JP2012003922A - Fuel cell evaluation device and fuel cell evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学測定に基づいて燃料電池の特性を評価する燃料電池評価装置等に関し、とくにインピーダンスを特性評価値として用いる燃料電池評価装置等に関する。 The present invention relates to a fuel cell evaluation apparatus that evaluates characteristics of a fuel cell based on electrochemical measurements, and more particularly to a fuel cell evaluation apparatus that uses impedance as a characteristic evaluation value.
燃料電池における電極反応は、一般的に、（１）反応物質の電極表面への物質輸送、（２）電極表面上での電荷移動反応、（３）生成物の電極表面からの逸脱、の３つの過程を経て進行する。電極の特性や性能劣化の要因などを評価する上で電極反応の各過程を分離・解析することが非常に重要である。電極反応においてどの過程がどの程度支配的であるのかを知ることは電極の特性や性能劣化の要因などを評価する上で非常に重要である。 The electrode reaction in a fuel cell is generally performed by three methods: (1) mass transport of reactants to the electrode surface, (2) charge transfer reaction on the electrode surface, and (3) deviation of the product from the electrode surface. It goes through three processes. It is very important to separate and analyze each process of the electrode reaction in order to evaluate the characteristics of the electrode and the factors of performance deterioration. Knowing which process is dominant in the electrode reaction is very important in evaluating the characteristics of the electrode and the factors of performance degradation.
特に濃度過電圧の影響のない電流領域で特性を測定することは電極の特性そのものを解析するのに有効である。そのような特性の一つに電流の対数値と電位の関係を表すターフェル勾配がある。 In particular, measuring characteristics in a current region not affected by concentration overvoltage is effective for analyzing the characteristics of the electrode itself. One such characteristic is the Tafel slope that represents the relationship between the logarithmic value of the current and the potential.
図４に示すように、勾配ｂ１と勾配ｂ２の値は異なっており、溶液系とアセンブリでのカソード反応メカニズムは同じであることから、アセンブリでも２つのターフェル勾配が存在すると推測される。したがって0.01 A/cm2 以上の電流負荷で燃料電池を使用する場合、0.01 A/cm2 以下の領域から求めたターフェル勾配（勾配ｂ１）を採用すると、その実使用電流密度における活性化過電圧を過小評価してしまう可能性がある。電極面積にもよるが、通常の使用条件では、0.01 A/cm2 以上の領域になる場合が多いと考えられる。 As shown in FIG. 4, since the values of the gradient b1 and the gradient b2 are different and the cathode reaction mechanism in the solution system and the assembly is the same, it is assumed that there are two Tafel gradients in the assembly. Therefore, when using a fuel cell with a current load of 0.01 A / cm 2 or more, if the Tafel slope (gradient b1) obtained from the area of 0.01 A / cm 2 or less is used, the activation overvoltage at the actual use current density is underestimated. There is a possibility that. Although it depends on the electrode area, it is considered that the area is often 0.01 A / cm 2 or more under normal use conditions.
このため、適切に活性化過電圧を評価するには、２つ目のターフェル勾配（勾配ｂ２）を取得する必要がある。しかし、0.01 A/cm2 以上の領域では濃度過電圧の影響が無視できない可能性があり、どこから濃度過電圧の影響が効いているかを判断するのは難しく、その領域で精度よくターフェル勾配（勾配ｂ２）の値を決定することが困難である。 For this reason, in order to appropriately evaluate the activation overvoltage, it is necessary to acquire the second Tafel gradient (gradient b2). However, there is a possibility that the influence of the concentration overvoltage cannot be ignored in the region of 0.01 A / cm 2 or more, and it is difficult to judge where the influence of the concentration overvoltage is effective, and the Tafel gradient (gradient b2) is accurate in that region. It is difficult to determine the value of.
一方、電極反応の特性を総合的に見るのに有効な特性値としてインピーダンスがある。しかし、インピーダンスは電流密度に依存するという性質がある。特に拡散の影響が現れない領域（濃度非依存領域）では非線形的応答が顕著に現れ、電流密度の変化に対してインピーダンスの大きさが敏感に変化する。したがって、比較のためには電流密度の精密な調整が必要となる。また、インピーダンスから濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別のための情報、あるいはターフェル勾配に相当する情報を直接的に得ることができない。 On the other hand, impedance is an effective characteristic value for comprehensively viewing the characteristics of the electrode reaction. However, impedance has the property of depending on the current density. In particular, in a region where the influence of diffusion does not appear (concentration-independent region), a non-linear response appears remarkably, and the magnitude of the impedance changes sensitively with respect to a change in current density. Therefore, precise adjustment of the current density is necessary for comparison. Further, information for discriminating the concentration-independent region or the concentration-dependent region or information corresponding to the Tafel gradient cannot be obtained directly from the impedance.
本発明の目的は、インピーダンスを有用な特性値として用いて電極性能評価を行うことができる燃料電池評価装置および燃料電池評価方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell evaluation device and a fuel cell evaluation method capable of performing electrode performance evaluation using impedance as a useful characteristic value.
本発明の燃料電池評価装置は、インピーダンスの周波数特性に基づいて燃料電池の特性を評価する燃料電池評価装置において、電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池のインピーダンスを取得するインピーダンス取得手段と、前記インピーダンス取得手段により取得された前記インピーダンスと、当該インピーダンスを取得した電流値との積を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記積を、前記測定周波数に対応する当該積の周波数特性として提示する提示手段と、を備えることを特徴とする。
この燃料電池評価装置によれば、電流密度の精密な調整の必要なくインピーダンスを有用な特性値として用いて濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別ができる。また、積Ｉ・Ｚの情報を有用な解析データとして利用できる。
The fuel cell evaluation device of the present invention is a fuel cell evaluation device that evaluates the characteristics of the fuel cell based on the frequency characteristics of the impedance, and an impedance acquisition unit that acquires the impedance of the fuel cell while changing the current value and the measurement frequency; A calculation unit that calculates a product of the impedance acquired by the impedance acquisition unit and a current value acquired from the impedance; and the product calculated by the calculation unit is a frequency of the product corresponding to the measurement frequency. Presenting means for presenting as a characteristic.
According to this fuel cell evaluation apparatus, it is possible to determine a concentration-independent region or a concentration-dependent region using impedance as a useful characteristic value without the need for precise adjustment of current density. Further, information on the product I · Z can be used as useful analysis data.
前記インピーダンス取得手段により燃料電池のインピーダンスを取得するに際して前記燃料電池に供給されるガスを制御するガス供給制御手段を備えてもよい。 You may provide the gas supply control means which controls the gas supplied to the said fuel cell, when acquiring the impedance of a fuel cell by the said impedance acquisition means.
前記算出手段は、算出された前記積に基づいてターフェル勾配を算出し、前記提示手段は前記算出手段により算出されたターフェル勾配を提示してもよい。 The calculation unit may calculate a Tafel gradient based on the calculated product, and the presentation unit may present the Tafel gradient calculated by the calculation unit.
本発明の燃料電池評価方法は、インピーダンスの周波数特性に基づいて燃料電池の特性を評価する燃料電池評価方法において、電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池のインピーダンスを取得するインピーダンス取得ステップと、前記インピーダンス取得ステップにより取得された前記インピーダンスと、当該インピーダンスを取得した電流値との積を算出する算出ステップと、前記算出ステップにより算出された前記積を、前記測定周波数に対応する当該積の周波数特性として提示する提示ステップと、を備えることを特徴とする。
この燃料電池評価方法によれば、電流密度の精密な調整の必要なくインピーダンスを有用な特性値として用いて濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別ができる。また、積Ｉ・Ｚの情報を有用な解析データとして利用できる。
The fuel cell evaluation method of the present invention is a fuel cell evaluation method for evaluating the characteristics of a fuel cell based on the frequency characteristics of the impedance.In the fuel cell evaluation method, the impedance acquisition step of acquiring the impedance of the fuel cell while changing the current value and the measurement frequency; A calculation step of calculating a product of the impedance acquired by the impedance acquisition step and a current value of the impedance acquired; and the product calculated by the calculation step is a frequency of the product corresponding to the measurement frequency. A presentation step of presenting as a characteristic.
According to this fuel cell evaluation method, it is possible to determine a concentration-independent region or a concentration-dependent region using impedance as a useful characteristic value without the need for precise adjustment of current density. Further, information on the product I · Z can be used as useful analysis data.
前記インピーダンス取得ステップにより燃料電池のインピーダンスを取得するに際して前記燃料電池に供給されるガスを制御するガス供給制御ステップを備えてもよい。 You may provide the gas supply control step which controls the gas supplied to the said fuel cell, when acquiring the impedance of a fuel cell by the said impedance acquisition step.
前記算出ステップでは、算出された前記積に基づいてターフェル勾配を算出し、前記提示ステップでは、前記算出ステップにより算出されたターフェル勾配を提示してもよい。 In the calculation step, a Tafel gradient may be calculated based on the calculated product, and in the presentation step, the Tafel gradient calculated in the calculation step may be presented.
本発明の燃料電池評価装置によれば、電流密度の精密な調整の必要なくインピーダンスを有用な特性値として用いて濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別ができる。また、積Ｉ・Ｚの情報を有用な解析データとして利用できる。 According to the fuel cell evaluation apparatus of the present invention, it is possible to determine a concentration-independent region or a concentration-dependent region using impedance as a useful characteristic value without the need for precise adjustment of current density. Further, information on the product I · Z can be used as useful analysis data.
本発明の燃料電池評価方法によれば、電流密度の精密な調整の必要なくインピーダンスを有用な特性値として用いて濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別ができる。また、積Ｉ・Ｚの情報を有用な解析データとして利用できる。 According to the fuel cell evaluation method of the present invention, it is possible to determine a concentration-independent region or a concentration-dependent region using impedance as a useful characteristic value without the need for precise adjustment of current density. Further, information on the product I · Z can be used as useful analysis data.
以下、本発明による燃料電池評価装置の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell evaluation apparatus according to the present invention will be described.
図１は、燃料電池セル（アセンブリセル）の評価装置を示す図であり、図１（ａ）は、インピーダンス計測時の燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、図１（ｂ）は評価装置の構成を機能的に示すブロック図である。 FIG. 1 is a diagram showing an evaluation device for a fuel cell (assembly cell). FIG. 1 (a) is a diagram showing a cross section of the fuel cell at the time of impedance measurement and a connection method at the time of measurement, and FIG. 1 (b). FIG. 3 is a block diagram functionally showing the configuration of the evaluation apparatus.
図１（ａ）に示すように、燃料電池セル１０は、Ｐｔ／Ｃ触媒が表面に修飾された電解質膜１と、電解質膜１と電気的に絶縁されたカソード電極２と、カソード電極２と同様に電解質膜１と電気的に絶縁され、電解質膜１を挟んでカソード電極２と対向するアノード電極３とを備える。 As shown in FIG. 1A, the fuel cell 10 includes an electrolyte membrane 1 having a Pt / C catalyst modified on the surface, a cathode electrode 2 electrically insulated from the electrolyte membrane 1, a cathode electrode 2, Similarly, an anode electrode 3 that is electrically insulated from the electrolyte membrane 1 and faces the cathode electrode 2 with the electrolyte membrane 1 interposed therebetween is provided.
カソード電極２は、電解質膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。同様に、アノード電極３は、電解質膜１の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ（不図示）を積層して構成される。カソード電極２およびアノード電極３を構成する上記セパレータには、それぞれ燃料ガスを供給するガス流路が形成されている。 The cathode electrode 2 is configured by sequentially laminating a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the electrolyte membrane 1 side to the outside. Similarly, the anode electrode 3 is configured by sequentially stacking a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the electrolyte membrane 1 side to the outside. In the separators constituting the cathode electrode 2 and the anode electrode 3, gas flow paths for supplying fuel gas are formed.
また、燃料電池セル１０の負荷回路には、カソード電極２とアノード電極３の間の電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ）を計測する電圧計測モジュール５０１と、電子負荷装置４に流れる電流（負荷電流Ｉ）を計測する電流計測モジュール５０２とが接続される。電圧計測モジュール５０１および電流計測モジュール５０２による計測結果は、インピーダンス計測評価装置５に与えられる。 The load circuit of the fuel cell 10 includes a voltage measurement module 501 that measures the voltage between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3 (fuel cell voltage Vfc), and a current that flows through the electronic load device 4 (load current I). Is connected to a current measurement module 502 for measuring the current. The measurement results by the voltage measurement module 501 and the current measurement module 502 are given to the impedance measurement evaluation device 5.
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、インピーダンス計測評価装置５は、カソード電極２とアノード電極３の間に接続された電子負荷装置４の電流値を制御する負荷制御部５１と、電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池セル１０のインピーダンスを取得するインピーダンス取得手段５２と、インピーダンス取得手段５２により得られたインピーダンスと、インピーダンスを取得した電流値との積を算出する算出手段５３と、算出手段５３により算出された積を、測定周波数に対応する積の周波数特性として提示するモニタ等の提示手段５４と、インピーダンスを取得するに際して燃料電池セル１０に供給される燃料ガスを制御するガス供給制御手段５５と、により構成される。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the impedance measurement evaluation device 5 is a load control unit 51 that controls the current value of the electronic load device 4 connected between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3. And calculating the product of the impedance acquisition means 52 that acquires the impedance of the fuel cell 10 while changing the current value and the measurement frequency, the impedance obtained by the impedance acquisition means 52, and the current value that acquired the impedance. Means 53, presentation means 54 such as a monitor for presenting the product calculated by the calculation means 53 as a frequency characteristic of the product corresponding to the measurement frequency, and the fuel gas supplied to the fuel cell 10 when obtaining the impedance Gas supply control means 55 to be controlled.
次に、インピーダンス計測の手順について説明する。 Next, an impedance measurement procedure will be described.
インピーダンス計測評価装置５の負荷制御部５１は、電子負荷装置４に対して、インピーダンス計測を行う周波数、直流電流値、重畳交流電流振幅を設定し、電池への電流負荷を制御する。交流成分が重畳された電流負荷に対して、燃料電池電圧Ｖｆｃの波形を電圧モジュール５０１で計測し、インピーダンス取得手段５２において、交流電流負荷に対する電圧（燃料電池電圧Ｖｆｃ）の交流成分のゲインおよび位相（フェーズ）に基づきインピーダンスＺを求める。ここで、インピーダンスＺは、燃料電池セル１０の内部インピーダンスに相当する。順次、重畳交流電流振幅の周波数を変えてインピーダンス計測を行い、燃料電池セル１０のインピーダンスを得る。 The load control unit 51 of the impedance measurement / evaluation apparatus 5 sets a frequency, a direct current value, and a superimposed alternating current amplitude for impedance measurement for the electronic load apparatus 4 to control the current load on the battery. The waveform of the fuel cell voltage Vfc is measured by the voltage module 501 with respect to the current load on which the AC component is superimposed, and the impedance acquisition means 52 performs gain and phase of the AC component of the voltage (fuel cell voltage Vfc) with respect to the AC current load. The impedance Z is obtained based on (phase). Here, the impedance Z corresponds to the internal impedance of the fuel cell 10. The impedance of the fuel cell 10 is obtained by sequentially measuring the impedance by changing the frequency of the superimposed alternating current amplitude.
図２は、計測されたインピーダンス測定データ例を示す図である。インピーダンスの周波数特性を求める場合、測定周波数を変化させながら測定していく。電流値を変化させ、個々の電流値におけるインピーダンス測定データを取得すると、電流値に依存した大きさのインピーダンス図形（コールコールプロット）が得られる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of measured impedance measurement data. When obtaining the frequency characteristics of impedance, measurement is performed while changing the measurement frequency. When the impedance measurement data at each current value is acquired by changing the current value, an impedance figure (Cole-Cole plot) having a magnitude depending on the current value is obtained.
ここで、インピーダンスとインピーダンスを測定したときの測定電流値との関係を説明する。 Here, the relationship between the impedance and the measured current value when the impedance is measured will be described.
特に拡散の影響が現れない領域（濃度非依存領域）では電流Ｉと電圧Ｅの間にターフェルの式（（１）式）の関係がある。（１）式中、ｂはターフェル勾配である。一方、インピーダンス測定では入力電流のＡＣ変調に対する出力電圧の応答に線形関係を仮定して（２）式にてインピーダンスを算出する。 In particular, in a region where the influence of diffusion does not appear (concentration-independent region), there is a relationship of Tafel's equation (Equation (1)) between the current I and the voltage E. In the formula (1), b is a Tafel gradient. On the other hand, in the impedance measurement, the impedance is calculated by the equation (2) assuming a linear relationship with the response of the output voltage to the AC modulation of the input current.
この関係は例えば文献「多孔質電極内の電流分布とインピーダンスの関係の解析 光島重徳、神谷信行、太田健一郎 Electrochemistry P.810-814、2006」に言及されている。この文献中では、周波数を変化させたときのＩ・Ｚ円弧のつぶれ具合を、イオン抵抗／電子抵抗の比を考察することに利用することが記載されている。 This relationship is mentioned, for example, in the document “Analysis of the relationship between current distribution and impedance in a porous electrode, Shigenori Mitsushima, Nobuyuki Kamiya, Kenichiro Ota Electrochemistry P.810-814, 2006”. This document describes that the degree of collapse of the I · Z arc when the frequency is changed is used to consider the ratio of ion resistance / electron resistance.
図３は、インピーダンスＺに測定電流値Ｉを乗じた積Ｉ・Ｚの周波数特性（コールコールプロット）を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a frequency characteristic (Cole-Cole plot) of the product I · Z obtained by multiplying the impedance Z by the measured current value I.
算出手段５３は、インピーダンス測定データ（図２）に、測定電流値Ｉを乗じて積Ｉ・Ｚを算出する。提示手段５４は、算出手段５３による算出結果である積Ｉ・Ｚを測定周波数に対応する積の周波数特性（コールコールプロット）として提示する。 The calculation means 53 multiplies the impedance measurement data (FIG. 2) by the measurement current value I to calculate the product I · Z. The presenting unit 54 presents the product I · Z, which is the calculation result of the calculating unit 53, as the frequency characteristic (Cole-Cole plot) of the product corresponding to the measurement frequency.
上述したインピーダンスＺと測定電流値Ｉとの関係より、濃度非依存領域では、積Ｉ・Ｚは、ターフェル勾配に対応した図形を示すはずである。図３に示す例をみると、白抜き四角プロットと白抜き三角プロットと白抜き丸プロットは、積Ｉ・Ｚがほぼ共通の曲線を描く。したがって、白抜き四角プロットと白抜き三角プロットと白抜き丸プロットは、濃度非依存領域で測定されたことがわかる。また、ターフェル勾配が同一であることがわかる。また、塗りつぶし三角プロットと塗りつぶし四角プロットは、積Ｉ・Ｚがほぼ共通の曲線を描く。したがって、塗りつぶし三角プロットと塗りつぶし四角プロットは、濃度非依存領域で測定されたことがわかる。また、ターフェル勾配が同一であることがわかる。 From the relationship between the impedance Z and the measured current value I described above, the product I · Z should show a figure corresponding to the Tafel slope in the concentration-independent region. In the example shown in FIG. 3, the white square plot, the white triangle plot, and the white circle plot draw a curve in which the product I · Z is substantially common. Therefore, it can be seen that the white square plot, the white triangle plot, and the white circle plot were measured in the concentration-independent region. It can also be seen that the Tafel slopes are the same. In addition, the filled triangle plot and the filled square plot draw a curve in which the products I and Z are almost in common. Therefore, it can be seen that the filled triangle plot and the filled square plot were measured in the concentration-independent region. It can also be seen that the Tafel slopes are the same.
一方、米印プロットのデータは、いずれの他のプロットとも異なる大きさの円弧を示している。つまり、米印プロットのデータは、いずれの他のプロットともターフェル勾配が異なる、拡散の影響が現れる領域（濃度依存領域）で測定されたといえる。 On the other hand, the data of the rice mark plot shows an arc having a different size from any other plot. In other words, it can be said that the data of the American mark plot was measured in a region (concentration dependent region) in which the influence of diffusion appears where the Tafel slope is different from any other plot.
このように、インピーダンスＺと測定電流値Ｉの積Ｉ・Ｚのプロットによって電流密度の影響が除外され、視覚的に濃度非依存領域又は濃度依存領域、あるいは特定のターフェル勾配を示す領域の判別ができる。したがって、インピーダンス計測評価装置５のガス供給制御手段５５によって燃料電池セル１０に供給される燃料ガスを制御しつつインピーダンス計測を行い、図３に示すようなプロットを表示させることにより、燃料電池セル１０の濃度非依存領域や特定のターフェル勾配を示す領域が、燃料電池セル１０の動作条件におけるどの範囲に相当するのかを把握することができる。また、このような積Ｉ・Ｚのプロットに基づき、算出手段５３における演算によって濃度非依存領域又は濃度依存領域、あるいは特定のターフェル勾配を示す領域の判別を自動的に実行し、これを提示手段５４により表示し、あるいは保存するようにしてもよい。さらに、ガス供給制御手段５５による制御内容と、積Ｉ・Ｚのプロットとを対応付けることにより、算出手段５３において濃度非依存領域又は濃度依存領域、あるいは特定のターフェル勾配を示す領域と、燃料電池セル１０に供給される燃料ガスの濃度その他の情報との関係を算出し、これを提示手段５４により表示し、あるいは保存するようにしてもよい。 In this manner, the influence of the current density is excluded by plotting the product I · Z of the impedance Z and the measured current value I, so that the density-independent region or the concentration-dependent region, or the region showing a specific Tafel gradient can be discriminated visually. it can. Therefore, the impedance measurement is performed while controlling the fuel gas supplied to the fuel cell 10 by the gas supply control means 55 of the impedance measurement evaluation device 5, and the plot as shown in FIG. It is possible to grasp which range in the operating conditions of the fuel cell 10 corresponds to the concentration-independent region or the region showing a specific Tafel gradient. Further, based on such a plot of the product I · Z, the calculation means 53 automatically calculates a density-independent region or a concentration-dependent region, or a region showing a specific Tafel gradient, and presents it. It may be displayed by 54 or saved. Further, by associating the contents of control by the gas supply control means 55 with the plot of the product I · Z, the calculation means 53 has a concentration-independent region or a concentration-dependent region, or a region showing a specific Tafel gradient, and a fuel cell. The relationship between the concentration of the fuel gas supplied to 10 and other information may be calculated and displayed by the presentation means 54 or stored.
一般に、ターフェル勾配はターフェルプロットから求めることができる。しかし、この方法では濃度依存領域が大きい場合にターフェル勾配ｂ２の値が明確に見える範囲が狭くなり、ターフェル勾配ｂ２の値の決定が困難になるなどの問題がある。しかし、積Ｉ・Ｚのプロットによれば、容易にターフェル勾配ｂ２の値を把握できる。 In general, the Tafel slope can be obtained from the Tafel plot. However, this method has a problem that when the concentration-dependent region is large, the range in which the value of the Tafel gradient b2 can be clearly seen becomes narrow, making it difficult to determine the value of the Tafel gradient b2. However, according to the plot of the product I · Z, the value of the Tafel slope b2 can be easily grasped.
また、積Ｉ・Ｚのプロットはターフェル勾配などの定常状態におけるパラメータに留まらず、周波数特性という動的なパラメータとして提示される。このため、積Ｉ・Ｚの情報は、例えば、単に電極性能の劣化を判断するパラメータとしてのターフェル勾配を示すだけでなく、燃料電池の性能を多面的に示すパラメータとして広く利用できる。上記実施形態では、積Ｉ・Ｚとターフェル勾配との関係について言及しているが、燃料電池の性能解析のため、積Ｉ・Ｚの情報を幅広く適用することが可能である。 In addition, the plot of the product I · Z is not limited to a parameter in a steady state such as a Tafel gradient, but is presented as a dynamic parameter called a frequency characteristic. For this reason, the information of the product I · Z can be widely used as a parameter indicating not only the Tafel gradient as a parameter for judging the deterioration of the electrode performance but also the performance of the fuel cell from various aspects. In the above-described embodiment, the relationship between the product I · Z and the Tafel slope is mentioned, but the information on the product I · Z can be widely applied for the performance analysis of the fuel cell.
また、上記実施形態では、提示手段５４により示される積Ｉ・Ｚの周波数特性として、コールコールプロットを用いる例を示したが、積Ｉ・Ｚの周波数特性を示す方法は任意である。また、コールコールプロット中に、対応する測定周波数を示すようにしてもよい。また、コールコールプロットが描かれる平面に直行する周波数軸を設け、３次元座標上でのプロットとすることにより、測定周波数、実数成分、虚数成分の３つの値を読み取れるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which the Cole-Cole plot is used as the frequency characteristic of the product I · Z indicated by the presentation unit 54 is shown, but the method of showing the frequency characteristic of the product I · Z is arbitrary. Moreover, you may make it show a corresponding measurement frequency in a Cole-Cole plot. Further, by providing a frequency axis orthogonal to the plane on which the Cole-Cole plot is drawn, it is possible to read the three values of the measurement frequency, the real number component, and the imaginary number component by making a plot on three-dimensional coordinates.
以上説明したように、本実施形態の燃料電池評価装置によれば、インピーダンス取得手段５２は、電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池セル１０のインピーダンスＺを取得し、算出手段５３は、インピーダンス取得手段５２により取得されたインピーダンスＺと、インピーダンスＺを取得した電流値Ｉとの積Ｉ・Ｚを算出し、提示手段５４は、算出手段５３が算出した積Ｉ・Ｚを測定周波数に対応する当該積の周波数特性として提示する。これにより、電流密度の精密な調整の必要なくインピーダンスＺを有用な特性値として用いて濃度非依存領域又は濃度依存領域の判別ができる。また、積Ｉ・Ｚの情報を有用な解析データとして利用できる。 As described above, according to the fuel cell evaluation device of the present embodiment, the impedance acquisition unit 52 acquires the impedance Z of the fuel cell 10 while changing the current value and the measurement frequency, and the calculation unit 53 calculates the impedance. The product I · Z of the impedance Z acquired by the acquisition unit 52 and the current value I acquired the impedance Z is calculated, and the presentation unit 54 corresponds the product I · Z calculated by the calculation unit 53 to the measurement frequency. Presented as frequency characteristics of the product. Thereby, the density-independent region or the concentration-dependent region can be determined using the impedance Z as a useful characteristic value without the need for precise adjustment of the current density. Further, information on the product I · Z can be used as useful analysis data.
上記実施形態では、カソード特性を評価する例を示したが、同様の手法はアノード特性を評価する場合にも適用できる。この場合には、作用極をアノード電極３、対極をカソード電極２として、同様の手順で測定を行えばよい。 In the above-described embodiment, an example in which the cathode characteristics are evaluated has been described. However, the same technique can be applied to the evaluation of the anode characteristics. In this case, the measurement may be performed in the same procedure with the working electrode as the anode electrode 3 and the counter electrode as the cathode electrode 2.
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、インピーダンスの周波数特性に基づいて燃料電池の特性を評価する燃料電池評価装置等に対し、広く適用することができる。 The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to a fuel cell evaluation apparatus that evaluates characteristics of a fuel cell based on frequency characteristics of impedance.
５２ インピーダンス取得手段
５３ 算出手段
５４ 提示手段
５５ ガス供給制御手段
52 Impedance acquisition means 53 Calculation means 54 Presentation means 55 Gas supply control means
Claims (6)
電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池のインピーダンスを取得するインピーダンス取得手段と、
前記インピーダンス取得手段により取得された前記インピーダンスと、当該インピーダンスを取得した電流値との積を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記積を、前記測定周波数に対応する当該積の周波数特性として提示する提示手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池評価装置。 In a fuel cell evaluation device that evaluates the characteristics of a fuel cell based on the frequency characteristics of impedance,
Impedance acquisition means for acquiring the impedance of the fuel cell while changing the current value and the measurement frequency;
Calculating means for calculating a product of the impedance acquired by the impedance acquiring means and a current value acquired from the impedance;
Presenting means for presenting the product calculated by the calculating means as a frequency characteristic of the product corresponding to the measurement frequency;
A fuel cell evaluation apparatus comprising:
前記提示手段は前記算出手段により算出されたターフェル勾配を提示することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池評価装置。 The calculation means calculates a Tafel gradient based on the calculated product,
The fuel cell evaluation apparatus according to claim 1, wherein the presenting unit presents a Tafel gradient calculated by the calculating unit.
電流値および測定周波数を変化させながら燃料電池のインピーダンスを取得するインピーダンス取得ステップと、
前記インピーダンス取得ステップにより取得された前記インピーダンスと、当該インピーダンスを取得した電流値との積を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された前記積を、前記測定周波数に対応する当該積の周波数特性として提示する提示ステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池評価方法。 In a fuel cell evaluation method for evaluating characteristics of a fuel cell based on frequency characteristics of impedance,
An impedance acquisition step of acquiring the impedance of the fuel cell while changing the current value and the measurement frequency;
A calculation step of calculating a product of the impedance acquired by the impedance acquisition step and a current value acquired from the impedance;
A presenting step of presenting the product calculated by the calculating step as a frequency characteristic of the product corresponding to the measurement frequency;
A fuel cell evaluation method comprising:
前記提示ステップでは、前記算出ステップにより算出されたターフェル勾配を提示することを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池評価方法。 In the calculating step, a Tafel gradient is calculated based on the calculated product,
6. The fuel cell evaluation method according to claim 4, wherein, in the presenting step, the Tafel gradient calculated in the calculating step is presented.
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