JP2002500421A - アノードでの周期的な燃料欠乏と共に電気化学的燃料電池を動作させるための方法及び装置 - Google Patents

アノードでの周期的な燃料欠乏と共に電気化学的燃料電池を動作させるための方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 アノードでの周期的かつ瞬間的な燃料欠乏、例えば前記燃料の供給を中断し、又は燃料を含まない流体のパルスを周期的に燃料流れに導入すると共に電気化学的燃料電池を動作させるための方法及び装置を提供する。このような瞬間的周期的な燃料欠乏状態によってアノード電位に増加が生じ、アノードの電極触媒からの電極触媒毒を酸化して除去し、燃料電池の性能が向上すると考えられる。好ましい方法では、燃料電池アノードの連続する局在化した部分が瞬間的周期的に燃料欠乏になるが、燃料電池アノードの残りは電気化学的に活性なままであり、燃料電池が電力を発生することが連続的に可能であるように、燃料で飽和される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、アノードでの周期的な燃料欠乏と共に電気化学的燃料電池を動作さ
せるための方法及び装置に関する。より詳細には、この方法は、動作可能な燃料
電池アノードの少なくとも一部分で、周期的かつ瞬間的に燃料欠乏にすることを
含む。この方法及び装置は、燃料電池による電力の発生を一時中断することなく
燃料電池の性能を向上させるために使用することができる。
【０００２】 （発明の背景） 電気化学的燃料電池は、反応物、すなわち燃料及び酸化剤の流体の流れを変換
して、電力及び反応生成物を生成する。電気化学的固体高分子型燃料電池は、一
般に、２層の多孔質導電電極層の間に配置された固体高分子電解質又はイオン交
換膜を含む、膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を使用する。アノード及びカソー
ドはそれぞれ電極触媒(electrocatalyst)を含み、これは一般に膜／電極層の界 面に配置されて、所望の電気化学反応を引き起こす。
【０００３】 アノードでは、燃料が多孔質アノード層内を移動し、電極触媒で酸化されて陽
子及び電子を生成する。陽子は、イオン交換膜内を移動してカソードに向かう。
膜の他方の側では、酸化剤が多孔質カソード内を移動して、電極触媒で陽子と反
応する。電子は、外部回路を通ってアノードからカソードに移動し、電流を生成
する。
【０００４】 電気化学的燃料電池は、様々な反応物を使用して動作することができる。例え
ば燃料流れは、実質的に純粋な水素ガス、ガス状水素を含有する改質油の流れ、
又は直接メタノール燃料電池の場合はメタノールでよい。酸化剤は、実質的に純
粋な酸素、又は酸素を含有する空気などの希薄な流れでよい。
【０００５】 燃料流れは、所望の電気化学反応に寄与せずに実際にはその反応を妨げること
がある不純物を含有する可能性がある。この不純物は、例えば燃料流れの供給そ
のものから生じることがあり、又は燃料電池内のその場で、例えば燃料電池の反
応中の中間種として発生することがある。更に不純物は、この系内の他の場所か
ら燃料流れに入る可能性がある。これらの不純物の一部がアノード電極触媒の表
面上に化学的に吸着し、又は物理的に付着して、活性な電極触媒部位をブロック
し、アノード電極触媒のこれらの部分が所望の電気化学燃料酸化反応を引き起こ
さないようにする可能性がある。このような不純物は電極触媒「毒」と呼ばれ、
その電気化学的燃料電池への作用は「電極触媒被毒」と呼ばれている。従って電
極触媒被毒により燃料電池の性能が低下するが、この場合、燃料電池の性能は、
所与の電流密度に対する電池からの電圧出力と定義される。より高い性能は、所
与の電流密度に対して電圧がより高いことと関連し、又は所与の電圧に対して電
流がより高いことと関連する。
【０００６】 対策が無い場合、電極触媒毒の吸着又は付着が累積する可能性があり、従って
燃料流れの中の毒が微量な濃度であっても、時間が経過するにつれて電極触媒被
毒の程度が燃料電池の性能に有害なものになる可能性がある。
【０００７】 炭化水素又は酸素が付加した炭化水素から誘導された改質油の流れは、一般に
高濃度の水素燃料を含有するが、一般に、一酸化炭素などの電極触媒毒も含有す
る。アノード電極触媒被毒の影響を低減するため、燃料供給流れを燃料電池に向
ける前に、これを前処理することが知られている。例えば前処理法は、触媒を用
いた方法又は他の方法を使用して、一酸化炭素を二酸化炭素に変換することがで
きる。しかし、改質油の流れに関する既知の前処理法は、効果的に一酸化炭素を
１００％除去することができない。１０ｐｐｍ未満の微量であっても、結局は燃
料電池の性能の低下を引き起こす電極触媒被毒が生じる。
【０００８】 一酸化炭素以外の物質も、燃料電池の電極触媒の作用を減じることが知られて
いる。燃料のタイプ及び燃料の処理方法によって、燃料流れの中の不純物は、電
極触媒の作用を減じ、かつ燃料電池の性能を低下させるのに十分な量で存在する
可能性がある。燃料電池系内の燃料電池の構成要素及び他の流体の流れも不純物
の源となる可能性があり、結果的に電極触媒の作用を減じる可能性がある。例え
ば、燃料電池の隔離板は、通常は黒鉛から作製される。黒鉛中の有機不純物が浸
出し、電極触媒の作用を減じる可能性がある。他の毒が、反応物の流れの中の物
質と、燃料電池の構成要素の材料との反応によって発生する可能性がある。
【０００９】 何が毒を構成するかは燃料電池の性質に左右される。例えば、メタノールは直
接メタノール燃料電池内の燃料であるが、メタノール改質油の流れ上で動作する
水素燃料電池では、改質されていない微量のメタノールが電極触媒性能に有害に
なる可能性がある。
【００１０】 アノード電極触媒被毒の問題に対処する従来の方法は、窒素などの不活性ガス
でアノードをパージすることを含む。しかしこのようなパージ方法は、燃料電池
による電力の発生を一時中断させる必要があり、従って、燃料電池アノードをパ
ージする間、電力を供給するために二次電源が必要になる。
【００１１】 電極触媒から毒を除去するための他の手法は、実質的に一酸化炭素（又は他の毒
）を含有しない「清浄な」燃料流れを、被毒した燃料電池アノードに導入するこ
とを含む。吸着が可逆的な場合、平衡プロセスによって、電極触媒がいくらか回
復する。しかしこの手法の欠点は、不可逆的に吸着された毒に対しては一般に有
効ではないことである。更に、そのような平衡プロセスによるアノード電極触媒
の回復は非常に遅く、その時間中、燃料電池は全能力をあげて動作することがで
きない。
【００１２】 一酸化炭素電極触媒被毒を打ち消す他の手法は、ゴテスフェルト(Gottesfeld)
により米国特許第４，９１０，０９９号明細書に開示されているように、低濃度
の酸素を、燃料電池の上流で燃料流れに連続的に導入することである。しかし、
ゴテスフェルトの方法には、燃料電池の性能及び効率に影響を及ぼす幾つかの欠
点がある。例えば酸素が抽気されると寄生損が生じ、望ましくない発熱反応がア
ノードで局部的に生じ、燃料流れが希薄になる。
【００１３】 電力を発生させるための燃料電池の利用可能性を一時中断する必要なく、燃料
電池アノード電極触媒から毒を除去することによってこの触媒を回復させるため
の改善された方法及び装置が必要であることは、従来技術から明らかである。
【００１４】 （発明の概要） 燃料電池は、酸化剤流れを燃料電池カソードに供給することによって、かつ燃
料流れを燃料電池アノードに供給することによって、電気負荷用の電力を生成す
るように動作する。本発明の方法は、燃料電池から電力を生成し続けながら、ア
ノードの少なくとも一部分で周期的かつ瞬間的に燃料欠乏にすることを含む。典
型的にはこの方法を利用すると、特に１種又は複数の電極触媒毒を含む燃料流れ
上での動作中、瞬間的に燃料欠乏にした後の燃料電池の性能は、瞬間的に燃料欠
乏にする直前の性能に比べて向上する。この作用は、アノード電位が増加すると
促進し、かつアノードでの燃料欠乏中に生じる電極触媒毒の酸化に起因すると考
えられる。この方法は、例えば水素（燃料として）、一酸化炭素、及び二酸化炭
素を含む改質油燃料流れ上で、燃料電池を動作させる間に利用できることが有利
である。
【００１５】 燃料電池は、固体高分子型燃料電池が好ましい。燃料と酸化剤流れはガス状又
は液状でよい。燃料電池は、例えば直接メタノール燃料電池でよい。
【００１６】 第１の実施形態で、燃料電池アノードの少なくとも一部分で瞬間的に燃料欠乏
にする方法は、燃料電池アノードへの燃料流れの供給を、周期的かつ瞬間的に中
断することを含む。これは例えば、燃料電池アノードの上流で弁を調節し、燃料
供給ポンプを停止し、又は燃料供給流れを燃料電池アノードから逸らすことによ
って実現することができる。
【００１７】 燃料電池が、例えば燃料電池スタック内に配置された複数の燃料電池の１つで
ある場合、この方法は、複数の燃料電池の各アノードへの燃料供給が同時に中断
されるのを防止することを含むことが好ましい。これは、スタックからの電力出
力の変動を減少させる。
【００１８】 この方法の第１の実施形態は、燃料流れが燃料電池から排出されるのを瞬間的
に防ぐため、燃料流れの供給を中断させるのと実質的に同時に燃料電池アノード
の下流で弁を閉じることを更に含むことができる。
【００１９】 第２の実施形態で、燃料電池アノードの少なくとも一部分で瞬間的に燃料欠乏
にする方法は、燃料電池アノードの上流で、実質的に燃料を含まない流体のパル
スを燃料流れに周期的に導入することを含む。実質的に燃料を含まない流体は、
アノード流れフィールド内を移動し、それによって、アノードの連続する部分を
瞬間的に燃料欠乏にする。
【００２０】 実質的に燃料を含まない流体はいくらかの燃料を含有することができるが、そ
の場合の燃料の濃度は、この流体が接触しているアノードの一部で瞬間的な燃料
欠乏を引き起こすのに十分に低いことを条件とし、それによって、燃料電池の性
能に所望の回復をもたらす。実質的に燃料を含まない流体は、本質的に燃料を含
有せず、これは燃料電池アノードで実質的に反応しないことが好ましく、例えば
窒素、アルゴン、ヘリウム、炭化水素である。あるいは実質的に燃料を含まない
流体は、所望の毒酸化反応に関与してその反応を高めるが、それ自体は触媒毒で
はなく又は燃料電池の性能に有害ではない、ある量の成分を含むことができる。
例えば、水又は酸素を含む実質的に燃料を含まない流体は、いくらかの電極触媒
毒の酸化を容易にすることができる。例えば燃料電池カソードからの排出ガスは
、低濃度の酸素を含む実質的に燃料を含まない適切な流体でよい。
【００２１】 燃料と、実質的に燃料を含まない液体は、共に同じ相、又は異なる相でよい。
例えば、燃料流れはガス流でよく、実質的に燃料を含まない流体は液体でよく、
又は、燃料流れは液体でよく、実質的に燃料を含まない流体のパルスはガス状で
よく、又は、燃料流れ及び実質的に燃料を含まない流体は共にガス状又は液状で
よい。これらの流れが共に液体である場合、実質的に燃料を含まない流体は、液
体の燃料流れに対して不混和性であれば好ましいと考えられる。液体の燃料流れ
が水性メタノールを含む場合、適切で便利な実質的に燃料を含まない流体は、水
でよい。
【００２２】 この方法は、燃料電池の内部動作温度よりも低い温度の、実質的に燃料を含ま
ない流体のパルスを導くことを含むことができる。この実施形態で、実質的に燃
料を含まない流体は、燃料電池用の冷却剤としての役割をすることができる。同
様に、実質的に燃料を含まない流体は、燃料電池の動作温度を上昇させることが
望ましい場合、燃料電池の動作温度よりも高い温度で導入することができる。
【００２３】 実質的に燃料を含まないパルスを導入するための方法は、周期的に燃料供給弁
を閉めて、燃料電池の上流で燃料流れの流動を止める段階と、同時に遮断弁を開
けて、実質的に燃料を含まない流体の流れのパルスを燃料流れに導入する段階を
含むことができる。この実施形態の変形例では、燃料供給流れは、実質的に燃料
を含まない流体の流れよりも低い圧力で維持され、実質的に燃料を含まない流体
を導入する方法は、遮断弁を周期的に開けて、実質的に燃料を含まない流体の流
れのパルスを燃料流れに導入することを含む。
【００２４】 第３の実施形態では、燃料電池アノードの少なくとも一部分で瞬間的に燃料欠
乏にするための方法は、燃料電池から電力を引き出すように過渡電気負荷を周期
的に接続することを含む。燃料電池アノードに燃料流れを供給する速度は、この
過渡負荷の接続に応答して増加せず、従って燃料電池内の燃料は供給されるより
も速い速度で消費され、アノードの少なくとも一部分では燃料欠乏になることが
好ましい。過渡電気負荷は、例えば燃料電池が回復する時間中に電気負荷からの
電力需要が燃料電池の出力を超えるとき、電荷を放出するために使用することが
可能なコンデンサを含むことができる。
【００２５】 燃料電池が、例えば燃料電池スタックに配置された複数の燃料電池の１つであ
る場合、過渡負荷の周期的な接続は、全ての燃料電池から同時に電力を引き出す
ように接続されないことが好ましい。
【００２６】 上述の実施形態のいずれかでは、例えば燃料供給を中断し、実質的に燃料を含
まないパルスを導入し、又は規則的な時間間隔で過渡負荷を接続することによっ
て、瞬間的な燃料欠乏を規則的な時間間隔で引き起こすことができる。あるいは
この方法は、燃料電池の動作パラメータをモニタリングし、モニタリングされた
パラメータの値に応答して瞬間的な燃料欠乏を引き起こす頻度を調節することを
含むことができる。同様に、瞬間的な燃料欠乏の持続時間は、例えばモニタリン
グされた動作パラメータに応答して、固定し又は可変にすることができる。
【００２７】 周期的かつ瞬間的な中断の持続時間及び頻度のいずれか又はその両方は、燃料
流れの中の触媒を被毒させる種の濃度に応じて選択することができる。
【００２８】 上記実施形態では、一般に、電池の逆転が回避されることが好ましい。しかし
、複数の燃料電池を含む燃料電池アセンブリを動作させるための方法の実施形態
は、燃料電池アノードの少なくとも１つであるが全てではないアノードを、周期
的に燃料欠乏にすることを含むことができ、その結果、残りの電池から電力を発
生し続けながら瞬間的な電池の逆転が生じる。燃料欠乏は、瞬間的な電池の逆転
によって燃料電池の構成要素のいずれかに酸化が生じないように制限されること
が好ましい。
【００２９】 第１の実施形態では、燃料電池装置は、燃料流れを燃料電池アノードに導くため
の燃料供給装置と、アノードへの燃料流れの供給を周期的かつ瞬間的に中断する
ための流量調節器と、中断の頻度及び持続時間を制御するために流量調節器に関
連付けられたアクチュエータとを含む。
【００３０】 流量調節器は、アノードの上流に配置された燃料供給弁を含むことができ、ア
クチュエータは、アノードへの燃料供給を中断するために、燃料供給弁を周期的
部分的に、又は好ましくは完全に閉じるように接続されることが好ましい。燃料
電池装置は、燃料供給弁と協働して開閉するようにアクチュエータ（又は第１の
アクチュエータと協働して活動状態にされた第２のアクチュエータ）によって活
動状態にされる、アノードの下流に配置された燃料排出流弁を更に含むことがで
きる。
【００３１】 燃料供給装置は、燃料流れをアノードに導くためのポンプを含むことができる
。この実施形態では、例えばアクチュエータは、ポンプを周期的に非活動状態に
するように接続することができ、それによってアノードへの燃料供給を中断する
ことができる。アノードの下流に配置された燃料排出流弁は、ポンプの活動状態
と協働してアクチュエータにより活動状態にすることができ、その結果、ポンプ
を周期的に非活動状態にするときには弁を閉め、ポンプを再度活動状態にすると
きにはその弁を開けることができる。
【００３２】 流量調節器は、燃料流れをアノードから逸らすために、アノードの上流に配置
されたダイバータ(分流加減器,diverter)を含むことができる。ダイバータは、 アクチュエータによって周期的に活動状態にすることができる。
【００３３】 燃料流れの中の触媒毒の濃度を検出するために、センサを使用することができ
る。センサは、アクチュエータに出力信号を供給することができ、アクチュエー
タはセンサの出力信号に応答して中断の頻度及び／又は持続時間を調節する。
【００３４】 燃料電池は、燃料流れをアノードに接触させるようにするため、複数の独立し
た燃料流れフィールド・チャネルを含むことができる。これらの流れフィールド
・チャネルのそれぞれは、燃料流れをアノードの離散領域に向け、これらの各領
域に対する燃料流れの供給は、その各領域の他の部分に対する燃料流れの供給と
は独立して制御することができる。この実施形態では、アノードの他の領域が燃
料電池の出力に寄与し続けながら、アノードの選択された領域を燃料欠乏にする
ことができる。
【００３５】 第２の実施形態では、燃料電池装置は、燃料流れを燃料電池アノードに導くた
めの燃料供給装置と、実質的に燃料を含まない流体の供給源と、実質的に燃料を
含まない流体のパルスを燃料電池アノードの上流で燃料流れに周期的に導入する
ための流量調節器を含む。流量調節器は、実質的に燃料を含まない流体の流れの
燃料流れに対する導入を制御するための遮断弁を含むことができる。このような
実施形態の一例では、実質的に燃料を含まない流体の供給源は、燃料電池からの
酸化剤の排出流を含むことができる。この実施形態では、遮断弁は、燃料電池の
酸化剤流れの出口と流動的に接続することができる。
【００３６】 第３の実施形態では、燃料電池装置は、燃料電池から電力を引き出すように選
択的に電気的に接続された過渡電気負荷を含む。スイッチは、燃料電池から電力
を引き出すように、周期的かつ瞬間的に、電気的に過渡電気負荷を接続する。こ
のスイッチに関連付けられたアクチュエータは、電気接続の頻度及び持続時間を
制御する。過渡負荷は、電荷を蓄えるためのコンデンサを含むことができ、この
電荷を電気負荷に放出することができる。
【００３７】 上述の実施形態は、燃料電池の性能を向上させ、電気化学的燃料電池の有効寿
命を延ばすために使用することができる。
【００３８】 本発明の利点、性質及び追加の特徴は、添付図面と共に以下の記述から一層明
らかになるであろう。
【００３９】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 本発明は、電力の発生を一時中断することなく、アノードでの周期的な燃料欠
乏と共に電気化学的燃料電池を動作させるための方法及び装置を教示する。この
開示の中で、燃料欠乏は、アノード電位が増加する（すなわち、正のカソード電
位に近付く）ことになるアノードの電極触媒への燃料供給の減少と定義される。
アノード電位が増加すると、アノードの電極触媒の燃料欠乏部分が酸化して、そ
の部分から毒が除去されると考えられる。
【００４０】 図１は、１対の端板アセンブリ１５、２０と複数の燃料電池アセンブリ２５を
含む固体高分子型燃料電池スタック１０を、分解図で示している。端板アセンブ
リ１５と２０の間をタイ・ロッド３０が延びて、スタック・アセンブリ１０がそ
の組み立てられた状態に固着ナット３２で保持され、しっかりと固定される。タ
イ・ロッド３０上に通されて、固着ナット３２と端板２０の間に置かれたスプリ
ング３４により、スタック１０の長手方向に弾性圧縮力が加えられる。反応物及
び冷却剤の流体の流れは、端板１５の入口ポート及び出口ポート（図１に示さず
）を介してスタック１０内の内部マニホールド及び流路に供給され、かつそこか
ら排出される。図１の分解部分によって示すように、各燃料電池アセンブリ２５
は、アノード流れフィールド・プレート３５、カソード流れフィールド・プレー
ト４０、及びこれらのプレート３５と４０の間に置かれたＭＥＡ４５を含む。
【００４１】 プレート３５及び４０は、集電器としての役割をし、アノード及びカソードに
供給される反応物流体を分離するための流体障壁を提供する。ＭＥＡ４５とプレ
ート３５及び４０の界面で、流体流れフィールド５０がこの反応物の流体を電極
に向ける。流体流れフィールド５０は、典型的にはＭＥＡ４５に面するプレート
３５及び４０の大部分の表面に形成されている複数の流体流れチャネルを含む。
【００４２】 流体流れフィールド５０の一目的は、それぞれの電極の表面全体、すなわち燃
料側のアノードと酸化剤側のカソードに、反応物流体を分布させることである。
【００４３】 図２及び図４〜図７は、燃料電池スタック１００内のアノードの少なくとも一
部分で周期的かつ瞬間的に燃料欠乏にするために使用することができる装置の、
様々な例の概略図である。スタック１００は、端板１３０、１４０と、端板１３
０の燃料入口ポート１５０と、複数の個々の燃料電池に燃料流れを供給するため
の燃料供給マニホールド１６０を含む。
【００４４】 各燃料電池に関連付けられた燃料流れフィールドを、線１７０で表す。燃料排
出マニホールド１８０は、端板１４０の燃料出口ポート１９０を通し、スタック
１００から燃料が消耗された流れを除去する。またスタック１００は、酸化剤流
れをスタック１００に供給し、かつそこから排出するために、類似した配置のポ
ート、マニホールド、及び流れフィールドも有する（図示せず）。
【００４５】 燃料流れは、例えば改質装置を含む、貯蔵器、貯蔵タンク１０２、加圧貯蔵容
器１０５（図５参照）、燃料処理装置などの燃料供給源から、スタック１００に
向けられる。幾つかの実施形態では、（図２、４、及び６参照）、特に燃料の供
給源が加圧されていないとき、燃料流れをスタック１００に向けるためにポンプ
１１０を使用することができる。
【００４６】 燃料供給弁１２０は、スタック１００への燃料の供給を制御する。スタック１
００への燃料供給は、燃料供給弁１２０を閉じることによって中断することがで
きる。
【００４７】 次に図２を参照すると、燃料電池スタック１００が接続されて電力を負荷に伝
達するように動作し、燃料供給弁１２０を閉め、又は調節して、その負荷を満足
させるのに要求される速度よりも遅くなるように燃料の供給速度を減速するとき
、燃料電池アノードは燃料欠乏になる。電気負荷に電流を供給するように生じる
電気化学反応によってスタック１００の内側の燃料が消費されるにつれ、電池の
電圧は降下し、アノード電位は増加する。好ましい方法では、アノード電位が増
加すると、電極触媒毒が酸化される。酸化した毒は、燃料排出流の一部になる。
アノードで燃料欠乏になり、得られた電池電圧が降下する程度は、電池の逆転が
生じる前に燃料供給弁１２０を開けることによって制御することが好ましい。ア
ノード電位が増加してカソード電位よりも正になるときに電池の逆転が生じ、負
の電池電圧が得られる。この状態では、電池は電力を生成するのではなく消耗さ
れる。わずかな電池の逆転が瞬間的である場合、燃料電池は損傷を受けないと考
えられるが、電池の逆転が長く、又は負の電池電圧が大きいと、永久的な損傷を
引き起こす可能性がある。電池の逆転によって、水の酸化によりアノードで酸素
が生成される可能性がある。初めは、電池の逆転によって生成された酸素が電極
触媒毒の酸化を瞬間的に助けることができるが、より長い期間を過ぎると、燃料
電池の構成要素が酸化することによって、永久的な損傷が生じる可能性がある。
従って、燃料電池の電極触媒から依然として毒を望み通りに除去しながら電池の
逆転を回避するため、制御器２００を使用して、周期的な燃料供給中断の持続時
間及び頻度を制御することが好ましい。
【００４８】 好ましい持続時間は、多くのファクタに左右される。例えば、これらのファク
タには、電極触媒毒のタイプ及び濃度、電池のデザイン、燃料電池の物理的性質
、燃料の流動速度、反応物の圧力、反応物の化学量論的な値が含まれる。周期的
な燃料供給中断の持続時間は、例えば燃料電池が有用な電力を生成することをほ
ぼ止めるまで、又は電池の逆転ががまさに生じる状態に達するまで、延ばすこと
ができる。このような条件のインジケータである燃料電池の動作パラメータをモ
ニタリングして、その限界に近付く時を決定することができる。燃料欠乏の持続
時間は、電池の逆転によって生じる燃料電池への永久的な損傷を防止しながら毒
の除去を高めるため、１つ又は複数のモニタリングされた燃料電池動作パラメー
タに応答して調節することができる。適切な動作パラメータには、電池電圧、電
流、出力、燃料流れの中の毒の濃度、及び温度を含めることができる。
【００４９】 頻度に関し、中断は、固定された時間間隔で又は可変の時間間隔で、間をおい
て行うことができ、これは、例えばアノードの電極触媒が曝される毒の濃度や流
れフィールドの構成などのファクタに応じて調節される。例えば、より低い濃度
の毒に曝される燃料電池の場合、周期的に燃料供給を中断する間隔を長くするこ
とが可能である。
【００５０】 幾つかの場合では、中断の持続時間と頻度の間のバランスは、燃料電池が使用
される特定の適用例に鑑みて考慮しなければならない。例えば、幾つかの適用例
では、電力の変動の大きさ又は頻度のいずれかの影響をより受け易い。すなわち
、電力変動の頻度の影響を受け易い適用例で燃料電池を使用する場合、より低い
頻度でより長い持続期間にわたり、周期的に燃料電池を燃料欠乏にすることが望
ましいと考えられる。逆に他の適用例は、電力変動の大きさの影響をより受け易
く、その場合、燃料供給を中断する頻度を増やし、周期的なそれぞれの中断の持
続時間を短くすることが好ましいと考えられる。
【００５１】 燃料供給弁１２０を閉じることにより、ＭＥＡの端から端までの膜差圧に増加
が生じる可能性がある。イオン交換膜への損傷を回避するため、制御器２００は
、燃料供給弁１２０と実質的に同時に燃料排出弁１２５を開閉することが好まし
い。このように、スタック１００内に残っている燃料が消費されるとアノードは
燃料欠乏になるが、ＭＥＡの燃料側では著しい急激な圧力降下は生じない。
【００５２】 装置の他の実施形態では、各燃料電池の電気化学的な活性領域を別々の領域に
、すなわちその各領域が別々の燃料流れフィールド及び燃料供給弁１２０を有す
る別々の領域に分割することによって、出力中断の影響を低減することができる
。次いで同じ燃料電池の異なる領域への燃料供給の中断を互い違いに行うことが
でき、従って、活性領域の全ての部分で同時に燃料欠乏になるとは限らない。
【００５３】 幾つかの実施形態では、燃料供給マニホールド１６０は、個々の燃料電池への
燃料の分配を制御するために、例えばマニホールド１６０内に配置された回転弁
などの機構を含むことができる。回転弁は、スタック１００内の燃料電池の全て
に対する燃料供給を同時に中断しないように、燃料供給流れを制御することが好
ましい。
【００５４】 電力を供給するために複数の燃料電池スタックを組み合わせて使用する適用例
では、各スタックに対する燃料中断のためのタイミングを互い違いにし、それに
よって、この中断が全出力に及ぼす影響を減少させることが有利である。
【００５５】 図２に示す実施形態の変形例では、スタック１００への燃料の供給における周
期的な中断は、制御器２００を使用してポンプ１１０を周期的に停止し、それに
よってスタック１００への燃料の供給を停止することによって、又は燃料流れを
周期的に一時的にスタックの燃料入口ポート１５０から逸らすことによって、燃
料供給弁１２０を使用することなく実現することができる。
【００５６】 この方法の他の実施形態では、アノードでの局所的な燃料欠乏は、図３に示す
ような装置を使用して、実質的に燃料を含まない流体のパルス２５０を燃料流れ
に導入することによって実現される。図３及び図４に示す実施形態を参照すると
、動作中に、燃料供給弁１２０を開けて、遮断弁２１０を閉じる。周期的な遮断
を行う弁２１０を瞬間的に開け、これと同期させて制御器２００が燃料供給弁１
２０を閉め、それによって、実質的に燃料を含まない流体のパルス２５０を燃料
流れ２６０に導入する。実質的に燃料を含まない流体は、図４の容器２１５など
の流体供給源から導入することができる。これらの実施形態では、制御器２００
は弁１２０及び２１０の動作と協働し、その結果これらの弁は、開いた位置又は
閉じた位置の反対の位置に在り続ける。この手法の利点は、上述のように燃料供
給を中断するのに比べて、ＭＥＡの端から端までの膜差圧に急激な変化が表れに
くいことである。
【００５７】 実質的に燃料を含まない流体の流れ２５０は、燃料流れがスタック１００に導
入される場合と実質的に同じ圧力で燃料流れ２６０に導入されることが好ましい
。これは、燃料側流れフィールドを通る、実質的に燃料を含まない流体の離散パ
ルスの流動を促進すると考えられる。燃料流れと、実質的に燃料を含まない流体
の流れとの間の差圧が大きいと、圧力がより高い流体が、圧力がより低い流体中
に分散し、局所的な燃料欠乏の効果が減じられる可能性がある。
【００５８】 流れフィールドの設計も、流体の流れが燃料電池内を移動するときにそれらが
混ざる程度に影響を与える可能性がある。アノードでの局所的な燃料欠乏状態の
形成を妨げる可能性がある混合が減少するように、圧力を制御し、流れフィール
ドを設計することが望ましいと考えられる。
【００５９】 流体の圧力は、正確に一致させる必要はない。幾つかの実施形態で、実質的に
燃料を含まない流体は、燃料流れよりもわずかに高い圧力になることが望ましい
と考えられる。この利点とは、わずかな差圧により、実質的に燃料を含まない流
体供給源を燃料が汚染するのを防止し、燃料供給弁１２０を閉じる必要なく遮断
弁２１０を開くことによって、実質的に燃料を含まない流体を燃料流れに導入で
きることである。
【００６０】 実質的に燃料を含まない流体のパルス２５０の体積は、燃料流れフィールド２
９０及び多孔質アノード２７０の開放体積と同量にすることができる。しかし、
実質的に燃料を含まない流体のパルス２５０の体積は、燃料流れフィールド２０
及び多孔質アノード２７０の開放体積よりも更に少ないことが好ましく、それに
よって、各アノード２７０の大部分が依然として確実に燃料で飽和状態にされ、
電気化学的に活性であり続ける。電気化学的に活性な領域は電流を生成すること
ができる状態であり続け、一方、活性領域の連続する局在化した部分２８０のみ
は、瞬間的に燃料欠乏になって電極触媒毒を酸化し除去する。この実施形態を使
用すれば、アノード２７０全体が同時に燃料欠乏になるときに生じる可能性があ
る電池電圧の変動を、低減することが可能である。従って、実質的に燃料を含ま
ない流体のパルス２５０の体積は、燃料流れフィールド２９０の開放チャネル体
積よりも少ないことが望ましい。
【００６１】 様々な気体又は液体が、実質的に燃料を含まない流体として使用するのに適し
ている。実質的に燃料を含まない流体の選択は、コストや相溶性、効率、燃料電
池装置内の他の場所でのその流体の利用可能性などのファクタに依存する。実質
的に燃料を含まない流体は非反応性でよく、あるいは、所望の毒酸化反応に関与
し又はその反応を強めるがそれ自体は触媒毒ではない反応性成分を含むことがで
き、例えば、水及び／又は微量の酸素は、いくらかの毒の酸化に関与し又はその
酸化を強めることができる。実質的に燃料を含まない好ましい流体は、アノード
触媒の性質と、酸化される毒によって異なると考えられる。
【００６２】 燃料流れ及び実質的に燃料を含まない液体は、異なる相のものでよい。例えば
、燃料流れはガス状の水素又は改質油でよく、実質的に燃料を含まない流体は液
状の水でよい。従来の燃料電池では、燃料流れの中の水によってアノードへの燃
料の拡散が妨げられるので、膜が十分に水和するように、かつ２つの相の流動が
回避されるように、燃料の内部の水を管理することが重要と考えられている。本
発明によれば、この方法の目的は、アノードの少なくとも一部分で燃料欠乏にな
るように燃料の供給を妨げることである。
【００６３】 図５は、酸化剤流れをスタック１００内の燃料電池カソードに向けるための酸
化剤入口１９２と、酸化剤排出口１９４を有するスタック１００を示す。図５で
示すこの実施形態では、遮断弁２２０が、酸化剤出口１９４とスタック燃料供給
装置を接続する流体ライン上に位置決めされている。動作中、燃料供給弁１２０
を周期的かつ瞬間的に閉め、一方遮断弁２２０を周期的かつ瞬間的に開けて、酸
化剤排出流のパルス（燃料電池カソードから）を燃料流れフィールドに導入する
。実質的に燃料を含まない流体として酸化剤の排出流を利用する利点は、この排
出流が一般に、アノードからの毒の酸化と除去を助けることができるいくらかの
残留酸素を含有することである。また酸化剤排出流は、一般に、アノードを湿潤
化するのに有用な水分も含有し、この水は、酸化反応に関与してアノードからの
毒を酸化し除去することもできる。酸化剤排出流を利用する他の利点は、この流
体の流れが燃料電池装置内に既に存在することであり、従って、実質的に燃料を
含まない別の流体の供給源を準備する必要がない。
【００６４】 燃料電池装置内に存在する他の流体の流れは、実質的に燃料を含まない流体（
例えばプロセス流、バーナ排気）として使用するのに適すると考えられる。メタ
ンなどのプロセス流は、改質装置の上流からスタック１００に逸らされて、実質
的に燃料を含まない流体としての役割をする。あるいは、改質装置を使用する燃
料電池装置は、典型的には改質装置の一部としてバーナを使用する。改質プロセ
スでは、燃焼ガスとして、燃料電池酸化剤及び燃料排出流を使用することができ
る。燃焼後、バーナ排出流は、実質的に燃料を含まない流体として使用するのに
適すると考えられる。またアノードからの排出流も、希薄な燃料流れと共に燃料
含有量が入口の燃料流れよりも十分に低く、適切と考えられる。
【００６５】 動作中、図６の実施形態を使用して、例えば直接メタノール燃料電池装置では
メタノールを含む液体の燃料流れに、水などの実質的に燃料を含まない液体の連
続的な供給を追加して、混合する。スタティック・ミキサ(固定混合器,static m
ixer)２３０を使用して、２種の液体の混合を改善することができる。逆止弁２ ４０は、燃料が、実質的に燃料を含まない液体を汚染するのを防止する。燃料供
給弁１２０を周期的かつ瞬間的に閉め、従って、実質的に燃料を含まない液体の
みのパルスが、スタック１００に向けられた燃料流れに導入される。
【００６６】 非水性反応物の流れと共に、水を含む実質的に燃料を含まない流体を使用する
利点は、それが膜も水和して、反応物の流れを湿潤化する必要性を低減すること
になる点である。
【００６７】 他の実施形態では、実質的に燃料を含まない流体パルスとしてスタック１００
よりも低温の流体を導入することによって、スタック１００を冷却するためにこ
の方法を使用することもできる。実質的に燃料を含まない流体として冷却剤を使
用する利点は、冷却剤によって、別個の冷却板及びチャネルの必要性を低減し又
は無くすことができ、それによって、燃料電池スタックの出力密度が増加するこ
とである。更に、冷却機能と燃料供給装置を組み合せる場合、燃料電池装置全体
の複雑さが低減される。周囲温度が０℃未満の動作環境に燃料電池が曝されると
予想される場合、凝固点が水よりも低い、非腐食性の、実質的に燃料を含まない
冷却流体が好ましいと考えられる。
【００６８】 図示した実施形態の全てには、制御器２００が示されている。制御器２００は
、共に弁の開閉を制御し、又はポンプ１１０の動作を制御することによって、燃
料供給流れの中断を制御する。一実施形態で制御器２００は、この制御器２００
により、規則的に間隔をあけて燃料供給弁１２０及び／又は遮断弁２１０を周期
的に開閉させるタイマを含んでいる。他の実施形態では、制御器２００は電池性
能などのモニタリングされた動作パラメータに応答して、燃料供給の中断と中断
の間隔と、そのような中断の持続時間を制御する。モニタリングされる動作パラ
メータには、本明細書で述べるどのような燃料電池動作パラメータも含めること
ができる。
【００６９】 燃料供給中断の持続時間は固定された長さにすることができ、又は制御器２０
０は、スタック１００内のアノードの少なくとも一部分で燃料欠乏状態に瞬間的
に到達するまで、燃料供給弁１２０を閉じることができる。制御器２００は、燃
料供給弁１２０が開くと遮断弁２１０が閉まり、その逆も可能となるように、遮
断弁２１０を燃料供給弁１２０と協働した状態で制御することもできる。
【００７０】 図４及び図５の実施形態では、例えば導入点で、実質的に燃料を含まない流体
の圧力が燃料流れの圧力よりも高い場合、燃料供給弁１２０は必ずしも必要では
ない。より高い圧力の流体をスタック１００に導入するためには遮断弁２１０の
みが必要と考えられ、それにより燃料供給流れを中断する。
【００７１】 図７は、電気負荷３００に接続されたスタック１００を示す。図７によって示
される実施形態では、スイッチ３１０を作動させてスタック１００に過渡負荷３
２０を接続することにより、それに対応してアノードへの燃料供給速度を増加さ
せることなく、スタック１００内の燃料電池アノードを燃料欠乏にする。過渡負
荷３２０は、燃料を供給するよりもスタック１００内の燃料をより速く消費させ
る電流を要する。燃料欠乏の頻度及び持続時間は、制御器（図示せず）によって
他の実施形態の場合と同様に制御することができ、ただしこの実施形態では制御
器はスイッチ３１０を作動させる。
【００７２】 制御器は、規則的な、又は可変の時間間隔で、スイッチ３１０を周期的に作動
させるために使用することができる。燃料電池の１つ又は複数の動作パラメータ
をモニタリングして、制御器がスイッチ３１０を自動的に作動させる時を決定す
ることができる。同様の、又は追加の動作パラメータをモニタリングして、スタ
ック１００から電力を受け取るためにどのくらい長く過渡負荷３２０を接続する
かを決定することができる。
【００７３】 過渡負荷３２０によって引き出された電力は、燃料欠乏のシビアリティが調節
可能になるように可変にすることができる。
【００７４】 過渡負荷は、電極触媒被毒又は回復サイクルによって燃料電池の出力が減少す
るとき電力負荷３００に電荷を放出できるように、並列に接続されるコンデンサ
を含むことができる。
【００７５】 例１ 図８は、水素７５％、二酸化炭素２５％、毒を含む（例えば、一酸化炭素を２
０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍ）微量の不純物、という組成を有する改質油燃料流れ
が供給された、８個のバラード・マーク(Ballard Mark)燃料電池スタックについ
て、平均電池電圧を時間に対してプロットしたグラフである。燃料電池は、電流
密度が１平方フィート当り６００Ａで動作していた。スタックへの改質油燃料流
れの供給は、燃料供給弁を閉じることによって１８秒毎に１秒間中断した。図８
は、周期的かつ瞬間的な燃料欠乏サイクルの後に、燃料電池の性能が元に戻って
高められたことを示す。燃料電池の性能が高められたことは、電極触媒から毒を
除去したことによって、電極触媒が回復した結果であったと考えられる。
【００７６】 プロットＡ及びＢにより示すように、周期的かつ瞬間的な燃料欠乏サイクルは
、電池電圧に瞬間的な減少を引き起こした。プロットＡは、一酸化炭素を１０ｐ
ｐｍ含有する改質油燃料流れが供給された、動作中の燃料電池から得られたデー
タを表す。電圧降下を考慮した平均電池電圧は、０．６７３Ｖであった。プロッ
トＢ（点線）は、一酸化炭素を１００ｐｐｍ含有する改質油燃料流れが供給され
た、動作中の燃料電池から得られたデータを表す。一酸化炭素１００ｐｐｍでは
、電圧降下を考慮した平均電池電圧は０．６６０Ｖであった。
【００７７】 しかし、プロットＡ及びＢの両方からのデータは電池電圧が正のままであるこ
とを示しており、それによって、電池の逆転の問題が回避される。従って図８は
、図２に示すような装置を使用することにより、依然として電力の連続的な供給
を生じさせながら、周期的に燃料電池を燃料欠乏にして、電極触媒から毒を除去
することが可能であることを示している。
【００７８】 例２ 図９は、アノード触媒として白金／ルテニウム混合物を使用する単一の電池、
バラード Ｍｋ５Ｅ燃料電池について、燃料流れフィールド内に向けられた燃料 流れに窒素パルスを導入した場合の平均電池電圧を、時間に対してプロットした
図である。改質油燃料流れは、水素７２％、二酸化炭素１９％、及び一酸化炭素
４０ｐｐｍを含んでいた。燃料電池は、電流密度が１平方フィート当り５００Ａ
で動作していた。燃料供給を周期的に中断し、窒素パルスを５秒間隔で０．０５
秒の持続時間で導入した。図９を参照すると、プロットＣは平均電池電圧をプロ
ットした図であり、高低の変動が考慮されている。プロットＤは、性能の上限を
プロットした図である（即ち、ピーク電池電圧）。プロットＥは、性能の下限を
プロットした図である。より短い中断を使用することによって、アノードの大部
分を電気化学的に活性なままにしながら、流れフィールド内を移動する実質的に
燃料を含まない流体パルスにより、アノードに局在化した燃料欠乏をもたらすと
考えられる。性能の上限と下限との差は、約０．０８ボルトである。これは、平
均電池電圧が高い値の約０．７ボルトと低い値の約０．２ボルトの間で約０．５
ボルト変動した図８に比べ、電池電圧の変動の大きさが減少した理由であると考
えられる。
【００７９】 本発明の特定の要素、実施形態、及び適用例について示し述べてきたが、当然
ながら本発明は、当業者によって、特に前述の教示に照らして変更を加えること
ができるので、それらに限定されないことが理解されよう。従って上述の請求項
によって、本発明の精神及び範囲に含まれるそれらの特徴を組み込んだ、そのよ
うな変更を包含することを企図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の燃料電池スタック（従来技術）の分解図である。
【図２】 本発明の装置の実施形態の概略図である。
【図３】 実質的に燃料を含まない流体のパルスが、燃料流れ中の燃料流れフィールド内
を移動している状態を示す、燃料流れフィールド及びアノードを示す図である。
【図４】 本発明の装置の実施形態の概略図である。
【図５】 本発明の装置の実施形態の概略図である。
【図６】 本発明の装置の実施形態の概略図である。
【図７】 本発明の装置の実施形態の概略図である。
【図８】 平均電池電圧を時間に対してプロットしたグラフであって、燃料の供給を周期
的に中断した影響を示すグラフである。
【図９】 平均電池電圧を時間に対してプロットしたグラフであって、実質的に燃料を含
まない流体のパルスの導入と協働した、周期的な燃料供給の中断の影響を示すグ
ラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月１３日（１９９９．１２．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項５０】 過渡電気負荷がコンデンサを有する、請求項４９記載の装
置。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月１８日（２０００．７．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７５】 例１ 図８は、水素７５％、二酸化炭素２５％、毒を含む（例えば、一酸化炭素を２
０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍ）微量の不純物、という組成を有する改質油燃料流れ
が供給された、８個のバラート・マーク(Ballard Mark)燃料電池スタックについ
て、平均電池電圧を時間に対してプロットしたグラフである。燃料電池は、電流
密度が１平方フィート当り６００Ａ（０．６４６Ａ／ｃｍ2）で動作していた。 スタックへの改質油燃料流れの供給は、燃料供給弁を閉じることによって１８秒
毎に１秒間中断した。図８は、周期的かつ瞬間的な燃料欠乏サイクルの後に、燃
料電池の性能が元に戻って高められたことを示す。燃料電池の性能が高められた
ことは、電極触媒から毒を除去したことによって、電極触媒が回復した結果であ
ったと考えられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７８】 例２ 図９は、アノード触媒として白金／ルテニウム混合物を使用する単一の電池、
バラード Ｍｋ５Ｅ燃料電池について、燃料流れフィールド内に向けられた燃料 流れに窒素パルスを導入した場合の平均電池電圧を、時間に対してプロットした
図である。改質油燃料流れは、水素７２％、二酸化炭素１９％、及び一酸化炭素
４０ｐｐｍを含んでいた。燃料電池は、電流密度が１平方フィート当り５００Ａ （０．５３８Ａ／ｃｍ2） で動作していた。燃料供給を周期的に中断し、窒素パ ルスを５秒間隔で０．０５秒の持続時間で導入した。図９を参照すると、プロッ
トＣは平均電池電圧をプロットした図であり、高低の変動が考慮されている。プ
ロットＤは、性能の上限をプロットした図である（即ち、ピーク電池電圧）。プ
ロットＥは、性能の下限をプロットした図である。より短い中断を使用すること
によって、アノードの大部分を電気化学的に活性なままにしながら、流れフィー
ルド内を移動する実質的に燃料を含まない流体パルスにより、アノードに局在化
した燃料欠乏をもたらすと考えられる。性能の上限と下限との差は、約０．０８
ボルトである。これは、平均電池電圧が高い値の約０．７ボルトと低い値の約０
．２ボルトの間で約０．５ボルト変動した図８に比べ、電池電圧の変動の大きさ
が減少した理由であると考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チョウ、クラレンス、ワイ、エフ カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、 ウエスト フォーティセ ブンス アベニュー 856 (72)発明者 ジョアンズ、エリック、ピー カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バーナビイ、ハリファックス ストリート 7376、ナンバー1605 (72)発明者 ロバーツ、ジョイ、エイ カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バーナビイ、キャメロン ストリート 9344、ナンバー205 (72)発明者 セント − ピエール、ジーン カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、 ウエスト サーティナイ ンス アベニュー 2225、ナンバー２ (72)発明者 ロングリイ、シンディ、ジェイ カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、 ウエスト セカンド ア ベニュー 2710 (72)発明者 チャン、ジョン、ケイ、ケイ、 カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、 ウエスト フィフティセ カンド アベニュー 1488 (72)発明者 アラン、デリク、イー カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンダーホーフ、 ウエスト セブンス ストリート 149 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 AA08 5H027 AA06 AA08 BA01 BA20 KK31 KK54 MM01 MM09 MM26

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池を動作させる方法において、 燃料電池カソードに酸化剤流れを供給し、 前記燃料電池アノードに燃料流れを供給し、次いで 前記燃料電池から電力を生成し続けながら、前記アノードの少なくとも一部分
    で周期的かつ瞬間的に燃料欠乏にする、 諸段階を含む、上記方法。
  2. 【請求項２】 燃料電池アノードへ燃料流れを供給する段階を、周期的かつ
    瞬間的に中断する段階を含む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 燃料電池が、燃料電池スタック内の複数の燃料電池の１つで
    ある、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 複数の燃料電池の各アノードへ燃料を供給する段階が、同時
    には中断されない、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 燃料電池アノードへ燃料流れを供給する段階が、規則的な時
    間間隔で瞬間的に中断される、請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 燃料流れの供給を中断するのと実質的に同時に、燃料電池ア
    ノードの下流で弁を閉じて、該燃料流れが該燃料電池アノードから排出されるの
    を瞬間的に防ぐ段階を更に含む、請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 燃料電池の動作パラメータをモニタリングし、次いで 前記モニタリングしたパラメータに応答して、前記燃料電池アノードへの前記
    燃料供給流れが瞬間的に中断される頻度を調節する、 諸段階を更に含む、請求項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 燃料電池の動作パラメータをモニタリングし、次いで 前記モニタリングされたパラメータに応答して、前記燃料電池アノードへの前
    記燃料供給流れが中断するの持続時間を調節する、 諸段階を更に含む、請求項２記載の方法。
  9. 【請求項９】 燃料電池アノードの上流で、実質的に燃料を含まない流体の
    パルスを燃料流れに周期的に導入することを含み；しかも、前記アノードの連続
    する部分が瞬間的に燃料欠乏になる、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 実質的に燃料を含まない流体のパルスを、規則的な時間間
    隔で燃料流れに導入する、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 燃料電池の動作パラメータを測定し、次いで 前記測定された動作パラメータに応答して、実質的に燃料を含まない流体のパ
    ルスを燃料流れに導入する頻度を調節する、 諸段階を更に含む、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 燃料電池の動作パラメータを測定し、次いで 前記測定されたパラメータに応答して、燃料流れに導入される実質的に燃料を
    含まない流体の体積を調節する、 諸段階を更に含む、請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 燃料流れに導入される実質的に燃料を含まない流体が、燃
    料電池の内部動作温度よりも低温である、請求項９記載の方法。
  14. 【請求項１４】 実質的に燃料を含まない流体が水を含む、請求項９記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 実質的に燃料を含まない流体が酸素を含む、請求項９記載
    の方法。
  16. 【請求項１６】 実質的に燃料を含まない流体が、燃料電池アノードで非反
    応性である、請求項９記載の方法。
  17. 【請求項１７】 燃料流れがガスの流れであり、実質的に燃料を含まない流
    体が液体である、請求項９記載の方法。
  18. 【請求項１８】 実質的に燃料を含まない流体が冷却剤である、請求項１７
    に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 燃料流れがガスの流れであり、実質的に燃料を含まない流
    体がガスである、請求項９記載の方法。
  20. 【請求項２０】 実質的に燃料を含まないガスが、窒素、アルゴン、ヘリウ
    ム及び炭化水素からなる群から選択される、請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 実質的に燃料を含まないガスが、燃料電池カソードからの
    排ガスを含む、請求項１９記載の方法。
  22. 【請求項２２】 燃料流れが液体の流れであり、実質的に燃料を含まない流
    体がガスである、請求項９記載の方法。
  23. 【請求項２３】 燃料流れが液体の流れであり、実質的に燃料を含まない流
    体が液体である、請求項９記載の方法。
  24. 【請求項２４】 液体の燃料流れが水性メタノールを含み、実質的に燃料を
    含まない流体が水である、請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 実質的に燃料を含まない流体が、液体の燃料流れに対して
    不混和性である、請求項２３記載の方法。
  26. 【請求項２６】 燃料電池の上流で燃料流れの流動を停止するため、燃料供
    給弁を周期的に閉じ、 前記燃料流れの中に、実質的に燃料を含まない流体の流れのパルスを導入する
    ため、遮断弁を周期的に開く、 諸段階を更に含む、請求項９記載の方法。
  27. 【請求項２７】 燃料供給流れが、実質的に燃料を含まない流体の流れより
    も低い圧力で維持され；実質的に燃料を含まない流体の流れのパルスを前記燃料
    流れの中に導入するために遮断弁を周期的に開く段階を更に含む；請求項９記載
    の方法。
  28. 【請求項２８】 燃料電池から電力を引き出すために、過渡電気負荷を周期
    的に接続する段階を含む、請求項１記載の方法。
  29. 【請求項２９】 燃料電池アノードへの燃料流れの供給速度が、過渡負荷の
    接続に応答して増加しない、請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 過渡電気負荷がコンデンサを含む請求項２８記載の方法。
  31. 【請求項３１】 規則的な時間間隔で、燃料電池から電力を引き出すために
    過渡電気負荷を瞬間的に接続する、請求項２８記載の方法。
  32. 【請求項３２】 燃料電池の動作パラメータをモニタリングし、次いで 前記モニタリングされたパラメータに応答して、前記燃料電池から電力を引き
    出すために過渡電気負荷を瞬間的に接続する頻度を調節する、 諸段階を更に含む、請求項２８記載の方法。
  33. 【請求項３３】 燃料電池の動作パラメータをモニタリングし、次いで 前記モニタリングされたパラメータに応答して、前記燃料電池から電力を引き
    出すために過渡電気負荷を周期的に接続する持続時間を調節する、 諸段階を更に含む、請求項２８記載の方法。
  34. 【請求項３４】 燃料電池が、スタックに配置された複数の燃料電池の１つ
    であり；しかも、前記複数の燃料電池の各燃料電池から電力を引き出すための過
    渡負荷の周期的な接続は、同時に行わない、請求項２８記載の方法。
  35. 【請求項３５】 燃料電池が固体高分子型燃料電池である、請求項１記載の
    方法。
  36. 【請求項３６】 燃料流れが、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む、請
    求項１記載の方法。
  37. 【請求項３７】 燃料電池が直接メタノール燃料電池であり、燃料流れが水
    性メタノールを含む、請求項１記載の方法。
  38. 【請求項３８】 周期的かつ瞬間的な中断の持続時間及び頻度の少なくとも
    １つは、燃料流れの中の、触媒を被毒させる種の濃度に応じて選択する、請求項
    １記載の方法。
  39. 【請求項３９】 複数の燃料電池の各々がアノード及びカソードを有する該
    複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを動作させる方法であって、 前記カソードに酸化剤流れを供給し、 前記アノードに燃料流れを供給し、次いで 前記燃料電池アセンブリから電力を発生し続けながら、前記燃料電池の少なく
    とも１つで瞬間的な電池の逆転が生じるように、前記アノードの少なくとも１つ
    で周期的に燃料欠乏にする、 諸段階を含む、上記方法。
  40. 【請求項４０】 燃料電池装置において、 燃料流れを燃料電池アノードに導くための燃料供給装置と、 前記アノードへの前記燃料流れの供給を、周期的かつ瞬間的に中断するための
    流量調節器と、 前記中断の頻度及び持続時間を制御するために前記流量調節器に関連付けられ
    たアクチュエータと、 を備えた、上記装置。
  41. 【請求項４１】 流量調節器が、アノードの上流に配置された燃料供給弁を
    含み；アクチュエータは、前記燃料供給弁を周期的に閉じて前記アノードへの前
    記燃料供給を中断するように接続される；請求項４０記載の装置。
  42. 【請求項４２】 燃料供給弁と協働して開閉するようにアクチュエータによ
    って活動状態にされる、アノードの下流に配置された燃料排出流弁を更に備えて
    いる、請求項４１記載の装置。
  43. 【請求項４３】 燃料供給装置が、燃料流れをアノードに導くためのポンプ
    を含み；アクチュエータは、前記ポンプを周期的に非活動にして前記アノードへ
    の前記燃料供給を中断するように接続される；請求項４０記載の装置。
  44. 【請求項４４】 ポンプが周期的に非活動状態にされるときは閉じるように
    、ポンプが活動状態にされるときは開くようにアクチュエータによって活動状態
    にされる、アノードの下流に配置された燃料排出流弁を更に備えた、請求項４３
    記載の装置。
  45. 【請求項４５】 流量調節器が、燃料流れをアノードから逸らすために、前
    記アノードの上流に配置されたダイバータを含み；アクチュエータが、前記ダイ
    バータを周期的に作動させるように接続される；請求項４０記載の装置。
  46. 【請求項４６】 燃料流れの中の触媒毒の濃度を検出するためのセンサを更
    に含み；アクチュエータが、前記センサの出力に応答して中断の頻度及び持続時
    間を調節するように接続される、請求項４０記載の装置。
  47. 【請求項４７】 燃料流れをアノードに接触させた状態で導くための、複数
    の独立した燃料流れフィールド・チャネルを更に備えており；前記流れフィール
    ド・チャネルの各チャネルは、前記燃料流れを前記アノードの離散領域に導き、
    前記諸領域の各領域への前記燃料流れの供給は、前記諸領域の他の諸領域への前
    記燃料流れの供給とは独立して制御できる；請求項４５に記載の装置。
  48. 【請求項４８】 燃料電池装置において、 燃料流れを燃料電池アノードに導くための燃料供給装置と、 実質的に燃料を含まない流体の供給源と、 前記燃料電池の上流で、前記実質的に燃料を含まない流体のパルスを前記燃料
    流れの中に周期的に導入するための流量調節器と、 を備えた、上記装置。
  49. 【請求項４９】 流量調節器が、燃料流れに対する実質的に燃料を含まない
    流体の流れの導入を制御するための遮断弁を有する、請求項４８記載の装置。
  50. 【請求項５０】 実質的に燃料を含まない流体の供給源が、燃料電池からの
    酸化剤の排出流を含み、遮断弁が、前記燃料電池の酸化剤流れの出口に流動的に
    接続される、請求項４８記載の装置。
  51. 【請求項５１】 燃料電池装置において、 燃料電池から電力を引き出すために、選択的かつ電気的に接続された過渡電気
    負荷と、 燃料電池から電力を引き出すために、前記過渡電気負荷を周期的かつ瞬間的に
    電気的に接続するためのスイッチと、 電気接続の頻度及び持続時間を制御するために前記スイッチに関連付けられた
    アクチュエータと、 を備えた、上記装置。
  52. 【請求項５２】 過渡電気負荷がコンデンサを有する、請求項５１記載の装
    置。
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