JP2000277136A - 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法Info
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- JP2000277136A JP2000277136A JP11079332A JP7933299A JP2000277136A JP 2000277136 A JP2000277136 A JP 2000277136A JP 11079332 A JP11079332 A JP 11079332A JP 7933299 A JP7933299 A JP 7933299A JP 2000277136 A JP2000277136 A JP 2000277136A
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 各セルユニットを転極させることなく活性化
した状態で起動し、外部負荷へ電力を供給する際の急激
な負荷の増加に素速く対応することのできる固体高分子
型燃料電池の起動方法を提供する。 【解決手段】 電解質膜32の両面に電極34,36を有する
セル30に対し、一方の側に燃料室40、他方の側に酸化剤
室50を形成したセルユニット20を複数積層して構成さ
れ、燃料室40に燃料ガス、酸化剤室50に酸化剤ガスを供
給して発電を行ない、外部負荷へ電力を供給する固体高
分子型燃料電池の起動方法であって、外部負荷へ電力の
供給を開始する前に、１セルユニット又は隣り合う２セ
ルユニット毎に発電を行なうことにより、各セルユニッ
ト20の転極の防止と活性化を図るものである。発電を行
なうセルユニット20は、所定時間毎に切り替えることが
望ましい。
した状態で起動し、外部負荷へ電力を供給する際の急激
な負荷の増加に素速く対応することのできる固体高分子
型燃料電池の起動方法を提供する。 【解決手段】 電解質膜32の両面に電極34,36を有する
セル30に対し、一方の側に燃料室40、他方の側に酸化剤
室50を形成したセルユニット20を複数積層して構成さ
れ、燃料室40に燃料ガス、酸化剤室50に酸化剤ガスを供
給して発電を行ない、外部負荷へ電力を供給する固体高
分子型燃料電池の起動方法であって、外部負荷へ電力の
供給を開始する前に、１セルユニット又は隣り合う２セ
ルユニット毎に発電を行なうことにより、各セルユニッ
ト20の転極の防止と活性化を図るものである。発電を行
なうセルユニット20は、所定時間毎に切り替えることが
望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、起動時にセルユニ
ットを転極させることなく且つ十分に活性化させること
によって、負荷の急激な増加にも素速く応答できる固体
高分子型燃料電池の起動方法に関するものである。
ットを転極させることなく且つ十分に活性化させること
によって、負荷の急激な増加にも素速く応答できる固体
高分子型燃料電池の起動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、図２に示すよ
うに、電解質膜(32)の一方の面にアノード電極(34)、他
方の面にカソード電極(36)を配したセル(30)に対し、ア
ノード側に燃料室(40)、カソード側に酸化剤室(50)を形
成したセルユニット(20)を、図５に示すように複数積層
して構成される。各セルユニット(20)の動作時の電圧は
１Ｖ以下と低いため、セルユニット(20)は、電気的に直
列に接続して使用される。積層されるセルユニット(20)
の個数は、要求される性能によって異なるが、通常数十
から数百程度である。各セルユニット(20)の燃料室(40)
に純水素ガス又は水素リッチガスなどの燃料ガスを供給
し、酸化剤室(50)に空気などの酸素ガスを含む酸化剤ガ
スを供給し、セルユニット内で電気化学的に反応させて
起電力を得る。
うに、電解質膜(32)の一方の面にアノード電極(34)、他
方の面にカソード電極(36)を配したセル(30)に対し、ア
ノード側に燃料室(40)、カソード側に酸化剤室(50)を形
成したセルユニット(20)を、図５に示すように複数積層
して構成される。各セルユニット(20)の動作時の電圧は
１Ｖ以下と低いため、セルユニット(20)は、電気的に直
列に接続して使用される。積層されるセルユニット(20)
の個数は、要求される性能によって異なるが、通常数十
から数百程度である。各セルユニット(20)の燃料室(40)
に純水素ガス又は水素リッチガスなどの燃料ガスを供給
し、酸化剤室(50)に空気などの酸素ガスを含む酸化剤ガ
スを供給し、セルユニット内で電気化学的に反応させて
起電力を得る。
【０００３】電解質膜として、パーフルオロカーボンス
ルホン酸などのイオン交換膜が使用される。この種イオ
ン交換膜は、乾燥状態では電気抵抗が高く、湿潤状態で
すぐれたイオン伝導性を示す。このため、発電時には燃
料ガス及び／又は酸化剤ガスを加湿して電解質膜(32)を
湿潤状態に保持する必要がある。
ルホン酸などのイオン交換膜が使用される。この種イオ
ン交換膜は、乾燥状態では電気抵抗が高く、湿潤状態で
すぐれたイオン伝導性を示す。このため、発電時には燃
料ガス及び／又は酸化剤ガスを加湿して電解質膜(32)を
湿潤状態に保持する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、燃料電池の
発電開始の際、特に長期間休止させた後に発電を行なう
際に、電解質膜が乾燥していたり、電極の触媒が被毒さ
れて活性度が低下していることがある。この場合、起動
開始時には定格起電力を発生することができないだけで
なく、発電を行なうことにより、セルユニットの中に
は、アノードとカソードが転極してしまうものも生ず
る。セルユニットが転極すると、アノード電極で還元反
応、カソード電極で酸化反応が起こり、電極触媒の劣化
や電解質膜の破損などを引き起こし、ガスのクロスリー
クが発生したりセル性能が低下する。一部のセルユニッ
トに転極が生ずると、残りの正常なセルユニットに過負
荷がかかるため、正常なセルユニットの劣化が進行し、
燃料電池全体の性能が低下してしまう問題があった。
発電開始の際、特に長期間休止させた後に発電を行なう
際に、電解質膜が乾燥していたり、電極の触媒が被毒さ
れて活性度が低下していることがある。この場合、起動
開始時には定格起電力を発生することができないだけで
なく、発電を行なうことにより、セルユニットの中に
は、アノードとカソードが転極してしまうものも生ず
る。セルユニットが転極すると、アノード電極で還元反
応、カソード電極で酸化反応が起こり、電極触媒の劣化
や電解質膜の破損などを引き起こし、ガスのクロスリー
クが発生したりセル性能が低下する。一部のセルユニッ
トに転極が生ずると、残りの正常なセルユニットに過負
荷がかかるため、正常なセルユニットの劣化が進行し、
燃料電池全体の性能が低下してしまう問題があった。
【０００５】そこで、燃料電池の起動時、即ち外部負荷
への電力供給前に、予め加湿された反応ガスをセルユニ
ットに供給すると共に、図５に示すように、全セルユニ
ット(20)を直列に抵抗(90)に接続し、同時に発電させる
ことにより、セルユニット(20)を活性化し、且つ電解質
膜を十分に湿潤させた状態で待機を行なう燃料電池(10)
が提案されている。しかしながら、このような状態で待
機してもセルユニットが転極する可能性は十分ある。
への電力供給前に、予め加湿された反応ガスをセルユニ
ットに供給すると共に、図５に示すように、全セルユニ
ット(20)を直列に抵抗(90)に接続し、同時に発電させる
ことにより、セルユニット(20)を活性化し、且つ電解質
膜を十分に湿潤させた状態で待機を行なう燃料電池(10)
が提案されている。しかしながら、このような状態で待
機してもセルユニットが転極する可能性は十分ある。
【０００６】また、外部負荷へ電力を供給する際の高負
荷に耐えるには、起動待機時にセルユニットに大電流を
流すことによって、各セルユニットを活性化しておく必
要がある。しかしながら、各セルユニット毎に活性度が
異なり、また、大電流を流すとセルユニットの中に転極
を生じるものがでてくる可能性がある。このため、最も
性能の低いセルユニットに合わせて小電流で起動を行な
わざるを得ないが、小電流密度で起動を行なってもセル
ユニットを十分に活性化させることはできず、さらに、
すでに活性化されたセルユニットも、小電流密度で長時
間待機させると、徐々にではあるが活性が低下する。
荷に耐えるには、起動待機時にセルユニットに大電流を
流すことによって、各セルユニットを活性化しておく必
要がある。しかしながら、各セルユニット毎に活性度が
異なり、また、大電流を流すとセルユニットの中に転極
を生じるものがでてくる可能性がある。このため、最も
性能の低いセルユニットに合わせて小電流で起動を行な
わざるを得ないが、小電流密度で起動を行なってもセル
ユニットを十分に活性化させることはできず、さらに、
すでに活性化されたセルユニットも、小電流密度で長時
間待機させると、徐々にではあるが活性が低下する。
【０００７】本発明はかかる問題を解決するためになさ
れたものであり、各セルユニットを転極させることなく
活性化した状態で起動し、外部負荷へ電力を供給する際
の急激な負荷の増加に素速く対応することのできる固体
高分子型燃料電池の起動方法を提供することを目的とす
る。
れたものであり、各セルユニットを転極させることなく
活性化した状態で起動し、外部負荷へ電力を供給する際
の急激な負荷の増加に素速く対応することのできる固体
高分子型燃料電池の起動方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固体高分子型燃料電池(10)の起動方法は、
電解質膜(32)の両面に電極(34)(36)を有するセル(30)に
対し、一方の側に燃料室(40)、他方の側に酸化剤室(50)
を形成したセルユニット(20)を複数積層して構成され、
燃料室(40)に燃料ガス、酸化剤室(50)に酸化剤ガスを供
給して発電を行ない、外部負荷へ電力を供給する固体高
分子型燃料電池の起動方法であって、外部負荷へ電力の
供給を開始する前に、１セルユニット又は隣り合う２セ
ルユニット毎に発電を行なうことにより、各セルユニッ
ト(20)の転極の防止と活性化を図るものである。発電を
行なうセルユニット(20)は、所定時間毎に切り替えるこ
とが望ましい。
に、本発明の固体高分子型燃料電池(10)の起動方法は、
電解質膜(32)の両面に電極(34)(36)を有するセル(30)に
対し、一方の側に燃料室(40)、他方の側に酸化剤室(50)
を形成したセルユニット(20)を複数積層して構成され、
燃料室(40)に燃料ガス、酸化剤室(50)に酸化剤ガスを供
給して発電を行ない、外部負荷へ電力を供給する固体高
分子型燃料電池の起動方法であって、外部負荷へ電力の
供給を開始する前に、１セルユニット又は隣り合う２セ
ルユニット毎に発電を行なうことにより、各セルユニッ
ト(20)の転極の防止と活性化を図るものである。発電を
行なうセルユニット(20)は、所定時間毎に切り替えるこ
とが望ましい。
【０００９】セルユニット(20)の発電は、電気抵抗体(6
2)を具える負荷回路(60)にセルユニット(20)を順次接続
することによって行なうことができる。その種固体高分
子型燃料電池(10)として、セルユニット(20)は、プレー
ト(42)(52)に電気的に接続された端子(63)(63)を具え、
該端子(63)(63)には、電気抵抗体(62)を１セルユニット
又は隣り合う２セルユニット毎に切替可能に接続する切
替手段(67)を具えた負荷回路(60)を配備して、電気抵抗
体(62)を１セルユニット又は隣り合う２セルユニット毎
に端子(63)(63)に接続して、セルユニット(20)の発電を
行なう構成を例示することができる。
2)を具える負荷回路(60)にセルユニット(20)を順次接続
することによって行なうことができる。その種固体高分
子型燃料電池(10)として、セルユニット(20)は、プレー
ト(42)(52)に電気的に接続された端子(63)(63)を具え、
該端子(63)(63)には、電気抵抗体(62)を１セルユニット
又は隣り合う２セルユニット毎に切替可能に接続する切
替手段(67)を具えた負荷回路(60)を配備して、電気抵抗
体(62)を１セルユニット又は隣り合う２セルユニット毎
に端子(63)(63)に接続して、セルユニット(20)の発電を
行なう構成を例示することができる。
【００１０】
【作用及び効果】セルユニット(20)の転極の原因は、電
極に使用されるカーボンの酸化又は電解質膜に含まれる
水分の電解による電流によって生ずる逆電流にある。こ
の逆電流が流れる状態では、転極によって低下した電圧
を他の正常なセルユニットが補償しなければならない。
この場合、過電圧を考慮すると、転極の原因となるカー
ボンの酸化には約１Ｖの電圧が必要であり、また、水の
分解には約２Ｖの電圧が必要である。しかしながら、各
セルユニット(20)の起電力は１Ｖ以下である。このた
め、起動時に直列に発電するセルユニット数を２セルユ
ニットにした場合、仮に一方のセルユニットが転極した
としても、転極により低下した電圧を他のセルユニット
によって補償することができないから、２セルユニット
の場合には転極は生じない。また、起動時に発電するセ
ルユニットが１セルユニットのみの場合でも転極は生じ
ない。つまり、起動時の発電を１又は２セルユニット毎
に行なうことによって、転極を防止しつつ、電極の活性
化及び電解質膜の湿潤を図ることができる。
極に使用されるカーボンの酸化又は電解質膜に含まれる
水分の電解による電流によって生ずる逆電流にある。こ
の逆電流が流れる状態では、転極によって低下した電圧
を他の正常なセルユニットが補償しなければならない。
この場合、過電圧を考慮すると、転極の原因となるカー
ボンの酸化には約１Ｖの電圧が必要であり、また、水の
分解には約２Ｖの電圧が必要である。しかしながら、各
セルユニット(20)の起電力は１Ｖ以下である。このた
め、起動時に直列に発電するセルユニット数を２セルユ
ニットにした場合、仮に一方のセルユニットが転極した
としても、転極により低下した電圧を他のセルユニット
によって補償することができないから、２セルユニット
の場合には転極は生じない。また、起動時に発電するセ
ルユニットが１セルユニットのみの場合でも転極は生じ
ない。つまり、起動時の発電を１又は２セルユニット毎
に行なうことによって、転極を防止しつつ、電極の活性
化及び電解質膜の湿潤を図ることができる。
【００１１】電極の活性化及び電解質膜の湿潤に要する
発電時間は予め測定できるから、測定された時間に基づ
いて、発電するセルユニットを順次切り替えることによ
って、すべてのセルユニットが活性化される。
発電時間は予め測定できるから、測定された時間に基づ
いて、発電するセルユニットを順次切り替えることによ
って、すべてのセルユニットが活性化される。
【００１２】起動時の発電方法として、セルユニット(2
0)を電気抵抗体(62)に接続して発電を行なうことによ
り、セルユニットに過度な負担をかけることなく、セル
ユニットに高密度の電流を流して活性化することがで
き、外部負荷への接続直後の過大な負荷にも耐えること
ができる。また、セルユニットに高密度電流を流すこと
によって、セルユニットが自己発熱するため、起動時に
セルユニット内で加湿水が結露することもない。このた
め、結露防止用のヒータ等を設置したり作動させる必要
はない。
0)を電気抵抗体(62)に接続して発電を行なうことによ
り、セルユニットに過度な負担をかけることなく、セル
ユニットに高密度の電流を流して活性化することがで
き、外部負荷への接続直後の過大な負荷にも耐えること
ができる。また、セルユニットに高密度電流を流すこと
によって、セルユニットが自己発熱するため、起動時に
セルユニット内で加湿水が結露することもない。このた
め、結露防止用のヒータ等を設置したり作動させる必要
はない。
【００１３】
【発明の実施の形態】燃料電池(10)は、図２に示すよう
に、電解質膜(32)の一方の面にアノード電極(34)、他方
の面にカソード電極(36)を配したセル(30)と、燃料ガス
の供給される燃料室の凹設されたプレート(42)と、酸化
剤ガスの供給される酸化剤室の凹設されたプレート(52)
を具え、セル(30)のアノード側に燃料室(40)、カソード
側に酸化剤室(50)が対向するように、両プレートによっ
てセルを挟持したセルユニット(20)を図１に示すように
複数積層し、両端を抑え板(80)(80)によって締め付けて
構成される。
に、電解質膜(32)の一方の面にアノード電極(34)、他方
の面にカソード電極(36)を配したセル(30)と、燃料ガス
の供給される燃料室の凹設されたプレート(42)と、酸化
剤ガスの供給される酸化剤室の凹設されたプレート(52)
を具え、セル(30)のアノード側に燃料室(40)、カソード
側に酸化剤室(50)が対向するように、両プレートによっ
てセルを挟持したセルユニット(20)を図１に示すように
複数積層し、両端を抑え板(80)(80)によって締め付けて
構成される。
【００１４】隣接するセルユニット(20)(20)間には、夫
々負荷回路(60)に接続するための端子(63)が取り付けら
れる。両端に位置する端子(63a)(63z)は、外部負荷(図
示せず)との接続にも使用される。端子(63)には、導線
(64)を接続し、導線(64)は、負荷回路(60)の短絡用端子
(65)に夫々接続される。負荷回路(60)は、図１に示すよ
うに、電気抵抗体(62)と、前記導線(64)に接続された短
絡用端子(64)を接続可能な切替手段(67)と、電気抵抗体
(62)と切替手段(67)との導通を制御するメインスイッチ
(68)を具える。メインスイッチ(68)及び切替手段(67)
は、後述する制御装置(70)によって制御される。メイン
スイッチ(68)は、電池の起動時にオン状態となって、切
替手段(67)を介して電気抵抗体(62)とセルユニット(20)
を接続する。電池が外部負荷に電力を供給しているとき
には、メインスイッチ(68)は、オフ状態となり、電気抵
抗体(62)とセルユニット(20)の接続を切る。切替手段(6
7)は、制御装置(70)に内蔵されるタイマーによって、メ
インスイッチ(68)がオンのときに、所定時間毎に接続す
る短絡用端子(65a)(65b)(65c)…を順に切り替えて、セ
ルユニット(20)を順に発電させる。
々負荷回路(60)に接続するための端子(63)が取り付けら
れる。両端に位置する端子(63a)(63z)は、外部負荷(図
示せず)との接続にも使用される。端子(63)には、導線
(64)を接続し、導線(64)は、負荷回路(60)の短絡用端子
(65)に夫々接続される。負荷回路(60)は、図１に示すよ
うに、電気抵抗体(62)と、前記導線(64)に接続された短
絡用端子(64)を接続可能な切替手段(67)と、電気抵抗体
(62)と切替手段(67)との導通を制御するメインスイッチ
(68)を具える。メインスイッチ(68)及び切替手段(67)
は、後述する制御装置(70)によって制御される。メイン
スイッチ(68)は、電池の起動時にオン状態となって、切
替手段(67)を介して電気抵抗体(62)とセルユニット(20)
を接続する。電池が外部負荷に電力を供給しているとき
には、メインスイッチ(68)は、オフ状態となり、電気抵
抗体(62)とセルユニット(20)の接続を切る。切替手段(6
7)は、制御装置(70)に内蔵されるタイマーによって、メ
インスイッチ(68)がオンのときに、所定時間毎に接続す
る短絡用端子(65a)(65b)(65c)…を順に切り替えて、セ
ルユニット(20)を順に発電させる。
【００１５】制御装置(70)は、メインスイッチ(68)と切
替手段(67)を制御すると共に、燃料電池全体の監視を行
なうものであり、燃料電池(10)の外部負荷の接続状況
や、燃料電池の出力、温度、ガスの供給量を監視すると
共に、燃料電池の制御全般に必要な機能を有している。
替手段(67)を制御すると共に、燃料電池全体の監視を行
なうものであり、燃料電池(10)の外部負荷の接続状況
や、燃料電池の出力、温度、ガスの供給量を監視すると
共に、燃料電池の制御全般に必要な機能を有している。
【００１６】制御装置(70)は、燃料電池(10)が外部負荷
に対して電力を供給しているか否かの信号を受け取る。
燃料電池(10)が外部負荷に電力を供給していない信号を
受け取ったときには(待機時)、負荷回路(60)のメインス
イッチ(68)をオンにして、切替手段(67)を短絡用端子(6
5a)(65b)に接続すると共に、タイマーを作動させる。な
お、このとき燃料ガス及び酸化剤ガスは、セルユニット
(20)の発電時の電流に合わせたガス量に調節して供給す
る。負荷回路(60)は、短絡用端子(65a)(65b)が接続され
たセルユニット(20)を電源とする閉回路を形成し、セル
ユニット(20)が発電する。切替手段(67)を１セルユニッ
ト毎に接続することによって、セルユニット(20)を転極
させることなく活性化させることができる。電気抵抗体
(62)は、強制負荷ではないから、セルユニット(20)の活
性の程度とガスの供給量に応じた最大の電流で発電する
ことができる。切替手段(67)を短絡用端子(65a)(65b)に
接続してから、タイマーが所定の時間をカウントする
と、切替手段(67)は、負荷回路(60)を順次発電を未だ行
なっていないセルユニット(例えば隣接するセルユニッ
ト)の短絡用端子(65b)(65c)に接続する。なお、発電を
行なうセルユニットの順序は特に限定されない。すべて
のセルユニット(20)を発電し、十分に活性化させること
によって、起動が完了する。
に対して電力を供給しているか否かの信号を受け取る。
燃料電池(10)が外部負荷に電力を供給していない信号を
受け取ったときには(待機時)、負荷回路(60)のメインス
イッチ(68)をオンにして、切替手段(67)を短絡用端子(6
5a)(65b)に接続すると共に、タイマーを作動させる。な
お、このとき燃料ガス及び酸化剤ガスは、セルユニット
(20)の発電時の電流に合わせたガス量に調節して供給す
る。負荷回路(60)は、短絡用端子(65a)(65b)が接続され
たセルユニット(20)を電源とする閉回路を形成し、セル
ユニット(20)が発電する。切替手段(67)を１セルユニッ
ト毎に接続することによって、セルユニット(20)を転極
させることなく活性化させることができる。電気抵抗体
(62)は、強制負荷ではないから、セルユニット(20)の活
性の程度とガスの供給量に応じた最大の電流で発電する
ことができる。切替手段(67)を短絡用端子(65a)(65b)に
接続してから、タイマーが所定の時間をカウントする
と、切替手段(67)は、負荷回路(60)を順次発電を未だ行
なっていないセルユニット(例えば隣接するセルユニッ
ト)の短絡用端子(65b)(65c)に接続する。なお、発電を
行なうセルユニットの順序は特に限定されない。すべて
のセルユニット(20)を発電し、十分に活性化させること
によって、起動が完了する。
【００１７】燃料電池(10)が外部負荷に電力を供給して
いる信号を受け取ったとき、又は、起動が完了したとき
には、負荷回路(60)のメインスイッチ(68)をオフにし
て、負荷回路(60)を用いた発電を停止させる。
いる信号を受け取ったとき、又は、起動が完了したとき
には、負荷回路(60)のメインスイッチ(68)をオフにし
て、負荷回路(60)を用いた発電を停止させる。
【００１８】なお、切替手段(67)の制御は、タイマーに
限定されるものではなく、負荷回路(60)に電流計や電力
計を接続し、所定の電流値又は電力値を越えた時点で、
切替手段(67)を切り替えるようにしてもよい。負荷回路
(60)では、最大の電流が流れるときには、燃料ガスの利
用率がほぼ１００％となるため、制御対象となる電流値
は、セルユニットに供給される反応ガスの量に基づいて
設定することができる。
限定されるものではなく、負荷回路(60)に電流計や電力
計を接続し、所定の電流値又は電力値を越えた時点で、
切替手段(67)を切り替えるようにしてもよい。負荷回路
(60)では、最大の電流が流れるときには、燃料ガスの利
用率がほぼ１００％となるため、制御対象となる電流値
は、セルユニットに供給される反応ガスの量に基づいて
設定することができる。
【００１９】各セルユニットの状態に応じた発電を行な
うためには、１セルユニット毎に発電を行なうことが望
ましいが、隣り合う２セルユニット毎に行なってもよ
い。隣り合う２セルユニット毎に発電を行なう場合は、
切替手段の短絡端子への接続を２セルユニット毎となる
ように切り替えればよい。なお、２セルユニット毎に端
子を形成してもよい。２セルユニット毎に発電を行なっ
ても、上述の通り、転極によって低下した電圧を補償で
きないから転極は生じない。
うためには、１セルユニット毎に発電を行なうことが望
ましいが、隣り合う２セルユニット毎に行なってもよ
い。隣り合う２セルユニット毎に発電を行なう場合は、
切替手段の短絡端子への接続を２セルユニット毎となる
ように切り替えればよい。なお、２セルユニット毎に端
子を形成してもよい。２セルユニット毎に発電を行なっ
ても、上述の通り、転極によって低下した電圧を補償で
きないから転極は生じない。
【００２０】図３に示すように、負荷回路(60)(60)を複
数配備して、発電するセルユニットの数を増やすことも
できる。同時に発電できるセルユニット数を増やすと、
起動に要する時間を短縮することができる。
数配備して、発電するセルユニットの数を増やすことも
できる。同時に発電できるセルユニット数を増やすと、
起動に要する時間を短縮することができる。
【００２１】
【実施例】セルユニットを３０枚積層した燃料電池を７
個作製し、６個の燃料電池については、起動時に１セル
ユニット毎に発電させて起動し(発明例１〜６：図１参
照)、１個の燃料電池については、全セルユニットを直
列に抵抗(90)に接続し、同時に発電させて起動した(比
較例：図５参照)。なお、発明例１〜６の起動時の電流
は、順に１００mA/cm2、２００mA/cm2、５００mA/cm2、
１A/cm2、３A/cm2、５A/cm2となるようにガス供給量を
調整した。比較例については、起動時の電流が２００mA
/cm2となるようにガス供給量を調整した。それ以外の起
動条件、例えば、電池温度、発電に用いる電気抵抗体の
１セルユニット当たりの抵抗値は同じに設定した。
個作製し、６個の燃料電池については、起動時に１セル
ユニット毎に発電させて起動し(発明例１〜６：図１参
照)、１個の燃料電池については、全セルユニットを直
列に抵抗(90)に接続し、同時に発電させて起動した(比
較例：図５参照)。なお、発明例１〜６の起動時の電流
は、順に１００mA/cm2、２００mA/cm2、５００mA/cm2、
１A/cm2、３A/cm2、５A/cm2となるようにガス供給量を
調整した。比較例については、起動時の電流が２００mA
/cm2となるようにガス供給量を調整した。それ以外の起
動条件、例えば、電池温度、発電に用いる電気抵抗体の
１セルユニット当たりの抵抗値は同じに設定した。
【００２２】各燃料電池を所定時間起動した後、各燃料
電池に同量の燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、外部負荷
に接続して、各燃料電池の出力電圧を経時的に測定し
た。燃料電池におけるすべてのセルユニットを流れる電
流は同じであるから、セルユニットの性能の差は、燃料
電池の電圧を測定することによって評価できる。各燃料
電池の出力電圧の測定値を図４に示している。図４を参
照すると、発明例１〜６は、比較例に比べて、燃料電池
が所定の出力に到達するまでの時間(立ち上げ時間)が短
く、また、燃料電池の出力も大きいことがわかる。
電池に同量の燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、外部負荷
に接続して、各燃料電池の出力電圧を経時的に測定し
た。燃料電池におけるすべてのセルユニットを流れる電
流は同じであるから、セルユニットの性能の差は、燃料
電池の電圧を測定することによって評価できる。各燃料
電池の出力電圧の測定値を図４に示している。図４を参
照すると、発明例１〜６は、比較例に比べて、燃料電池
が所定の出力に到達するまでの時間(立ち上げ時間)が短
く、また、燃料電池の出力も大きいことがわかる。
【００２３】発明例が比較例よりも優れるのは、各セル
ユニット毎に発電を行なったことにより、各セルユニッ
トが転極することなく、十分に活性化されたためであ
る。一方、比較例が発明例よりも劣るのは、全セルユニ
ットを直列に同時に発電したことにより、起動時に通電
できる電流が性能の低いセルユニットによる制約を受け
て、活性化の進行が遅れたためであり、また、起動時に
セルユニットの転極が生じ、燃料電池全体の性能が低下
したためである。発明例どうしを比較すると、発明例２
〜５の燃料電池が、発明例１及び発明例６の燃料電池に
比べて優れていることから、起動時の電流が２００mA/c
m2〜３A/cm2にすることが望ましいことがわかる。この
原因は、起動時の電流が２００mA/cm2よりも小さいと、
セルユニットの活性化の度合いが小さく、また、起動時
の３A/cm2よりも大きいと、発電による発熱量が多くな
り、セルユニットの性能が低下したためである。
ユニット毎に発電を行なったことにより、各セルユニッ
トが転極することなく、十分に活性化されたためであ
る。一方、比較例が発明例よりも劣るのは、全セルユニ
ットを直列に同時に発電したことにより、起動時に通電
できる電流が性能の低いセルユニットによる制約を受け
て、活性化の進行が遅れたためであり、また、起動時に
セルユニットの転極が生じ、燃料電池全体の性能が低下
したためである。発明例どうしを比較すると、発明例２
〜５の燃料電池が、発明例１及び発明例６の燃料電池に
比べて優れていることから、起動時の電流が２００mA/c
m2〜３A/cm2にすることが望ましいことがわかる。この
原因は、起動時の電流が２００mA/cm2よりも小さいと、
セルユニットの活性化の度合いが小さく、また、起動時
の３A/cm2よりも大きいと、発電による発熱量が多くな
り、セルユニットの性能が低下したためである。
【００２４】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の説明図であ
る。
る。
【図２】セルユニットの断面図である。
【図３】本発明の固体高分子型燃料電池の異なる実施例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図４】実施例の出力電圧測定結果を示すグラフであ
る。
る。
【図５】従来の固体高分子型燃料電池の説明図である。
【符号の説明】 (10) 固体高分子型燃料電池 (20) セルユニット (60) 負荷回路 (62) 電気抵抗体 (67) 切替手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 CV08 CX09 HH06 5H027 AA06 BE07 CC06 KK56 MM26
Claims (7)
- 【請求項１】 電解質膜(32)の両面に電極(34)(36)を有
するセル(30)に対し、一方の側に燃料室(40)、他方の側
に酸化剤室(50)を形成したセルユニット(20)を複数積層
して構成され、燃料室(40)に燃料ガス、酸化剤室(50)に
酸化剤ガスを供給して発電を行ない、外部負荷へ電力を
供給する固体高分子型燃料電池の起動方法であって、 外部負荷へ電力の供給を開始する前に、１セルユニット
又は隣り合う２セルユニット毎に発電を行なうことによ
り、各セルユニット(20)の転極の防止と活性化を図るこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池の起動方法。 - 【請求項２】 発電を行なうセルユニット(20)は、所定
時間毎に切り替えられる請求項１に記載の固体高分子型
燃料電池の起動方法。 - 【請求項３】 セルユニット(20)の発電は、電気抵抗体
(62)を具える負荷回路(60)にセルユニット(20)を順次接
続することによって行なわれる請求項１又は請求項２に
記載の固体高分子型燃料電池の起動方法。 - 【請求項４】 セルユニット(20)の発電電流は、２００
mA/cm2〜３A/cm2である請求項１乃至請求項３の何れか
に記載の固体高分子型燃料電池の起動方法。 - 【請求項５】 電気抵抗体(62)を具える負荷回路(60)を
複数具え、同時に複数のセルユニットの発電を行なう請
求項１乃至請求項４の何れかに記載の固体高分子型燃料
電池の起動方法。 - 【請求項６】 発電は、１つの負荷回路(60)に対して、
１セルユニット毎に行なわれる請求項１乃至請求項５の
何れかに記載の固体高分子型燃料電池の起動方法。 - 【請求項７】 電解質膜(32)の両面に電極(34)(36)を有
するセル(30)を、燃料ガスの供給される燃料室(40)が凹
設されたプレート(42)と、酸化剤ガスの供給される酸化
剤室(50)が凹設されたプレート(52)によって挟持して構
成されるセルユニット(20)を複数積層してなる固体高分
子型燃料電池において、 セルユニット(20)は、プレート(42)(52)に電気的に接続
された端子(63)(63)を具え、該端子(63)(63)には、電気
抵抗体(62)を１セルユニット又は隣り合う２セルユニッ
ト毎に切替可能に接続する切替手段(67)を具えた負荷回
路(60)が配備されており、 電気抵抗体(62)を１セルユニット又は隣り合う２セルユ
ニット毎に端子(63)(63)に接続して、セルユニット(20)
の発電を行なうようにしたことを特徴とする固体高分子
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079332A JP2000277136A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079332A JP2000277136A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277136A true JP2000277136A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13686947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11079332A Withdrawn JP2000277136A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000277136A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319424A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池のセル電圧測定用接続端子部材 |
| JP2003109636A (ja) * | 2001-09-30 | 2003-04-11 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2005071626A (ja) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006504246A (ja) * | 2002-10-28 | 2006-02-02 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 始動時および運転停止時の燃料電池カソード電位の低減 |
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| JP2023083716A (ja) * | 2021-12-06 | 2023-06-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法 |
-
1999
- 1999-03-24 JP JP11079332A patent/JP2000277136A/ja not_active Withdrawn
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP7014602B2 (ja) | 2014-12-08 | 2022-02-01 | インテリジェント エナジー リミテッド | 燃料電池接合体及び関連する動作方法 |
| CN107004875A (zh) * | 2014-12-08 | 2017-08-01 | 智能能源有限公司 | 燃料电池组件和相关操作方法 |
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| JPH04301375A (ja) | りん酸形燃料電池 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |