JP2003077515A - 電極反応分布測定システムおよび電極反応分布測定方法 - Google Patents

電極反応分布測定システムおよび電極反応分布測定方法

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JP2003077515A JP2001267583A JP2001267583A JP2003077515A JP 2003077515 A JP2003077515 A JP 2003077515A JP 2001267583 A JP2001267583 A JP 2001267583A JP 2001267583 A JP2001267583 A JP 2001267583A JP 2003077515 A JP2003077515 A JP 2003077515A
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electrolyte
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Takanao Suzuki
孝尚 鈴木
Tomo Morimoto
友 森本
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の電極−電解質構造体の電極反応分
布を簡便に得るための電極反応分布測定システムおよび
電極反応分布測定方法を提供する。 【解決手段】 電極反応分布測定システムを、測定対象
となる燃料電池の電極−電解質構造体に接続され、該電
極−電解質構造体の全電流または端子間電圧を制御する
1つの負荷装置と、該電極−電解質構造体の複数の部分
領域の各々における反応電流を測定する電流測定装置
と、該電極−電解質構造体の前記複数の部分領域の各々
における電解質抵抗を測定する抵抗測定装置と、前記複
数の部分領域のうちの同一の部分領域における反応電流
と電解質抵抗との測定を同時に行うように当該電極反応
分布測定システムを制御する測定制御装置とを含むよう
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の電極−
電解質構造体の電極反応分布を得るための電極反応分布
測定システムおよび電極反応分布測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスの電気化学的反応を利用して、化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する燃料電池は、カ
ルノー効率の制約を受けないため発電効率が高く、排出
されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少な
いことから、近年、発電用、低公害の自動車用電源等、
種々の用途が期待されている。燃料電池は、その電解質
により分類することができ、例えば、リン酸型燃料電
池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、固
体高分子型燃料電池等が知られている。
【0003】一般に、燃料電池は、電解質とその両側に
設けられた一対の電極(燃料極・空気極)とを有する電
極−電解質構造体を発電単位とし、燃料極に水素や炭化
水素等の燃料ガスを、空気極に酸素や空気等の酸化剤ガ
スをそれぞれ供給して、ガスと電解質と電極との3相界
面において電気化学的な反応を進行させることにより電
気を取り出すものである。
【0004】このように、燃料電池では、電極−電解質
構造体の全体で均一に電極反応が進行することが重要と
なる。しかし、電極−電解質構造体の場所によって電解
質中の水分量や電解質の劣化の程度、また、燃料ガス中
の水素濃度や空気中の酸素濃度等が異なることにより、
電極−電解質構造体の全体で電極反応が均一に進行しな
い場合がある。つまり、電極−電解質構造体の部分ごと
で電極反応の程度に差が生じる場合がある。したがっ
て、この電極−電解質構造体の部分ごとにおける電極反
応の程度を把握することで、電解質や電極触媒等の構成
部材の最適化や燃料ガスや酸化剤ガスの加湿量等の最適
化を図ることが可能となり、さらに、電極−電解質構造
体の劣化原因や劣化の進行具合等を知ることができる。
【0005】電極−電解質構造体における電極反応の分
布を調査する方法として、例えば、Electroch
im.Acta,43,3773−3783(199
8)には、電極−電解質構造体における集電体の電極に
接しない側を所定の領域に区分けし、その所定の領域ご
との反応電流を測定する方法が示されている。また、
J.Appl.Electrochem,28,663
−672(1998)には、電極−電解質構造体におけ
る電極を分割することで測定部分とそれ以外の部分とに
分け、両部分にそれぞれ負荷装置を接続して測定部分に
おける反応電流と電解質の抵抗とを測定する方法が示さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のように
反応電流を測定するだけでは、電解質中の水分量や電解
質の劣化の程度等を正確に把握できないため、電極反応
の程度を充分に調査することは困難である。また、後者
では、電極を分割した構造体を使用しているが、そのよ
うな構造体は製作し難い。さらに、測定部分とそれ以外
の部分とで負荷装置を分けており、両部分に同じ負荷が
かかるように電位を合わせて種々の測定を行うことは困
難である。
【0007】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、燃料電池の電極−電解質構造体の電極
反応分布を簡便に得るための電極反応分布測定システム
および電極反応分布測定方法を提供することを課題とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の電極反応分布測
定システムは、イオン導電体となる電解質と該電解質を
挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する電極−電
解質構造体を含んで構成される燃料電池の該電極−電解
質構造体の電極反応分布を得るための電極反応分布測定
システムであって、測定対象となる燃料電池の電極−電
解質構造体に接続され、該電極−電解質構造体の全電流
または端子間電圧を制御する1つの負荷装置と、該電極
−電解質構造体の複数の部分領域の各々における反応電
流を測定する電流測定装置と、該電極−電解質構造体の
前記複数の部分領域の各々における電解質抵抗を測定す
る抵抗測定装置と、前記複数の部分領域のうちの同一の
部分領域における反応電流と電解質抵抗との測定を同時
に行うように、当該電極反応分布測定システムを制御す
る測定制御装置とを含むことを特徴とする(請求項1に
対応)。
【0009】すなわち、本発明の電極反応分布測定シス
テムは、出力を制御可能な1つの負荷装置を用い、電極
−電解質構造体の複数の部分領域の各々における反応電
流と電解質抵抗とを測定し、かつ、測定制御装置により
複数の部分領域のうち同一の部分領域では両測定を同時
に行うようにするシステムである。本測定システムは、
電極−電解質構造体の全電流または端子間電圧を制御す
る1つの負荷装置を用いているため、各測定領域におけ
る電位合わせは必要なく、各部分領域における反応電流
と電解質抵抗とを簡便に測定することができる。また、
この負荷装置により電極−電解質構造体全体の反応電流
または端子間電圧が制御される。
【0010】また、反応電流に加えて電解質抵抗をも測
定し、複数の部分領域のうち同一の部分領域では両測定
を同時に行うものであるため、各部分領域ごとの反応電
流と電解質抵抗とを同時に得ることができる。そして、
各部分領域ごとの反応電流および電解質抵抗の値より、
電極−電解質構造体における電流分布および電解質抵抗
分布を得ることができ、電解質中の水分量や電解質の劣
化の程度等の電極−電解質構造体の状態をより正確に把
握することができる。
【0011】本発明の電極反応分布測定システムは、複
数の部分領域の各々に電流測定装置と抵抗測定装置とを
それぞれ接続した態様を採用することができる。この場
合、同一の部分領域についてだけでなく、すべての部分
領域について反応電流と電解質抵抗とを同時に測定する
ことができる。一方、電流測定装置と抵抗測定装置とを
それぞれ1つずつ使用した態様とすることもできる。こ
の場合、例えば、本発明の電極反応分布測定システム
を、電流測定装置および抵抗測定装置の測定する部分領
域を切り替える切替装置を含み、測定制御装置は電流測
定装置の測定する部分領域と抵抗測定装置の測定する部
分領域とが同一の部分領域となるように切替装置を制御
する部分領域制御部を含む態様とすればよい(請求項2
に対応)。
【0012】例えば、電磁リレーや半導体スイッチを使
用したリレー等の切替装置を用いることにより、電流測
定装置および抵抗測定装置の測定する部分領域を切り替
えることができる。そして、測定制御装置における部分
領域制御部で電流測定装置の測定する部分領域と抵抗測
定装置の測定する部分領域とが同一の部分領域となるよ
うに切替装置を制御することで、同一の部分領域では両
測定を同時に行うことが可能となる。つまり、本態様を
採用すれば、電流測定装置と抵抗測定装置とをそれぞれ
1つずつ使用し切替装置を制御するだけで、電極−電解
質構造体の複数の部分領域の各々について、反応電流と
電解質抵抗とを同時に測定することができる。
【0013】さらに、測定制御装置が、電流測定装置と
抵抗測定装置との両方が測定する同一の部分領域を、複
数の部分領域の全てにわたって順次切り替えるように切
替装置を制御する走査制御部を含む態様とすることが望
ましい(請求項3に対応)。複数の部分領域の全てにわ
たって順番に反応電流と電解質抵抗とを測定すること
で、電極−電解質構造体における電流分布および電解質
抵抗分布を得ることができる。
【0014】また、本発明の電極反応分布測定システム
は、測定された複数の部分領域の各々の反応電流および
電解質抵抗に基づいて、電極−電解質構造体の電極反応
分布を表示する表示装置を含む態様とすることができる
(請求項4に対応)。本態様を採用すれば、電極−電解
質構造体の電極反応分布を容易に把握することができ
る。表示装置は、例えば、モニタ、プリンタ等の出力装
置とそれに出力させるためのプログラムとを備えていれ
ばよい。そして、例えば、コンピュータ本体に複数の部
分領域の各々の反応電流および電解質抵抗を処理させ
て、例えば、グラフィックス表示等により、電極−電解
質構造体の電極反応分布をモニタに出力させればよい。
【0015】ここで、部分領域とは、電極−電解質構造
体の面方向におけるある領域を意味する。複数の部分領
域として、例えば、上記ある領域が電極−電解質構造体
の面方向において複数点在する態様が挙げられる。具体
的には、電極−電解質構造体のコーナー部および中心部
をそれぞれ部分領域とする態様や、一定の方向に等間隔
で部分領域を設けた態様、さらに電極−電解質構造体の
面方向においてランダムに部分領域を設けた態様等を採
用することができる。また、電極−電解質構造体の面方
向における一部分だけに上記点在する部分領域を設けた
態様でもよい。部分領域が複数点在する本態様では、点
在する部分領域の各々における反応電流および電解質抵
抗に基づいて、目的とする電極−電解質構造体の部分の
電極反応分布を得ることができる。また、例えば、測定
された反応電流および電解質抵抗に基づいて、測定され
た部分領域以外の部分における反応電流および電解質抵
抗を補間することにより、電極−電解質構造体の全領域
における電極反応分布を得ることができる。
【0016】また、複数の部分領域として、電極−電解
質構造体の全領域が区分されたものである態様が挙げら
れる。(請求項5に対応)。本態様では、電極−電解質
構造体の面方向における全領域が、任意に設定された面
積を有する複数の領域に区分され、その領域の各々が部
分領域となる。つまり、複数の部分領域の間には隙間が
無く、各々の部分領域をすべて合わせると電極−電解質
構造体の全領域となる態様である。電極−電解質構造体
の全領域を複数の部分領域に分けて、その部分領域ごと
に反応電流と電解質抵抗とを測定することで、電極−電
解質構造体の全体にわたる電極反応分布を正確かつ簡便
に把握することができる。
【0017】電極−電解質構造体は、電解質とそれを挟
んで両側に設けられた一対の電極とを有し、電極自体が
集電機能をも果たすものである場合以外は、通常、電極
の両側に設けられた一対の集電体も有する。電極−電解
質構造体が一対の集電体を有する場合、本発明の電極反
応分布測定システムは、一対の集電体の少なくともいず
れか一方が複数の部分領域の各々に対応して複数に区分
され、区分された集電体が互いに絶縁された燃料電池を
測定対象とし、電流測定装置および抵抗測定装置が、区
分された集電体の各々を介して複数の部分領域の各々に
おける反応電流および電解質抵抗を測定するものである
態様を採用することができる(請求項6に対応)。
【0018】一対の集電体のいずれか一方が複数の部分
領域の各々に対応して複数に区分されているため、その
区分された各々の集電体を介して、複数の部分領域の各
々における反応電流および電解質抵抗を測定することが
できる。また、区分された集電体は互いに絶縁されてい
るため、他の部分領域の影響を受けることなく、各集電
体に対応する複数の部分領域の各々における反応電流お
よび電解質抵抗を正確に測定することができる。なお、
一対の集電体の両方が上述したように複数に区分されて
いてもよい。この場合は、両方の集電体について同じよ
うに測定を行うことができる。
【0019】また、本発明の電極反応分布測定システム
は、複数の部分領域の各々に対応する電極−電解質構造
体の部分の各々と負荷装置との間にそれぞれ直列に接続
される複数の抵抗体を含む態様を採用することができる
(請求項7に対応)。抵抗体は、特に限定されるもので
はなく、反応電流および電解質抵抗の測定時に抵抗値が
既知なものであればよい。抵抗体の抵抗値は、測定領域
となる部分領域の面積に応じて設定すればよく、部分領
域の面積が同じであれば同じ抵抗値の抵抗体を用いれば
よい。面積が異なる部分領域については部分領域ごとに
違う抵抗値の抵抗体を用いればよい。また、抵抗体の抵
抗値は、電極−電解質構造体の複数の部分領域の各々に
対応する電解質の部分の各々における抵抗値に比べて小
さく、かつ 抵抗体の端子間電圧を測定できる程度に大
きいことが望ましい。抵抗体を用いた本態様を採用すれ
ば、接続された各抵抗体を利用して反応電流および電解
質抵抗を簡便に測定することができる。
【0020】ここで、本発明の電極反応分布測定システ
ムにおける反応電流の測定は、その態様が特に限定され
るものではない。例えば、複数の部分領域の各々に対応
する電極−電解質構造体の部分の各々と負荷装置との間
にそれぞれ電流計を接続して測定することができる。よ
り望ましい態様として上記抵抗体を用いた態様を採用し
た場合には、例えば、電流測定装置を、複数の抵抗体の
各々の端子間直流電圧に基づいて、複数の部分領域の各
々における反応電流を測定するものとすることができる
(請求項8に対応)。つまり、直接反応電流を測定しな
くても、測定された端子間直流電圧に基づいて複数の部
分領域の各々における反応電流を得ることができる。さ
らに、電流測定装置を1つ使用し、電流測定装置の測定
する部分領域を順次切り替える態様を採用すれば、1つ
の電流測定装置で複数の抵抗体の各々の端子間直流電圧
を順次測定することができ、測定された端子間直流電圧
に基づいて、複数の部分領域の各々における反応電流を
得ることができる。
【0021】同様に、本発明の電極反応分布測定システ
ムにおける電解質抵抗の測定も、その態様が特に限定さ
れるものではない。上記抵抗体を用いた態様を採用した
場合には、例えば、抵抗測定装置を、複数の部分領域の
各々に対応する電極−電解質構造体の部分の各々とそれ
らに接続される複数の抵抗体の各々とにわたって交流電
流を流す交流電源部を含み、該交流電流を流すことによ
って複数の抵抗体の各々に生じる端子間交流電圧に基づ
いて、複数の部分領域の各々における電解質抵抗を測定
するものとすることができる(請求項9に対応)。抵抗
体自体の抵抗が各抵抗体が接続された電極−電解質構造
体の各々の部分に対応する電解質の部分の抵抗と比較し
て極めて小さいため、交流電流を流した際に各抵抗体に
生じる端子間交流電圧は、上記電解質の部分の抵抗にほ
ぼ反比例する。そのため、端子間交流電圧を測定するこ
とで、複数の部分領域の各々に対応する電解質の抵抗を
得ることができる。
【0022】また、上記同様、抵抗測定装置を1つ使用
し、抵抗測定装置の測定する部分領域を順次切り替える
態様を採用すれば、1つの抵抗測定装置で複数の抵抗体
の各々の端子間交流電圧を順次測定することができ、測
定された端子間交流電圧に基づいて、複数の部分領域の
各々における電解質抵抗を得ることができる。
【0023】本発明の電極反応分布測定方法は、イオン
導電体となる電解質と該電解質を挟んで両側に設けられ
た一対の電極とを有する電極−電解質構造体を含んで構
成される燃料電池の該電極−電解質構造体の電極反応分
布を得るための電極反応分布測定方法であって、測定対
象となる燃料電池の電極−電解質構造体に、該電極−電
解質構造体の全電流または端子間電圧を制御する1つの
負荷回路を接続し、該電極−電解質構造体の複数の部分
領域の各々における反応電流を測定する電流測定装置
と、該電極−電解質構造体の前記複数の部分領域の各々
における電解質抵抗を測定する抵抗測定装置とを用いる
ことによって、前記複数の部分領域のうちの同一の部分
領域における反応電流と電解質抵抗との測定を同時に行
うことを特徴とする(請求項10に対応)。
【0024】すなわち、本発明の電極反応分布測定方法
は、1つの負荷回路において、電極−電解質構造体の複
数の部分領域の各々における反応電流と電解質抵抗との
測定を、同一の部分領域では同時に行う方法である。本
測定方法は、上述したように、電極−電解質構造体の全
電流または端子間電圧を制御する1つの負荷回路を用い
ているため、各測定領域における電位合わせは必要な
く、各部分領域における反応電流と電解質抵抗とを簡便
に測定することができる。また、反応電流に加えて電解
質抵抗をも測定し、複数の部分領域のうち同一の部分領
域では両測定を同時に行うものであるため、各部分領域
ごとの反応電流と電解質抵抗とを同時に得ることができ
る。そして、各部分領域ごとの反応電流および電解質抵
抗の値より、電極−電解質構造体における電流分布およ
び電解質抵抗分布を得ることができ、より正確に電極−
電解質構造体の劣化状態等を把握することができる。な
お、上記本発明の電極反応分布測定システムにおいて説
明した種々の態様は、本発明の電極反応分布測定方法に
おいても適用することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明の電極反応分布測定システ
ムの実施形態について図1〜6を用いて詳しく説明す
る。なお、本発明の電極反応分布測定システムを説明す
る中で、本発明の電極反応分布測定方法をも説明する。
【0026】最初に、本発明の一実施形態である電極反
応分布測定システムが測定対象とした燃料電池について
述べる。図1に測定対象とした燃料電池の外観を模式的
に示し、図2にその燃料電池の主構成要素となる電極−
電解質構造体の縦断面を拡大して示す。測定対象とした
燃料電池10は、図1に示すように、エンドプレート1
1と絶縁材12とステンレス部材13と絶縁材14と電
極−電解質構造体20と銅板15と絶縁材16とエンド
プレート17とが積層されて形成されている。そして、
燃料ガスが供給口19aから、酸化剤ガスが供給口19
bからそれぞれ供給される。供給口19aから酸化剤ガ
スを、供給口19bから燃料ガスを供給してもよい。ま
た、図示しないが、それぞれのガスの排出口は別に設け
られている。なお、供給口19a、19bを排出口とし
て用いてもよく、その場合は図示しない排出口が上記ガ
スの供給口として用いればよい。そして、銅板15には
端子18が設けられ、後に示す負荷装置30と交流電圧
測定器60とに接続される。また、測定領域となる複数
の部分領域の各々に対応する電極−電解質構造体20の
部分の各々は、リード線21により後に示す抵抗装置4
0を構成する各々の抵抗体へ接続されている。
【0027】電極−電解質構造体20は、図2に示すよ
うに、イオン導電体となる電解質22と電解質22を挟
んで両側に設けられた一対の電極23a、23bと、一
対の電極23a、23bのさらに両側に設けられた一対
の集電体24、25とから構成される。複数の部分領域
は、この電極−電解質構造体20の全領域を区分して形
成されている。そして、一対の集電体24、25のうち
一方の集電体24が複数の部分領域の各々に対応して複
数に区分され、区分された集電体は互いに絶縁されてい
る。これら区分された集電体の各々を介して複数の部分
領域の各々における反応電流および電解質抵抗が測定さ
れる。また、複数の部分領域の各々に対応した集電体の
各々は、ビニル被覆された集電端子26とはんだ付けに
より接続され、集電端子26は、各々の抵抗体へ繋がる
リード線21とはんだ付けにより接続されている。
【0028】次に、本発明の一実施形態である電極反応
分布測定システムについて述べる。図3に、本発明の一
実施形態である電極反応分布測定システムの概略を示
し、図4に、その主な回路図を示す。電極反応分布測定
システム1は、上記測定対象となる燃料電池10と、電
極−電解質構造体の全電流または端子間電圧を制御する
1つの負荷装置30と、抵抗装置40と、電流測定装置
としての直流電圧測定器50と、抵抗測定装置としての
交流電圧測定器60と、測定する部分領域を切り替える
リレー回路70と、リレー回路70を制御するリレー制
御装置80と、モニタ91と、コンピュータ本体92
と、入力装置となるキーボード93とを含んで構成され
る。
【0029】負荷装置30は、燃料電池10の端子18
と抵抗装置40とに接続され、一つの負荷回路を形成し
ている。抵抗装置40は、電極−電解質構造体20の測
定領域となる複数の部分領域の各々に対応した集電体2
4の各々と負荷装置30との間にそれぞれ直列に接続さ
れた複数の抵抗体の集合体である。なお、1つの抵抗体
の抵抗値は2mΩとした。直流電圧測定器50により、
抵抗装置40を構成する抵抗体401〜410の各々に
生じる端子間直流電圧が測定され、そのデータがコンピ
ュータ本体92に入力される。また、交流電圧測定器6
0から、電極−電解質構造体20と抵抗装置40とにわ
たって交流電流が流され、抵抗装置40を構成する抵抗
体401〜410の各々に生じる端子間交流電圧が測定
される。そして、そのデータがコンピュータ本体92に
入力される。モニタ91には、コンピュータ本体92か
らの出力データとして、電極−電解質構造体20の電極
反応分布が表示される。
【0030】コンピュータ本体92は、リレー制御装置
80に信号を送り、測定領域となる部分領域を指示す
る。そして、リレー回路70において指定された部分領
域に接続されたスイッチ701が閉じ、測定する部分領
域に対応する電極−電解質構造体20の部分である集電
体241に接続された抵抗体401に生じる端子間直流
電圧が直流電圧測定器50により測定される。また、同
時に、交流電圧測定器60から、測定する部分領域に対
応する電極−電解質構造体の部分である集電体241と
それに接続された抵抗体401とにわたって交流電流が
流され、抵抗体401に生じる端子間交流電圧が交流電
圧測定器60により測定される。
【0031】上記両測定が完了すると、コンピュータ本
体92により、測定領域として上記とは異なる部分領域
が指示され、同じように両測定が行われる。コンピュー
タ本体92は、測定領域となる部分領域を複数の部分領
域の全てにわたって順次切り替えるようリレー制御装置
80を制御する。また、直流電圧測定器50および交流
電圧測定器60からの測定値はコンピュータ本体92に
入力、処理され、電極反応分布としてモニタ91に表示
される。
【0032】なお、本実施形態では、コンピュータ本体
92とキーボード93とが測定制御装置として機能し、
測定制御装置における部分領域制御部としてリレー制御
装置80が機能する。また、リレー回路70が切替装置
として機能し、モニタ91とコンピュータ本体92とが
表示装置として機能する。
【0033】本実施形態の電極反応分布測定システムを
用い、燃料電池の電極反応分布を測定した結果を図5お
よび図6に示す。まず、図5に、モニタに表示された電
極反応分布の一例を示す。図5において、モニタの左部
分には、反応電流の測定条件等が示されている。また、
中央部分には電極−電解質構造体全体の反応電流および
電解質抵抗の経時変化に加え、部分領域の各々における
電流密度および電解質抵抗の経時変化が示されている。
なお、中央部分の右下方には電極−電解質構造体を区分
した各部分領域が示されている。そして、モニタの右部
分には、ある測定時における部分領域の各々における電
流密度および電解質抵抗が棒グラフで表され、これによ
り電極反応分布を容易に把握することができる。
【0034】また、図6は、負荷装置を制御して電極−
電解質構造体全体における電流密度を0.5A/cm2
として作動させた場合の、ある測定時の部分領域の各々
における電流密度および電解質のイオン伝導度を示す。
なお、電解質のイオン伝導度は、電解質抵抗の値の逆数
を部分領域の面積で除して算出した。図6に示すよう
に、電極−電解質構造体の部分領域(番号1〜10)に
よって、電流密度と電解質のイオン伝導度は異なること
がわかる。また、電流密度と電解質のイオン伝導度とは
ほぼ同じ傾向で分布している。このように、本発明の電
極反応分布測定システムを用いることにより、電極−電
解質構造体の電極反応分布を簡便に把握することができ
ることが確認できた。
【0035】なお、以上説明した本発明の電極反応分布
測定システムおよび電極反応分布測定方法の実施形態は
例示にすぎず、本発明の電極反応分布測定システムおよ
び電極反応分布測定方法は、上記実施形態を始めとし
て、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した
形態で実施することができる。
【0036】
【発明の効果】本発明の電極反応分布測定システムは、
1つの負荷装置を用い、電極−電解質構造体の複数の部
分領域の各々における反応電流と電解質抵抗とを測定
し、かつ、測定制御装置により複数の部分領域のうち同
一の部分領域では両測定を同時に行うようにするシステ
ムである。本発明の電極反応分布測定システムによれ
ば、電極−電解質構造体の電極反応分布を簡便に得るこ
とができ、電解質中の水分量や電解質の劣化の程度等の
電極−電解質構造体の状態を正確に把握することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 測定対象とした燃料電池の外観を模式的に示
す。
【図2】 測定対象とした燃料電池の主構成要素となる
電極−電解質構造体の縦断面を拡大して示す。
【図3】 本発明の一実施形態である電極反応分布測定
システムの概略を示す。
【図4】 本発明の一実施形態である電極反応分布測定
システムの主な回路図を示す。
【図5】 モニタに表示された電極反応分布の一例を示
す。
【図6】 ある測定時における部分領域の各々における
電流密度および電解質のイオン伝導度を示す。
【符号の説明】
1:電極反応分布測定システム 10:燃料電池 20:電極−電解質構造体 30:負
荷装置 40:抵抗装置 50:直流電圧測定器 60:交流電
圧測定器 70:リレー回路 80:リレー制御装置 91:モニタ 92:コンピュータ本体
フロントページの続き Fターム(参考) 2G060 AA08 AA10 AA19 AE40 AF07 AF20 HE05 5H027 KK54 KK56

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン導電体となる電解質と該電解質を
    挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する電極−電
    解質構造体を含んで構成される燃料電池の該電極−電解
    質構造体の電極反応分布を得るための電極反応分布測定
    システムであって、 測定対象となる燃料電池の電極−電解質構造体に接続さ
    れ、該電極−電解質構造体の全電流または端子間電圧を
    制御する1つの負荷装置と、 該電極−電解質構造体の複数の部分領域の各々における
    反応電流を測定する電流測定装置と、 該電極−電解質構造体の前記複数の部分領域の各々にお
    ける電解質抵抗を測定する抵抗測定装置と、 前記複数の部分領域のうちの同一の部分領域における反
    応電流と電解質抵抗との測定を同時に行うように、当該
    電極反応分布測定システムを制御する測定制御装置とを
    含むことを特徴とする電極反応分布測定システム。
  2. 【請求項2】 前記電流測定装置と前記抵抗測定装置と
    を各々1つずつ含み、 前記電流測定装置および前記抵抗測定装置の測定する前
    記部分領域を切り替える切替装置を含み、 前記測定制御装置は、前記電流測定装置の測定する部分
    領域と前記抵抗測定装置の測定する部分領域とが同一の
    部分領域となるように前記切替装置を制御する部分領域
    制御部を含む請求項1に記載の電極反応分布測定システ
    ム。
  3. 【請求項3】 前記測定制御装置は、前記電流測定装置
    と前記抵抗測定装置との両方が測定する前記同一の部分
    領域を、前記複数の部分領域の全てにわたって順次切り
    替えるように前記切替装置を制御する走査制御部を含む
    請求項2に記載の電極反応分布測定システム。
  4. 【請求項4】 測定された前記複数の部分領域の各々の
    前記反応電流および前記電解質抵抗に基づいて、前記電
    極−電解質構造体の電極反応分布を表示する表示装置を
    含む請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の電極反
    応分布測定システム。
  5. 【請求項5】 前記複数の部分領域は前記電極−電解質
    構造体の全領域が区分されたものである請求項1ないし
    請求項4のいずれかに記載の電極反応分布測定システ
    ム。
  6. 【請求項6】 前記電極−電解質構造体は、一対の電極
    の両側に設けられた一対の集電体を有し、該一対の集電
    体の少なくともいずれか一方が前記複数の部分領域の各
    々に対応して複数に区分され、区分された集電体が互い
    に絶縁された燃料電池を測定対象とし、 前記電流測定装置および前記抵抗測定装置は、前記区分
    された集電体の各々を介して前記複数の部分領域の各々
    における反応電流および電解質抵抗を測定するものであ
    る請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の電極反応
    分布測定システム。
  7. 【請求項7】 前記複数の部分領域の各々に対応する前
    記電極−電解質構造体の部分の各々と前記負荷装置との
    間にそれぞれ直列に接続される複数の抵抗体を含む請求
    項1ないし請求項6のいずれかに記載の電極反応分布測
    定システム。
  8. 【請求項8】 前記電流測定装置は、前記複数の抵抗体
    の各々の端子間直流電圧に基づいて、前記複数の部分領
    域の各々における反応電流を測定するものである請求項
    7に記載の電極反応分布測定システム。
  9. 【請求項9】 前記抵抗測定装置は、前記複数の部分領
    域の各々に対応する前記電極−電解質構造体の部分の各
    々とそれらに接続される前記複数の抵抗体の各々とにわ
    たって交流電流を流す交流電源部を含み、該交流電流を
    流すことによって前記複数の抵抗体の各々に生じる端子
    間交流電圧に基づいて、前記複数の部分領域の各々にお
    ける電解質抵抗を測定するものである請求項7または請
    求項8に記載の電極反応分布測定システム。
  10. 【請求項10】 イオン導電体となる電解質と該電解質
    を挟んで両側に設けられた一対の電極とを有する電極−
    電解質構造体を含んで構成される燃料電池の該電極−電
    解質構造体の電極反応分布を得るための電極反応分布測
    定方法であって、 測定対象となる燃料電池の電極−電解質構造体に、該電
    極−電解質構造体の全電流または端子間電圧を制御する
    1つの負荷回路を接続し、 該電極−電解質構造体の複数の部分領域の各々における
    反応電流を測定する電流測定装置と、該電極−電解質構
    造体の前記複数の部分領域の各々における電解質抵抗を
    測定する抵抗測定装置とを用いることによって、前記複
    数の部分領域のうちの同一の部分領域における反応電流
    と電解質抵抗との測定を同時に行うことを特徴とする電
    極反応分布測定方法。
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