JP5252812B2 - 高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法 Download PDFInfo
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Description
前記発電処理ステップ後に前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内を減圧状態とする揮発除去ステップと、
前記減圧状態を維持する維持ステップと、を有する。このような構成とすると、減圧状態において酸化剤側電極触媒層及び還元剤側電極触媒層に残留する溶媒が揮発状態となるので、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に抑制することができる。また、減圧状態においては、酸化剤流路及び還元剤流路中の酸素濃度を大気中の酸素濃度未満に容易に保つことができ、電極触媒層に残存する有機溶媒成分の部分酸化反応、脱水縮合反応(有機溶媒成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、有機溶媒成分と部分酸化物との反応を含む)等を十分に防止できるので、この観点からも、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に抑制することができる。
本発明の第1参考形態のPEFCスタックの保存方法について説明する。
参考例に限定されるものではない。
参考例1−1のPEFCスタックの保存処理体300は、以下のように作製した。PEFCスタック200において、セル100の積層数を50とし、カソードセパレータ15及びアノードセパレータ20には、厚さ3mmの等方性黒鉛板を用いた。カソードセパレータ15及びアノードセパレータ20の主面周囲には複数のマニフォルド孔を形成し、セル100積層時には、かかるマニフォルド孔が連通し、酸化剤流路30、還元剤流路40及び冷却剤流路45を構成するようにした。
参考例1−1と同様にして、PEFCスタックの保存処理体300を製作し、ステップS1を行った。そして、ステップS2においては、参考例1−1と同様に保存した。ただし、保存時の温度は25℃ではなく、60℃とした。
比較例1−1として、参考例1−1と同型のPEFCスタック200を、ステップS1及びステップS2を行わずに、つまり、酸化剤流路30内及び還元剤流路40内を排気しない状態で保存した。そして、参考例1−1と同様に、25℃の温度で5000時間保存した。
比較例1−2として、参考例1−1と同型のPEFCスタック200を、ステップS1及びステップS2を行わずに、つまり、酸化剤流路30内及び還元剤流路40内を排気しない状態で保存した。そして、参考例1−2と同様に、60℃の温度で5000時間保存した。
図6は、本発明の第1参考形態のPEFCスタックの保存処理体の模式図である。
図7は、本発明の第2参考形態のPEFCスタックの保存処理体の模式図である。図7において図1に示した構成要素と同一の構成要素には各々同一の符号を付してその説明を省略する。
[変形例2]
図示しないが、第1参考形態の変形例1と同様にして、封止栓70の代わりに、PEFCスタック200が、酸化剤流路及び還元剤流路の入口及び出口30a,40a、30b、40bに気密型開閉弁を有するように構成することもできる。これによって、封止栓70を省略することができるとともに、PEFCスタック200がPEFCシステムに組み込まれた後も、これら気密型開閉弁をPEFCスタック200の隔離弁として利用することもできる。
参考例2−1のPEFCスタックの保存処理体310を以下のように作製し、保存した。PEFCスタック200は参考例1−1と同型のものを用いた。
参考例2−2のPEFCスタックの保存処理体310のPEFCスタック200、排気装置61、気密性容器50は、参考例2−1と同型のものを用いた。
本発明の第3実施形態は、PEFCスタック200が発電処理された後に第1参考形態乃至第2参考形態と同様にして、ステップS1及びステップS2を行う実施の形態である。すなわち、本実施形態のPEFCスタックの保存処理体320の構成は、第1参考形態乃至第2参考形態と同様である。そこで、本実施形態のPEFCスタックの保存処理体320の構成の説明を省略し、本実施形態のPEFCスタックの保存方法を説明する。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとした。発電処理後、ステップS
1を経て常温常湿で8週間保存した。
実施例3−1と同時期に製造されたPEFCスタック200を、常温常湿にて保存し続けた。すなわち、実施例3−1のPEFCスタック200の製造後から発電処理後の保存期間満了までの期間を常温常湿で保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して3時間供給した。供給終了後、常温常湿で8週間保存した。この間発電処理は行わなかった。
間定格運転を継続した。表1に、定格運転における実施例3−1、比較例3−1及び比較例3−2の電圧低下量ΔVを示す。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.1A/cm2で発電継続時間T=12hとして発電処理を行った。発電
処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.05A/cm2で発電継続時間T=12hとして発電処理を行った。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.5A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=2hとして発電処理を行った。発電処
理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
また、実施例3−1と実施例3−8との比較から明らかなように、実施例3−1は、実施例3−8と比較すると、電圧低下量ΔVが小さい。したがって、発電処理時の発電継続時間Tは3時間以上が好適である。これは、溶媒及び異物が生成水とともにPEFCスタック200から排出するには少なくとも3時間は要することが原因と思われる。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を300時間、すなわち2週間程度保存した。ここでは、発電処理前期間W(week)=2と表記した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。発電処理
後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を500時間、すなわち約3週間保存した。ここでは、発電処理前期間W(week)=3と表記した。そして、露点70℃に加湿された水素ガスおよび空気を、70℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。発電処理後
、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
て1000時間定格運転を継続した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、発電処理時には、PEFCスタック200を70℃に維持しながら、露点60℃に加湿された水素ガスおよび空気を60℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のPEF
Cスタック200を基準としたPEFCスタック200と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔSを−10℃とした。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、発電処理時には、PEFCスタック200を70℃に維持しながら、露点80℃に加湿された水素ガスおよび空気を80℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のPEF
Cスタック200を基準としたPEFCスタック200と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔSを+10℃とした。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、発電処理時には、PEFCスタック200を70℃に維持しながら、露点50℃に加湿された水素ガスおよび空気を50℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のPEF
Cスタック200を基準としたPEFCスタック200と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔSを−20℃とした。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
PEFCスタック200製造後、常温常湿にてPEFCスタック200を1週間保存した。そして、発電処理時には、PEFCスタック200を70℃に維持しながら、露点85℃に加湿された水素ガスおよび空気を85℃に加温して供給し、電流密度I=0.4A/cm2で発電継続時間T=3hとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のPEF
Cスタック200を基準としたPEFCスタック200と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔSを+15℃とした。発電処理後、ステップS1を経て常温常湿で8週間保存した。
して1000時間定格運転を継続した。表4に、実施例3−4、実施例3−5、実施例3−10及び実施例3−11の発電処理時の電流密度I、発電継続時間Tおよび温度差ΔS、発電処理終了時の電圧変化(dV/dt)、ならびに定格運転における電圧低下量ΔVを示す。
以上に説明したように、本発明のPEFCスタックの保存方法及びPEFCスタックの保存処理体においては、未設置状態のPEFCスタックの酸化剤流路30内及び還元剤流路40内が減圧状態として保存されるので、減圧状態において酸化剤側電極触媒層及び還元剤側電極触媒層に残留する溶媒が揮発状態となる。例示として、第1参考形態及び第2参考形態のPEFCスタック200の保存方法においては、ステップS1において酸化剤側電極触媒層2及び還元剤側電極触媒層3に残留する溶媒の揮発が促進されるとともに、揮発した溶媒がPEFCスタック200外に除去され、かつステップ(維持ステップ)S2において溶媒の揮発状態が維持される。これによって、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に抑制することができる。また、減圧状態においては、酸化剤流路及び還元剤流路中の酸素濃度を大気中の酸素濃度未満に容易に保つことができ、電極触媒層に残存する有機溶媒成分の部分酸化反応、脱水縮合反応(有機溶媒成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、有機溶媒成分と部分酸化物との反応を含む)等を十分に防止できるので、この観点からも、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に抑制することができる。
2 酸化剤側電極触媒層
3 還元剤側電極触媒層
4 酸化剤側拡散電極層
5 還元剤側拡散電極層
10 MEA
15 カソードセパレータ
20 アノードセパレータ
30 酸化剤流路
30a 酸化剤流路入口部
30b 酸化剤流路出口部
40 還元剤流路
40a 還元剤流路入口部
40b 還元剤流路出口部
41 集電板
42 絶縁板
43 端板
45 冷却剤流路
45a 冷却剤流路入口
45b 冷却剤流路出口
50 気密性容器
50’ 筒体
50a 開口部(耳部)
50b 排気口
50c 耳部
61 真空ポンプ
70 封止栓
80 スクイーズドパッキン
100 セル
200 PEFCスタック
300、310,320 PEFCスタックの保存処理体
S0、S1,S2 ステップ
V 平均セル電圧
H 運転時間
Claims (4)
- 入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記カソード及び前記アノードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法であって、
高分子電解質型燃料電池スタックの組立製造後設置場所にある燃料電池システムに組み込まれる前までの状態の前記高分子電解質型燃料電池スタックを、前記カソード及び前記アノードの触媒層の面積あたり0.1A/cm2以上、0.4A/cm2以下の電流密度において所定の発電継続時間の間継続して発電させる発電処理ステップと、
前記発電処理ステップ後に前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内を減圧状態とする揮発除去ステップと、
前記減圧状態を維持する維持ステップと、を有する、高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。 - 前記発電継続時間は、3時間以上である、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
- 前記発電継続時間は、電圧変動が2mV/h以下になるまでの時間である、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
- 前記発電処理ステップが前記高分子電解質型燃料電池スタック製造後300時間以内に行われる、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
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