JP4354253B2 - 燃料電池評価方法、および燃料電池評価装置 - Google Patents
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Description
1.燃料、酸化剤の各流量を変化させながらの、ターフェルプロット(ターフェル勾配)の測定。
2.コール・コール(Cole-Cole)プロットの測定。
上記2.の測定方法は、測定周波数によって、燃料電池内における、ある程度の内部情報を知ることができる。
3.特定周波数による交流4端子法を用いたインピーダンス測定。
4.電流遮断法
上記4.の評価方法は、電池負荷電流を瞬間的に遮断し、そのときの誘導電流による電圧上昇の過渡特性を計測するものであり、上記計測によって、電池内部、特に電解質膜界面の情報を得ようとするものである。
本発明に係る燃料電池評価装置は、図1に示すように、例えば固体高分子型の燃料電池(Fuel Cell)1を試料として、その試料の各特性(電気特性など)を各測定によって評価するためのものである。まず、上記燃料電池1の構成や動作について説明すると、上記燃料電池1は、図2に示すように、電解質膜となるイオン交換膜1aと、上記イオン交換膜1aの各表面をその厚さ方向にそれぞれ密接に挟むアノード電極1bおよびカソード電極1cとを有している。
R:ガス定数、T:絶対温度、F:ファラデー定数、Φ:電位
x:カソード→アノード方向
膜内の電解強度の勾配は、以下の式(1−2)に示すように一様であると仮定する。
また、電子負荷によって、その発生電流は以下の式(1−3)に示すように一定値に制御されている。
I:電流、e:電気素量、S:電極面積、NA:アボガドロ数
ここで、CH+は三相界面上への水素ガス(H2)の吸着速度に対し、以下の式(1−4)に示すように1次にて依存すると仮定する。
G:ギブズ自由エネルギー、ε:吸着熱、QC:分配関数、τ:時間
この解析例での電流−電圧プロファイルの結果を図6(a)に示した。上記結果のプロファイルを、Φ versus 1/τにて表現し直した結果を図6(b)に示した。この例では、y=862027x+1.0112で、相関係数R2=0.9886の回帰直線が得られた。
以下に、本発明の燃料電池評価方法における実施の第二形態(濃度勾配法)について説明する。なお、用いる燃料電池評価装置については、上記の実施の第一形態に記載のものを用いた。
以下に、本発明の燃料電池評価方法における実施の第三形態(湿度勾配法)について説明する。なお、用いる燃料電池評価装置については、上記の実施の第一形態に記載のものを用いた。
B1 水素ガス供給部(燃料ガス供給部)
B2 不活性ガス供給部
B3 酸素ガス供給部(酸化剤ガス供給部)
23 PC(制御部)
27 検出器(検出部)
32、34 迂回路
Claims (13)
- 燃料ガスが供給されるアノード電極側および酸化剤ガスが供給されるカソード電極側を有する燃料電池内を、上記アノード電極側および上記カソード電極側の少なくとも一方を不活性ガス雰囲気に設定した後、
上記燃料電池内に燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方を上記燃料電池の発電量が変化するように導入して、上記燃料電池の発電量の変化を経時的に検出することを特徴とする燃料電池評価方法。 - 燃料電池内のアノード電極側に燃料ガスおよび上記燃料電池内のカソード電極側に酸化剤ガスを導入した後、
発電状態となっている上記燃料電池内に不活性ガスを導入して、上記燃料電池の発電量の変化を経時的に検出することを特徴とする燃料電池評価方法。 - 燃料電池内のアノード電極側に燃料ガスおよび上記燃料電池内のカソード電極側に酸化剤ガスを上記燃料電池が発電状態となるように導入した後、
上記燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方の濃度を不活性ガスによって所定速度で減少または増加させて、上記燃料電池の発電量の変化を経時的に検出することを特徴とする燃料電池評価方法。 - 発電量の変化を検出して、燃料電池内の電極における過渡的反応を測定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方法。
- 上記燃料電池内における、ガス濃度の変化させる期間を20秒までに設定することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池評価方法。
- 上記燃料電池内における、ガス濃度の変化させる期間を0.5秒までに設定することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池評価方法。
- 上記燃料電池内における、ガス濃度が互いに異なる各時点での、燃料電池内の定常状態をそれぞれ測定することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池評価方法。
- 上記燃料電池内における、ガス濃度の変化させる期間を4000秒までに設定することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池評価方法。
- 上記燃料電池内における、ガス濃度を段階的に変化させることを特徴とする請求項7または8に記載の燃料電池評価方法。
- 上記アノード電極側内および上記カソード電極側内の差圧の発生を抑制するようにガスを導入することを特徴とする請求項1、2、4、5または6に記載の燃料電池評価方法。
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
燃料電池の発電量を検出する検出部と、
燃料電池におけるガス供給口およびガス排出口を互いに接続できる迂回路と、
燃料電池のガス供給口の近くに設けられ、ガス供給口および迂回路の何れかへにガスを切り換える第1切換弁と、
燃料電池の排出口に近くに設けられ、ガス排出口および迂回路からのガスを切り換えて排出する第2切換弁と、
第1切換弁および第2切換弁の少なくとも一方を制御して燃料電池内のガスを置換する制御部とを有していることを特徴とする燃料電池評価装置。 - 前記制御部は、燃料電池へのガス流路と迂回路との間を同時に切り換えるように第1切換弁および第2切換弁を制御するものであることを特徴とする請求項11記載の燃料電池評価装置。
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、
燃料電池への燃料ガスの供給量を調節する燃料ガス供給調節部と、
燃料電池への酸化剤ガスの供給量を調節する酸化剤ガス供給調節部と、
燃料電池への不活性ガスの供給量を調節する不活性ガス供給調節部と、
燃料電池の発電量を検出する検出部と、
燃料ガス供給調節部、酸化剤ガス供給調節部、および不活性ガス供給調節部を制御し、燃料電池へのガス圧を維持しながら、燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方のガス濃度を不活性ガスにより調整する制御部とを有していることを特徴とする燃料電池評価装置。
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