JP2009026712A

JP2009026712A - 燃料電池の触媒性能評価方法及びこれを用いた評価装置

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Publication number: JP2009026712A
Application number: JP2007191578A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shintani; 幸弘新谷; Daisuke Yamazaki; 大輔山崎; Nobuhiro Tomosada; 伸浩友定; Atsushi Kimura; 篤史木村; Tomomi Akutsu; 智美阿久津
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: JP5146723B2

Abstract

【課題】燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能評価することが可能な燃料電池の触媒性能評価方法及びこれを用いた評価装置を実現する。
【解決手段】水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法であって、評価される電極の自然電位を測定し、指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池に対して２電極式の電気化学測定方法を用いて電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の電流電圧特性、実際に測定された指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて評価される電極の触媒性能の評価を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法に関し、特に燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能評価することが可能な燃料電池の触媒性能評価方法及びこれを用いた評価装置に関する。

従来の水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価等に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００３−１６３００９号公報特開２００４−２２０７８６号公報特表２００５−５２２０１５号公報特開２００６−１４７３９７号公報ＷＯ９７／４０３７１号公報

図８は従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図８において１は電解質膜、２及び３は触媒拡散層である。電解質膜１の両面には触媒拡散層２及び触媒拡散層３がそれぞれ形成される。

図８中”ＦＧ０１”に示すように燃料ガス（例えば、水素等）が触媒拡散層２に供給され、図８中”ＯＧ０１”に示すように酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が触媒拡散層３に供給される。

ここで、図８に示す従来例の動作を説明する。触媒拡散層２側（アノード側）では水素が水素イオン（Ｈ^＋）になり電子（ｅ⁻ ）を放出し、一方、触媒拡散層３側（カソード側）では電解質膜１を伝播してきた水素イオン（Ｈ^＋）と酸素が電子（ｅ⁻ ）と反応して水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。

この時、触媒拡散層２（アノード側）及び触媒拡散層３（カソード側）間の外部負荷を接続することにより、触媒拡散層２側（アノード側）で発生した電子（ｅ⁻ ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。

また、図９及び図１０はより具体的な従来の燃料電池の一例を示す断面図である。図９は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図１０は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。

図９において、４は電解質膜、５はアノード側の触媒拡散層、６はカソード側の触媒拡散層、７はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、８はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、９はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１０はカソード側に形成された導電性を有するセパレータである。

電解質膜４の両面には触媒拡散層５及び触媒拡散層６がそれぞれ形成される。また、触媒拡散層５の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路７が形成され、触媒拡散層６の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路８が形成される。

例えば、ガス流路７及びガス流路８は図１０中”ＧＴ１１”に示すように触媒拡散層５及び触媒拡散層６上を蛇行するように形成されている。

さらに、ガス流路７が形成されていない触媒拡散層５及びガス流路７の上にはセパレータ９が形成され、ガス流路８が形成されていない触媒拡散層６及びガス流路８の上にはセパレータ１０が形成される。

ここで、図９及び図１０に示す従来例の動作を説明する。ガス流路７には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路８には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。例えば、図１０中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図１０中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。

アノード側の触媒拡散層５では水素が水素イオン（Ｈ^＋）になり電子（ｅ⁻ ）を放出し、一方、カソード側の触媒拡散層６側では電解質膜４を伝播してきた水素イオン（Ｈ^＋）と酸素が電子（ｅ⁻ ）と反応して水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。

この時、アノード側の触媒拡散層５及びカソード側の触媒拡散層６（具体的には、セパレータ９とセパレータ１０）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒拡散層５で発生した電子（ｅ⁻ ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。

このような燃料電池の発電性能を決める１つの要因が触媒性能であり、触媒性能を決定する評価因子の１つが触媒表面積である。燃料電池に用いられる典型的な触媒である白金の表面積の解析方法としては、白金表面吸着水素の脱離に要した電気量から触媒の有効表面積を算出するサイクリックボルタンメトリー（Cyclic Voltammetry：以下、ＣＶ法と呼ぶ。）法という電気化学測定方法が知られている。

例えば、３電極式のＣＶ法を用いてカソード側の電極の触媒表面積を評価する場合、別途参照電極を設けた燃料電池を用い、カソード側の電極を作用極、アノード側の電極を対極とし、参照電極を基準電位として作用極の電位を走査して応答電流を測定することにより、電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を得ることができる。

図１１はこのようなＣＶ法を用いて得られた電流電圧曲線の一例を示す特性曲線図である。図１１中”ＣＨ２１”は３電極式のＣＶ法を用いて得られた電流電圧曲線であり、図１１中”ＰＴ２１”示す部分の面積の大きさにより、カソード側の電極の触媒表面積を評価することができる。

例えば、図１１中”ＰＴ２１”示す部分の面積が大きいほど触媒表面積が広いことを示すので、触媒表面積が広い場合には、酸化ガスとの接触面積もまた広くなり発電性能が高くなる。

また、参照電極を用いることなくＣＶ法により電流電圧曲線を得る２電極式のＣＶ法も知られている。２電極式のＣＶ法の場合、参照電極を対極が兼ねることにより、対極を基準電位として作用極の電位を走査して応答電流を測定することができるので、電流電圧曲線を得ることができる。

しかし、３電極式のＣＶ法では参照電極、対極及び作用極の３つの電極を用いるため、本来燃料電池には必要のない参照電極を別途設ける必要性が生じてしまうと言った問題点があった。

一方、２電極式のＣＶ法では別途参照電極は必要ないものの、作用極の電位の走査によって対極（参照電極を兼ねる）の電位が変動してしまい、作用極に対する正確な電位の走査ができないと言った問題点があった。

例えば、図１１中”ＣＨ２２”は２電極式のＣＶ法を用いて得られた電流電圧曲線の一例を示す特性曲線図であり、図１１中”ＣＨ２１”示す３電極式のＣＶ法を用いて得られた電流電圧曲線と比較して極小点や極大点の位置が異なっていることが分かり正確な評価ができていないことが分かる。
従って本発明が解決しようとする課題は、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能評価することが可能な燃料電池の触媒性能評価方法及びこれを用いた評価装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法であって、
評価される電極の自然電位を測定し、指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池に対して２電極式の電気化学測定方法を用いて電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なうことにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である触媒性能評価方法であって、
前記電気化学測定方法が、
アノード側若しくはカソード側の電極を基準電位としてカソード側若しくはアノード側の電極に印加する電位を走査して前記電流電圧曲線を求めることにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である触媒性能評価方法であって、
前記電気化学測定方法が、
電流を走査して前記電流電圧曲線を求めることにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明である触媒性能評価方法であって、
測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位若しくは還元電位、実際に測定された指標物質の酸化電位若しくは還元電位に基づき変換式を算出することにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明である触媒性能評価方法であって、
燃料電池の前記評価される電極を複数に分割し、分割された電極毎に前記補償された電流電圧曲線を求めて分割された電極毎に触媒性能の評価を行なうことにより、分割された電極毎に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項６記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置において、
指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池の電圧値を測定すると共にアノード側若しくはカソード側の電極を基準電位としてカソード側若しくはアノード側の電極に印加する電位を走査する電位走査手段と、前記燃料電池の電流値を測定する電流測定手段と、評価される電極の自然電位を取得し、前記電流値及び前記電圧値を取得して電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なう演算制御手段とを備えたことにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項７記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置において、
指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池の電極に印加する電流を走査する電流走査手段と、前記燃料電池の電圧値を測定する電圧測定手段と、評価される電極の自然電位を取得し、前記電流値及び前記電圧値を取得して電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なう演算制御手段とを備えたことにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項８記載の発明は、
請求項６若しくは請求項７記載の発明である評価装置において、
前記演算制御手段が、
測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位若しくは還元電位、実際に測定された指標物質の酸化電位若しくは還元電位に基づき変換式を算出することにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

請求項９記載の発明は、
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の発明である評価装置において、
前記演算制御手段が、
電極が複数に分割された燃料電池の電極毎に前記補償された電流電圧曲線を求めて分割された電極毎に触媒性能の評価を行なうことにより、分割された電極毎に触媒性能を評価することが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，６，７及び請求項８の発明によれば、指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池に対して２電極式の電気化学測定方法を用いて電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の電流電圧特性、実際に測定された指標物質の電流電圧特性に基づき算出された変換式を用いて電圧値を変換して電流電圧曲線を補償して触媒性能を評価することにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

また、請求項５及び請求項９の発明によれば、分割された電極を適宜選択して補償された電流電圧曲線を得ることにより、電極毎に正確な電流電圧曲線が得られるので、分割された電極毎に触媒性能を評価することが可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置に用いられる燃料電池の一実施例を示す断面図である。図１は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図２は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。

図１において、１１は電解質膜、１２はアノード側の触媒拡散層、１３は指標物質を含むカソード側の触媒拡散層、１４はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、１５はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、１６はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１７はカソード側に形成された導電性を有するセパレータである。

電解質膜１１の両面には触媒拡散層１２及び触媒拡散層１３がそれぞれ形成される。また、触媒拡散層１２の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路１４が形成され、触媒拡散層１３の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路１５が形成される。

例えば、ガス流路１４及びガス流路１５は図２中”ＧＴ３１”に示すように触媒拡散層１２及び触媒拡散層１３上を蛇行するように形成されている。

さらに、ガス流路１４が形成されていない触媒拡散層１２及びガス流路１４の上にはセパレータ１６が形成され、ガス流路１５が形成されていない触媒拡散層１３及びガス流路１５の上にはセパレータ１７が形成される。

また、図３は本発明に係る燃料電池の評価を行なう評価装置の一実施例を示す構成ブロック図である。

図３において、１８は図１等に示した燃料電池、１９は燃料電池１８から出力される電圧を測定すると共に、対極（アノード側の電極）を基準電位として作用極（カソード側の電極）に印加する電位を走査する電位走査手段、２０は燃料電池１８から出力される電流値を測定する電流測定手段、２１はプログラムを実行することにより評価装置全体を制御すると共に触媒性能評価を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算制御手段である。

電位走査手段１９の一方の出力は作用極（評価される電極）であるカソード側の電極（セパレータ１７）に接続され、電位走査手段１９の他方の出力は電流測定手段２０を介して対極であるアノード側の電極（セパレータ１６）に接続される。

また、電位走査手段１９及び電流測定手段２０の出力はそれぞれ演算制御手段２１に接続され、演算制御手段２１から制御信号が電位走査手段１９の制御端子に印加される。

ここで、図３に示す燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置の動作を図４及び図５を用いて説明する。図４は演算制御手段２１の動作を説明するフロー図、図５は電流電圧曲線の一例を示す特性曲線図である。

このとき、アノード側のガス流路１４には水素を供給し、評価対象であるカソード側のガス流路１５には不活性ガスを供給する。

図４中”Ｓ００１”において演算制御手段２１は、電位走査手段１９で測定された作用極の自然電位を取得すると共に図４中”Ｓ００２”において演算制御手段２１は、電位走査手段１９を制御し、２電極式のＣＶ法で電位を走査させ、電流測定手段２０で測定された電流値を順次取得する。

図４中”Ｓ００３”において演算制御手段２１は、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位（既知の指標物質の電流電圧特性）及び、実際に測定された指標物質の酸化電位（実測した指標物質の電流電圧特性）から電圧値の変換式を算出する。

例えば、図５中”ＣＨ４１”及び図５中”ＣＨ４２”は３電極式のＣＶ法及び２電極式のＣＶ法でそれぞれ得られた電流電圧曲線であり、カソード側の触媒拡散層１３に含まれている指標物質の酸化電位は、３電極式及び２電極式の測定方法の違いに起因して”β”及び”β１”と異なる値を示す。

一方、自然電位は、３電極式及び２電極式の測定方法の違いによる影響は殆ど受けることなく、電極と電解質等によって決まる”α”となる。

このため、”α”、”β”及び”β１”を用いることにより、２電極式で測定された電圧値”ｖ”を３電極式で得られる電圧値”Ｖ”に変換する変換式”ｆ（ｖ）”を算出することができ、
Ｖ＝ｆ（ｖ）＝ｆ（α、β、β１）（１）
となる。

そして、図４中”Ｓ００４”において演算制御手段２１は、算出された変換式を用いて２電極式で測定された電圧値”ｖ”を３電極式で得られる電圧値”Ｖ”に順次変換すると共に図４中”Ｓ００５”において演算制御手段２１は、変換式によって変換された電圧値と対応する電流値を用いて電流電圧曲線を生成する。

例えば、図５中”ＣＨ４２”に示す電流電圧曲線は、図５中”ＣＨ４３”に示すように変換され、異なる値を示していた指標物質の酸化電位”β１”が”β２（＝β）”に変換されて、３電極式のＣＶ法で得られた電流電圧曲線と同じになる。

言い換えれば、２電極式で測定された電圧値を算出した変換式で変換することにより、２電極式のＣＶ法で問題であった”作用極に対する正確な電位の走査ができない”と言った点を補償して、電流電圧曲線を正確に求めることができることになる。

最後に、図４中”Ｓ００６”において演算制御手段２１は、得られた電流電圧曲線を用いて作用極（カソード側の電極）の触媒性能の評価を行なう。

この結果、指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池に対して２電極式のＣＶ法を用いて電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を求め、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位、実際に測定された指標物質の酸化電位に基づき算出された変換式を用いて電圧値を変換して電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を補償して触媒性能を評価することにより、燃料電池に参照電極を別途設けることなく正確に触媒性能を評価することが可能になる。

また、図６は本発明に係る燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置に用いられる燃料電池の他の実施例を示す断面図である。図６は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図である。

図６において、２２は電解質膜、２３はアノード側の触媒拡散層、２４，２５，２６及び２７は指標物質を含む４分割されたカソード側の触媒拡散層、２８はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、２９はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、３０はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、３１，３２，３３及び３４はカソード側に形成された導電性を有するセパレータ、３５，３６及び３７は絶縁部材である。

電解質膜２２のアノード側には触媒拡散層２３が形成され、電解質膜２２のカソード側には触媒拡散層２４，２５，２６及び触媒拡散層２７が互いに接することなくそれぞれ形成される。

また、触媒拡散層２３の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２８が形成される。

同様に、触媒拡散層２４，２５，２６及び触媒拡散層２７の上、並びに、触媒拡散層２４，２５，２６及び触媒拡散層２７が形成されていないカソード側の電解質膜２２の上（触媒拡散層２４，２５，２６及び触媒拡散層２７のそれぞれの境界部分）には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２９が形成される。

さらに、ガス流路２８が形成されていない触媒拡散層２３及びガス流路２８の上にはセパレータ３０が形成される。

一方、ガス流路２９が形成されていない触媒拡散層２４及びガス流路２９の上にはセパレータ３１が形成され、ガス流路２９が形成されていない触媒拡散層２５及びガス流路２９の上にはセパレータ３２が形成される。

ガス流路２９が形成されていない触媒拡散層２６及びガス流路２９の上にはセパレータ３３が形成され、ガス流路２９が形成されていない触媒拡散層２７及びガス流路２９の上にはセパレータ３４が形成される。

セパレータ３１及びセパレータ３２の境界部分には絶縁部材３５が、セパレータ３２及びセパレータ３３の境界部分には絶縁部材３６が、セパレータ３３及びセパレータ３４の境界部分には絶縁部材３７がそれぞれ設けられる。

また、図７は本発明に係る燃料電池の評価を行なう評価装置の他の実施例を示す構成ブロック図である。

図７において、３８は図６に示した燃料電池、３９は印加する電位を選択する選択手段、４０は図３に記載された電位走査手段、電流測定手段及び演算制御手段から構成される評価装置である。

評価装置４０の一方の出力は燃料電池のアノード側の電極（セパレータ３０）に接続され、評価装置４０の他方の出力は選択手段３９の入力端子に接続される。選択手段３９の第１、第２、第３及び第４の出力はカソード側の分割された４つの電極（セパレータ３１，３２，３３及び３４）にそれぞれ接続される。

また、図示していないが、選択手段３９の選択動作は評価装置４０を構成する演算制御手段によって制御されるものとする。

ここで、図７に示す燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置の動作を説明する。但し、基本的な動作は図４に示すフロー図と同様であるのでその説明は適宜省略する。

また、このとき、アノード側のガス流路２８には水素を供給し、評価対象であるカソード側のガス流路２９には不活性ガスを供給する。

評価装置４０の演算制御手段（図示せず。）は、選択手段３９を制御して、カソード側の分割された４つの電極（セパレータ３１，３２，３３及び３４）のうち一つを選択し、選択した電極に対して２電極式のＣＶ法を用いて電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を求める。

そして、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位、実際に測定された指標物質の酸化電位に基づき算出された変換式を用いて電圧値を変換して電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を補償する。

同様に、評価装置４０の演算制御手段（図示せず。）は、選択手段３９を制御して、カソード側の分割された４つの電極（セパレータ３１，３２，３３及び３４）のうち選択されていない電極を順次選択して、電極毎に変換式で補償された電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を得る。

この結果、４つに分割されたカソード側の電極を適宜選択して補償された電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）を得ることにより、電極毎に正確な電流電圧曲線（サイクリックボルタモグラム）が得られるので、分割された電極毎に触媒性能を評価することが可能になる。

なお、図１等における説明に際しては、カソード側の電極を作用極として、当該作用極の触媒性能の評価を行なっているが、勿論、アノード側の電極を作用極として、当該作用極の触媒性能の評価を行なっても構わない。

但し、この場合には、指標物質をアノード側の触媒拡散層に含ませると共に、アノード側のガス流路１４には不活性ガスを供給し、評価対象であるカソード側のガス流路１５には水素を供給する。

また、図１等の説明に際しては、電位走査手段によりアノード側の電極を基準電位としてカソード側の電極に印加する電位を走査して電流測定手段で電流値を測定することにより電流電圧曲線を求めているが、電流走査手段により電極に印加する電流を走査して電圧測定手段で電圧値を測定することにより電流電圧曲線を求めても構わない。

また、図１等の説明に際しては、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位及び、実際に測定された指標物質の酸化電位に基づき変換式を算出しているが、測定された自然電位、予め設定されている指標物質の還元電位、実際に測定された指標物質の還元電位に基づき変換式を算出してしても構わない。また、酸化電位と還元電位とを組み合わせたものであっても構わない。

また、図１等の説明に際しては、１種類の指標物質を用いているが、複数の指標物質を用いても構わない。

また、図１等の説明に際しては、電気化学測定法としてＣＶ法を用いた触媒性能の評価を例示しているが、リニアスイープボルタンメトリー、階段波ボルタンメトリー、クロノクーロメトリー、ノーマルパルスボルタンメトリー、微分パルスボルタンメトリー、クロノポテンショメトリー、シングルパルス法、クロノアンペロメトリー、微分パルスアンペロメトリー、その他電気化学測定法の何れを用いても構わない。

また、図１等の説明に際しては、触媒拡散層に含ませる指標物質としては、”−０．２Ｖ”〜”１．５Ｖ”の標準電極電位を有する物質であることが望ましい。

また、指標物質の具体例としては、銀、銅、水銀、鉄、錫、金、アルミニウム、砒素、炭素、カドミウム、セリウム、コバルト、マンガン、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、イオウ、シリコン、テルル、ウラン、タングステン、ビスマス、臭素、ホウ素、及び、これらの窒化物、酸化物、炭化物、ほう化物、けい化物、酸窒化物、若しくは、その他の金属化合物、非金属化合物の何れであっても構わない。

また、図６に示す燃料電池ではカソード側の電極を４分割した例を示しているが、勿論、分割数は任意の数で構わないし、カソード側のみならず、アノード側の電極を任意の数で分割しても構わない。

本発明に係る燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置に用いられる燃料電池の一実施例を示す断面図である。本発明に係る燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置に用いられる燃料電池の一実施例を示す断面図である。本発明に係る燃料電池の評価を行なう評価装置の一実施例を示す構成ブロック図である。演算制御手段の動作を説明するフロー図である。電流電圧曲線の一例を示す特性曲線図である。本発明に係る燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置に用いられる燃料電池の他の実施例を示す断面図である。本発明に係る燃料電池の評価を行なう評価装置の他の実施例を示す構成ブロック図である。従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。具体的な従来の燃料電池の一例を示す断面図である。具体的な従来の燃料電池の一例を示す断面図である。ＣＶ法を用いて得られた電流電圧曲線の一例を示す特性曲線図である。

符号の説明

１，４，１１，２２電解質膜
２，３，５，６，１２，１３，２３，２４，２５，２６，２７触媒拡散層
７，８，１４，１５，２８，２９ガス流路
９，１０，１６，１７，３０，３１，３２，３３，３４セパレータ
１８，３８燃料電池
１９電位走査手段
２０電流測定手段
２１演算制御手段
３５，３６，３７絶縁部材
３９選択手段
４０評価装置

Claims

水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法であって、
評価される電極の自然電位を測定し、
指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池に対して２電極式の電気化学測定方法を用いて電流電圧曲線を求め、
測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、
算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、
この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なう
ことを特徴とする触媒性能評価方法。
前記電気化学測定方法が、
アノード側若しくはカソード側の電極を基準電位としてカソード側若しくはアノード側の電極に印加する電位を走査して前記電流電圧曲線を求めることを特徴とする
請求項１記載の触媒性能評価方法。
前記電気化学測定方法が、
電流を走査して前記電流電圧曲線を求めることを特徴とする
請求項１記載の触媒性能評価方法。
測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位若しくは還元電位、実際に測定された指標物質の酸化電位若しくは還元電位に基づき変換式を算出することを特徴とする
請求項１記載の触媒性能評価方法。
燃料電池の前記評価される電極を複数に分割し、分割された電極毎に前記補償された電流電圧曲線を求めて分割された電極毎に触媒性能の評価を行なうことを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の触媒性能評価方法。
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置において、
指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池の電圧値を測定すると共にアノード側若しくはカソード側の電極を基準電位としてカソード側若しくはアノード側の電極に印加する電位を走査する電位走査手段と、
前記燃料電池の電流値を測定する電流測定手段と、
評価される電極の自然電位を取得し、前記電流値及び前記電圧値を取得して電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なう演算制御手段と
を備えたことを特徴とする評価装置。
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池の触媒性能評価方法を用いた評価装置において、
指標物質を含む触媒拡散層を有する燃料電池の電極に印加する電流を走査する電流走査手段と、
前記燃料電池の電圧値を測定する電圧測定手段と、
評価される電極の自然電位を取得し、前記電流値及び前記電圧値を取得して電流電圧曲線を求め、測定された自然電位、予め設定されている前記指標物質の電流電圧特性、実際に測定された前記指標物質の電流電圧特性に基づき変換式を算出し、算出された前記変換式を用いて電圧値を変換して前記電流電圧曲線を補償し、この補償された電流電圧曲線を用いて前記評価される電極の触媒性能の評価を行なう演算制御手段と
を備えたことを特徴とする評価装置。
前記演算制御手段が、
測定された自然電位、予め設定されている指標物質の酸化電位若しくは還元電位、実際に測定された指標物質の酸化電位若しくは還元電位に基づき変換式を算出することを特徴とする
請求項６若しくは請求項７記載の評価装置。
前記演算制御手段が、
電極が複数に分割された燃料電池の電極毎に前記補償された電流電圧曲線を求めて分割された電極毎に触媒性能の評価を行なうことを特徴とする
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の評価装置。