JP2022111406A - 燃料電池の活性化方法と燃料電池活性化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、燃料電池の電極に吸着された芳香族カルボニル化合物を電極から脱離させることによって、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる燃料電池の活性化方法を提供する。【解決手段】本開示における燃料電池の活性化方法は、電解質膜－電極－枠体接合体と、電極との間に反応ガスを流すためのガス流路が形成され電解質膜－電極－枠体接合体の両外側に配置された一対の板状のセパレータと、電極を囲むように配置され電解質膜－電極－枠体接合体とセパレータとの両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材と、を有し、シール部材が、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池の活性化方法であって、ガス流路に芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元するヒドリド還元剤を供給する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池の活性化方法と燃料電池活性化システムに関する。

特許文献１は、燃料電池の特性を回復させることができる燃料電池の特性回復方法を開示する。この燃料電池の特性回復方法は、燃料電池のアノードとカソードとの少なくとも一方の電極に、高加湿ガスや水を供給して、燃料電池内部に蓄積した不純物を除去する。

特開２００８－２３５０９３号公報

本開示は、燃料電池の電極に吸着された芳香族カルボニル化合物を電極から脱離させることによって、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる燃料電池の活性化方法と燃料電池活性化システムを提供する。

本開示における燃料電池の活性化方法は、電解質膜－電極－枠体接合体と、一対の板状のセパレータと、電極を囲むように配置され枠体とセパレータとの両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材と、を有し、シール部材が、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池の活性化方法である。

ここで、電解質膜－電極－枠体接合体は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟んで両主面に配置された一対の電極と、電極が露出するように高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体と、を備えるものであり、一対の板状のセパレータは、電極との間に反応ガスを流すためのガス流路が形成され電解質膜－電極－枠体接合体の両外側に配置されるものである。

そして、本開示における燃料電池の活性化方法の特徴は、ガス流路に、芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元するヒドリド還元剤を、供給することである。

本開示における燃料電池の活性化方法は、セパレータのガス流路にヒドリド還元剤を供給することによって、電極に吸着された芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元することができるので、芳香族カルボニル化合物を電極から脱離させて、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。

実施の形態１における燃料電池活性化システムの概略構成図 実施の形態１における燃料電池活性化システムの動作を示すフローチャート 実施の形態２における燃料電池活性化システムの概略構成図 実施の形態２における燃料電池活性化システムの動作を示すフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、電解質膜として高分子電解質膜を用いた電解質膜－電極－枠体接合体を、反応ガスを流すためのガス流路が形成されたセパレータで挟持する燃料電池において、電解質膜－電極－枠体接合体の外周部と、セパレータの外周部との間にシール部材を配置して、燃料電池に供給する反応ガスが燃料電池外部へリークすることを抑制する技術があった。

この技術は、アノード及びカソードにそれぞれ備えられる電極の触媒作用によって、燃料電池に供給する水素含有ガスと空気との電気化学反応を効率よく進めるものであった。

しかしながら、特に燃料電池組立直後において、燃料電池構成部材から放出される不純物が電極に吸着されて電極に含まれる触媒に付着し、反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応を阻害し、発電電圧を低下させていた。

そのため、燃料電池組立後に、電極に高加湿ガスや水を供給することで、電極に吸着された不純物を除去する工程を設け、燃料電池の発電性能を向上させていた。

そうした状況において、発明者らは、燃料電池構成部材から放出される不純物の同定と発生源の探索を行った。

そして、発明者らは、シール部材の製造過程において、シール部材であるゴムの架橋剤として有機過酸化物架橋剤の一種を使用すると、シール部材に架橋剤分解生成物である芳香族カルボニル化合物が残留し、シール部材は芳香族カルボニル化合物を放出していることを見出した。

また、シール部材が放出する芳香族カルボニル化合物は、セパレータに形成されたガス流路や電解質膜－電極－枠体接合体の電極の内部空間を浮遊する。そして、芳香族カルボニル化合物はカルボニル基を有するため、電極の内部空間に露出する触媒に付着することで、電気化学反応を阻害して発電電圧を低下させる課題があることを見出した。

また、電極にヒドリド還元剤を供給することで、電極に吸着されて触媒に付着した芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元してアルコールに変えることにより、芳香族カルボニル化合物を電極から脱離させるという着想を得た。

これらの現象から、本課題の、燃料電池のシール部材から放出された芳香族カルボニル化合物が電極に吸着されて触媒に付着したことが原因で発電性能が低下することを解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで、本開示は、燃料電池の電極にヒドリド還元剤を供給して、電極に吸着された芳香族カルボニル化合物をアルコールに還元して電極から脱離させることで、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる燃料電池の活性化方法と燃料電池活性化システムを提供する。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面及び以下の説明は、当事者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１および図２を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１は、実施の形態１における燃料電池活性化システムの概略構成図である。

図１に示すように、燃料電池活性化システム２００は、燃料電池１００と、ヒドリド還元剤供給手段１２１と、水供給手段１２３と、乾燥ガス供給手段１２５と、供給経路切替手段１３０と、制御器１５０と、を備える。

燃料電池１００は、電解質膜－電極－枠体接合体１０４と、アノード側のセパレータ１０５と、カソード側のセパレータ１０６と、アノード側のシール部材１１４と、カソード側のシール部材１１５と、を備える。

電解質膜－電極－枠体接合体１０４は、高分子電解質膜１０１と、高分子電解質膜１０１よりも面積が小さく高分子電解質膜１０１を挟んで高分子電解質膜１０１の両主面の略中央部に配置された一対の電極１０２，１０３と、電極１０２，１０３が露出するように高分子電解質膜１０１の外周領域上に配置された環状の枠体１１３と、を備える。

一対のセパレータ１０５，１０６は、電解質膜－電極－枠体接合体１０４と厚み以外は略同じ大きさの板状に形成されて、電解質膜－電極－枠体接合体１０４の両外側に配置される。

電解質膜－電極－枠体接合体１０４は、高分子電解質膜１０１の両主面が鉛直方向と略平行となる向きで、アノード側のセパレータ１０５とカソード側のセパレータ１０６との間に挟まれて、アノード側のセパレータ１０５がアノード側の電極１０２に接触し、カソード側のセパレータ１０６がカソード側の電極１０３に接触する。

アノード側のセパレータ１０５には、セパレータ１０５における外側の面から内側の面にわたって貫通するように、流路入口１０７と流路出口１０８が、それぞれ設けられる。

流路入口１０７は、反応ガスとしての燃料ガスをアノード側の電極１０２に供給するための孔である。流路出口１０８は、アノード側の電極１０２に供給された燃料ガスのうちで電極１０２において消費されなかったガスを電極１０２から排出するための孔である。

また、アノード側のセパレータ１０５におけるアノード側の電極１０２と対向する面には、上流側端部で流路入口１０７と連通し、下流側端部で流路出口１０８と連通する溝状のガス流路１０９が形成されている。

なお、アノード側のセパレータ１０５において、流路入口１０７はガス流路１０９の上端部に位置し、流路出口１０８はガス流路１０９の下端部に位置する。また、ガス流路１０９は、流路入口１０７からガス流路１０９に流入した燃料ガスが、蛇行しながら重力に逆らわずに流路出口１０８に向かって流れるように形成されている。

一方、カソード側のセパレータ１０６には、セパレータ１０６における外側の面から内側の面にわたって貫通するように、流路入口１１０と流路出口１１１が、それぞれ設けられる。

流路入口１１０は、反応ガスとしての酸化剤ガスをカソード側の電極１０３に供給するための孔である。流路出口１１１は、カソード側の電極１０３に供給された酸化剤ガスの
うちで電極１０３において消費されなかったガスと、電気化学反応で生成された水と、を電極１０３から排出する孔である。

また、カソード側のセパレータ１０６におけるカソード側の電極１０３と対向する面には、上流側端部で流路入口１１０と連通し、下流側端部で流路出口１１１と連通する溝状のガス流路１１２が形成されている。

なお、カソード側のセパレータ１０６において、流路入口１１０はガス流路１１２の上端部に位置し、流路出口１１１はガス流路１１２の下端部に位置する。また、ガス流路１１２は、流路入口１１０からガス流路１１２に流入した酸化剤ガスが、蛇行しながら重力に逆らわずに流路出口１１１に向かって流れるように形成されている。

アノード側のシール部材１１４は、一対のセパレータ１０５，１０６で電解質膜－電極－枠体接合体１０４を挟んだときに、アノード側の電極１０２を囲むように、且つ、枠体１１３と接触して弾性変形するようにアノード側のセパレータ１０５に設けられる。

カソード側のシール部材１１５は、一対のセパレータ１０５，１０６で電解質膜－電極－枠体接合体１０４を挟んだときに、カソード側の電極１０３を囲むように、且つ、枠体１１３と接触して弾性変形するようにカソード側のセパレータ１０６に設けられる。

燃料電池１００は、アノード側のセパレータ１０５における流路入口１０７とガス流路１０９とを通ってアノード側の電極１０２に燃料ガスが供給され、カソード側のセパレータ１０６における流路入口１１０とガス流路１１２とを通ってカソード側の電極１０３に酸化剤ガスが供給されるように構成される。

そして、アノード側の電極１０２に供給された燃料ガスに含まれる水素と、カソード側の電極１０３に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素と、により電気化学反応が進行して起電力が生じ、外部回路を通った電子が電流となり発電されるように構成される。

そして、アノード側の電極１０２に供給された燃料ガスのうちで電極１０２において消費されなかったガスを電極１０２から排出し、カソード側の電極１０３に供給された酸化剤ガスのうちで電極１０３において消費されなかったガスと電気化学反応で生成された水とを電極１０３から排出するように構成される。

高分子電解質膜１０１は、アノード側の電極１０２で生成する水素イオンをカソード側の電極１０３に輸送する機能を果たすものである。高分子電解質膜１０１は、水素イオン伝導性を有する高分子材料で構成される。具体的には、高分子電解質膜１０１は、水素イオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子材料で構成される。

アノード側の電極１０２は、アノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９から電極１０２に供給される燃料ガスに含まれる水素を、水素イオンと電子とに解離する電気化学反応を促進する機能を果たす。

カソード側の電極１０３は、アノード側の電極１０２から高分子電解質膜１０１を通ってカソード側の電極１０３に移動する水素イオンと、アノード側の電極１０２から外部回路を通ってカソード側の電極１０３に移動する電子と、カソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２から電極１０３に供給される酸化剤ガスに含まれる酸素と、から水を生成する電気化学反応を促進する機能を果たす。

電極１０２，１０３は、触媒層とガス拡散層とで構成される。触媒層は、触媒を担持した導電性材料と、水素イオン伝導性を有する高分子材料と、分散媒との混合物を、カーボン製フェルト上に塗布して乾燥させて分散媒を除去したものを用いる。触媒層は高分子電解質膜１０１と対向する面側に配置される。

具体的には、触媒は、白金で構成される。導電性材料は、ケッチェンブラックで構成される。水素イオン伝導性を有する高分子材料は、水素イオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子材料で構成される。

枠体１１３は、ハンドリング性の向上のため、比較的硬度が高い非導電性樹脂によって構成される。

セパレータ１０５，１０６は、ガス透過性のない導電性部材である圧縮カーボンによって構成される。

シール部材１１４，１１５は、反応ガスの燃料電池１００から外部への漏出を遮断又は抑制するために、弾性変形可能なゴム材によって構成される。ゴム材は、耐久性に優れたフッ素ゴムを用いる。

アノード側のシール部材１１４は、アノード側のセパレータ１０５に圧接着される。アノード側のシール部材１１４は、燃料電池１００の組立て時にアノード側のセパレータ１０５と枠体１１３との間で圧縮されて反力を発生して、燃料ガスが燃料電池１００の外部に漏洩しないように燃料ガスを封止するシールとしての機能を果たす。

カソード側のシール部材１１５は、カソード側のセパレータ１０６に圧接着される。カソード側のシール部材１１５は、燃料電池１００の組立て時にカソード側のセパレータ１０６と枠体１１３との間で圧縮されて反力を発生して、酸化剤ガスが燃料電池１００の外部に漏洩しないように酸化剤ガスを封止するシールとしての機能を果たす。

セパレータ１０５，１０６にシール部材１１４，１１５を圧接着によって一体化する手法は、シール部材１１４，１１５の原料である未架橋のゴム材を、セパレータ１０５，１０６に直接形成して転写成型した後、加圧加熱処理をして架橋反応を行い、架橋したゴム材とする。

このとき、架橋反応を促進させるために、架橋剤をあらかじめゴム材中に配合しておくことが必要である。架橋剤は、高い架橋効率や反応性を考慮して、有機過酸化物架橋剤を用いる。架橋剤に有機過酸化物架橋剤を用いたシール部材１１４，１１５は、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する。

ヒドリド還元剤供給手段１２１は、ヒドリド還元剤供給経路１２２を介して供給経路切替手段１３０の第１の入口と連通する。ヒドリド還元剤供給経路１２２の入口はヒドリド還元剤供給手段１２１の出口と接続され、ヒドリド還元剤供給経路１２２の出口は供給経路切替手段１３０の第１の入口と接続されている。

水供給手段１２３は、水供給経路１２４を介して供給経路切替手段１３０の第２の入口と連通する。水供給経路１２４の入口は水供給手段１２３の出口と接続され、水供給経路１２４の出口は供給経路切替手段１３０の第２の入口と接続されている。

乾燥ガス供給手段１２５は、乾燥ガス供給経路１２６を介して供給経路切替手段１３０の第３の入口と連通する。乾燥ガス供給経路１２６の入口は乾燥ガス供給手段１２５の出
口と接続され、乾燥ガス供給経路１２６の出口は供給経路切替手段１３０の第３の入口と接続されている。

供給経路切替手段１３０の出口は、供給経路１３１を介して、アノード側のセパレータ１０５に設けられた流路入口１０７と連通する。さらに、供給経路切替手段１３０の出口は、供給経路１３１と、供給経路１３１から分岐した供給経路１３２とを介して、カソード側のセパレータ１０６に設けられた流路入口１１０と連通する。

アノード側のセパレータ１０５に設けられた流路出口１０８は、排出経路１３３を介して燃料電池１００の外部と連通する。カソード側のセパレータ１０６に設けられた流路出口１１１は、排出経路１３４を介して燃料電池１００の外部と連通する。

ヒドリド還元剤供給手段１２１は、シール部材１１４，１１５から放出されて電極１０２，１０３の触媒に付着した芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して電極１０２，１０３から脱離させる時に、ヒドリド還元剤をガス流路１０９，１１２に供給するものである。

ヒドリド還元剤供給手段１２１は、ヒドリド還元剤を内部に貯蔵するタンクと、制御器１５０によってヒドリド還元剤の送液量を制御可能な送液ポンプと、により構成される。

ヒドリド還元剤は、金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液により構成される。本実施の形態では、金属水素化物として水素化ホウ素ナトリウムを用い、溶媒としてアルコールであるエタノールを用いた。

水供給手段１２３は、ヒドリド還元剤をガス流路１０９，１１２に供給し終えた後に、ガス流路１０９，１１２と電極１０２，１０３に残留している残留物を除去する時に、水をガス流路１０９，１１２に供給するものである。

水供給手段１２３は、水を内部に貯蔵するタンクと、制御器１５０によって水の送液量を制御可能な送液ポンプと、により構成される。

乾燥ガス供給手段１２５は、水をガス流路１０９，１１２に供給し終えた後に、ガス流路１０９，１１２と電極１０２，１０３に残留している余分な水分を除去する時に、乾燥ガスをガス流路１０９，１１２に供給するものである。

乾燥ガス供給手段１２５は、乾燥ガスを内部に貯蔵するガスボンベと、制御器１５０によってガス流量を制御可能なマスフローコントローラと、により構成される。本実施の形態では、乾燥ガスとして不活性な窒素ガスを用いた。

制御器１５０は、ヒドリド還元剤供給手段１２１と水供給手段１２３と乾燥ガス供給手段１２５のそれぞれの供給動作（する／しない）と、供給経路切替手段１３０の第１から第３の入口のそれぞれの開閉と、を制御することができる。制御器１５０は、時間を管理するためのタイマー機能を有している。

制御器１５０は、ガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤をそれぞれ供給する時は、供給経路切替手段１３０において、第１の入口が開で、第２の入口が閉で、第３の入口が閉の状態にして、ヒドリド還元剤供給手段１２１の送液ポンプを動作させるように構成される。

制御器１５０は、ガス流路１０９，１１２に水をそれぞれ供給する時は、供給経路切替
手段１３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が開で、第３の入口が閉の状態にして、水供給手段１２３の送液ポンプを動作させるように構成される。

制御器１５０は、ガス流路１０９，１１２に乾燥ガスをそれぞれ供給する時は、供給経路切替手段１３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が閉で、第３の入口が開の状態にして、乾燥ガス供給手段１２５のマスフローコントローラを動作させるように構成される。

［１－２．動作］
以上のように構成された燃料電池活性化システム２００において、図１および図２に基づいて、その動作、作用を以下に説明する。

図２は、実施の形態１における燃料電池活性化システム２００の動作を示すフローチャートである。

燃料電池活性化システム２００の動作は、ガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤をそれぞれ供給するヒドリド還元剤供給モードと、ガス流路１０９，１１２に水をそれぞれ供給する水供給モードと、ガス流路１０９，１１２に乾燥ガスをそれぞれ供給する乾燥ガス供給モードと、の三つからなる。

この三つの供給モードは、最初にヒドリド還元剤供給モードを実施し、次に水供給モードを実施し、最後に乾燥ガス供給モードを実施する。

まず、ヒドリド還元剤供給モードついて説明する。

図２のフローチャートのスタートの時点では（ヒドリド還元剤供給モードを開始する前は）供給経路切替手段１３０の第１から第３の入口は全て閉状態であるので、制御器１５０は、供給経路切替手段１３０の第１の入口を開放（他の入口は閉状態を維持）することによって、供給経路切替手段１３０において、第１の入口が開で、第２の入口が閉で、第３の入口が閉の状態にする（Ｓ００１）。

次に、制御器１５０は、ヒドリド還元剤供給手段１２１が所定流量（１００ｍＬ／ｍｉｎ）のヒドリド還元剤の供給を開始するように、ヒドリド還元剤供給手段１２１の送液ポンプを起動する（Ｓ００２）。

Ｓ００２を実行することにより、ヒドリド還元剤供給手段１２１からヒドリド還元剤供給経路１２２に排出されたヒドリド還元剤は、ヒドリド還元剤供給経路１２２の出口と接続された第１の入口が開状態の供給経路切替手段１３０を経て、供給経路切替手段１３０の出口に接続された供給経路１３１に流入する。

そして、供給経路１３１に流入したヒドリド還元剤の約半分は、供給経路１３１の出口からアノード側のセパレータ１０５の流路入口１０７を通って、ガス流路１０９に流入してアノード側の電極１０２に供給される。

また、供給経路１３１に流入したヒドリド還元剤の残りの約半分は、供給経路１３１の途中から供給経路１３２に分岐して、供給経路１３２の出口からカソード側のセパレータ１０６の流路入口１１０を通って、ガス流路１１２に流入してカソード側の電極１０３に供給される。

架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有するシール部材１１４，１１５
は、芳香族カルボニル化合物を放出する。

アノード側のシール部材１１４からセパレータ１０５と枠体１１３とシール部材１１４と電極１０２とによって囲まれた空間に放出された芳香族カルボニル化合物は、アノード側のセパレータ１０５に形成されたガス流路１０９やアノード側の電極１０２の内部空間を浮遊する。

カソード側のシール部材１１５からセパレータ１０６と枠体１１３とシール部材１１５と電極１０３とによって囲まれた空間に放出された芳香族カルボニル化合物は、カソード側のセパレータ１０６に形成されたガス流路１１２やカソード側の電極１０３の内部空間を浮遊する。

芳香族カルボニル化合物はカルボニル基を有するため、電極１０２，１０３の内部空間に露出する触媒に付着する。これにより、燃料電池１００の電気化学反応を阻害して発電電圧を低下させている。

ここで、ガス流路１０９，１１２を介して電極１０２，１０３にヒドリド還元剤が供給されることによって、電極１０２，１０３の触媒に付着した芳香族カルボニル化合物が、ヒドリド還元されてアルコールに変わって、電極１０２，１０３から脱離する。

アノード側の電極１０２から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、アノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９に供給されたヒドリド還元剤とともにアノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９を経由して流路出口１０８に排出される。

そして、流路出口１０８に排出された芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、流路出口１０８から排出経路１３３を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

また、カソード側の電極１０３から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、カソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２に供給されたヒドリド還元剤とともにカソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２を経由して流路出口１１１に排出される。

そして、流路出口１１１に排出された芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、流路出口１１１から排出経路１３４を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

これにより、電極１０２，１０３に吸着されて電極１０２，１０３に付着した芳香族カルボニル化合物を、ヒドリド還元剤によってアルコールに還元して、電極１０２，１０３から脱離させ、ヒドリド還元剤とともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

次に、制御器１５０は、現在の状態（ヒドリド還元剤供給モードの状態）を所定時間（３０秒間）継続する（Ｓ００３）。

次に、制御器１５０は、ヒドリド還元剤供給モードを開始（Ｓ００１を実施）してからの経過時間を測定し（Ｓ００４）、Ｓ００４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えたかを確認する（Ｓ００５）。

この確認の結果、Ｓ００４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えていなけれ
ば、所定時間（１０分）を超えるまで、Ｓ００５をＮｏ側に分岐してＳ００３に戻る。

やがて、Ｓ００５において、Ｓ００４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えると、Ｓ００５をＹｅｓ側に分岐して、制御器１５０は、ヒドリド還元剤供給手段１２１の送液ポンプを停止し、供給経路切替手段１３０の第１の入口を閉鎖（他の入口は閉状態を維持）することによって、第１の入口が閉で、第２の入口が閉で、第３の入口が閉の状態にする（Ｓ００６）。

これにより、ヒドリド還元剤供給モードは終了し、水供給モードに移行する。

次に、水供給モードについて説明する。

ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点では（Ｓ００６を実行後は）供給経路切替手段１３０の第１から第３の入口は全て閉状態であるので、制御器１５０は、供給経路切替手段１３０の第２の入口を開放（他の入口は閉状態を維持）することによって、供給経路切替手段１３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が開で、第３の入口が閉の状態にする（Ｓ００７）。

次に、制御器１５０は、水供給手段１２３が所定流量（１００ｍＬ／ｍｉｎ）の水の供給を開始するように、水供給手段１２３の送液ポンプを起動する（Ｓ００８）。

Ｓ００８を実行することにより、水供給手段１２３から水供給経路１２４に排出された水は、水供給経路１２４の出口と接続された第２の入口が開状態の供給経路切替手段１３０を経て、供給経路切替手段１３０の出口に接続された供給経路１３１に流入する。

そして、供給経路１３１に流入した水の約半分は、供給経路１３１の出口からアノード側のセパレータ１０５の流路入口１０７を通って、ガス流路１０９に流入してアノード側の電極１０２に供給される。

また、供給経路１３１に流入した水の残りの約半分は、供給経路１３１の途中から供給経路１３２に分岐して、供給経路１３２の出口からカソード側のセパレータ１０６の流路入口１１０を通って、ガス流路１１２に流入してカソード側の電極１０３に供給される。

ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点の電極１０２，１０３には、ヒドリド還元剤供給モード時において電極１０２，１０３に供給されたヒドリド還元剤と電極１０２，１０３から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とが残留している。

ここで、ガス流路１０９，１１２を介して電極１０２，１０３に水が供給されることによって、電極１０２，１０３における残留物が、電極１０２，１０３から流出する。

アノード側の電極１０２における残留物は、アノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９に供給された水とともにアノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９を経由して流路出口１０８に排出される。そして、流路出口１０８に排出された残留物は、流路出口１０８から排出経路１３３を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

また、カソード側の電極１０３における残留物は、カソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２に供給された水とともにカソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２を経由して流路出口１１１に排出される。そして、流路出口１１１に排出された残留物は、
流路出口１１１から排出経路１３４を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

これにより、ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点で、電極１０２，１０３に残留していたヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とを、水とともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

次に、制御器１５０は、現在の状態（水供給モードの状態）を所定時間（３０秒間）継続する（Ｓ００９）。

次に、制御器１５０は、水供給モードを開始（Ｓ００７を実施）してからの経過時間を測定し（Ｓ０１０）、Ｓ０１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えたかを確認する（Ｓ０１１）。

この確認の結果、Ｓ０１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えていなければ、所定時間（１０分）を超えるまで、Ｓ０１１をＮｏ側に分岐してＳ００９に戻る。

やがて、Ｓ０１１において、Ｓ０１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えると、Ｓ０１１をＹｅｓ側に分岐して、制御器１５０は、水供給手段１２３の送液ポンプを停止し、供給経路切替手段１３０の第２の入口を閉鎖（他の入口は閉状態を維持）することによって、第１の入口が閉で、第２の入口が閉で、第３の入口が閉の状態にする（Ｓ０１２）。

これにより、水供給モードは終了し、乾燥ガス供給モードに移行する。

次に、乾燥ガス供給モードについて説明する。

水供給モードが終了した時点では（Ｓ０１２を実行後は）供給経路切替手段１３０の第１から第３の入口は全て閉状態であるので、制御器１５０は、供給経路切替手段１３０の第３の入口を開放（他の入口は閉状態を維持）することによって、供給経路切替手段１３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が閉で、第３の入口が開の状態にする（Ｓ０１３）。

次に、制御器１５０は、乾燥ガス供給手段１２５が所定流量（１００ｍＬ／ｍｉｎ）の乾燥ガスの供給を開始するように、乾燥ガス供給手段１２５のマスフローコントローラを起動する（Ｓ０１４）。

Ｓ０１４を実行することにより、乾燥ガス供給手段１２５から乾燥ガス供給経路１２６に排出された乾燥ガスは、乾燥ガス供給経路１２６の出口と接続された第３の入口が開状態の供給経路切替手段１３０を経て、供給経路切替手段１３０の出口に接続された供給経路１３１に流入する。

そして、供給経路１３１に流入した乾燥ガスの約半分は、供給経路１３１の出口からアノード側のセパレータ１０５の流路入口１０７を通って、ガス流路１０９に流入してアノード側の電極１０２に供給される。

また、供給経路１３１に流入した乾燥ガスの残りの約半分は、供給経路１３１の途中から供給経路１３２に分岐して、供給経路１３２の出口からカソード側のセパレータ１０６の流路入口１１０を通って、ガス流路１１２に流入してカソード側の電極１０３に供給される。

水供給モードが終了した時点の電極１０２，１０３には、水供給モード時において電極１０２，１０３に供給された水が残留している。また、水供給モードが終了した時点のガス流路１０９，１１２には、水供給モード時においてガス流路１０９，１１２に供給された水が残留している。

ここで、ガス流路１０９，１１２を介して電極１０２，１０３に乾燥ガスが供給されることによって、ガス流路１０９，１１２及び電極１０２，１０３に残留していた水が、乾燥ガスによって気化しながらガス流路１０９，１１２及び電極１０２，１０３から排出される。

アノード側の電極１０２に残留していた水は、乾燥ガスによって気化しながらアノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９に供給された乾燥ガスとともにアノード側のセパレータ１０５のガス流路１０９を経由して流路出口１０８に排出される。そして、流路出口１０８に排出された水（水蒸気を含む）は、流路出口１０８から排出経路１３３を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

また、カソード側の電極１０３に残留していた水は、乾燥ガスによって気化しながらカソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２に供給された乾燥ガスとともにカソード側のセパレータ１０６のガス流路１１２を経由して流路出口１１１に排出される。そして、流路出口１１１に排出された水（水蒸気を含む）は、流路出口１１１から排出経路１３４を経由して燃料電池１００の外部に排出されて適切に処理される。

これにより、水供給モードが終了した時点で、ガス流路１０９，１１２と電極１０２，１０３に残留していた水を、乾燥ガスとともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

次に、制御器１５０は、現在の状態（乾燥ガス供給モードの状態）を所定時間（３０秒間）継続する（Ｓ０１５）。

次に、制御器１５０は、乾燥ガス供給モードを開始（Ｓ０１３を実施）してからの経過時間を測定し（Ｓ０１６）、Ｓ０１６で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えたかを確認する（Ｓ０１７）。

この確認の結果、Ｓ０１６で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えていなければ、所定時間（１０分）を超えるまで、Ｓ０１７をＮｏ側に分岐してＳ０１５に戻る。

やがて、Ｓ０１７において、Ｓ０１６で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えると、Ｓ０１７をＹｅｓ側に分岐して、制御器１５０は、乾燥ガス供給手段１２５のマスフローコントローラを停止し、供給経路切替手段１３０の第３の入口を閉鎖（他の入口は閉状態を維持）することによって、第１の入口が閉で、第２の入口が閉で、第３の入口が閉の状態にする（Ｓ０１８）。

これにより、乾燥ガス供給モードは終了する。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態における、燃料電池の活性化方法は、電解質膜－電極－枠体接合体１０４と、一対の板状のセパレータ１０５，１０６と、電極１０２，１０３を囲むように配置され枠体１１３とセパレータ１０５，１０６との両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材１１４，１１５と、を有し、シール部材１１４，１１５
が、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池１００の活性化方法である。

ここで、電解質膜－電極－枠体接合体１０４は、高分子電解質膜１０１と、高分子電解質膜１０１を挟んで高分子電解質膜１０１の両主面に配置された一対の電極１０２，１０３と、電極１０２，１０３が露出するように高分子電解質膜１０１の外周領域上に配置された環状の枠体１１３と、を備えるものである。

また、一対の板状のセパレータ１０５，１０６は、電極１０２，１０３との間に反応ガスを流すためのガス流路１０９，１１２が形成され電解質膜－電極－枠体接合体１０４の両外側に配置されるものである。

そして、本実施の形態における燃料電池の活性化方法の特徴は、ガス流路１０９，１１２に、芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元するヒドリド還元剤を、供給することである。

この方法により、シール部材１１４，１１５から放出されて電極１０２，１０３に吸着された芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して、電極１０２，１０３から脱離させて、ヒドリド還元剤とともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

そのため、電極１０２，１０３に吸着された芳香族カルボニル化合物の量が減少し、燃料電池１００の発電性能の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態における、燃料電池活性化システム２００は、燃料電池１００と、ヒドリド還元剤供給手段１２１と、制御器１５０と、を備える。

ここで、燃料電池１００は、電解質膜－電極－枠体接合体１０４と、一対の板状のセパレータ１０５，１０６と、電極１０２，１０３を囲むように配置され枠体１１３とセパレータ１０５，１０６との両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材１１４，１１５と、を有する。シール部材１１４，１１５は、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する。

ここで、電解質膜－電極－枠体接合体１０４は、高分子電解質膜１０１と、高分子電解質膜１０１を挟んで高分子電解質膜１０１の両主面に配置された一対の電極１０２，１０３と、電極１０２，１０３が露出するように高分子電解質膜１０１の外周領域上に配置された環状の枠体１１３と、を備えるものである。

また、一対の板状のセパレータ１０５，１０６は、電極１０２，１０３との間に反応ガスを流すためのガス流路１０９，１１２が形成され電解質膜－電極－枠体接合体１０４の両外側に配置されるものである。

また、ヒドリド還元剤供給手段１２１は、ヒドリド還元剤供給経路１２２と、供給経路切替手段１３０と、供給経路１３１と、アノード側のセパレータ１０５の流路入口１０７と、を介して、アノード側のガス流路１０９にヒドリド還元剤を供給する。

さらに、ヒドリド還元剤供給手段１２１は、ヒドリド還元剤供給経路１２２と、供給経路切替手段１３０と、供給経路１３１と、供給経路１３１の途中から分岐した供給経路１３２と、カソード側のセパレータ１０６の流路入口１１０と、を介して、カソード側のガス流路１１２にヒドリド還元剤を供給する。

制御器１５０は、燃料電池１００を活性化させる時に、ヒドリド還元剤供給経路１２２と供給経路１３１とが連通するように供給経路切替手段１３０を制御するとともに、ヒドリド還元剤をヒドリド還元剤供給経路１２２に排出するようにヒドリド還元剤供給手段１２１を制御して、燃料電池１００のガス流路１０９，１１２に、ヒドリド還元剤供給経路１２２と供給経路切替手段１３０と供給経路１３１を介してヒドリド還元剤を供給する。

これにより、シール部材１１４，１１５から放出されて電極１０２，１０３に吸着された芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して、電極１０２，１０３から脱離させて、ヒドリド還元剤とともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

そのため、電極１０２，１０３に吸着された芳香族カルボニル化合物の量が減少し、燃料電池１００の発電性能の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態の燃料電池の活性化方法のように、ガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤を供給した後に、ガス流路１０９，１１２に水を供給してもよい。

これにより、ガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤を供給し終えた時点で、電極１０２，１０３に残留しているヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とを、水とともに燃料電池１００の外部に排出することができる。

そのため、ガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤を供給後に、ガス流路１０９，１１２に水を供給しない場合よりも、燃料電池の活性化方法を実施した後に、電極１０２，１０３に残留するヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とが減少し、ヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とによる燃料電池１００の発電性能の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態の燃料電池活性化システム２００のように、水供給経路１２４と供給経路切替手段１３０と供給経路１３１とを介して、ガス流路１０９，１１２に水を供給する水供給手段１２３を設け、ヒドリド還元剤供給手段１２１からガス流路１０９，１１２にヒドリド還元剤を供給した後に、制御器１５０が、水供給経路１２４と供給経路１３１とが連通するように供給経路切替手段１３０を制御するとともに、水を水供給経路１２４に排出するように水供給手段１２３を制御するように構成してもよい。

また、本実施の形態のように、ヒドリド還元剤は、少なくとも金属水素化物とアルコールとを混合した金属水素化物溶液を含んでもよい。

これにより、金属水素化物を含みアルコールを含まないヒドリド還元剤を電極１０２，１０３に供給する場合よりも、電極１０２，１０３に吸着された芳香族カルボニル化合物をアルコールに還元する反応をより促進することができる。

そのため、金属水素化物を含みアルコールを含まないヒドリド還元剤を電極１０２，１０３に供給する場合よりも、燃料電池１００の発電性能の低下を抑制する効果をより高めることができる。

（実施の形態２）
以下、図３および図４を用いて、実施の形態２を説明する。

［２－１．構成］
図３は、実施の形態２における燃料電池活性化システムの概略構成図である。

図３に示すように、燃料電池活性化システム４００は、燃料電池３００と、ヒドリド還元剤供給手段３２１と、乾燥ガス供給手段３２５と、供給経路切替手段３３０と、制御器３５０と、を備える。

燃料電池３００は、電解質膜－電極－枠体接合体３０４と、アノード側のセパレータ３０５と、カソード側のセパレータ３０６と、アノード側のシール部材３１４と、カソード側のシール部材３１５と、を備える。

電解質膜－電極－枠体接合体３０４は、高分子電解質膜３０１と、高分子電解質膜３０１よりも面積が小さく高分子電解質膜３０１を挟んで高分子電解質膜３０１の両主面の略中央部に配置された一対の電極３０２，３０３と、電極３０２，３０３が露出するように高分子電解質膜３０１の外周領域上に配置された環状の枠体３１３と、を備える。

一対のセパレータ３０５，３０６は、電解質膜－電極－枠体接合体３０４と厚み以外は略同じ大きさの板状に形成されて、電解質膜－電極－枠体接合体３０４の両外側に配置される。

電解質膜－電極－枠体接合体３０４は、高分子電解質膜３０１の両主面が鉛直方向と略平行となる向きで、アノード側のセパレータ３０５とカソード側のセパレータ３０６との間に挟まれて、アノード側のセパレータ３０５がアノード側の電極３０２に接触し、カソード側のセパレータ３０６がカソード側の電極３０３に接触する。

アノード側のセパレータ３０５には、セパレータ３０５における外側の面から内側の面にわたって貫通するように、流路入口３０７と流路出口３０８が、それぞれ設けられる。

流路入口３０７は、反応ガスとしての燃料ガスをアノード側の電極３０２に供給するための孔である。流路出口３０８は、アノード側の電極３０２に供給された燃料ガスのうちで電極３０２において消費されなかったガスを電極３０２から排出するための孔である。

また、アノード側のセパレータ３０５におけるアノード側の電極３０２と対向する面には、上流側端部で流路入口３０７と連通し、下流側端部で流路出口３０８と連通する溝状のガス流路３０９が形成されている。

なお、アノード側のセパレータ３０５において、流路入口３０７はガス流路３０９の上端部に位置し、流路出口３０８はガス流路３０９の下端部に位置する。また、ガス流路３０９は、流路入口３０７からガス流路３０９に流入した燃料ガスが、蛇行しながら重力に逆らわずに流路出口３０８に向かって流れるように形成されている。

一方、カソード側のセパレータ３０６には、セパレータ３０６における外側の面から内側の面にわたって貫通するように、流路入口３１０と流路出口３１１が、それぞれ設けられる。

流路入口３１０は、反応ガスとしての酸化剤ガスをカソード側の電極３０３に供給するための孔である。流路出口３１１は、カソード側の電極３０３に供給された酸化剤ガスのうちで電極３０３において消費されなかったガスと、電気化学反応で生成された水と、を電極３０３から排出する孔である。

また、カソード側のセパレータ３０６におけるカソード側の電極３０３と対向する面に
は、上流側端部で流路入口３１０と連通し、下流側端部で流路出口３１１と連通する溝状のガス流路３１２が形成されている。

なお、カソード側のセパレータ３０６において、流路入口３１０はガス流路３１２の上端部に位置し、流路出口３１１はガス流路３１２の下端部に位置する。また、ガス流路３１２は、流路入口３１０からガス流路３１２に流入した酸化剤ガスが、蛇行しながら重力に逆らわずに流路出口３１１に向かって流れるように形成されている。

アノード側のシール部材３１４は、一対のセパレータ３０５，３０６で電解質膜－電極－枠体接合体３０４を挟んだときに、アノード側の電極３０２を囲むように、且つ、枠体３１３と接触して弾性変形するようにアノード側のセパレータ３０５に設けられる。

カソード側のシール部材３１５は、一対のセパレータ３０５，３０６で電解質膜－電極－枠体接合体３０４を挟んだときに、カソード側の電極３０３を囲むように、且つ、枠体３１３と接触して弾性変形するようにカソード側のセパレータ３０６に設けられる。

燃料電池３００は、アノード側のセパレータ３０５における流路入口３０７とガス流路３０９とを通ってアノード側の電極３０２に燃料ガスが供給され、カソード側のセパレータ３０６における流路入口３１０とガス流路３１２とを通ってカソード側の電極３０３に酸化剤ガスが供給されるように構成される。

そして、アノード側の電極３０２に供給された燃料ガスに含まれる水素と、カソード側の電極３０３に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素と、により電気化学反応が進行して起電力が生じ、外部回路を通った電子が電流となり発電されるように構成される。

そして、アノード側の電極３０２に供給された燃料ガスのうちで電極３０２において消費されなかったガスを電極３０２から排出し、カソード側の電極３０３に供給された酸化剤ガスのうちで電極３０３において消費されなかったガスと電気化学反応で生成された水とを電極３０３から排出するように構成される。

高分子電解質膜３０１は、アノード側の電極３０２で生成する水素イオンをカソード側の電極３０３に輸送する機能を果たすものである。高分子電解質膜３０１は、水素イオン伝導性を有する高分子材料で構成される。具体的には、高分子電解質膜３０１は、水素イオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子材料で構成される。

アノード側の電極３０２は、アノード側のセパレータ３０５のガス流路３０９から電極３０２に供給される燃料ガスに含まれる水素を、水素イオンと電子とに解離する電気化学反応を促進する機能を果たす。

カソード側の電極３０３は、アノード側の電極３０２から高分子電解質膜３０１を通ってカソード側の電極３０３に移動する水素イオンと、アノード側の電極３０２から外部回路を通ってカソード側の電極３０３に移動する電子と、カソード側のセパレータ３０６のガス流路３１２から電極３０３に供給される酸化剤ガスに含まれる酸素と、から水を生成する電気化学反応を促進する機能を果たす。

電極３０２，３０３は、触媒層とガス拡散層とで構成される。触媒層は、触媒を担持した導電性材料と、水素イオン伝導性を有する高分子材料と、分散媒との混合物を、カーボン製フェルト上に塗布して乾燥させて分散媒を除去したものを用いる。触媒層は高分子電解質膜３０１と対向する面側に配置される。

具体的には、触媒は、白金で構成される。導電性材料は、ケッチェンブラックで構成される。水素イオン伝導性を有する高分子材料は、水素イオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子材料で構成される。

枠体３１３は、ハンドリング性の向上のため、比較的硬度が高い非導電性樹脂によって構成される。

セパレータ３０５，３０６は、ガス透過性のない導電性部材である圧縮カーボンによって構成される。

シール部材３１４，３１５は、反応ガスの燃料電池３００から外部への漏出を遮断又は抑制するために、弾性変形可能なゴム材によって構成される。ゴム材は、耐久性に優れたフッ素ゴムを用いる。

アノード側のシール部材３１４は、アノード側のセパレータ３０５に圧接着される。アノード側のシール部材３１４は、燃料電池３００の組立て時にアノード側のセパレータ３０５と枠体３１３との間で圧縮されて反力を発生して、燃料ガスが燃料電池３００の外部に漏洩しないように燃料ガスを封止するシールとしての機能を果たす。

カソード側のシール部材３１５は、カソード側のセパレータ３０６に圧接着される。カソード側のシール部材３１５は、燃料電池３００の組立て時にカソード側のセパレータ３０６と枠体３１３との間で圧縮されて反力を発生して、酸化剤ガスが燃料電池３００の外部に漏洩しないように酸化剤ガスを封止するシールとしての機能を果たす。

セパレータ３０５，３０６にシール部材３１４，３１５を圧接着によって一体化する手法は、シール部材３１４，３１５の原料である未架橋のゴム材を、セパレータ３０５，３０６に直接形成して転写成型した後、加圧加熱処理をして架橋反応を行い、架橋したゴム材とする。

このとき、架橋反応を促進させるために、架橋剤をあらかじめゴム材中に配合しておくことが必要である。架橋剤は、高い架橋効率や反応性を考慮して、有機過酸化物架橋剤を用いる。架橋剤に有機過酸化物架橋剤を用いたシール部材３１４，３１５は、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する。

ヒドリド還元剤供給手段３２１は、ヒドリド還元剤供給経路３２２を介して供給経路切替手段３３０の第１の入口と連通する。ヒドリド還元剤供給経路３２２の入口はヒドリド還元剤供給手段３２１の出口と接続され、ヒドリド還元剤供給経路３２２の出口は供給経路切替手段３３０の第１の入口と接続されている。

乾燥ガス供給手段３２５は、乾燥ガス供給経路３２６を介して供給経路切替手段３３０の第２の入口と連通する。乾燥ガス供給経路３２６の入口は乾燥ガス供給手段３２５の出口と接続され、乾燥ガス供給経路３２６の出口は供給経路切替手段３３０の第２の入口と接続されている。

供給経路切替手段３３０の出口は、供給経路３３１を介して、アノード側のセパレータ３０５に設けられた流路入口３０７と連通する。アノード側のセパレータ３０５に設けられた流路出口３０８は、排出供給経路３３３を介して、カソード側のセパレータ３０６に設けられた流路入口３１０と連通する。カソード側のセパレータ３０６に設けられた流路出口３１１は、排出経路３３４を介して燃料電池３００の外部と連通する。

ヒドリド還元剤供給手段３２１は、シール部材３１４，３１５から放出されて電極３０２，３０３の触媒に付着した芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して、電極３０２，３０３から脱離させる時に、ヒドリド還元剤をアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給するものである。

ヒドリド還元剤供給手段３２１は、ヒドリド還元剤を内部に貯蔵するタンクと、制御器３５０によってヒドリド還元剤の送液量を制御可能な送液ポンプと、により構成される。

ヒドリド還元剤は、金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液により構成される。本実施の形態では、金属水素化物として水素化アルミニウムリチウムを用い、溶媒としてジエチルエーテルを用いた。

乾燥ガス供給手段３２５は、ヒドリド還元剤をガス流路３０９，３１２に供給し終えた後に、ガス流路３０９，３１２と電極３０２，３０３に残留している残留物を除去する時に、乾燥ガスをアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給するものである。

乾燥ガス供給手段３２５は、乾燥ガスを内部に貯蔵するガスボンベと、制御器３５０によってガス流量を制御可能なマスフローコントローラと、により構成される。本実施の形態では、乾燥ガスとして不活性な窒素ガスを用いた。

制御器３５０は、ヒドリド還元剤供給手段３２１と乾燥ガス供給手段３２５のそれぞれの供給動作（する／しない）と、供給経路切替手段３３０の第１の入口と第２の入口のそれぞれの開閉と、を制御することができる。制御器３５０は、時間を管理するためのタイマー機能を有している。

制御器３５０は、ヒドリド還元剤をアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給する時は、供給経路切替手段３３０において、第１の入口が開で、第２の入口が閉の状態にして、ヒドリド還元剤供給手段３２１の送液ポンプを動作させるように構成される。

制御器３５０は、乾燥ガスをアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給する時は、供給経路切替手段３３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が開の状態にして、乾燥ガス供給手段３２５のマスフローコントローラを動作させるように構成される。

［２－２．動作］
以上のように構成された燃料電池活性化システム４００において、図３および図４に基づいて、その動作、作用を以下に説明する。

図４は、実施の形態２における燃料電池活性化システム４００の動作を示すフローチャートである。

燃料電池活性化システム４００の動作は、ヒドリド還元剤をアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給するヒドリド還元剤供給モードと、乾燥ガスをアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給する乾燥ガス供給モードと、の二つからなる。

この二つの供給モードは、最初にヒドリド還元剤供給モードを実施し、次に乾燥ガス供
給モードを実施する。

まず、ヒドリド還元剤供給モードついて説明する。

図４のフローチャートのスタートの時点では（ヒドリド還元剤供給モードを開始する前は）供給経路切替手段３３０の第１の入口と第２の入口とは両方とも閉状態であるので、制御器３５０は、供給経路切替手段３３０の第１の入口を開放（第２の入口は閉状態を維持）することによって、供給経路切替手段３３０において、第１の入口が開で、第２の入口が閉の状態にする（Ｓ１０１）。

次に、制御器３５０は、ヒドリド還元剤供給手段３２１が所定流量（１００ｍＬ／ｍｉｎ）のヒドリド還元剤の供給を開始するように、ヒドリド還元剤供給手段３２１の送液ポンプを起動する（Ｓ１０２）。

Ｓ１０２を実行することにより、ヒドリド還元剤供給手段３２１からヒドリド還元剤供給経路３２２に排出されたヒドリド還元剤は、ヒドリド還元剤供給経路３２２の出口と接続された第１の入口が開状態の供給経路切替手段３３０を経て、供給経路切替手段３３０の出口に接続された供給経路３３１に流入する。

そして、供給経路３３１に流入したヒドリド還元剤は、供給経路３３１の出口からアノード側のセパレータ３０５の流路入口３０７を通って、ガス流路３０９に流入する。そして、アノード側のガス流路３０９に流入したヒドリド還元剤の一部は、ガス流路３０９からアノード側の電極３０２に供給される。

また、アノード側のガス流路３０９に流入したヒドリド還元剤のうちでアノード側の電極３０２に供給されずに流路出口３０８から排出されるヒドリド還元剤は、流路出口３０８とカソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０とを連通させる排出供給経路３３３を経由して、カソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０を通って、ガス流路３１２に流入してカソード側の電極３０３に供給される。

架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有するシール部材３１４，３１５は、芳香族カルボニル化合物を放出する。

アノード側のシール部材３１４からセパレータ３０５と枠体３１３とシール部材３１４と電極３０２とによって囲まれた空間に放出された芳香族カルボニル化合物は、アノード側のセパレータ３０５に形成されたガス流路３０９やアノード側の電極３０２の内部空間を浮遊する。

カソード側のシール部材３１５からセパレータ３０６と枠体３１３とシール部材３１５と電極３０３とによって囲まれた空間に放出された芳香族カルボニル化合物は、カソード側のセパレータ３０６に形成されたガス流路３１２やカソード側の電極３０３の内部空間を浮遊する。

芳香族カルボニル化合物はカルボニル基を有するため、電極３０２，３０３の内部空間に露出する触媒に付着する。これにより、燃料電池３００の電気化学反応を阻害して発電電圧を低下させている。

ここで、ガス流路３０９，３１２を介して電極３０２，３０３にヒドリド還元剤が供給されることによって、電極３０２，３０３の触媒に付着した芳香族カルボニル化合物が、ヒドリド還元されてアルコールに変わって、電極３０２，３０３から脱離する。

アノード側の電極３０２から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、アノード側のセパレータ３０５のガス流路３０９に供給されたヒドリド還元剤とともにアノード側のセパレータ３０５のガス流路３０９を経由して流路出口３０８に排出された後に、排出供給経路３３３を経由して、カソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０を通って、ガス流路３１２に流入する。

また、カソード側の電極３０３から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、カソード側のセパレータ３０６のガス流路３１２に供給されたヒドリド還元剤とともにカソード側のセパレータ３０６のガス流路３１２を経由して流路出口３１１に排出される。

そして、流路出口３１１に排出された芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）は、流路出口３１１から排出経路３３４を経由して燃料電池３００の外部に排出されて適切に処理される。

これにより、電極３０２，３０３に吸着されて電極３０２，３０３に付着した芳香族カルボニル化合物を、ヒドリド還元剤によってアルコールに還元して、電極３０２，３０３から脱離させ、ヒドリド還元剤とともに燃料電池３００の外部に排出することができる。

次に、制御器３５０は、現在の状態（ヒドリド還元剤供給モードの状態）を所定時間（３０秒間）継続する（Ｓ１０３）。

次に、制御器３５０は、ヒドリド還元剤供給モードを開始（Ｓ１０１を実施）してからの経過時間を測定し（Ｓ１０４）、Ｓ１０４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えたかを確認する（Ｓ１０５）。

この確認の結果、Ｓ１０４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えていなければ、所定時間（１０分）を超えるまで、Ｓ１０５をＮｏ側に分岐してＳ１０３に戻る。

やがて、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えると、Ｓ１０５をＹｅｓ側に分岐して、制御器３５０は、ヒドリド還元剤供給手段３２１の送液ポンプを停止し、供給経路切替手段３３０の第１の入口を閉鎖（第２の入口は閉状態を維持）することによって、第１の入口が閉で、第２の入口が閉の状態にする（Ｓ１０６）。

これにより、ヒドリド還元剤供給モードは終了し、乾燥ガス供給モードに移行する。

次に、乾燥ガス供給モードについて説明する。

ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点では（Ｓ１０６を実行後は）供給経路切替手段３３０の第１と第２の入口は両方とも閉状態であるので、制御器３５０は、供給経路切替手段３３０の第２の入口を開放（第１の入口は閉状態を維持）することによって、供給経路切替手段３３０において、第１の入口が閉で、第２の入口が開の状態にする（Ｓ１０７）。

次に、制御器３５０は、乾燥ガス供給手段３２５が所定流量（１００ｍＬ／ｍｉｎ）の乾燥ガスの供給を開始するように、乾燥ガス供給手段３２５のマスフローコントローラを起動する（Ｓ１０８）。

Ｓ１０８を実行することにより、乾燥ガス供給手段３２５から乾燥ガス供給経路３２６に排出された乾燥ガスは、乾燥ガス供給経路３２６の出口と接続された第２の入口が開状態の供給経路切替手段３３０を経て、供給経路切替手段３３０の出口に接続された供給経路３３１に流入する。

そして、供給経路３３１に流入した乾燥ガスは、供給経路３３１の出口からアノード側のセパレータ３０５の流路入口３０７を通って、ガス流路３０９に流入する。そして、アノード側のガス流路３０９に流入した乾燥ガスの一部は、ガス流路３０９からアノード側の電極３０２に供給される。

また、アノード側のガス流路３０９に流入した乾燥ガスのうちでアノード側の電極３０２に供給されずに流路出口３０８から排出される乾燥ガスは、流路出口３０８とカソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０とを連通させる排出供給経路３３３を経由して、カソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０を通って、ガス流路３１２に流入してカソード側の電極３０３に供給される。

ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点の電極３０２，３０３には、ヒドリド還元剤供給モード時において電極３０２，３０３に供給されたヒドリド還元剤と電極３０２，３０３から脱離した芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とが残留している。

ここで、アノード側のガス流路３０９を介して電極３０２に乾燥ガスが供給されることによって、アノード側の電極３０２に残留していたヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とが、乾燥ガスとともに、ガス流路３０９を経由して流路出口３０８に排出された後に、排出供給経路３３３、カソード側のセパレータ３０６の流路入口３１０、ガス流路３１２、流路出口３１１、排出経路３３４を経由して燃料電池３００の外部に排出されて適切に処理される。

また、カソード側のガス流路３１２を介して電極３０３に乾燥ガスが供給されることによって、カソード側の電極３０３に残留していたヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とが、乾燥ガスとともに、ガス流路３１２を経由して流路出口３１１に排出された後に、排出経路３３４を経由して燃料電池３００の外部に排出されて適切に処理される。

これにより、ヒドリド還元剤供給モードが終了した時点で、電極３０２，３０３に残留していたヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物（アルコールに還元された状態のものを含む）とを、乾燥ガスとともに燃料電池３００の外部に排出することができる。

次に、制御器３５０は、現在の状態（乾燥ガス供給モードの状態）を所定時間（３０秒間）継続する（Ｓ１０９）。

次に、制御器３５０は、乾燥ガス供給モードを開始（Ｓ１０７を実施）してからの経過時間を測定し（Ｓ１１０）、Ｓ１１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えたかを確認する（Ｓ１１１）。

この確認の結果、Ｓ１１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えていなければ、所定時間（１０分）を超えるまで、Ｓ１１１をＮｏ側に分岐してＳ１０９に戻る。

やがて、Ｓ１１１において、Ｓ１１０で測定した経過時間が所定時間（１０分）を超えると、Ｓ１１１をＹｅｓ側に分岐して、制御器３５０は、乾燥ガス供給手段３２５のマス
フローコントローラを停止し、供給経路切替手段３３０の第２の入口を閉鎖（第１の入口は閉状態を維持）することによって、第１の入口が閉で、第２の入口が閉の状態にする（Ｓ１１２）。

これにより、乾燥ガス供給モードは終了する。

［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態における、燃料電池の活性化方法は、電解質膜－電極－枠体接合体３０４と、一対の板状のセパレータ３０５，３０６と、電極３０２，３０３を囲むように配置され枠体３１３とセパレータ３０５，３０６との両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材３１４，３１５と、を有し、シール部材３１４，３１５が、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池３００の活性化方法である。

ここで、電解質膜－電極－枠体接合体３０４は、高分子電解質膜３０１と、高分子電解質膜３０１を挟んで高分子電解質膜３０１の両主面に配置された一対の電極３０２，３０３と、電極３０２，３０３が露出するように高分子電解質膜３０１の外周領域上に配置された環状の枠体３１３と、を備えるものである。

また、一対の板状のセパレータ３０５，３０６は、電極３０２，３０３との間に反応ガスを流すためのガス流路３０９，３１２が形成され電解質膜－電極－枠体接合体３０４の両外側に配置されるものである。

そして、本実施の形態における燃料電池の活性化方法の特徴は、ガス流路３０９，３１２に、芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元するヒドリド還元剤を、供給することである。

この方法により、シール部材３１４，３１５から放出されて電極３０２，３０３に吸着された芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して、電極３０２，３０３から脱離させて、ヒドリド還元剤とともに燃料電池３００の外部に排出することができる。

そのため、電極３０２，３０３に吸着された芳香族カルボニル化合物の量が減少し、燃料電池３００の発電性能の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態における、燃料電池活性化システム４００は、燃料電池３００と、ヒドリド還元剤供給手段３２１と、制御器３５０と、を備える。

ここで、燃料電池３００は、電解質膜－電極－枠体接合体３０４と、一対の板状のセパレータ３０５，３０６と、電極３０２，３０３を囲むように配置され枠体３１３とセパレータ３０５，３０６との両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材３１４，３１５と、を有する。シール部材３１４，３１５は、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する。

ここで、電解質膜－電極－枠体接合体３０４は、高分子電解質膜３０１と、高分子電解質膜３０１を挟んで高分子電解質膜３０１の両主面に配置された一対の電極３０２，３０３と、電極３０２，３０３が露出するように高分子電解質膜３０１の外周領域上に配置された環状の枠体３１３と、を備えるものである。

また、一対の板状のセパレータ３０５，３０６は、電極３０２，３０３との間に反応ガスを流すためのガス流路３０９，３１２が形成され電解質膜－電極－枠体接合体３０４の
両外側に配置されるものである。

アノード側のセパレータ３０５に設けられた流路出口３０８は、排出供給経路３３３を介して、カソード側のセパレータ３０６に設けられた流路入口３１０と連通する。供給経路切替手段３３０の出口は、供給経路３３１を介して、アノード側のセパレータ３０５に設けられた流路入口３０７と連通する。

また、ヒドリド還元剤供給手段３２１は、ヒドリド還元剤供給経路３２２と、供給経路切替手段３３０と、供給経路３３１と、を介して、ヒドリド還元剤を、アノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給する。

制御器３５０は、燃料電池３００を活性化させる時に、ヒドリド還元剤供給経路３２２と供給経路３３１とが連通するように供給経路切替手段３３０を制御するとともに、ヒドリド還元剤をヒドリド還元剤供給経路３２２に排出するようにヒドリド還元剤供給手段３２１を制御して、ヒドリド還元剤をアノード側のガス流路３０９、カソード側のガス流路３１２の順に連続して供給する。

これにより、シール部材３１４，３１５から放出されて電極３０２，３０３に吸着された芳香族カルボニル化合物を、アルコールに還元して、電極３０２，３０３から脱離させて、ヒドリド還元剤とともに燃料電池３００の外部に排出することができる。

そのため、電極３０２，３０３に吸着された芳香族カルボニル化合物の量が減少し、燃料電池３００の発電性能の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態のように、ヒドリド還元剤は、少なくとも金属水素化物を含んでもよい。

これにより、金属水素化物を含まないヒドリド還元剤を電極３０２，３０３に供給する場合よりも、電極３０２，３０３に吸着された芳香族カルボニル化合物をアルコールに還元する反応を促進することができる。

そのため、金属水素化物を含まないヒドリド還元剤を電極３０２，３０３に供給する場合よりも、燃料電池３００の発電性能の低下を抑制する効果を高めることができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および実施の形態２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１および実施の形態２では、アノード側の電極１０２，３０２の触媒として白金を用いたが、アノード側の電極１０２，３０２の触媒は、白金に限定されず、水素を水素イオンと電子とに解離する電気化学反応を促進するものであればよい。

ただし、アノード側の電極１０２，３０２の触媒として白金を用いれば、白金以外の一般的な触媒を用いた場合よりも電気化学反応を促進する効果が高く、燃料電池１００，３００の発電電圧を高めることができる。また、電極１０２，３０２の触媒として、白金、
ルテニウム、パラジウム、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン等金属や、これらの合金を用いてもよい。

実施の形態１および実施の形態２では、カソード側の電極１０３，３０３の触媒として白金を用いたが、カソード側の電極１０３，３０３の触媒は、白金に限定されず、水素イオンと電子と酸素とから水を生成する電気化学反応を促進するものであればよい。

ただし、カソード側の電極１０３，３０３の触媒として白金を用いれば、白金以外の一般的な触媒を用いた場合よりも電気化学反応を促進する効果が高く、燃料電池１００，３００の発電電圧を高めることができる。また、電極１０３，３０３の触媒として、白金、ルテニウム、パラジウム、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン等金属や、これらの合金を用いてもよい。

実施の形態１および実施の形態２では、電極１０２，１０３，３０２，３０３の導電性材料としてケッチェンブラックを用いたが、電極１０２，１０３，３０２，３０３の導電性材料は、ケッチェンブラックに限定されず、連なることによって電子の経路を形成するものであればよい。

ただし、電極１０２，１０３，３０２，３０３の導電性材料としてケッチェンブラックを用いれば、ケッチェンブラック以外の一般的な導電性材料を用いた場合よりも電気伝導性が高く、燃料電池１００，３００の発電電圧を高めることができる。

また、電極１０２，１０３，３０２，３０３の導電性材料としてカーボンナノチューブなどの繊維状炭素、導電性酸化物、導電性窒化物、導電性炭化物等や、これらの混合物を用いてもよい。

実施の形態１および実施の形態２では、ヒドリド還元剤供給手段１２１，３２１のヒドリド還元剤として金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液を用いたが、ヒドリド還元剤供給手段１２１，３２１のヒドリド還元剤は、金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液に限定されず、芳香族カルボニル化合物を還元してアルコールに変えるものであればよい。

ただし、ヒドリド還元剤供給手段１２１，３２１のヒドリド還元剤として、金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液を用いれば、金属水素化物と溶媒とを混合した金属水素化物溶液を用いない場合よりも芳香族カルボニル化合物を還元する効果が高く、燃料電池１００，３００の発電電圧を高めることができる。

また、ヒドリド還元剤供給手段１２１，３２１のヒドリド還元剤として、粉末状の金属水素化物を用い、キャリアガスとともに供給してもよい。また、ヒドリド還元剤供給手段１２１，３２１のヒドリド還元剤として、金属水素化物、金属非含有ヒドリド供与体、遷移金属ヒドリド錯体や、これらの混合物を用いてもよい。

実施の形態１では、水供給手段１２３は水をガス流路１０９，１１２に供給したが、供給する水は液体に限定されず、電極１０２，１０３に残留したヒドリド還元剤と芳香族カルボニル化合物とを、水とともに燃料電池１００の外部に排出することができる形態であればよい。また、供給する水として、気体を用いてもよい。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、固体高分子形電解質を用いた燃料電池に適用可能である。具体的には、燃料電池車や定置型燃料電池等の燃料電池などに、本開示は適用可能である。

１００ 燃料電池
１０１ 高分子電解質膜
１０２ 電極
１０３ 電極
１０４ 電解質膜－電極－枠体接合体
１０５ セパレータ
１０６ セパレータ
１０７ 流路入口
１０８ 流路出口
１０９ ガス流路
１１０ 流路入口
１１１ 流路出口
１１２ ガス流路
１１３ 枠体
１１４ シール部材
１１５ シール部材
１２１ ヒドリド還元剤供給手段
１２２ ヒドリド還元剤供給経路
１２３ 水供給手段
１２４ 水供給経路
１２５ 乾燥ガス供給手段
１２６ 乾燥ガス供給経路
１３０ 供給経路切替手段
１３１ 供給経路
１３２ 供給経路
１３３ 排出経路
１３４ 排出経路
１５０ 制御器
２００ 燃料電池活性化システム
３００ 燃料電池
３０１ 高分子電解質膜
３０２ 電極
３０３ 電極
３０４ 電解質膜－電極－枠体接合体
３０５ セパレータ
３０６ セパレータ
３０７ 流路入口
３０８ 流路出口
３０９ ガス流路
３１０ 流路入口
３１１ 流路出口
３１２ ガス流路
３１３ 枠体
３１４ シール部材
３１５ シール部材
３２１ ヒドリド還元剤供給手段
３２２ ヒドリド還元剤供給経路
３２５ 乾燥ガス供給手段
３２６ 乾燥ガス供給経路
３３０ 供給経路切替手段
３３１ 供給経路
３３３ 排出供給経路
３３４ 排出経路
３５０ 制御器
４００ 燃料電池活性化システム

Claims (5)

1. 高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟んで両主面に配置された一対の電極と、前記電極が露出するように前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体と、を備えた電解質膜－電極－枠体接合体と、
   前記電極との間に反応ガスを流すためのガス流路が形成され前記電解質膜－電極－枠体接合体の両外側に配置された一対の板状のセパレータと、
   前記電極を囲むように配置され前記枠体と前記セパレータとの両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材と、
   を有し、前記シール部材が、架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池の活性化方法であって、
   前記ガス流路に、前記芳香族カルボニル化合物をヒドリド還元するヒドリド還元剤を、供給する燃料電池の活性化方法。
2. 前記ガス流路に前記ヒドリド還元剤を供給した後に、前記ガス流路に水を供給する、請求項１に記載の燃料電池の活性化方法。
3. 前記ヒドリド還元剤は少なくとも金属水素化物を含む、請求項１または２に記載の燃料電池の活性化方法。
4. 前記ヒドリド還元剤は少なくとも金属水素化物とアルコールとを混合した金属水素化物溶液を含む、請求項１または２に記載の燃料電池の活性化方法。
5. 高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟んで両主面に配置された一対の電極、前記電極が露出するように前記高分子電解質膜の外周領域上に配置された環状の枠体、を備えた電解質膜－電極－枠体接合体と、前記電極との間に反応ガスを流すためのガス流路が形成され前記電解質膜－電極－枠体接合体の両外側に配置された一対の板状のセパレータと、前記電極を囲むように配置され前記枠体と前記セパレータとの両方に接触するように設けられた弾性変形可能なシール部材と、を有し、前記シール部材が架橋剤分解生成物として芳香族カルボニル化合物を含有する燃料電池と、
   前記ガス流路に、ヒドリド還元剤供給経路を介してヒドリド還元剤を供給するヒドリド還元剤供給手段と、
   前記燃料電池を活性化させる時に、前記ヒドリド還元剤供給手段を制御して、前記ガス流路に、ヒドリド還元剤供給経路を介してヒドリド還元剤を供給する制御器と、
   を備えた燃料電池活性化システム。

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