JP2020113371A - 燃料電池の検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】不良品の流出を抑制することができる、燃料電池の検査方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る燃料電池の検査方法は、膜電極接合体(MEA)を有する電池セルを積層し、電池セルの積層方向に締結荷重を加えて締結することで製造される燃料電池に対して、複数のステップS1〜S4によって検査を行う燃料電池の検査方法であって、膜電極接合体(MEA)に対して締結荷重以上の荷重Pを加えながら耐電圧検査を行う耐電圧検査ステップS1を備え、複数のステップS1〜S4のうち、膜電極接合体(MEA)に対して最も大きい荷重を加えるステップは、耐電圧検査ステップS1、若しくは耐電圧検査ステップS1よりも前に行われるステップである。【選択図】図2
Description
本発明は、燃料電池の検査方法に関する。
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を一対の電極(アノード及びカソード)で挟んで作製した膜電極接合体(以下「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と呼ぶ場合がある)にそれぞれ反応ガス(燃料ガスおよび酸化ガス)を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
MEAは、プロトン伝導性向上のため、薄膜化等の検討がなされている。それに伴い、MEAのガス拡散電極との界面への異物混入のキズ等で、MEAに求められるガス・電子の遮蔽機能が低下したMEAの発生確率が上がることが懸念されている。これらは燃料電池の性能を低下させるものであり、電気リークおよびガスリーク(以下、「リーク」と呼ぶ場合がある)に対するMEAの検査により判定できる。
特許文献1には、MEAに所定の電圧値まで電圧を印加し、リーク電流が所定値以下であるか否かを判定する耐電圧検査の方法が開示されている。具体的には、MEAに第1の電圧値まで電圧を印加した際のリーク電流が所定値以下であった場合、更に第2の電圧値で所定時間保持した際のリーク電流の値に基づいて、MEAの品質を判定する。このような方法においては、耐電圧が低いMEAを不良品と判断できるため、市場に不良品が流出することを抑制することができる。
特許文献1に開示されている耐電圧検査の試験に合格した場合であっても、実際の製品においてMEAに大きな荷重が加えられる場合、当該MEAの膜厚が薄くなるおそれがある。また、耐電圧検査の後、燃料電池を製作する工程の中でMEAに対して大きな荷重がかけられる場合にも、当該MEAが破損してしまうおそれがある。これらのような場合には、耐電圧検査の試験を一度合格したMEAであっても、試験後に十分な耐電圧を有しなくなる可能性があり、結果的に不良品が流出するおそれがあるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、不良品の流出を抑制することができる、燃料電池の検査方法を提供するものである。
本発明に係る燃料電池の検査方法は、膜電極接合体を有する電池セルを積層し、前記電池セルの積層方向に締結荷重を加えて締結することで製造される燃料電池に対して、複数のステップによって検査を行う燃料電池の検査方法であって、前記膜電極接合体に対して前記締結荷重以上の荷重を加えながら耐電圧検査を行う耐電圧検査ステップを備え、前記複数のステップのうち、前記膜電極接合体に対して最も大きい荷重を加えるステップは、前記耐電圧検査ステップ、若しくは前記耐電圧検査ステップよりも前に行われるステップであることを特徴としたものである。
上記の構成によれば、本発明に係る燃料電池の検査方法は、膜電極接合体を有する電池セルを積層し、前記電池セルの積層方向に締結荷重を加えて締結することで製造される燃料電池に対して、複数のステップによって検査を行う方法である。当該燃料電池の検査方法は、電極接合体に対して荷重を加えながら耐電圧検査を行う耐電圧検査ステップを備える。また、複数のステップのうち、膜電極接合体に対して最も大きい荷重を加えるステップは、耐電圧検査ステップ、若しくは耐電圧検査ステップよりも前に行われるステップである。
このような構成とすることで、膜電極接合体が、大きな荷重が加えられた場合でも十分な耐電圧を有するか否かを判定することができる。したがって、耐電圧検査時あるいは耐電圧検査後に荷重が加わって破損してしまうような膜電極接合体を不良品として判別することができる。
このような構成とすることで、膜電極接合体が、大きな荷重が加えられた場合でも十分な耐電圧を有するか否かを判定することができる。したがって、耐電圧検査時あるいは耐電圧検査後に荷重が加わって破損してしまうような膜電極接合体を不良品として判別することができる。
また、耐電圧検査ステップにおいて膜電極接合体にかける荷重の大きさは、締結荷重以上である。すなわち、当該荷重の大きさを、実際の製品において膜電極接合体が受ける圧力値以上とする。このような構成とすることで、製品化した際に膜厚が薄くなって十分な耐電圧を有さなくなるような膜電極接合体を、不良品として判別することができる。
以上のようにして、不良品の流出を抑制することができる。
以上のようにして、不良品の流出を抑制することができる。
本発明により、不良品の流出を抑制することができる、燃料電池の検査方法を提供することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
まず、図1を参照して、本実施形態に係る燃料電池の検査方法について説明する。本実施形態に係る燃料電池の検査方法は、MEAを有する電池セルを積層し、電池セルの積層方向に締結荷重を加えて締結することで製造される燃料電池の検査方法である。
図1は、本実施形態に係る燃料電池の検査方法のフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池の検査方法は、複数のステップS1〜S4を備える。ステップS1はMEAの耐電圧を検査する耐電圧検査ステップ、ステップS2はMEAの圧力損失を検査する圧損検査ステップ、ステップS3は電池セルの積層工程であるセル積層ステップ、ステップS4は燃料電池の発電性能を検査する発電検査ステップである。なお、以下の説明では、各ステップS1〜S4は検査者によって行われるものとして説明するが、可能であれば、その一部または全部はCPU(Central Processing Unit)を備える制御装置(不図示)等によって行われてもよい。
図1は、本実施形態に係る燃料電池の検査方法のフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池の検査方法は、複数のステップS1〜S4を備える。ステップS1はMEAの耐電圧を検査する耐電圧検査ステップ、ステップS2はMEAの圧力損失を検査する圧損検査ステップ、ステップS3は電池セルの積層工程であるセル積層ステップ、ステップS4は燃料電池の発電性能を検査する発電検査ステップである。なお、以下の説明では、各ステップS1〜S4は検査者によって行われるものとして説明するが、可能であれば、その一部または全部はCPU(Central Processing Unit)を備える制御装置(不図示)等によって行われてもよい。
本実施形態においては、耐電圧検査ステップS1において、MEAに対し、上記の全工程を通じて最も大きい荷重を加えながら前記耐電圧検査を行う。すなわち、複数のステップS1〜S4のうち、MEAに対して最も大きい荷重を加えるステップは、耐電圧検査ステップS1であるとする。さらに、耐電圧検査ステップS1において、MEAに対して加える荷重の大きさは、締結荷重以上とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においては、実際の製品においてMEAが受ける圧力値以上の荷重を加えながら耐電圧検査を行う。
図2は、本実施形態に係る燃料電池の検査方法の各工程における、MEAが受ける荷重の大きさを表すグラフである。図2の縦軸は、MEAが受ける荷重の大きさを表す。また、グラフの各値におけるエラーバーは、各工程における荷重の公差を表す。
図2に示すように、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重は、圧損検査ステップS2、セル積層工程ステップS3、及び発電検査ステップS4においてMEAに加わる荷重のいずれよりも大きい圧力値とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加える荷重の最小値は、その他のステップにおいてMEAに加える荷重の最大値以上とする。このような構成とすることで、耐電圧検査後に荷重が加わって破損してしまうような膜電極接合体を不良品として判別することができる。
図2に示すように、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重は、圧損検査ステップS2、セル積層工程ステップS3、及び発電検査ステップS4においてMEAに加わる荷重のいずれよりも大きい圧力値とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加える荷重の最小値は、その他のステップにおいてMEAに加える荷重の最大値以上とする。このような構成とすることで、耐電圧検査後に荷重が加わって破損してしまうような膜電極接合体を不良品として判別することができる。
また、図2に示すように、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重は、最終製品として市場に出荷される燃料電池においてMEAに加わる荷重以上とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重は、締結荷重以上とする。
このような構成とすることで、製品化した際に膜厚が薄くなって十分な耐電圧を有さなくなるような膜電極接合体を、不良品として判別することができる。したがって、不良品の流出を抑制することができる。
このような構成とすることで、製品化した際に膜厚が薄くなって十分な耐電圧を有さなくなるような膜電極接合体を、不良品として判別することができる。したがって、不良品の流出を抑制することができる。
ここで、ステップS1〜S4の具体的な工程について説明する。
まず、ステップS1(耐電圧検査ステップ)において、検査者は、MEAに対し、全工程を通じて最も大きい荷重を加えながら、MEAが十分な耐電圧を有するか否かを検査する耐電圧検査を行う。耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重の大きさは、締結荷重以上とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重の大きさは、実際の製品においてMEAが受ける圧力値以上とする。このような検査においては、荷重によってMEAの膜厚が薄くなった場合にも当該MEAが十分な耐電圧を有するか否かを調べることができる。
まず、ステップS1(耐電圧検査ステップ)において、検査者は、MEAに対し、全工程を通じて最も大きい荷重を加えながら、MEAが十分な耐電圧を有するか否かを検査する耐電圧検査を行う。耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重の大きさは、締結荷重以上とする。すなわち、耐電圧検査ステップS1においてMEAに加えられる荷重の大きさは、実際の製品においてMEAが受ける圧力値以上とする。このような検査においては、荷重によってMEAの膜厚が薄くなった場合にも当該MEAが十分な耐電圧を有するか否かを調べることができる。
耐電圧検査ステップS1においては、上記特許文献1に開示されているような検査装置及び検査方法を用いて、MEAの耐電圧を検査することができる。具体的には、例えば図3に示されるような耐電圧検査装置10を用いることができる。図3は、耐電圧検査装置10の構成を示す模式図である。
図3に示す耐電圧検査装置10は、燃料電池に用いられるMEAに所定の電圧領域で電圧を掃引しながら印加し、MEAの耐電圧を検査する装置である。なお、MEAは、当該MEAを挟持する一対のセパレータ(図示せず)等を備える単セルの構成要素の一部である。燃料電池は、当該当該単セルが複数積層されてなる燃料電池スタック構造を有するものである。燃料電池としては、例えば、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池が用いられる。
図3に示すように、MEAは、電解質膜42(燃料電池用電解質膜)を備える。電解質膜42の一方の面には、アノードとしての触媒電極43が形成されている。電解質膜42の他方の面には、カソードとしての触媒電極44が形成されている。触媒電極43および触媒電極44の外面には、各々、ガス拡散層45、ガス拡散層46が形成されている。
電解質膜42は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
触媒電極43および触媒電極44は、電気化学反応を促進する触媒を含有する触媒インクを電解質膜42上に塗布し、所定時間乾燥させ触媒層として形成したものである。触媒インクとしては、例えば触媒担持カーボンとしての白金担持カーボンと、アイオノマーと、所定の溶媒とを混合したものを用いる。
ガス拡散層45およびガス拡散層46は、ガス透過性および導電性を有する部材によって構成されている。ガス拡散層45,46を設けることによって、燃料電池として機能させた際に、触媒電極43,44に対するガス供給効率を向上させることができる。
耐電圧検査装置10は、測定制御部20と、陽極23と、陰極24とを備える。陽極23と陰極24とは、測定制御部20と電気的に接続されている。測定制御部20は、陽極23と陰極24との間に電圧を印加し、電極間に流れた電流を測定する。測定制御部20は、予め設定した電圧領域において、電極間に印加する電圧を掃引することができる。
耐電圧検査ステップS1(図1参照)においては、陽極23と陰極24との間にMEAを挟み込み、MEAに対して荷重Pを加える。当該荷重Pは、全工程を通じてMEAにかかる荷重の中で最も大きい圧力値をもつ荷重である。また、当該荷重Pの大きさは、締結荷重以上である。この状態で、陽極23と陰極24との間に所定の電圧を掃引し、MEAに流れた電流を測定する。当該電流が所定の基準値以下であった場合は、MEAが十分な耐電圧を有したものと判定できる。
ステップS1(耐電圧検査ステップ)において、MEAが十分な耐電圧を有すると判定された場合(ステップS1のOK)は、ステップS2に進む。ステップS1(耐電圧検査ステップ)において、MEAが十分な耐電圧を有さないと判定された場合(ステップS1のNG)は、当該MEAを不良品と判定し、製品ラインから取り除く。
ステップS2(圧損検査ステップ)に進んだ場合、検査者は、MEAを流れるガス等の流体の圧力損失が十分小さいか否かを検査する圧損検査を行う。具体的には、例えばMEAを流れるガス等の流体に対し、入口における流体の圧力と出口における流体の圧力の差を測定する。当該流体の圧力の差が予め定められた基準値以下であると判定された場合(ステップS2のOK)は、ステップS3に進む。当該流体の圧力の差が予め定められた基準値よりも高いと判定された場合(ステップS2のNG)は、当該MEAを不良品と判定し、製品ラインから取り除く。
ステップS3(セル積層ステップ)に進んだ場合、検査者は、MEAを有する電池セルを積層して燃料電池を製造する。電池セルを積層して燃料電池を製造できる場合(ステップS3のOK)は、ステップS4に進む。電池セルが膨張している等の理由で、電池セルを積層しても燃料電池を製造できない場合(ステップS3のNG)は、当該電池セルを不良品と判定し、製品ラインから取り除く。
ステップS4(発電検査ステップ)に進んだ場合、検査者は、製造した燃料電池が十分な発電性能を有するか否かを検査する発電検査を行う。具体的には、例えば燃料電池の起電力を測定し、当該起電力が基準値以上であるか否かを判定する。燃料電池の起電力が基準値以上である場合(ステップS4のOK)は、当該燃料電池を合格品として出荷する。燃料電池の起電力が基準値未満である場合(ステップS4のNG)は、当該燃料電池を不良品と判定し、製品ラインから取り除く。
以上のように、本実施形態に係る燃料電池の検査方法は、耐電圧検査ステップS1においてMEAに対して加える荷重の大きさが締結荷重以上である。また、複数のステップS1〜S4のうちMEAに対して最も大きい荷重を加えるステップは、耐電圧検査ステップS1である。このような構成においては、不良品の流出を抑制することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記の実施形態において、ステップS1〜S4はこの順に行われるものとして説明したが、各工程の順番は入れ替わっていてもよい。各工程の順番が入れ替わった場合であっても、膜電極接合体に対して全工程を通じて最も大きい荷重を加えながら耐電圧検査を行うことで、不良品の流出を抑制することができる。
また、上記の実施形態において各工程の順番が入れ替わった場合、MEAに対して最も大きい荷重を加えるステップは、耐電圧検査ステップよりも前に行われるステップであってもよい。このような構成では、MEAに対して最も大きい荷重を加えた後で耐電圧検査を行う。したがって、MEAに大きな荷重が加えられた場合でも十分な耐電圧を有するか否かを判定することができる。また、当該耐電圧検査の試験を合格した場合には、その後の工程でMEAに対して更に大きな荷重がかからないため、MEAの破損や耐電圧の低下が起こりにくい。したがって、不良品の流出を抑制することができる。
また、上記の実施形態において、ステップS1〜S4の工程のみを行う例について説明したが、必要があれば、他の検査等を実施してもよい。例えば、ステップS1(耐電圧検査ステップ)において、検査者は、耐電圧検査装置10を用いて耐電圧検査をするとともに短絡検査を行ってもよい。当該短絡検査は、例えば特開2013−054925号公報に開示されている方法で実施することができる。
10 耐電圧検査装置
20 測定制御部
23 陽極
24 陰極
42 電解質膜
43 触媒電極
44 触媒電極
45 ガス拡散層
46 ガス拡散層
MEA 膜電極接合体
P 荷重
20 測定制御部
23 陽極
24 陰極
42 電解質膜
43 触媒電極
44 触媒電極
45 ガス拡散層
46 ガス拡散層
MEA 膜電極接合体
P 荷重
Claims (1)
- 膜電極接合体を有する電池セルを積層し、前記電池セルの積層方向に締結荷重を加えて締結することで製造される燃料電池に対して、複数のステップによって検査を行う燃料電池の検査方法であって、
前記膜電極接合体に対して前記締結荷重以上の荷重を加えながら耐電圧検査を行う耐電圧検査ステップを備え、
前記複数のステップのうち、前記膜電極接合体に対して最も大きい荷重を加えるステップは、前記耐電圧検査ステップ、若しくは前記耐電圧検査ステップよりも前に行われるステップである、
燃料電池の検査方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019001222A JP2020113371A (ja) | 2019-01-08 | 2019-01-08 | 燃料電池の検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019001222A JP2020113371A (ja) | 2019-01-08 | 2019-01-08 | 燃料電池の検査方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020113371A true JP2020113371A (ja) | 2020-07-27 |
Family
ID=71668077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019001222A Pending JP2020113371A (ja) | 2019-01-08 | 2019-01-08 | 燃料電池の検査方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2020113371A (ja) |
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2019
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