JP2009301745A - Fuel cell and fuel cell system - Google Patents

Fuel cell and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2009301745A
JP2009301745A JP2008151903A JP2008151903A JP2009301745A JP 2009301745 A JP2009301745 A JP 2009301745A JP 2008151903 A JP2008151903 A JP 2008151903A JP 2008151903 A JP2008151903 A JP 2008151903A JP 2009301745 A JP2009301745 A JP 2009301745A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
electrode catalyst
electrolyte membrane
catalyst layer
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008151903A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michihito Tanaka
道仁 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008151903A priority Critical patent/JP2009301745A/en
Publication of JP2009301745A publication Critical patent/JP2009301745A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of inhibiting performance deterioration of a fuel cell due to configuration changes of an electrode catalyst and a fuel cell system using the same. <P>SOLUTION: In a fuel cell 10 generating power by receiving a fuel gas supply at an anode of an MEA 12 and an oxidant gas supply at a cathode, the MEA 12 includes an electrolyte membrane 14 having protonic conductivity and a plurality of electrode catalyst layers 16 laminated to face a power generating face in the electrolyte membrane 14. Each of the electrode catalyst layer is composed in free input/output in a direction of lamination surface respectively. As a system using such fuel cell 10, it is preferable that the electrode catalyst layer 161 contacting with the electrolyte membrane 14 and the electrode catalyst layers 162, 163 not contacting directly with the electrolyte membrane 14 are exchanged in case power generating performance of the fuel cell 10 is deteriorated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池または燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の内部構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell or a fuel cell system, and more particularly to an internal structure of a fuel cell.

燃料電池は、複数枚の燃料電池セル(以下、「単位電池」と称する)が複数積層された燃料電池スタックとして使用される。単位電池自体も平面状の部材の積層体であり、電解質膜を電極触媒層で挟んで構成された膜電極接合体(MEA;Membrane Electrode Assembly)を有し、該MEAをその両側からセパレータで挟むことで構成されている。   The fuel cell is used as a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells (hereinafter referred to as “unit cells”) are stacked. The unit cell itself is also a laminate of planar members, and has a membrane electrode assembly (MEA) composed of an electrolyte membrane sandwiched between electrode catalyst layers, and the MEA is sandwiched between separators from both sides. It is composed of that.

このような燃料電池において、MEAが長時間高電位環境に晒されると、電極触媒層に含まれる触媒粒子が溶解・溶出するおそれがある。特に、カソード側の電極触媒層については、触媒粒子の溶解・溶出が顕著に発生し、該MEAの性能低下の原因となっている。   In such a fuel cell, when the MEA is exposed to a high potential environment for a long time, the catalyst particles contained in the electrode catalyst layer may be dissolved and eluted. In particular, in the cathode-side electrode catalyst layer, the catalyst particles are significantly dissolved and eluted, causing the performance of the MEA to deteriorate.

そこで、従来、例えば、特開2006−79917号公報には、長期にわたって所望の発電性能を維持することのできるMEAが提案されている。より具体的には、このMEAは、カソード側の電極触媒層を2層以上で構成し、電解質膜側の電極触媒層を構成する電極触媒の粒子径が、ガス拡散層側のそれよりも大きくなるように構成されている。粒子径が比較的大きい触媒粒子は溶出速度が遅い。上記従来のMEAによれば、触媒粒子が溶解し易い電解質膜側に、粒子径が大きい触媒粒子が配置されるので、MEAの耐久性を向上させることができる。   Therefore, conventionally, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-79917 proposes an MEA that can maintain desired power generation performance over a long period of time. More specifically, in this MEA, the electrode catalyst layer on the cathode side is composed of two or more layers, and the particle diameter of the electrode catalyst constituting the electrode catalyst layer on the electrolyte membrane side is larger than that on the gas diffusion layer side. It is comprised so that it may become. Catalyst particles having a relatively large particle diameter have a slow elution rate. According to the conventional MEA, since the catalyst particles having a large particle diameter are arranged on the electrolyte membrane side where the catalyst particles are easily dissolved, the durability of the MEA can be improved.

特開2006−79917号公報JP 2006-79917 A 特開2007−305427号公報JP 2007-305427 A 特開2006−236631号公報JP 2006-236631 A 特開2005−353494号公報JP 2005-353494 A

電極触媒層における電解質膜近傍の領域は、発電反応が活発に行われる。このため、かかる領域においては、上記従来の技術のような対策を講じていても、徐々にカーボンの腐食や触媒粒子の溶出が起きてしまう。このため、このような電極触媒の形態変化が進行するにつれて、燃料電池の出力が徐々に低下してしまう。   In the region near the electrolyte membrane in the electrode catalyst layer, the power generation reaction is actively performed. For this reason, in such a region, even if measures are taken as in the prior art, carbon corrosion and elution of catalyst particles occur gradually. For this reason, the output of the fuel cell gradually decreases as the shape of the electrode catalyst progresses.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電極触媒の形態変化による燃料電池の性能低下を抑制することのできる燃料電池、およびこれを用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell capable of suppressing a decrease in fuel cell performance due to a change in the shape of an electrode catalyst, and a fuel cell system using the fuel cell. For the purpose.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
膜電極接合体のアノードに燃料ガスの供給を受け、カソードに酸化剤ガスの供給を受けることにより、発電を行う燃料電池において、
前記膜電極接合体は、
プロトン伝導性を有する電解質膜層と、
前記電解質膜層における発電面に対向して積層された複数の電極触媒層と、を含み、
前記複数の電極触媒層は、それぞれ積層面方向に出し入れするための構造を有していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell,
In a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly and supply of oxidant gas to the cathode,
The membrane electrode assembly is
An electrolyte membrane layer having proton conductivity;
A plurality of electrode catalyst layers laminated to face the power generation surface in the electrolyte membrane layer,
Each of the plurality of electrode catalyst layers has a structure for taking in and out in the direction of the laminated surface.

第2の発明は、第1の発明において、
前記燃料電池は、前記膜電極接合体を積層方向に押圧する押圧機構を含むことを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The fuel cell includes a pressing mechanism that presses the membrane electrode assembly in the stacking direction.

第3の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
膜電極接合体のアノードに燃料ガスの供給を受け、カソードに酸化剤ガスの供給を受けることにより、発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、
前記膜電極接合体は、
プロトン伝導性を有する電解質膜層と、
前記電解質膜層における発電面に対向して積層された複数の電極触媒層と、を含み、
前記複数の電極触媒層は、それぞれ積層面方向に出し入れするための構造を有しており、
前記燃料電池の発電性能の低下を判定する判定手段と、
前記発電性能の低下が判定された場合に、前記電解質膜層と接している前記電極触媒層と前記電解質膜層に直接接していない前記電極触媒層との入れ替えを行う入れ替え手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a third invention is a fuel cell system,
In a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly and supply of oxidant gas to the cathode,
The membrane electrode assembly is
An electrolyte membrane layer having proton conductivity;
A plurality of electrode catalyst layers laminated to face the power generation surface in the electrolyte membrane layer,
Each of the plurality of electrode catalyst layers has a structure for taking in and out in the direction of the laminated surface,
Determining means for determining a decrease in power generation performance of the fuel cell;
When it is determined that the power generation performance is lowered, an exchange means for replacing the electrode catalyst layer in contact with the electrolyte membrane layer and the electrode catalyst layer not in direct contact with the electrolyte membrane layer;
It is characterized by providing.

第4の発明は、第3の発明において、
前記判定手段は、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段を備え、前記出力が基準量以上低下した場合に、前記燃料電池の発電性能の低下を判定することを特徴とする。
According to a fourth invention, in the third invention,
The determination means includes output detection means for detecting the output of the fuel cell, and determines a decrease in power generation performance of the fuel cell when the output is reduced by a reference amount or more.

第1の発明の膜電極接合体は、複数の電極触媒層が積層されて構成されている。そして、これらの電極触媒層を積層面方向に出し入れするための構造を有している。電解質膜層の近傍の電極触媒層は、発電反応が活発に行われる領域であるため、触媒の形態変化が起こりやすい。本発明によれば、形態変化が起こり易い電極触媒層のみを簡易に交換することができるので、メンテナンス性を向上させることができる。また、形態変化した電極触媒を交換することで、燃料電池の性能が低下する事態を効果的に抑制することができる。   The membrane electrode assembly of the first invention is configured by laminating a plurality of electrode catalyst layers. And it has the structure for taking in and out these electrode catalyst layers in the lamination surface direction. Since the electrode catalyst layer in the vicinity of the electrolyte membrane layer is a region where the power generation reaction is actively performed, the catalyst shape is likely to change. According to the present invention, it is possible to easily replace only the electrode catalyst layer that easily undergoes a change in form, so that the maintainability can be improved. Moreover, the situation where the performance of a fuel cell falls can be suppressed effectively by replacing | exchanging the electrode catalyst which changed the form.

第2の発明の燃料電池は、膜電極接合体を積層方向に押圧する押圧機構を有している。このため、本発明によれば、積層された複数の電極触媒層間の接触抵抗を効果的に低減することができる。   The fuel cell of the second invention has a pressing mechanism for pressing the membrane electrode assembly in the stacking direction. For this reason, according to this invention, the contact resistance between the several electrode catalyst layers laminated | stacked can be reduced effectively.

第3の発明によれば、膜電極接合体を構成する複数の電極触媒層をそれぞれ出し入れするための構造を有し、燃料電池の発電性能が低下した場合に、電解質膜層に接している電極触媒層と、直接接していない電極触媒層との配置が入れ替えられる。電解質膜層の近傍の電極触媒層は、発電反応が活発に行われる領域であるため、触媒の形態変化が起こりやすい。本発明によれば、電解質膜層近傍の形態変化した電極触媒と形態変化していない電極触媒とを入れ替えることができるので、燃料電池の出力低下を効果的に抑制することができる。   According to the third aspect of the present invention, the electrode is in contact with the electrolyte membrane layer when the plurality of electrode catalyst layers constituting the membrane electrode assembly are respectively taken in and out, and the power generation performance of the fuel cell is lowered. The arrangement of the catalyst layer and the electrode catalyst layer that is not in direct contact is exchanged. Since the electrode catalyst layer in the vicinity of the electrolyte membrane layer is a region where the power generation reaction is actively performed, the catalyst shape is likely to change. According to the present invention, since the electrode catalyst whose shape has changed in the vicinity of the electrolyte membrane layer and the electrode catalyst whose shape has not changed can be exchanged, it is possible to effectively suppress the output decrease of the fuel cell.

燃料電池の発電性能が低下すると、該燃料電池の出力が低下する。このため、第4の発明によれば、燃料電池の出力が規定量以上低下したか否かを判定することにより、燃料電池の発電性能の低下を高精度に判定することができる。   When the power generation performance of the fuel cell decreases, the output of the fuel cell decreases. For this reason, according to the fourth invention, it is possible to determine with high accuracy a decrease in the power generation performance of the fuel cell by determining whether or not the output of the fuel cell has decreased by a specified amount or more.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本実施の形態1における燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。燃料電池10は、発電反応により発生した電力をモータ等の負荷装置に供給する燃料電池システムとして使用される。燃料電池10は、膜電極接合体(MEA)12を有している、MEA12は、電解質膜14、カソード側の電極触媒層16、およびアノード側の電極触媒層18によって構成されている。電極触媒層16は、より具体的には、3層の電極触媒層161,162,163が積層された構造を有している。各電極触媒層161,162,163は、積層面方向に出し入れ自在なカートリッジ形状に構成されており、アクチュエータ32を用いてこれらを出し入れ可能な仕組みになっている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fuel cell in the first embodiment. The fuel cell 10 is used as a fuel cell system that supplies electric power generated by a power generation reaction to a load device such as a motor. The fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly (MEA) 12, and the MEA 12 includes an electrolyte membrane 14, a cathode side electrode catalyst layer 16, and an anode side electrode catalyst layer 18. More specifically, the electrode catalyst layer 16 has a structure in which three electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are laminated. Each of the electrode catalyst layers 161, 162, and 163 is configured in a cartridge shape that can be taken in and out in the direction of the laminated surface, and has a mechanism in which these can be taken in and out using the actuator 32.

電極触媒層16,18の外側には、ガス拡散層20,22、ガス流路24,26、およびセパレータ28,30が、それぞれ積層されている。燃料電池10は、アノードに燃料ガス(例えば、水素ガス)の供給を受け、カソードに酸化剤ガス(空気)の供給を受けて発電する。尚、本実施の形態1において、燃料ガスの供給/排気系の構成、および空気の供給/排気系の構成に限定はないので、それらについての説明は省略する。   Gas diffusion layers 20 and 22, gas flow paths 24 and 26, and separators 28 and 30 are laminated on the outside of the electrode catalyst layers 16 and 18, respectively. The fuel cell 10 generates power by receiving supply of fuel gas (for example, hydrogen gas) at the anode and supply of oxidant gas (air) at the cathode. In the first embodiment, the configuration of the fuel gas supply / exhaust system and the configuration of the air supply / exhaust system are not limited, and a description thereof will be omitted.

[実施の形態1の特徴]
カソード側の電極触媒層16は、高電位(1V程度)に晒される環境にある。このため、かかる環境下においては、触媒粒子が溶解してイオン化してしまうおそれがある。特に、電極触媒層16における電解質膜14の近傍の領域で触媒の溶解が起きると、金属イオン濃度が低い電解質膜16内に拡散して、該電解質膜16内で析出してしまうおそれがある。また、溶解した触媒が電極触媒層16内で再析出すると、触媒粒径が成長して、発電反応を行うことができる触媒の表面積が減少してしまうおそれがある。このように、電極触媒層16が電解質膜14の近傍で溶解することにより、該電極触媒層16の形態変化が顕著に現れる。このため、このような電極触媒層16の形態変化が進行すると、燃料電池10の発電性能が低下してしまうおそれがある。
[Features of Embodiment 1]
The cathode-side electrode catalyst layer 16 is in an environment exposed to a high potential (about 1 V). For this reason, in such an environment, the catalyst particles may be dissolved and ionized. In particular, when the catalyst is dissolved in the electrode catalyst layer 16 in the vicinity of the electrolyte membrane 14, it may diffuse into the electrolyte membrane 16 having a low metal ion concentration and be deposited in the electrolyte membrane 16. Further, when the dissolved catalyst is reprecipitated in the electrode catalyst layer 16, the catalyst particle size grows and the surface area of the catalyst capable of performing the power generation reaction may be reduced. As described above, when the electrode catalyst layer 16 is dissolved in the vicinity of the electrolyte membrane 14, the shape change of the electrode catalyst layer 16 appears remarkably. For this reason, when such a change in the shape of the electrode catalyst layer 16 proceeds, the power generation performance of the fuel cell 10 may deteriorate.

そこで、本実施の形態1の燃料電池10は、電極触媒層16を出し入れ自在なカートリッジ形状としている。より具体的には、電極触媒層161,162,163がそれぞれMEA12から積層面方向に出し入れ自在に構成されている。そして、これらの電極触媒層161,162,163の出し入れは、アクチュエータ32を駆動することにより行われる。電極触媒層16は、電解質膜14近傍の領域、すなわち、電極触媒層161の形態が最も変化する。このため、アクチュエータ32を駆動して、例えば、電極触媒層161と電極触媒層162または162とを入れ替えることとすれば、燃料電池10の発電性能が低下する事態を効果的に抑制することができる。   Therefore, the fuel cell 10 according to the first embodiment has a cartridge shape in which the electrode catalyst layer 16 can be taken in and out. More specifically, the electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are configured to be able to be inserted into and removed from the MEA 12 in the direction of the stacking surface. The electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are put in and out by driving the actuator 32. In the electrode catalyst layer 16, the region in the vicinity of the electrolyte membrane 14, that is, the form of the electrode catalyst layer 161 changes most. For this reason, if the actuator 32 is driven and, for example, the electrode catalyst layer 161 and the electrode catalyst layer 162 or 162 are replaced, a situation in which the power generation performance of the fuel cell 10 is reduced can be effectively suppressed. .

図2は、図1に示す燃料電池10の一部を示す斜視図である。電極触媒層16の入れ替えは、例えば、この図に示す方法によって、アクチュエータ32を駆動することにより行われる。この図に示すとおり、先ず、カソード側のセパレータ28に設けられているカバー281が開かれる(図中(1))。次いで、セパレータ28、および電極触媒層162,163が、積層方向に上昇される(図中(2))。次いで、電極触媒層161が一旦引き出されて、セパレータ28と電極触媒層163との間に挿入される。(図中(3))。そして、セパレータ28、および電極触媒層162,163が、積層方向に下降して、再び積層方向に押圧される(図中(4))。   FIG. 2 is a perspective view showing a part of the fuel cell 10 shown in FIG. The replacement of the electrode catalyst layer 16 is performed, for example, by driving the actuator 32 by the method shown in this figure. As shown in this figure, first, the cover 281 provided on the cathode-side separator 28 is opened ((1) in the figure). Next, the separator 28 and the electrode catalyst layers 162 and 163 are raised in the stacking direction ((2) in the figure). Next, the electrode catalyst layer 161 is once pulled out and inserted between the separator 28 and the electrode catalyst layer 163. ((3) in the figure). Then, the separator 28 and the electrode catalyst layers 162 and 163 descend in the stacking direction and are pressed again in the stacking direction ((4) in the figure).

以上説明したとおり、本実施の形態1の燃料電池10によれば、アクチュエータ32を駆動することにより、電解質膜14側の電極触媒層161と、ガス拡散層20側の電極触媒層162,163とを入れ替えることができる。これにより、触媒の形態変化が進行し易い電極触媒層161と形態変化の進行し難い他の電極触媒層162,163とを入れ替えることができるので、燃料電池10の発電性能が低下する事態を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the fuel cell 10 of the first embodiment, by driving the actuator 32, the electrode catalyst layer 161 on the electrolyte membrane 14 side, the electrode catalyst layers 162 and 163 on the gas diffusion layer 20 side, and Can be replaced. As a result, the electrode catalyst layer 161 in which the catalyst shape change is likely to proceed and the other electrode catalyst layers 162 and 163 in which the shape change is less likely to be exchanged can be exchanged, which effectively reduces the power generation performance of the fuel cell 10. Can be suppressed.

また、本実施の形態1の燃料電池10によれば、積層された複数の電極触媒層161,162,163を相互に入れ替えることとしているので、電極触媒層16全体を交換する場合に比して、触媒の使用効率を向上させることができる。   Further, according to the fuel cell 10 of the first embodiment, since the plurality of stacked electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are interchanged with each other, compared to the case where the entire electrode catalyst layer 16 is replaced. The use efficiency of the catalyst can be improved.

また、本実施の形態1の燃料電池10によれば、アクチュエータ32の作用により、MEA14が積層方向に確実に押圧されている。このため、複数の電極触媒層161,162,163を積層した構成において、積層界面で接触抵抗が増大する事態を効果的に抑制することができる。   Further, according to the fuel cell 10 of the first embodiment, the MEA 14 is reliably pressed in the stacking direction by the action of the actuator 32. For this reason, in the structure which laminated | stacked the several electrode catalyst layer 161,162,163, the situation where contact resistance increases at a lamination | stacking interface can be suppressed effectively.

ところで、上述した実施の形態1においては、3枚の電極触媒層161,162,163を、それぞれ出し入れ可能な構造で積層することとしているが、積層する電極触媒層の枚数はこれに限られない。すなわち、複数の電極触媒層を積層して、これらをそれぞれ出し入れ可能であれば、特に枚数に限定はない。   By the way, in the first embodiment described above, the three electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are laminated in a structure that can be taken in and out, but the number of electrode catalyst layers to be laminated is not limited to this. . That is, the number of electrode catalyst layers is not particularly limited as long as a plurality of electrode catalyst layers are stacked and each of them can be taken in and out.

また、上述した実施の形態1においては、アクチュエータ32によって電極触媒層161,162,163の配置を入れ替えることとしているが、これらの入れ替えに使用される機構はこれに限られない。すなわち、積層された複数の電極触媒層161,162,163を入れ替えできるのであれば、他の公知の機構を用いて行うこととしてもよい。   In Embodiment 1 described above, the arrangement of the electrode catalyst layers 161, 162, and 163 is replaced by the actuator 32, but the mechanism used for the replacement is not limited to this. That is, as long as the plurality of stacked electrode catalyst layers 161, 162, and 163 can be replaced, other known mechanisms may be used.

また、上述した実施の形態1においては、単一のMEA14からなる燃料電池10において、本発明を適用することとしているが、MEA14を複数積層したスタック状の燃料電池において、本発明を適用することとしてもよい。   Further, in the first embodiment described above, the present invention is applied to the fuel cell 10 composed of a single MEA 14, but the present invention is applied to a stacked fuel cell in which a plurality of MEAs 14 are stacked. It is good.

また、上述した実施の形態1においては、カソード側の電極触媒層16において、本発明を適用することとしているが、アノード側の電極触媒層18に本発明を適用することとしてもよい。   In the first embodiment described above, the present invention is applied to the electrode catalyst layer 16 on the cathode side, but the present invention may be applied to the electrode catalyst layer 18 on the anode side.

また、上述した実施の形態1においては、アクチュエータ32によって、MEA14を積層方向に押圧することとしているが、MEA14を押圧する方法はこれに限らず、他の公知の機構を用いて行うこととしてもよい。   In the first embodiment described above, the MEA 14 is pressed in the stacking direction by the actuator 32. However, the method of pressing the MEA 14 is not limited to this, and other known mechanisms may be used. Good.

尚、上述した実施の形態1においては、電解質膜14が前記第1の発明における「電解質膜層」に相当している。   In the first embodiment described above, the electrolyte membrane 14 corresponds to the “electrolyte membrane layer” in the first invention.

また、上述した実施の形態1においては、アクチュエータ32が前記第2の発明における「押圧機構」に相当している。   In the first embodiment described above, the actuator 32 corresponds to the “pressing mechanism” in the second invention.

実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示す燃料電池10を用いて、システムに後述する図3に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system of the present embodiment can be realized by using the fuel cell 10 shown in FIG. 1 and causing the system to execute a routine shown in FIG. 3 described later.

上述した実施の形態1における燃料電池10では、カソード側の電極触媒層16が、複数の電極触媒層161,162,163を積層することにより構成されている。そして、これらの積層された電極触媒層161,162,163の配置を入れ替えることにより、燃料電池10の出力低下を抑制できるものである。   In the fuel cell 10 according to Embodiment 1 described above, the cathode-side electrode catalyst layer 16 is configured by laminating a plurality of electrode catalyst layers 161, 162, and 163. And the fall of the output of the fuel cell 10 can be suppressed by changing arrangement | positioning of these electrode catalyst layers 161,162,163 laminated | stacked.

ここで、実施の形態1において上述したとおり、カソード側の電極触媒層16の形態が変化すると、燃料電池10の発電性能が低下する。そこで、本実施の形態2では、燃料電池10の出力低下が認められた場合に、電極触媒層16の配置を入れ替えることとする。より具体的には、燃料電池10の出力Pを検出し、当該検出された出力Pが、正常時の出力P0よりも所定の閾値以上の減少している場合に、電極触媒層16の配置を入れ替えることとする。これにより、燃料電池10の出力低下を効果的に抑制することができる。   Here, as described above in the first embodiment, when the form of the electrode catalyst layer 16 on the cathode side changes, the power generation performance of the fuel cell 10 decreases. Therefore, in the second embodiment, when the output reduction of the fuel cell 10 is recognized, the arrangement of the electrode catalyst layer 16 is replaced. More specifically, the output P of the fuel cell 10 is detected, and the electrode catalyst layer 16 is arranged when the detected output P is reduced by a predetermined threshold or more than the normal output P0. I will replace it. Thereby, the output fall of the fuel cell 10 can be suppressed effectively.

[実施の形態2における具体的処理]
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、システムが、電極触媒層16を入れ替えるために実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 3, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart of a routine executed by the system to replace the electrode catalyst layer 16.

図3に示すルーチンでは、先ず、燃料電池10の出力Pが取得される(ステップ100)。ここでは、具体的には、燃料電池10に接続された各種センサの検出信号に基づいて取得される。次に、出力低下量ΔPが演算される(ステップ102)。ここでは、具体的には、出力初期値P0と上記ステップ100において取得された出力Pとの偏差が、出力低下量ΔPとして演算される。出力初期値P0は、後述するステップ108において更新された値が使用される。   In the routine shown in FIG. 3, first, the output P of the fuel cell 10 is acquired (step 100). Here, specifically, it is acquired based on detection signals of various sensors connected to the fuel cell 10. Next, an output decrease amount ΔP is calculated (step 102). Specifically, the deviation between the output initial value P0 and the output P acquired in step 100 is calculated as the output decrease amount ΔP. As the output initial value P0, the value updated in step 108 described later is used.

次に、出力低下量ΔPが所定の閾値L以上か否かが判定される(ステップ104)。閾値Lは、燃料電池10の出力低下を判定するための閾値として、予め設定された値が使用される。その結果、出力低下量ΔP≧閾値Lの成立が認められない場合には、燃料電池10の出力低下量が許容範囲内であると判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。   Next, it is determined whether or not the output decrease amount ΔP is equal to or greater than a predetermined threshold L (step 104). As the threshold value L, a preset value is used as a threshold value for determining the output decrease of the fuel cell 10. As a result, if the output decrease amount ΔP ≧ threshold value L is not established, it is determined that the output decrease amount of the fuel cell 10 is within the allowable range, and this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ104において、出力低下量ΔP≧閾値Lの成立が認められた場合には、燃料電池10の出力が許容範囲を超えて低下していると判断されて、次のステップに移行し、電極触媒層16の入れ替え制御が実行される(ステップ106)。ここでは、具体的には、アクチュエータ32が駆動されて、電解質膜14と接触している電極触媒層161とガス拡散層20側の電極触媒層162,163とが入れ替えられる。   On the other hand, if it is determined in step 104 that the output decrease amount ΔP ≧ threshold value L is established, it is determined that the output of the fuel cell 10 has decreased beyond the allowable range, and the process proceeds to the next step. Then, replacement control of the electrode catalyst layer 16 is executed (step 106). Here, specifically, the actuator 32 is driven, and the electrode catalyst layer 161 in contact with the electrolyte membrane 14 and the electrode catalyst layers 162 and 163 on the gas diffusion layer 20 side are exchanged.

次に、燃料電池10の出力初期値P0が更新される。ここでは、具体的には、電極触媒層16の入れ替えが行われた直後の燃料電池10の出力Pが、出力初期値P0として更新される。   Next, the output initial value P0 of the fuel cell 10 is updated. Specifically, the output P of the fuel cell 10 immediately after the replacement of the electrode catalyst layer 16 is updated as the output initial value P0.

以上説明したとおり、本実施の形態2によれば、燃料電池10の出力Pが出力初期値P0から所定の閾値L以上に低下した場合に、電極触媒層16の入れ替え制御が実行される。電極触媒層16は、電解質膜14の近傍の領域、すなわち、電極触媒層161の形態が最も変化する。このため、該電極触媒層161をガス拡散層20側の電極触媒層162,163と入れ替えることで、発電性能に影響を与える電極領域の形態変化を効果的に回復させることができる。   As described above, according to the second embodiment, when the output P of the fuel cell 10 decreases from the output initial value P0 to a predetermined threshold L or more, the replacement control of the electrode catalyst layer 16 is executed. In the electrode catalyst layer 16, the region in the vicinity of the electrolyte membrane 14, that is, the form of the electrode catalyst layer 161 changes most. For this reason, by replacing the electrode catalyst layer 161 with the electrode catalyst layers 162 and 163 on the gas diffusion layer 20 side, it is possible to effectively recover the shape change of the electrode region that affects the power generation performance.

ところで、上述した実施の形態2においては、3枚の電極触媒層161,162,163を、それぞれ出し入れ可能な構造で積層することとしているが、積層する電極触媒層の枚数はこれに限られない。すなわち、複数の電極触媒層を積層して、これらをそれぞれ出し入れ可能であれば、特に枚数に限定はない。   By the way, in Embodiment 2 mentioned above, it is supposed that the three electrode catalyst layers 161, 162, and 163 are laminated in a structure that can be taken in and out, but the number of electrode catalyst layers to be laminated is not limited to this. . That is, the number of electrode catalyst layers is not particularly limited as long as a plurality of electrode catalyst layers are stacked and each of them can be taken in and out.

また、上述した実施の形態2においては、アクチュエータ32によって電極触媒層161,162,163の配置を入れ替えることとしているが、これらの入れ替えに使用される機構はこれに限られない。すなわち、積層された複数の電極触媒層161,162,163を入れ替えできるのであれば、他の公知の機構を用いて行うこととしてもよい。   In the second embodiment described above, the arrangement of the electrode catalyst layers 161, 162, and 163 is replaced by the actuator 32, but the mechanism used for the replacement is not limited to this. That is, as long as the plurality of stacked electrode catalyst layers 161, 162, and 163 can be replaced, other known mechanisms may be used.

また、上述した実施の形態2においては、単一のMEA14からなる燃料電池10において、本発明を適用することとしているが、MEA14を複数積層したスタック状の燃料電池において、本発明を適用することとしてもよい。   In the second embodiment described above, the present invention is applied to the fuel cell 10 composed of a single MEA 14, but the present invention is applied to a stacked fuel cell in which a plurality of MEAs 14 are stacked. It is good.

また、上述した実施の形態2においては、カソード側の電極触媒層16において、本発明を適用することとしているが、アノード側の電極触媒層18に本発明を適用することとしてもよい。   In the second embodiment described above, the present invention is applied to the electrode catalyst layer 16 on the cathode side. However, the present invention may be applied to the electrode catalyst layer 18 on the anode side.

また、上述した実施の形態2においては、アクチュエータ32によって、MEA14を積層方向に押圧することとしているが、MEA14を押圧する方法はこれに限らず、他の公知の機構を用いて行うこととしてもよい。   In Embodiment 2 described above, the MEA 14 is pressed in the stacking direction by the actuator 32. However, the method of pressing the MEA 14 is not limited to this, and other known mechanisms may be used. Good.

また、上述した実施の形態2においては、燃料電池10の出力Pに基づいて、電極触媒層16の形態変化の状態を判定することとしているが、電極触媒層16の形態変化を判定する方法はこれに限られない。すなわち、燃料電池10の発電性能と相関を有する値であれば、例えば、電圧値、電流値、或いはインピーダンス等の変化に基づいて判断することとしてもよい。   In Embodiment 2 described above, the state of the shape change of the electrode catalyst layer 16 is determined based on the output P of the fuel cell 10, but the method of determining the shape change of the electrode catalyst layer 16 is as follows. It is not limited to this. That is, any value having a correlation with the power generation performance of the fuel cell 10 may be determined based on, for example, a change in voltage value, current value, impedance, or the like.

尚、上述した実施の形態2においては、電解質膜14が前記第1の発明における「電解質膜層」に相当している。   In the second embodiment described above, the electrolyte membrane 14 corresponds to the “electrolyte membrane layer” in the first invention.

また、上述した実施の形態2においては、アクチュエータ32が前記第2の発明における「押圧機構」に相当している。   In the second embodiment described above, the actuator 32 corresponds to the “pressing mechanism” in the second aspect of the invention.

また、上述した実施の形態2においては、電解質膜14が前記第3の発明における「電解質膜層」に相当しているとともに、システムが、上記ステップ104の処理を実行することにより、前記第3の発明における「判定手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第3の発明における「入れ替え手段」が、それぞれ実現されている。   In the second embodiment described above, the electrolyte membrane 14 corresponds to the “electrolyte membrane layer” in the third aspect of the invention, and the system executes the processing of step 104 described above, whereby the third The “determination means” in the present invention executes the processing of step 106, thereby realizing the “replacement means” in the third invention.

また、上述した実施の形態2においては、システムが、上記ステップ100の処理を実行することにより、前記第4の発明における「出力検出手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより、前記第4の発明における「判定手段」が、それぞれ実現されている。   In the above-described second embodiment, the system executes the process of step 100, so that the “output detection means” in the fourth aspect of the invention executes the process of step 104. The “determination means” in the fourth invention is realized.

本実施の形態1における燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a fuel cell in the first embodiment. FIG. 図1に示す燃料電池10の一部を模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of the fuel cell 10 shown in FIG. 1. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
12 MEA(Membrane Electrode Assembly)
14 電解質膜
16,161,162,163,18 電極触媒層
20,22 ガス拡散層
24,26 ガス流路
28,30 セパレータ
32 アクチュエータ
10 Fuel Cell 12 MEA (Membrane Electrode Assembly)
14 Electrolyte membrane 16, 161, 162, 163, 18 Electrode catalyst layer 20, 22 Gas diffusion layer 24, 26 Gas flow path 28, 30 Separator 32 Actuator

Claims (4)

膜電極接合体のアノードに燃料ガスの供給を受け、カソードに酸化剤ガスの供給を受けることにより、発電を行う燃料電池において、
前記膜電極接合体は、
プロトン伝導性を有する電解質膜層と、
前記電解質膜層における発電面に対向して積層された複数の電極触媒層と、を含み、
前記複数の電極触媒層は、それぞれ積層面方向に出し入れするための構造を有していることを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly and supply of oxidant gas to the cathode,
The membrane electrode assembly is
An electrolyte membrane layer having proton conductivity;
A plurality of electrode catalyst layers laminated to face the power generation surface in the electrolyte membrane layer,
Each of the plurality of electrode catalyst layers has a structure for taking in and out in the direction of the stacking surface.
前記燃料電池は、前記膜電極接合体を積層方向に押圧する押圧機構を含むことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell includes a pressing mechanism that presses the membrane electrode assembly in a stacking direction. 膜電極接合体のアノードに燃料ガスの供給を受け、カソードに酸化剤ガスの供給を受けることにより、発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、
前記膜電極接合体は、
プロトン伝導性を有する電解質膜層と、
前記電解質膜層における発電面に対向して積層された複数の電極触媒層と、を含み、
前記複数の電極触媒層は、それぞれ積層面方向に出し入れするための構造を有しており、
前記燃料電池の発電性能の低下を判定する判定手段と、
前記発電性能の低下が判定された場合に、前記電解質膜層と接している前記電極触媒層と前記電解質膜層に直接接していない前記電極触媒層との入れ替えを行う入れ替え手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly and supply of oxidant gas to the cathode,
The membrane electrode assembly is
An electrolyte membrane layer having proton conductivity;
A plurality of electrode catalyst layers laminated to face the power generation surface in the electrolyte membrane layer,
Each of the plurality of electrode catalyst layers has a structure for taking in and out in the direction of the laminated surface,
Determining means for determining a decrease in power generation performance of the fuel cell;
When it is determined that the power generation performance is lowered, an exchange means for replacing the electrode catalyst layer in contact with the electrolyte membrane layer and the electrode catalyst layer not in direct contact with the electrolyte membrane layer;
A fuel cell system comprising:
前記判定手段は、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段を備え、前記出力が基準量以上低下した場合に、前記燃料電池の発電性能の低下を判定することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。   The said determination means is provided with the output detection means which detects the output of the said fuel cell, and when the said output falls more than a reference amount, it determines the fall of the power generation performance of the said fuel cell. Fuel cell system.
JP2008151903A 2008-06-10 2008-06-10 Fuel cell and fuel cell system Pending JP2009301745A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008151903A JP2009301745A (en) 2008-06-10 2008-06-10 Fuel cell and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008151903A JP2009301745A (en) 2008-06-10 2008-06-10 Fuel cell and fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009301745A true JP2009301745A (en) 2009-12-24

Family

ID=41548462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008151903A Pending JP2009301745A (en) 2008-06-10 2008-06-10 Fuel cell and fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009301745A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5936976B2 (en) Operation method of fuel cell
WO2012056866A1 (en) Fuel cell system
JP5347253B2 (en) Fuel cell starting method, fuel cell starting device and vehicle equipped with the starting device
KR101755923B1 (en) Method and system for diagnosing contamination of fuel cell stack
JP2007087859A5 (en)
JP2010027297A (en) Fuel battery system, operation method of fuel battery, and fuel battery vehicle
JP2011086398A (en) Fuel cell system and method for operating fuel cell system
JP2010040285A (en) Fuel cell system, fuel cell operating method, and fuel-cell automobile
US20180090773A1 (en) Fuel cell stack
JP2007128790A (en) Control method of fuel cell, and its controller
JP5206147B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2008198496A (en) Polymer electrolyte fuel cell and its characteristic recovery method
KR20150076300A (en) Solid oxide fuel cell having decreased contact resistance between metallic bipolar plate and cathod current collector
JP2008059921A (en) Fuel cell
JP2009301745A (en) Fuel cell and fuel cell system
JP2006236789A (en) Fuel cell stack
JP2005216700A (en) Fuel cell stack, separator intermediate body and method of manufacture for separator
JP2021174618A (en) Fuel cell system and method for determining reusability of fuel cell stack
WO2012165245A1 (en) Rechargeable battery-type fuel cell system
JP2009170175A (en) Membrane electrode structure, and fuel cell
JP2010140781A (en) Catalyst recovery system of fuel cell, and catalyst recovery method of fuel cell
JP2010135174A (en) Fuel cell system and operation method of fuel cell
JP5043559B2 (en) Fuel cell system
JP2006012546A (en) Fuel cell
JP2009199914A (en) Fuel cell device