
第1供给部40a能够调节向阳极电极26供给的阳极侧气体的流量、能够将水蒸气混合于阳极侧气体来调节其露点。同样，第2供给部40b能够调节向阴极电极28供给的阴极侧气体的流量、能够将水蒸气混合于阴极侧气体来调节其露点。
通电部41将被第1供给部40a供给阳极侧气体的阳极电极26和被第2供给部40b供给阴极侧气体的阴极电极28电气连接，来进行两电极间的通电。即，通电部41根据由阳极电极26与阴极电极28的氢气浓度差产生的电位差，使电流从阴极电极28向阳极电极26流动。此时，通电部41能够使对两电极间通电的电流的大小在规定的范围内反复上升和下降、或使该电流的大小保持一定。
电压施加部42经由被配置在电池堆14的层叠方向上的一端的第1隔板20和被配置在该层叠方向上的另一端的第2隔板22，对电池堆14施加在规定的范围内上升和下降的循环电压。即，电压施加部42能够通过与循环伏安法(cyclic voltammetry)中所称的电位扫描同样的控制来使施加电压随时间变化，或者重复该随时间的变化。
这些通电部41和电压施加部42例如可以由能进行两电极间的电流控制和电位控制的恒电位仪/恒电流仪(potentiostat/galvanostat)(P/G稳定器)46、能够使该P/G稳定器46的设定电流和设定电位随时间变化的扫频仪(sweeper)48等构成。
温度调节部44通过向冷却剂流路34供给已被调节为规定温度的导热介质来调节电池堆14的温度。通过使温度调节部44采用上述结构，能够使用电池堆14的现有结构来有效且容易地调节电池堆14整体的温度。
另外，温度调节部44并不限定于上述的结构，只要具有能够对电池堆14的温度进行调节的结构即可，例如，也可以具有能够对电池堆14进行加热的加热器(未图示)等。
另外，气体供给部40和温度调节部44可以使阳极侧气体、阴极侧气体、导热介质分别在气体供给部40和温度调节部44与电池堆14之间循环，也可以将其封入电池堆14，也可以使其一直流通。
本实施方式所涉及的活化装置10基本上如以上那样构成。接着，对使用活化装置10的、本实施方式所涉及的燃料电池的活化方法(以下，还简称为活化方法)进行说明。
在本实施方式中，对刚组装好的电池堆14实施活化处理。为此，首先，将通电部41和电压施加部42(P/G稳定器46)电气连接于电池堆14，将第1供给部40a连接于燃料气体流路30，将第2供给部40b连接于氧化剂气体流路32，将温度调节部44连接于冷却剂流路34，将电池堆14设置于活化装置10。
接着，进行电压施加工序。在电压施加工序中，通过第1供给部40a向阳极电极26供给氢气，并且通过第2供给部40b向阴极电极28供给惰性气体。另外，通过电压施加部42对电池堆14施加在规定范围内上升和下降的循环电压。即，P/G稳定器46作为电压施加部42进行阳极电极26和阴极电极28之间的电位控制。
据此，能够除去在阴极电极28和阳极电极26所包含的电极催化剂的表面附着的残留溶剂(碳官能基)、氧化膜等附着物，清洁该表面。该电压施加工序例如能够与日本发明专利公开公报特开2013-38032号所记载的方法同样地进行，因此，省略详细的说明。
如上所述，在向阴极电极28供给惰性气体的电压施加工序中，无需发生发电反应就能够清洁电极催化剂的表面。因此，例如，与通过向阴极电极28供给氧化剂气体发生发电反应来进行电池堆14的活化的情况相比较，能够减少所消耗的气体量、使所需的设备简素化。
另外，在电压施加工序中不会发生上述的发电反应，相应地电池堆14的发热量较少。因此，也可以由温度调节部44调节电池堆14的温度以使其变为能够促进电压施加工序中的上述清洁的温度。另外，由于也不会生成由于发电反应而产生的生成水，因此，优选为，为了避免电解质膜24干燥等，而通过气体供给部40使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少任一方含有水蒸气。
并且，此时优选为，调节电池堆14的温度和气体的露点使其成为能够抑制在电池堆14内发生水淹(flooding)和电解质膜24干燥的双方的关系。另外，该水淹是指电池堆14内的液体水量过剩而妨碍气体的供给等。
在此，在定义为(阳极侧气体或阴极侧气体的露点下的饱和水蒸气量)/(电池堆14的温度下的饱和水蒸气量)×100＝电池堆内相对湿度(％)…(式1)的情况下，例如，能够通过使该电池堆内相对湿度约为100％来满足上述关系。这样，通过调节电池堆14的温度和气体的露点来抑制水淹，能够避免电池堆14整体上施加电压存在偏差，因此，能够良好地清洁电池堆14整体的电极催化剂。另外，通过抑制电解质膜24的干燥，能够消除该电解质膜24产生损伤等的担忧。
优选为，电压施加部42使对电池堆14施加的电压的范围为0.08～1.00V。通过使该电压的范围在0.08V以上，在电压施加工序中，能够反复进行氢气吸附于电极催化剂(催化剂金属)、脱离电极催化剂(催化剂金属)的反应。据此，能够更有效地清洁电极催化剂的表面。另一方面，通过使该电压的范围在1.00V以下，即使在电极催化剂含有碳制的催化剂担体的情况下，也能够避免该催化剂担体的劣化。
优选为，由电压施加部42对电池堆14施加的电压的循环数(进行电压施加工序的时间)以在通过该电压的施加而得到的电压-电流变化曲线(未图示)中，出现判断为电极催化剂的表面被充分地清洁的峰值为基准进行设定。作为这样的峰值一例能够列举在降低电压时在0.8～0.6V之间出现的还原峰值。在该还原峰值出现之后停止由电压施加部42进行的电压的施加，更好的是在该还原峰值出现之后又经过规定时间之后，停止由电压施加部42进行的电压的施加，据此能够合适地(不会过多也不会过少)地进行电压施加工序。
另外，在电压施加工序中，例如，在将经45秒使电压从0.08V上升到1.00V之后经45秒使电压从1.00V下降到0.08V作为1次循环(single cycle：一个周期)的情况下，优选为，将该循环重复20次以上，换言之，将电压施加工序进行30分钟(0.50小时)以上。据此，附着于电极催化剂的表面的附着物被充分地除去，能够使作为表示电极催化剂的有效面积的指标值的Q值(库仑)为足够的大小。
在由电压施加部42进行的电压的施加停止后，也依然进行由气体供给部40进行的气体的供给。据此，在被供给氢气作为阳极侧气体的阳极电极26与被供给惰性气体作为阴极侧气体的阴极电极28之间产生由于氢气浓度差而造成的电位差。这样一来，在产生电位差的状态下由通电部41将阳极电极26和阴极电极28电气连接，进行在两电极间通电的通电工序。
即，在通电工序中，P/G稳定器46作为通电部41来进行阳极电极26与阴极电极28之间的电流控制。此时，通电部41可以使从阴极电极28向阳极电极26通电的电流的大小在规定范围内反复上升和下降，也可以使该电流的大小为一定。
通过这样进行通电工序，能够以比实际发电时小的电流和少的阳极侧气体与阴极侧气体的供给量来对两电极间通电。在该情况下，由阳极电极26和阴极电极28构成氢气浓差电池，因此，在阳极电极26中发生H2+2H2O→2H3O++e-的电极反应。另一方面，在阴极电极28中发生2H3O+e-→H2+2H2O的电极反应。因此，通过进行通电工序，能够向电极催化剂、电解质膜24供给上述反应生成的生成水。
其结果，能够向电池堆14实际发电时成为反应区域的上述三相界面良好地供给水、以及使电解质膜24为湿润状态而呈现良好的质子导电性，因此，能够有效地使电池堆14活化。
据此，根据该活化方法，不需要用于向阳极电极26和阴极电极28供给大电流的大型装置、大量的阳极侧气体和阴极侧气体，相应地能够通过简素的结构以低成本使电池堆14活化。
另外，如上所述，进行电压施加工序将附着于电极催化剂的表面的附着物除去之后进行通电工序。据此，在进行通电工序时，能够在不会受到附着物阻碍的情况下良好地向电极催化剂的表面供给水，因此能够有效地使电池堆14活化。
并且，优选为，在通电工序中，通过温度调节部44和气体供给部40进行调节，以使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少一方的露点比电池堆14的温度高。在该情况下，能够在电池堆14内部易于使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少一方所含有的水蒸气结露。因此，能够更良好地向电极催化剂的表面、电解质膜24供给水，而有效地使电池堆14活化。
另外，也可以通过温度调节部44进行调节，以使进行通电工序时的电池堆14的温度变为进行电压施加工序时的电池堆14的温度以下。据此，能够容易地使通电工序中的电池堆内相对湿度比电压施加工序中的电池堆内相对湿度高。其结果，无需由气体供给部40高精度地调节阳极侧气体或阴极侧气体的露点，就能够使进行电压施加工序时在电池堆14内难以发生结露来抑制水淹。另外，在进行通电工序时易于在电池堆14内发生结露而能够对电极催化剂等有效地供给水。
第1供给部40a也可以在电压施加工序和通电工序中将相同露点的阳极侧气体和阴极侧气体分别向阳极电极26和阴极电极28供给。在此所谓的相同露点还包括大致相同的露点。在该情况下，不需要在电压施加工序与通电工序之间，设置调节阳极侧气体与阴极侧气体的露点的工序，相应地能够有效地进行电池堆14的活化。
另外，优选为，在通电工序中，使阴极侧气体的露点比阳极侧气体的露点高。如上述那样结束活化的电池堆14在内部的水被吹扫的状态来进行处理。作为对该水进行吹扫的吹扫气体(purge gas)，能够使用露点降低的阳极侧气体和阴极侧气体。
即，能够向阳极电极26供给氢气作为吹扫气体，向阴极电极28供给能比氢气廉价地进行处理的惰性气体作为吹扫气体。因此，通过在提高阴极侧气体的露点，且将在阴极电极28侧大量结露的水输送到电池堆14内进行活化后，从该阴极电极28侧供给大量的吹扫气体进行吹扫，能够实现成本的降低。
本发明并不特别限定于上述的实施方式，还能够在没有脱离其要旨的范围内进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，活化装置10具有电压施加部42，进行电压施加工序，但这些并不是特别必须的结构要素。活化装置10也可以不具有电压施加部42。即，也可以代替P/G稳定器46而具有恒电流仪。另外，在活化方法中，也可以不进行电压施加工序而进行通电工序。在该情况下，能够通过更简素的结构以低成本来进行电池堆14的活化。
【实施例】
[实施例1]
通过层叠10个MEA18的有效发电面积为100cm2的发电单元12来组装成电池堆14。将该电池堆14设置于活化装置10来进行了通电工序。在通电工序中，通过温度调节部44将电池堆14的温度调节为40℃。另外，通过第1供给部40a以5NL/分钟的流量向阳极电极26供给露点为75℃的氢气作为阳极侧气体，通过第2供给部40b以20NL/分钟的流量向阴极电极28供给露点为80℃的氮气作为阴极侧气体。
在此之后，确认阴极电极28的平均单元电位成为在0.06V附近大致一定之后，通过通电部41对阳极电极26和阴极电极28通电，使对两电极间通电的电流的大小在0～3A的范围内上升和下降。即，使两电极间的通电电流为循环电流(cycle current：周期电流)。具体而言，将经45秒使电流从0A上升到3A之后经45秒使电流从3A下降到0A作为1次循环。另外，伴随着这样改变电流的大小，两电极间的电压(平均电压)在0.60～0.25V之间上升和下降。
使对两电极间通电的时间(通电时间)不同来制造了实施例1的多个电池堆14。具体而言，使通电时间为图2所示的条件，得到实施例1-1～1-4的电池堆14。
[比较例1]
将刚组装好的电池堆14作为比较例1。即，比较例1的电池堆14没有进行通电工序，通电时间为0.0小时。
针对实施例1-1～1-4和比较例1的多个电池堆14的各电池堆对水进行吹扫之后，求得电池堆14的平均单元电压。使此时的输出电流密度为1.0A/cm2。然后，计算实施例1的电池堆14的各个平均单元电压与比较例1的电池堆14的平均单元电压的比作为电压比。即，使比较例1的电池堆14的电压比为1.000。将这样得到的电压比在图2中一并示出。
如图2所示，进行了通电工序的实施例1-1～1-4的电池堆14的电压比均在1.000以上，平均单元电压比没有进行通电工序的比较例1的电池堆14大。因此，可以说通过进行通电工序，能够提高电池堆14的输出，换言之能够使电池堆14活化。另外可知，通电时间越长，能够使电压比越大，能够更有效地使电池堆14活化。
[实施例2]
除了代替上述的循环电流而使两电极间的通电电流为以3A保持一定的固定电流以外，均与实施例1同样来制造了实施例2的电池堆14。即，如图3所示，使固定电流的通电时间不同，得到实施例2-1～2-4的电池堆14。针对这些电池堆14中的各电池堆14，将与实施例1同样地计算出电压比的结果在图3中一并示出。
如图3所示，使对两电极间通电的电流为固定电流的实施例2-1～2-4的电池堆14也得到与使该电流为循环电流的实施例1的电池堆14大致同样的电压比。即，实施例2-1～2-4的电池堆14的平均单元电压均比没有进行通电工序的比较例1的电池堆14大。因此得知，通过进行供给固定电流的通电工序，与供给循环电流的通电工序同样，能够有效地使电池堆14活化。另外得知，通电时间越长，越能够有效地使电池堆14活化。
[实施例3]
除了使对两电极间通电的固定电流的大小(通电电流值)如图4所示的那样不同以外，均与实施例2同样来制造了实施例3-1～3-10的电池堆14。将上述实施例3-1～3-10统称为实施例3。另外，实施例3-6的电池堆14以实质上与实施例2-1的电池堆14同样的条件来制造。
[比较例2]
为了进行比较，不对组装后的电池堆14的两电极间通电，而以与实施例1～3同样的条件供给阳极侧气体和阴极侧气体，将该状态保持0.50小时作为比较例2的电池堆14。
针对实施例3和比较例2的电池堆14的各电池堆14，与实施例1同样地计算电压比。将据此得到的电压比和对应于通电电流值的通电时的两电极间的电压在图4中一并示出。
如图4所示，实施例3-1～3-10的电池堆14的电压比均比仅供给阳极侧气体和阴极侧气体而不进行通电的比较例2的电池堆14大。因此得知，通过对两电极间通电，能够有效地使电池堆14活化。另外得知，通电电流值越大，则电压比越大，越能够更有效地使电池堆14活化。并且得知，在电压比到达1.050之后，即使使通电电流值更进一步上升，电压比的上升率也变小。
[实施例4]
除了按照图5所示的条件改变电池堆14的温度、阳极侧气体的露点和阴极侧气体的露点之外，均与实施例2同样地制造了实施例4-1～4-7的电池堆14。将上述实施例4-1～4-7统称为实施例4。另外，实施例4-4的电池堆14以实质上与实施例2-1的电池堆14同样的条件来制造。
针对这些电池堆14中的各电池堆14，根据阳极侧气体和阴极侧气体中的露点高的一方的露点下的饱和水蒸气量和电池堆14的温度下的饱和水蒸气量，通过上述的(式1)来计算电池堆内相对湿度。另外，与实施例1同样来计算电压比。将这些结果在图5中一并示出。
如图5所示，在实施例4-7的电池堆14中，使阳极侧气体和阴极侧气体的双方的露点比电池堆14的温度低。即使在该情况下，也能够使电压比在1以上，实现了使电池堆14活化。另一方面，
实施例4-1～4-6的电池堆14中使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少一方的露点温度在电池堆14的温度以上。在该情况下，实现了使电压比比实施例4-7的电池堆14大。因此，可以说通过使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少一方的露点比电池堆14的温度高，能够更有效地使电池堆14活化。
另外，图5的实施例4-2和实施例4-4除了电池堆14的温度之外均以相同的条件得到。将这些实施例进行比较的结果，使电池堆14的温度为40℃的实施例4-6的电池堆14获得比使电池堆14的温度为80℃的实施例4-2的电池堆14大的电压比。
因此，可以说通过降低进行通电工序时的电池堆14的温度而升高电池堆内相对湿度，增大在电池堆14内生成的结露量，能够更有效地使电池堆14活化。
图5的实施例4-4和实施例4-5除了阳极侧气体的露点之外均以相同的条件得到。将这些实施例进行比较的结果，得知实施例4-4的电池堆14与实施例4-5的电池堆14的电压比的差为0.4％左右。因此得知，即使在阳极侧气体的露点远低于实施例4-4的实施例4-5中，也能够通过充分地提高阴极侧气体的露点而保持电池堆内相对湿度，来足够良好地使电池堆14活化。
另外，代替降低阳极侧气体的露点而大幅度地降低阴极侧气体的露点后的电池堆14通过提高阳极侧气体的露点而保持电池堆内相对湿度，也能够得到与上述那样的阴极侧气体的露点低的情况同样的结果。
因此，可以说通过对阳极电极26和阴极电极28中的任一方的电极供给露点足够大的气体，还能够加湿另一方的电极。因此得知，在通电工序中，通过使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少任一方的露点与电池堆14的温度等相比变得足够大，能够良好地使电池堆14活化。
图5的实施例4-4和实施例4-6除了阳极侧气体的露点和阴极侧气体的露点之外均以相同的条件得到。从比较上述实施例的结果得知，在使阳极侧气体的露点比阴极侧气体的露点高的情况下和使阴极侧气体的露点比阳极侧气体的露点高的情况下得到同等的电压比。
[实施例5]
除了变更阳极侧气体和阴极侧气体的各气体的流量之外，与实施例2同样来制造实施例5的电池堆14。具体而言，以图6所示的条件得到实施例5-1～5-3的电池堆14。将上述实施例5-1～5-3统称为实施例5。另外，实施例5-1的电池堆14以实质上与实施例2-1的电池堆14同样的条件来制造。针对这些电池堆14中的各电池堆14，将与实施例1同样地计算出电压比的结果在图6中一并示出
根据图6，在实施例5-1～5-3的所有气体流量中，电压比均在1.000以上，实现了使其足够大。因此得知，即使如实施例5-1～5-3那样改变气体的流量，也能够有效地活化电池堆14。
[实施例6]
将刚刚与实施例1同样地组装好的电池堆14设置于活化装置10，进行了电压施加工序。在电压施加工序中，通过温度调节部44将电池堆14的温度调节为80℃。另外，通过第1供给部40a以5NL/分钟的流量向阳极电极26供给露点为75℃的氢气来作为阳极侧气体，通过第2供给部40b以20NL/分钟的流量向阴极电极28供给露点为80℃的氮气作为阴极侧气体。
在此之后，确认阴极电极28的平均单元电位变为在0.1V附近大致一定之后，对电池堆14施加了在0.08～1.00V的范围内上升和下降的循环电压。此时，将经45秒使电压从0.08V上升到1.00V之后经45秒使电压从1.00V下降到0.08V作为一次循环(一个周期)，将该循环重复20次。1次循环为90秒，因此，进行电压施加工序的时间为0.50小时。
如上述那样进行电压施加工序之后，与实施例1同样地进行了供给循环电流的通电工序。使通电时间为图7所示的条件，得到实施例6-1～6-8的电池堆14。将实施例6-1～6-8统称为实施例6。针对这些电池堆14中的各电池堆14，将与实施例1同样地计算出电压比的结果在图7中一并示出。
根据图7可知，在电压施加工序之后进行了通电工序(循环电流)的实施例6-1～6-8的所有电池堆14中，实现了使电压比均在1.000以上。另外得知，通电时间越长，越能够增大电压比。并且得知，在实施例6-1～6-8的电池堆14中，能够比仅进行通电工序的
实施例1-1～1-4的电池堆14更良好地增大电压比。
因此，可以说通过进行电压施加工序，将附着于阳极电极26和阴极电极28所包含的电极催化剂的表面的附着物除去之后进行通电工序，能够在不受到该附着物阻碍的情况下良好地向电极催化剂的表面供给水，据此，能够更有效地使电池堆14活化。
[实施例7]
除了改变在电压施加工序中对电池堆14施加电压的电压施加时间和在通电工序中对两电极间通电的通电时间以外，均与实施例6同样地制造了实施例7的电池堆14。具体而言，使电压施加时间和通电时间为图8所示的条件，得到实施例7-1～7-3的电池堆14。另外，实施例7-2的电池堆14以实质上与实施例6-2的电池堆14同样的条件来制造。另外，在实施例7中，以电压施加时间和通电时间的合计为1.00小时的方式来进行设定，变更该时间分配。
针对实施例7的电池堆14中的各电池堆14，与实施例1同样地计算电压比，并将其结果在图8中一并示出。根据图8得知，在实施例7-1～7-3的所有时间分配中，均能够使电压比在1.000以上，并且能够比仅进行了通电工序(循环电流)的实施例1-1～1-4的电池堆14更良好地增大电压比。因此得知，即使如实施例7-1～7-3那样改变时间分配，也能够有效地使电池堆14活化。
另外，在实施例7中得知，使电压施加时间和通电时间各为0.50小时的实施例7-2的电池堆14的电压比最大，能够有效地使电池堆14活化。
[实施例8]
除了代替上述的循环电流，而使进行通电工序时的通电电流为以3A保持一定的固定电流以外，均与实施例6同样地制造了实施例8的电池堆14。即，与实施例6同样地进行电压施加工序之后，如图9所示，使固定电流的通电时间不同，得到实施例8-1～8-8的电池堆14。针对这些电池堆14中的各电池堆14，将与实施例1同样地计算出电压比的结果在图9中一并示出。
如图9所示，在电压施加工序后的通电工序中使通电电流为固定电流的实施例8-1～8-8的电池堆14也获得与使该通电电流为循环电流的实施例1的电池堆14大致同样的电压比。因此得知，在电压施加工序之后进行供给固定电流的通电工序的情况下也与在电压施加工序之后进行供给循环电流的通电工序的情况同样，能够更有效地使电池堆14活化。另外得知，通电时间越长，越能够有效地使电池堆14活化。
[实施例9]
除了改变在电压施加工序中对电池堆14施加电压的电压施加时间和在通电工序中对两电极间通电的通电时间之外，均与实施例8同样来制造了实施例9的电池堆14。具体而言，使电压施加时间和通电时间为图10所示的条件，得到实施例9-1～9-3的电池堆14。另外，
实施例9-2的电池堆14以实质上与实施例8-2的电池堆14同样的条件来制造。另外，在实施例9中，以电压施加时间和通电时间的合计为1.00小时的方式进行设定，改变其时间分配。
针对实施例9的电池堆14中的各电池堆14，与实施例1同样地计算电压比，并将其结果在图10中一并示出。根据图10得知，在实施例9-1～9-3的所有时间分配中，均能够使电压比在1.000以上，并且能够比仅进行了通电工序(固定电流)的实施例2-1～2-4的电池堆14更良好地增大电压比。因此得知，即使如实施例9-1～9-3那样改变时间分配，也能够有效地使电池堆14活化。
另外，在实施例9中得知，使电压施加时间和通电时间各为0.50小时的实施例9-2的电池堆14的电压比最大，能够有效地使电池堆14活化。
[实施例10]
除了使通电电流值如图11所示的那样不同之外，均与实施例8同样来制造了实施例10-1～10-10的电池堆14。将上述实施例10-1～10-10统称为实施例10。另外，实施例10-6的电池堆14以实质上与
实施例8-2的电池堆14相同的条件来制造。
针对实施例10的电池堆14中的各电池堆14，与实施例1同样地计算电压比。将据此得到的电压比和与通电电流值对应的通电时的两电极间的电压在图11中一并示出。根据图11得知，存在通电电流值增大则电压比增大的倾向，能够更有效地使电池堆14活化。
[实施例11]
设实施例8的电压施加工序中阳极侧气体的流量为10NL/分钟，阴极侧气体的流量为40NL/分钟，并且使电池堆14的温度和阳极侧气体的露点按照图12所示的条件变化。另外，使实施例8的通电工序中电池堆14的温度、阳极侧气体的露点和阴极侧气体的露点按照图12所示的条件变化。除此之外，均与实施例8同样来制造了实施例11-1～11-9的电池堆14。将上述实施例11-1～11-9统称为实施例11。另外，
实施例11-6的电池堆14以实质上与实施例8-2的电池堆14相同的条件来制造。
针对实施例11的电池堆14中的各电池堆14，与实施例4同样来计算进行电压施加工序和进行通电工序时的电池堆内相对湿度。另外，与实施例1同样来计算电压比。将上述结果在图12中一并示出。另外，在实施例11-4、11-5中，与其他实施例相比提高了进行电压施加工序时的电池堆内相对湿度，因此，为了避免发生上述的水淹的情况，增加了电压施加工序中的阳极侧气体和阴极侧气体的流量。
如图12所示，在实施例11-9的电池堆14中，使阳极侧气体和阴极侧气体双方的露点比电池堆14的温度低。即使在该情况下也能够使电压比在1.000以上，能够有效地使电池堆14活化。另一方面，实施例11-1～11-8的所有的电池堆14中均使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少一方的露点温度比电池堆14的温度高。在该情况下可知，能够使电压比比实施例11-9的电池堆14大，能够更有效地使电池堆14活化。
在图12的实施例11-1～11-9中，使进行通电工序时的电池堆14的温度在进行电压施加工序时的电池堆14的温度以下。据此得知，能够使电压比为1.000以上，能够有效地使电池堆14活化。
在此，实施例11-2的电池堆14和实施例11-6的电池堆14除了进行通电工序时的电池堆14的温度之外均以相同的条件得到。即，进行电压施加工序时的电池堆14的温度为80℃，是相同的。对这些实施例进行比较的结果，使进行通电工序时的电池堆14的温度为40℃的实施例11-6的电池堆14得到比使进行通电工序时的电池堆14的温度为70℃的实施例11-2的电池堆14大约2％的电压比。
因此得知，通过使进行通电工序时的电池堆14的温度远低于进行电压施加工序时的电池堆14的温度，能够增大在进行通电工序时在电池堆14内产生的结露的量，能够更有效地使电池堆14活化。
图12的实施例11-1的电池堆14和实施例11-4的电池堆14除了电压施加工序中的电池堆14的温度和阳极侧气体与阴极侧气体的流量之外，均以相同的条件得到。另外，对于实施例11-2的电池堆14和实施例11-5的电池堆14亦同样。对这些实施例进行比较的结果，在进行电压施加工序时的电池堆14的温度小且阳极侧气体和阴极侧气体的流量大的实施例11-4、11-5的电池堆14中，电压比比实施例11-1、11-2的电池堆14大约1～2％。
因此得知，在电压施加工序中，通过满足电池堆14的温度小(电池堆内相对湿度高)和阳极侧气体与阴极侧气体的流量大中的至少任一方的条件，能够有效地使电池堆14活化。
图12的实施例11-6和实施例11-7的电池堆14除了电压施加工序和通电工序的各工序中的阳极侧气体的露点之外均以相同的条件获得。将上述实施例进行比较的结果，实施例11-6的电池堆14和实施例11-7的电池堆14的电压比相同。因此得知，在电压施加工序和通电工序中，即使在阳极侧气体的露点远远低于实施例11-6的实施例11-7中，也能够通过充分提高阴极侧气体的露点来保持电池堆内相对湿度，来使电池堆14良好地活化。
另外，代替降低阳极侧气体的露点而大幅度地降低阴极侧气体的露点的电池堆14通过提高阳极侧气体的露点来保持电池堆内相对湿度，也获得了与上述那样的阴极侧气体的露点低的情况同样的结果。因此得知，在进行电压施加工序之后的通电工序中，通过使阳极侧气体和阴极侧气体中的至少任一方的露点远大于电池堆14的温度等，也能够良好地使电池堆14活化。
图12的实施例11-6和实施例11-8的电池堆14除了通电工序中的阳极侧气体的露点和阴极侧气体的露点之外均以相同的条件得到。根据将上述实施例进行比较的结果得知，在进行电压施加工序之后的通电工序中，在使阳极侧气体的露点比阴极侧气体的露点高的情况下和使阴极侧气体的露点比阳极侧气体的露点高的情况下也能够得到同等的电压比。
[实施例12]
除了改变阳极侧气体和阴极侧气体的各气体的流量之外，均与实施例8同样来制造了实施例12的电池堆14。具体而言，以图13所示的条件得到实施例12-1～12-3的电池堆14。将上述实施例12-1～12-3统称为实施例12。另外，实施例12-1的电池堆14以实质上与实施例8-2的电池堆14同样的条件来制造。针对这些电池堆14中的各电池堆14，将与实施例1同样地计算出电压比的结果在图13中一并示出。
根据图13可知，在实施例12-1～12-3的所有的气体的流量中，电压比均在1.000以上，实现了充分增大电压比。因此得知，即使如实施例12-1～12-3那样改变气体的流量，也能够有效地使电池堆14活化。

Claims (14)

1.一种燃料电池(16)的活化方法，该燃料电池(16)在由固体高分子构成的电解质膜(24)的一方的表面上设有阳极电极(26)，且在所述电解质膜(24)的另一方的表面上设有阴极电极(28)，
所述燃料电池(16)的活化方法的特征在于，
具有通电工序，在该通电工序中，向所述阳极电极(26)供给氢气作为阳极侧气体，并且向所述阴极电极(28)供给惰性气体作为阴极侧气体，据此在使所述阳极电极(26)与所述阴极电极(28)之间产生电位差的状态下将所述阳极电极(26)与所述阴极电极(28)电气连接来进行通电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
在所述通电工序之前还具有电压施加工序，在所述电压施加工序中，一边向所述阳极电极(26)供给氢气作为所述阳极侧气体，并且向所述阴极电极(28)供给惰性气体作为所述阴极侧气体，一边向所述燃料电池(16)施加在规定范围内上升和下降的循环电压。
3.根据权利要求1所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
在所述通电工序中，使从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)通电的电流的大小在规定范围内反复上升和下降。
4.根据权利要求1所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
在所述通电工序中，使从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)通电的电流的大小保持一定。
5.根据权利要求1所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
在所述通电工序中，使所述阳极侧气体和所述阴极侧气体中的至少任一方的露点比所述燃料电池(16)的温度高。
6.根据权利要求2所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
使进行所述通电工序时的所述燃料电池(16)的温度在进行所述电压施加工序时的所述燃料电池(16)的温度以下。
7.根据权利要求6所述的燃料电池(16)的活化方法，其特征在于，
通过向被设置于所述燃料电池(16)的冷却剂流路(34)供给调节了温度的导热介质，来调节所述燃料电池(16)的温度。
8.一种燃料电池(16)的活化装置(10)，其使燃料电池(16)活化，该燃料电池(16)在由固体高分子构成的电解质膜(24)的一方的表面上设有阳极电极(26)，且在所述电解质膜(24)的另一方的表面上设有阴极电极(28)，
所述燃料电池(16)的活化装置(10)的特征在于，
具有气体供给部(40)和通电部(41)，其中，
所述气体供给部(40)向所述阳极电极(26)供给氢气作为阳极侧气体，且向所述阴极电极(28)供给惰性气体作为阴极侧气体；
所述通电部(41)在由所述气体供给部(40)供给了所述阳极侧气体的所述阳极电极(26)与由所述气体供给部(40)供给了所述阴极侧气体的所述阴极电极(28)之间进行通电。
9.根据权利要求8所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
还具有电压施加部(42)，该电压施加部(42)对所述燃料电池(16)施加在规定范围内上升和下降的循环电压。
10.根据权利要求8所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
所述通电部(41)能够使从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)通电的电流的大小在规定范围内反复上升和下降。
11.根据权利要求8所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
所述通电部(41)能够使从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)通电的电流的大小保持一定。
12.根据权利要求8所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
在由所述通电部(41)从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)进行通电期间，所述气体供给部(40)使所述阳极侧气体和所述阴极侧气体中的至少任一方的露点比所述燃料电池(16)的温度高。
13.根据权利要求9所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
还具有温度调节部(44)，该温度调节部(44)调节所述燃料电池(16)的温度，
所述温度调节部(44)使由所述通电部(41)从所述阴极电极(28)向所述阳极电极(26)进行通电期间的所述燃料电池(16)的温度，在由所述电压施加部(42)施加所述电压期间的所述燃料电池(16)的温度以下。
14.根据权利要求13所述的燃料电池(16)的活化装置(10)，其特征在于，
所述温度调节部(44)通过向被设置于所述燃料电池(16)的冷却剂流路(34)供给调节了温度的导热介质，来调节所述燃料电池(16)的温度。
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