JP5526226B2 - Method for activating solid polymer fuel cell - Google Patents

Method for activating solid polymer fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5526226B2
JP5526226B2 JP2012509573A JP2012509573A JP5526226B2 JP 5526226 B2 JP5526226 B2 JP 5526226B2 JP 2012509573 A JP2012509573 A JP 2012509573A JP 2012509573 A JP2012509573 A JP 2012509573A JP 5526226 B2 JP5526226 B2 JP 5526226B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
anode
cathode
supplied
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012509573A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2011125840A1 (en
Inventor
穂高 柘植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2012509573A priority Critical patent/JP5526226B2/en
Publication of JPWO2011125840A1 publication Critical patent/JPWO2011125840A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5526226B2 publication Critical patent/JP5526226B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04761Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • H01M8/04865Voltage
    • H01M8/04873Voltage of the individual fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • H01M8/04895Current
    • H01M8/04902Current of the individual fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池の活性化方法に関する。   The present invention relates to a method for activating a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型の燃料電池セルは、アノード極およびカソード極の間に固体高分子膜を配置して形成された電極膜構造体(MEA)を、一対のセパレータで挟持して形成される。これらアノード極およびカソード極は、それぞれ固体高分子膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層と、から形成される。燃料電池セルは、水素を含有する反応ガスをアノード極側に供給し、酸素を含有する酸化剤ガス(空気)をカソード極側に供給すると、電気化学反応により発電する。燃料電池スタックは、このような複数の燃料電池セルを積層することにより構成され、例えば車両の動力源として搭載される。   A solid polymer fuel cell is formed by sandwiching an electrode membrane structure (MEA) formed by placing a solid polymer membrane between an anode and a cathode between a pair of separators. Each of the anode and cathode is formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer film and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. When the fuel cell supplies a reaction gas containing hydrogen to the anode electrode side and an oxidant gas (air) containing oxygen to the cathode electrode side, the fuel cell generates electric power by an electrochemical reaction. The fuel cell stack is configured by stacking a plurality of such fuel cells, and is mounted as a power source of a vehicle, for example.

以上のような固体高分子型の燃料電池セルや燃料電池スタック(以下、セルとスタックとを区別する必要がない限り、これらを単に「燃料電池」という)の組立て直後の発電性能は低い。このため、燃料電池を組み立てた後には、その発電性能を高めるために各種活性化処理(エージング)が行われる。近年では多くの種類の活性化方法が提案されている。   The power generation performance immediately after the assembly of the above polymer electrolyte fuel cell or fuel cell stack (hereinafter referred to simply as “fuel cell” unless it is necessary to distinguish between the cell and the stack) is low. For this reason, after the fuel cell is assembled, various activation processes (aging) are performed in order to improve the power generation performance. In recent years, many types of activation methods have been proposed.

特許文献1には、燃料電池のアノード極とカソード極との間に、所定の幅で周期的に変動する電圧を印加することにより、組立て直後の燃料電池の発電性能を向上する燃料電池の活性化方法が示されている。   Patent Document 1 discloses an activity of a fuel cell that improves the power generation performance of the fuel cell immediately after assembly by applying a voltage that periodically varies with a predetermined width between the anode and the cathode of the fuel cell. The method of conversion is shown.

特許文献2には、カソード極へガスを供給せずにアノード極にのみ反応ガスを供給しながら、外部電源によりカソード極とアノード極との間に電圧を印加するいわゆる水素ポンプ運転を行うことに、燃料電池を活性化させる技術が提案されている。   In Patent Document 2, a so-called hydrogen pump operation in which a voltage is applied between a cathode electrode and an anode electrode by an external power supply while supplying a reaction gas only to the anode electrode without supplying gas to the cathode electrode is performed. A technique for activating a fuel cell has been proposed.

特許文献3には、アノード極に反応ガスを供給しカソード極に酸化剤ガスを供給し実際に燃料電池で発電させることにより活性化させる技術が提案されている。より具体的には、この特許文献3には、燃料電池の出力電流を増減させる工程を繰り返すことにより、効率的に活性化できることが示されている。
特開2008−204799号公報 特開2009−104918号公報 特開2005−251396号公報
Patent Document 3 proposes a technique of activation by supplying a reaction gas to the anode electrode and supplying an oxidant gas to the cathode electrode and actually generating power in the fuel cell. More specifically, Patent Document 3 shows that it can be efficiently activated by repeating the process of increasing / decreasing the output current of the fuel cell.
JP 2008-204799 A JP 2009-104918 A JP 2005-251396 A

以上のように、固体高分子型の燃料電池の活性化方法について、近年では様々な種類の方法が提案されているものの、従来の活性化方法では、燃料電池の発電性能が所定の目標に達するまで活性化させるのに長い時間がかかってしまうため、より短い時間で効率的に活性化させたいという要望があった。   As described above, various types of methods for activating solid polymer fuel cells have been proposed in recent years. However, with the conventional activation method, the power generation performance of the fuel cell reaches a predetermined target. Therefore, it takes a long time to activate, and there has been a demand for efficient activation in a shorter time.

本発明は、短時間で効率的に活性化できる固体高分子型燃料電池の活性化方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which can be activated efficiently in a short time.

上記目的を達成するため本発明は、アノード極およびカソード極と、これらアノード極およびカソード極の間に配置された固体高分子膜と、を備える固体高分子型燃料電池の活性化方法(第1実施形態の活性化方法)を提供する。前記活性化方法は、前記カソード極に酸素を供給せず前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極を正として当該カソード極と前記アノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する工程(例えば、後述のCV運転)を第1工程と定義し、前記カソード極に酸素を供給せず前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極から前記アノード極へ電流を流すことにより、前記アノード極で生じた水素イオンを、前記固体高分子膜を通って前記カソード極側へ移動させ、前記カソード極で電子を受け取り再び水素とする工程を第2工程(例えば、後述の水素ポンプ運転)と定義し、前記第1工程および前記第2工程の組み合わせを2回以上繰り返すことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for activating a solid polymer fuel cell comprising an anode and a cathode, and a solid polymer membrane disposed between the anode and the cathode (first method) The activation method of the embodiment is provided. In the activation method, oxygen is not supplied to the cathode electrode, but hydrogen is supplied to the anode electrode, and an external power source is used to make the cathode electrode positive and provide a predetermined width between the cathode electrode and the anode electrode. The step of applying a voltage that fluctuates within the range (for example, CV operation described later) is defined as the first step, and in a state where hydrogen is supplied to the anode electrode without supplying oxygen to the cathode electrode, By flowing a current from the cathode electrode to the anode electrode, the hydrogen ions generated at the anode electrode are moved to the cathode electrode side through the solid polymer film, and electrons are received at the cathode electrode to become hydrogen again. The process is defined as a second process (for example, a hydrogen pump operation described later), and the combination of the first process and the second process is repeated twice or more.

本発明によれば、組み立てられた後の固体高分子型燃料電池に対し、カソード極に酸素を供給せずアノード極に水素を供給した状態で、外部電源によりカソード極を正としてこのカソード極とアノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する第1工程と、カソード極に酸素を供給せずアノード極に水素を供給した状態で、外部電源によりカソード極からアノード極へ電流を流す第2工程との組み合わせを、2回以上繰り返す。ここで、第1工程および第2工程の組み合わせとは、第1工程を実行した後に続けて第2工程を実行すること、又は、第2工程を実行した後に続けて第1工程を実行すること、を意味する。
これにより、例えば、第1工程のみを行った場合、第2工程のみを行った場合、および第1工程を行った後に続けて第2工程を行った場合などの従来の活性化方法と比較して、活性化にかかる時間を短くしながらより効率的に燃料電池を活性化することができる。
According to the present invention, with respect to the assembled polymer electrolyte fuel cell, in a state where oxygen is not supplied to the cathode electrode and hydrogen is supplied to the anode electrode, A first step of applying a voltage that fluctuates within a predetermined width between the anode and the anode, and a current from the cathode to the anode by an external power source in a state where oxygen is not supplied to the cathode and hydrogen is supplied to the anode . Repeat the combination with the second step of flowing 2 times or more. Here, the combination of the first step and the second step means that the second step is executed after the first step is executed, or the first step is executed after the second step is executed. Means.
As a result, for example, when only the first step is performed, only the second step is performed, and when the second step is performed after the first step, the conventional activation method is compared. Thus, the fuel cell can be activated more efficiently while shortening the activation time.

上記目的を達成するため本発明は、アノード極およびカソード極と、これらアノード極およびカソード極の間に配置された固体高分子膜とを備える固体高分子型燃料電池の活性化方法(第3実施形態の活性化方法)を提供する。前記活性化方法は、前記カソード極に酸素を供給せず前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極を正として当該カソード極と前記アノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する工程(例えば、後述のCV運転)を第1工程と定義し、前記アノード極および前記カソード極にそれぞれ水素および酸素を供給し前記燃料電池で発電させる工程(例えば、後述の発電運転)を第3工程と定義し、前記第1工程および前記第3工程の組み合わせを2回以上繰り返すことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a method for activating a polymer electrolyte fuel cell (third embodiment) comprising an anode electrode and a cathode electrode and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode. A method of activating forms). In the activation method, oxygen is not supplied to the cathode electrode, but hydrogen is supplied to the anode electrode, and an external power source is used to make the cathode electrode positive and provide a predetermined width between the cathode electrode and the anode electrode. A step of applying a voltage that fluctuates within the range (for example, CV operation to be described later) is defined as a first step, and hydrogen and oxygen are supplied to the anode electrode and the cathode electrode, respectively, and power is generated by the fuel cell (for example, The power generation operation described later is defined as a third step, and the combination of the first step and the third step is repeated twice or more.

本発明によれば、組み立てられた後の固体高分子型燃料電池に対し、カソード極に酸素を供給せずアノード極に水素を供給した状態で、外部電源によりカソード極を正としてこのカソード極とアノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する第1工程と、アノード極およびカソード極にそれぞれ水素および酸素を供給し燃料電池で発電させる第2工程との組み合わせを、2回以上繰り返す。ここで、第1工程および第3工程の組み合わせとは、第1工程を実行した後に続けて第3工程を実行すること、又は、第3工程を実行した後に続けて第1工程を実行すること、を意味する。
これにより、例えば、第1工程のみを行った場合、第3工程のみを行った場合、および第1工程を行った後に続けて第3工程を行った場合などの従来の活性化方法と比較して、活性化にかかる時間を短くしながらより効率的に燃料電池を活性化することができる。
According to the present invention, with respect to the assembled polymer electrolyte fuel cell, in a state where oxygen is not supplied to the cathode electrode and hydrogen is supplied to the anode electrode, A combination of a first step of applying a voltage that fluctuates within a predetermined width between the anode and the anode and a second step of supplying hydrogen and oxygen to the anode and the cathode, respectively, and generating power in the fuel cell, are performed twice. Repeat above. Here, the combination of the first step and the third step means that the third step is executed after the first step is executed, or the first step is executed after the third step is executed. Means.
Thereby, for example, when only the first step is performed, when only the third step is performed, and when the third step is performed after the first step, the conventional activation method is compared. Thus, the fuel cell can be activated more efficiently while shortening the activation time.

本発明の第1実施形態に係る固体高分子型燃料電池の活性化方法を実行するための活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus for performing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on 1st Embodiment of this invention. 上記実施形態に係る活性化方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the activation method which concerns on the said embodiment. CV運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in CV driving | operation. CV運転を実行した後、水素ポンプ運転を実行した場合におけるカソード極およびアノード極間の電圧の変化、並びに、カソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the voltage between a cathode pole and an anode pole at the time of performing a hydrogen pump driving | operation after performing a CV driving | operation, and the change of the current density of the electric current which flows from a cathode pole to an anode pole. 水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in a hydrogen pump driving | operation. 実験1の評価試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the evaluation test of Experiment 1. 実験2の評価試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the evaluation test of Experiment 2. 実験3の評価試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the evaluation test of Experiment 3. 本発明の第1参考形態に係る固体高分子型燃料電池の活性化方法を実行するための活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus for performing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on the 1st reference form of this invention. 上記参考形態に係る活性化方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the activation method which concerns on the said reference form . 水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in a hydrogen pump driving | operation. 水素ポンプ運転を実行した後、発電運転を実行した場合におけるカソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the current density of the electric current which flows from a cathode pole to an anode pole at the time of performing a power generation operation after performing a hydrogen pump operation. 発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in an electric power generation driving | operation. 実験4の評価試験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation test of Experiment 4. 実験5の評価試験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation test of Experiment 5. FIG. 本発明の第3実施形態に係る固体高分子型燃料電池の活性化方法を実行するための活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus for performing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 上記実施形態に係る活性化方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the activation method which concerns on the said embodiment. CV運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in CV driving | operation. CV運転を実行した場合におけるカソード極およびアノード極間の電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the voltage between a cathode pole and an anode pole in the case of performing CV driving | operation. 発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in an electric power generation driving | operation. 発電運転を実行した場合におけるカソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the current density of the electric current which flows from a cathode pole to an anode pole at the time of performing a power generation operation. 実験6の評価試験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation test of Experiment 6. FIG. 実験7の評価試験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation test of Experiment 7. FIG. 本発明の第2参考形態に係る固体高分子型燃料電池の活性化方法を実行するための活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus for performing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on the 2nd reference form of this invention. 上記参考形態に係る活性化方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the activation method which concerns on the said reference form. 水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in a hydrogen pump driving | operation. 発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus in an electric power generation driving | operation. 水素ポンプ運転を行っている間にカソード流路に酸化剤ガスを供給したときにおけるスタック電圧の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of stack voltage when supplying oxidant gas to a cathode channel while performing hydrogen pump operation. 実験8の評価試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the evaluation test of Experiment 8. 本発明の第3参考形態に係る固体高分子型燃料電池の活性化方法を実行するための活性化装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the activation apparatus for performing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on the 3rd reference form of this invention. 上記参考形態に係る活性化方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the activation method which concerns on the said reference form. 発電運転および水素ポンプ運転を行っている間における電子負荷装置の電流およびスタック電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the electric current of an electronic load apparatus and a stack voltage during power generation operation and hydrogen pump operation.

1,1A,1B,1C,1D…活性化装置
21…カソード側ガス供給装置
31…アノード側ガス供給装置
4…安定化電源
FC…燃料電池
1, 1A, 1B, 1C, 1D ... Activator 21 ... Cathode side gas supply device 31 ... Anode side gas supply device 4 ... Stabilized power supply FC ... Fuel cell

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池FCの活性化方法を実行するための活性化装置1の構成を模式的に示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an activation device 1 for executing the method for activating a polymer electrolyte fuel cell FC according to the present embodiment.

燃料電池FCは、組み立てられた後の燃料電池セル単体、又は、複数の燃料電池セルを積層して構成された燃料電池スタックである。より具体的には、この燃料電池FCに含まれる燃料電池セルは、例えばアノード極およびカソード極の間に固体高分子膜を配置して形成された電極膜構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して形成される。また、アノード極およびカソード極は、それぞれ固体高分子膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層と、から形成される。   The fuel cell FC is a fuel cell stack that is constructed by assembling a single fuel cell or a plurality of fuel cells after being assembled. More specifically, the fuel cell included in the fuel cell FC includes, for example, an electrode membrane structure (MEA) formed by placing a solid polymer membrane between an anode electrode and a cathode electrode with a pair of separators. It is formed by pinching. The anode electrode and the cathode electrode are each formed of a catalyst layer that is in contact with the solid polymer film and performs an oxidation / reduction reaction, and a gas diffusion layer that is in contact with the catalyst layer.

活性化装置1は、燃料電池FCのカソード極に連通するカソード流路にガスを供給するカソード側ガス供給装置21と、燃料電池FCのアノード極に連通するアノード流路にガスを供給するアノード側ガス供給装置31と、カソード側ガス供給装置21およびアノード側ガス供給装置31から供給されるガスを加湿する図示しない加湿器と、を備える。この他、活性化装置1は、燃料電池FCのカソード極とアノード極との間に電圧を印加する安定化電源4を備える。   The activation device 1 includes a cathode-side gas supply device 21 that supplies gas to a cathode flow channel that communicates with the cathode electrode of the fuel cell FC, and an anode side that supplies gas to an anode flow channel that communicates with the anode electrode of the fuel cell FC. A gas supply device 31 and a humidifier (not shown) that humidifies the gas supplied from the cathode side gas supply device 21 and the anode side gas supply device 31 are provided. In addition, the activation device 1 includes a stabilized power source 4 that applies a voltage between the cathode and anode of the fuel cell FC.

カソード側ガス供給装置21は、窒素を多く含む窒素ガス、酸素を多く含む酸化剤ガス(空気)、および水素を多く含む反応ガスのうち何れかを燃料電池FCのカソード流路に供給する。
アノード側ガス供給装置31は、窒素ガス、および反応ガスのうち何れかを燃料電池FCのアノード流路に供給する。
The cathode-side gas supply device 21 supplies any one of nitrogen gas containing a large amount of nitrogen, oxidant gas containing a large amount of oxygen (air), and a reaction gas containing a large amount of hydrogen to the cathode flow path of the fuel cell FC.
The anode-side gas supply device 31 supplies either nitrogen gas or reaction gas to the anode flow path of the fuel cell FC.

カソード側ガス供給装置21によりカソード側導入管22を介してカソード流路に供給されたガスは、カソード側排出管23を介して装置外に排出される。このカソード側導入管22には、カソード側ガス供給装置21からのガスの供給を遮断する遮断弁(図示せず)が設けられている。アノード側ガス供給装置31によりアノード側導入管32を介してアノード流路に供給されたガスは、アノード側排出管33を介して装置外に排出される。このアノード側排出管33には、オフガスの排出を遮断する遮断弁(図示せず)が設けられている。   The gas supplied to the cathode flow path by the cathode side gas supply device 21 via the cathode side introduction tube 22 is discharged outside the device via the cathode side discharge tube 23. The cathode side introduction pipe 22 is provided with a shut-off valve (not shown) that shuts off the gas supply from the cathode side gas supply device 21. The gas supplied to the anode flow path by the anode side gas supply device 31 via the anode side introduction pipe 32 is discharged outside the device via the anode side discharge pipe 33. The anode side exhaust pipe 33 is provided with a shut-off valve (not shown) that shuts off off-gas discharge.

以下、図2を参照して、燃料電池FCを活性化する手順を説明する。
図2は、活性化方法の手順を示すフローチャートである。
ステップS1では、燃料電池に水分を補給しステップS2に移る。より具体的には、アノード流路およびカソード流路に、加湿器で加湿した窒素ガスを供給することにより燃料電池のMEAに水分を補給する。
Hereinafter, a procedure for activating the fuel cell FC will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the activation method.
In step S1, water is replenished to the fuel cell, and the process proceeds to step S2. More specifically, water is supplied to the MEA of the fuel cell by supplying nitrogen gas humidified by a humidifier to the anode channel and the cathode channel.

ステップS2では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内のガスを置換し、ステップS3に移る。後に詳述するように、次ステップS3のCV運転において燃料電池に供給するガスは、前ステップS2の水分の補給のために燃料電池に供給したガスと異なる。そこで、このステップS2では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内に残留するガスを次ステップS3で供給するガスで置換するべく、アノード流路には反応ガスを供給するとともにカソード流路には窒素ガスを供給する。   In step S2, the gas in the anode channel and the cathode channel of the fuel cell is replaced, and the process proceeds to step S3. As will be described in detail later, the gas supplied to the fuel cell in the CV operation in the next step S3 is different from the gas supplied to the fuel cell for replenishing the water in the previous step S2. Therefore, in this step S2, in order to replace the gas remaining in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell with the gas supplied in the next step S3, the reaction gas is supplied to the anode flow path and the cathode flow path is supplied. Supplies nitrogen gas.

ステップS3では、後述の第1工程としてのCV運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS4に移る。ステップS4では、後述の第2工程としての水素ポンプ運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS5に移る。ステップS5では、上記ステップS3でCV運転を実行した後に続けてステップS4で水素ポンプ運転を実行すること1組として、この組み合わせを所定の設定回数以上、繰り返し実行したか否かを判別する。この判別がNOの場合には、ステップS3に移り、再びCV運転および水素ポンプ運転の組み合わせを実行する。一方、この判別がYESの場合には、燃料電池の活性化処理を終了する。ここで、ステップS5の設定回数、すなわちCV運転および水素ポンプ運転の組み合わせを繰り返し行う回数は、1回当りのCV運転を行う時間、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間、およびこの活性化処理により要求される燃料電池の性能の向上幅などに応じて、2回以上に設定される。   In step S3, a CV operation as a first process described later is performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S4. In step S4, a hydrogen pump operation as a second process described later is performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not this combination has been repeatedly executed a predetermined number of times or more as one set in which the hydrogen pump operation is executed in step S4 after the CV operation is executed in step S3. If this determination is NO, the process moves to step S3, and a combination of CV operation and hydrogen pump operation is executed again. On the other hand, if this determination is YES, the fuel cell activation process is terminated. Here, the set number of times of step S5, that is, the number of times of repeatedly performing the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation is the time for performing the CV operation per time, the time for performing the hydrogen pump operation per time, and the activation process. Is set to two or more according to the improvement range of the performance of the fuel cell required by the above.

以下、上記ステップS3におけるCV運転と、上記ステップS4における水素ポンプ運転とを、図3〜5を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the CV operation in step S3 and the hydrogen pump operation in step S4 will be described in detail with reference to FIGS.

図3は、CV運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
図4は、CV運転を実行した後、水素ポンプ運転を実行した場合におけるカソード極およびアノード極間の電圧の変化(図4の(a))、並びに、カソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化(図4の(b))を示す図である。なお、本発明における電流密度とは、燃料電池のMEAの単位反応面積(1[cm])当たりに流れる電流をいう。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the CV operation.
FIG. 4 shows changes in the voltage between the cathode and anode when the hydrogen pump operation is performed after the CV operation is performed (FIG. 4A), and the current flowing from the cathode to the anode. It is a figure which shows the change ((b) of FIG. 4) of a density. The current density in the present invention refers to a current flowing per unit reaction area (1 [cm 2 ]) of the MEA of the fuel cell.

CV運転では、アノード流路には水素を多く含有する反応ガスを供給し、同時にカソード流路には酸素を多く含有する酸化剤ガスを供給せずに窒素を多く含有する窒素ガスを供給する。このとき、アノード側排出管33およびカソード側導入管22に設けられた遮断弁は開いた状態にし、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路には、アノード側ガス供給装置31およびカソード側ガス供給装置21から供給される新気が流通するようにする。   In the CV operation, a reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied to the anode flow channel, and at the same time, a nitrogen gas containing a large amount of nitrogen is supplied to the cathode flow channel without supplying an oxidant gas containing a large amount of oxygen. At this time, the shutoff valves provided in the anode side discharge pipe 33 and the cathode side introduction pipe 22 are opened, and the anode side gas supply device 31 and the cathode side gas are provided in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell FC. Fresh air supplied from the supply device 21 is distributed.

さらにCV運転では、燃料電池FCを安定化電源4に接続しておき、上述のように燃料電池FCにガスを供給した状態で、安定化電源4により、カソード極を正としてカソード極とアノード極との間に所定の電圧幅内で周期的に変動する電圧を印加する(図4参照)。ここで、上記電圧幅の最小値は0[V]以上の所定値(例えば、0[V])とし、最大値は上記最小値よりも大きな所定値(例えば、1[V])とする。また、電圧の波形は、電圧の折り返し時に電流が急激に変動するのを防止するために図4に示すように正弦波とすることが好ましいが、これに限らずのこぎり波や矩形波であってもよい。   Further, in the CV operation, the fuel cell FC is connected to the stabilized power source 4 and the gas is supplied to the fuel cell FC as described above. A voltage that periodically fluctuates within a predetermined voltage width is applied between them (see FIG. 4). Here, the minimum value of the voltage width is set to a predetermined value of 0 [V] or more (for example, 0 [V]), and the maximum value is set to a predetermined value (for example, 1 [V]) larger than the minimum value. Further, the voltage waveform is preferably a sine wave as shown in FIG. 4 in order to prevent the current from fluctuating rapidly when the voltage is turned back, but is not limited to this and is a sawtooth wave or a rectangular wave. Also good.

図5は、水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
水素ポンプ運転では、カソード側導入管22に設けられた遮断弁を閉じカソード流路にはガスを供給せずに、アノード側排出管33に設けられた遮断弁を閉じた状態でアノード流路に水素を多く含有する反応ガスを供給する。
さらに水素ポンプ運転では、燃料電池FCを安定化電源4に接続しておき、上述のように燃料電池FCのアノード極に反応ガスを供給した状態で、安定化電源4により、アノード極を正としてカソード極とアノード極との間に電圧を印加することにより、カソード極からアノード極へ所定量の電流を流す(図4参照)。このとき、安定化電源4で印加する電圧は、カソード極からアノード極へ流れる電流が燃料電池FCのMEAの反応面積に応じて予め設定された値になるように調整される。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the hydrogen pump operation.
In the hydrogen pump operation, the shutoff valve provided in the cathode side introduction pipe 22 is closed and no gas is supplied to the cathode flow path, and the shutoff valve provided in the anode side discharge pipe 33 is closed to the anode flow path. A reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied.
Further, in the hydrogen pump operation, the fuel cell FC is connected to the stabilization power source 4 and the reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell FC as described above. By applying a voltage between the cathode electrode and the anode electrode , a predetermined amount of current flows from the cathode electrode to the anode electrode (see FIG. 4). At this time, the voltage applied by the stabilized power supply 4 is adjusted so that the current flowing from the cathode electrode to the anode electrode becomes a preset value according to the reaction area of the MEA of the fuel cell FC.

以上のようにガスを供給しながらカソード極からアノード極へ電流を流すと、アノード極側で水素の触媒反応により水素イオンが発生する。この水素イオンは、MEAを通ってカソード極側へ移動し、カソード極側で電子を受けることにより再び水素となりカソード側排出管23から排出される。 As described above, when a current is supplied from the cathode electrode to the anode electrode while supplying the gas, hydrogen ions are generated by the catalytic reaction of hydrogen on the anode electrode side. This hydrogen ion moves to the cathode electrode side through the MEA, receives hydrogen on the cathode electrode side, becomes hydrogen again, and is discharged from the cathode side discharge pipe 23.

以下、本実施形態に係る燃料電池の活性化方法の効果を検証するために行った3つの実験結果について説明する。   Hereinafter, three experimental results performed to verify the effects of the fuel cell activation method according to the present embodiment will be described.

[実験1]
実験1では、本実施形態の活性化方法と、従来の活性化方法との効果を比較する実験を行った。より具体的には、本実施形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを実施例1とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例1〜3とし、これら実施例1および比較例1〜3について評価試験を行った。
[Experiment 1]
In Experiment 1, an experiment was performed to compare the effects of the activation method of the present embodiment and the conventional activation method. More specifically, the fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 1, the fuel cell activated by the conventional activation method is referred to as Comparative Examples 1 to 3, and these Example 1 And the evaluation test was done about Comparative Examples 1-3.

<実施例1>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例1とする。より具体的には、以下の手順で活性化した燃料電池セルを実施例1とする。
すなわち、実施例1の燃料電池は、先ず、燃料電池に水分を補給し(上述のステップS1参照)、燃料電池のガスを置換した後(上述のステップS2参照)、CV運転(上述のステップS3参照)と水素ポンプ運転(上述のステップS4参照)とを所定回数繰り返した。
より具体的には、ステップS1の燃料電池の水分補給では、温度が約70℃で相対湿度が約100%の窒素ガスを、燃料電池のアノード流路およびカソード流路に30分間にわたって供給した。ここで、窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が4[ml/min]となるように調整した。
ステップS2の燃料電池のガスの置換では、アノード流路に反応ガスを、カソード流路に窒素ガスを3分間にわたって供給した。ここで反応ガスおよび窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が8[ml/min]となるように調整した。
ステップS3のCV運転では、上述のステップS2と同じ流量でガスを供給しながら、最小電圧0[V]、最大電圧1[V]、および1周期が6分の正弦波形の電圧を5周期(30分間)にわたって印加した。
ステップS4の水素ポンプ運転では、カソード側導入管およびアノード側排出管の遮断弁を閉じ、アノード流路に反応ガスを供給する。ここで、反応ガスの流量は、上述のステップS2の流量と同じとした。また、水素ポンプ運転では、アノード極を安定化電源の正極に、カソード極を安定化電源の負極に接続しておき、上述のように反応ガスを供給しながら、カソード極からアノード極へ電流密度が1[A/cm]の電流を、10分間にわたって流し続けた。
また、ステップS5の繰り返し回数を4回とし、上述のようなCV運転および水素ポンプ運転を合計160分間にわたり行った。
なお、以下では、活性化にかかった時間から、上述の水分補給およびガスの置換にかかった時間を差し引いた時間を、総エージング時間という。したがって、実施例1の燃料電池セルの総エージング時間は160分である。
<Example 1>
A fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 1. More specifically, a fuel cell activated by the following procedure is referred to as Example 1.
That is, the fuel cell of Example 1 first replenishes the fuel cell with water (see step S1 above), replaces the gas in the fuel cell (see step S2 above), and then performs CV operation (see step S3 above). And the hydrogen pump operation (see step S4 above) was repeated a predetermined number of times.
More specifically, in hydration of the fuel cell in step S1, nitrogen gas having a temperature of about 70 ° C. and a relative humidity of about 100% was supplied to the anode channel and the cathode channel of the fuel cell for 30 minutes. Here, the flow rate of nitrogen gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 4 [ml / min].
In the replacement of the fuel cell gas in step S2, the reaction gas was supplied to the anode channel and the nitrogen gas was supplied to the cathode channel over 3 minutes. Here, the flow rates of the reaction gas and the nitrogen gas were adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 8 [ml / min].
In the CV operation in step S3, the gas is supplied at the same flow rate as in step S2 described above, and the minimum voltage 0 [V], the maximum voltage 1 [V], and a sinusoidal voltage of 6 cycles for 5 cycles (1 cycle) For 30 minutes).
In the hydrogen pump operation of step S4, the shutoff valves of the cathode side introduction pipe and the anode side discharge pipe are closed, and the reaction gas is supplied to the anode flow path. Here, the flow rate of the reaction gas was the same as the flow rate in step S2. In the hydrogen pump operation, the anode electrode is connected to the positive electrode of the stabilized power source, the cathode electrode is connected to the negative electrode of the stabilized power source, and the current density is supplied from the cathode electrode to the anode electrode while supplying the reaction gas as described above. Continued to pass a current of 1 [A / cm 2 ] for 10 minutes.
Further, the number of repetitions of step S5 was set to 4 times, and the above-described CV operation and hydrogen pump operation were performed for a total of 160 minutes.
Hereinafter, the time obtained by subtracting the time required for the above-described hydration and gas replacement from the time required for activation is referred to as the total aging time. Therefore, the total aging time of the fuel battery cell of Example 1 is 160 minutes.

<比較例1>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例1とする。比較例1の燃料電池セルは、水素ポンプ運転を実行せずにCV運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の実施例1の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、実施例1と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、実施例1と同じ設定の下でCV運転を240分間(40周期)にわたり行った。したがって、比較例1の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative Example 1>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 1. The fuel cell of Comparative Example 1 is different from the fuel cell of Example 1 described above in that it is activated by performing only the CV operation without performing the hydrogen pump operation and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Example 1. Next, CV operation was performed for 240 minutes (40 cycles) under the same settings as in Example 1. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 1 is 240 minutes.

<比較例2>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例2とする。比較例2の燃料電池セルは、CV運転を実行せずに水素ポンプ運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の実施例1の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、実施例1と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、実施例1と同じ設定の下で水素ポンプ運転を240分間にわたり行った。したがって、比較例2の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative example 2>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 2. The fuel cell of Comparative Example 2 is different from the fuel cell of Example 1 described above in that it is activated by performing only the hydrogen pump operation without performing the CV operation, and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Example 1. Next, the hydrogen pump operation was performed for 240 minutes under the same settings as in Example 1. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 2 is 240 minutes.

<比較例3>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例3とする。比較例3の燃料電池セルは、CV運転および水素ポンプ運転ともに実行しなかった点と、総エージング時間とが、上述の実施例1の燃料電池と異なる。
より具体的には、実施例1と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換のみを行った。したがって、比較例3の燃料電池セルの総エージング時間は0分である。
<Comparative Example 3>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 3. The fuel cell of Comparative Example 3 differs from the fuel cell of Example 1 described above in that neither the CV operation nor the hydrogen pump operation was performed, and the total aging time.
More specifically, the fuel cell was replenished with water and replaced with gas by the same procedure as in Example 1. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 3 is 0 minute.

<実験1の評価試験>
実験1の評価試験では、以上のような実施例1および比較例1〜3の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。このとき、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 1>
In the evaluation test of Experiment 1, power was actually generated in the fuel cells of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 as described above, and the output voltage was measured. At this time, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel battery cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図6は、実験1の評価試験の結果を示す図である。図6には、比較例3の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値を示す。
図6に示すように、実施例1の燃料電池セルは、比較例1,2の燃料電池セルよりも総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、本実施形態の活性化方法で活性化することにより、従来の活性化方法よりも短時間で効率的に活性化できることが検証された。
FIG. 6 is a diagram showing the results of the evaluation test of Experiment 1. FIG. 6 shows a relative value where the measured value of the output voltage of the fuel cell of Comparative Example 3 is 1.
As shown in FIG. 6, the fuel cell of Example 1 has a higher output voltage than the fuel cells of Comparative Examples 1 and 2, although the total aging time is shorter. Therefore, it has been verified that activation by the activation method of the present embodiment enables efficient activation in a shorter time than the conventional activation method.

[実験2]
実験2では、本実施形態の活性化方法において、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせを繰り返し行うことによる効果を検証する実験を行った。より具体的には、本実施形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを実施例2〜5とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例4とし、これら実施例2〜5および比較例4について評価試験を行った。
[Experiment 2]
In Experiment 2, in the activation method of the present embodiment, an experiment was conducted to verify the effect of repeatedly combining the CV operation and the hydrogen pump operation. More specifically, the fuel cells activated by the activation method of the present embodiment are designated as Examples 2 to 5, the fuel cells activated by the conventional activation method are designated as Comparative Example 4, and these Example 2 Evaluation tests were conducted on -5 and Comparative Example 4.

なお、本実験2は、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせを繰り返し行うことによる効果を検証するための実験であるので、実施例2〜5および比較例4の燃料電池セルには、それぞれ、総エージング時間を一定にしながら、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を変えて活性化したものを準備した。なお、実施例2〜5および比較例4のCV運転時に燃料電池セルに印加する電圧の波形や水素ポンプ運転時に燃料電池セルに通電する電流の設定は、上記実施例1と同じであり、説明を省略する。   In addition, since this experiment 2 is an experiment for verifying the effect of repeatedly performing the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation, the fuel cells of Examples 2 to 5 and Comparative Example 4 are respectively An activated product was prepared by changing the number of repetitions of the combination of CV operation and hydrogen pump operation while keeping the total aging time constant. In addition, the setting of the waveform of the voltage applied to the fuel cell during the CV operation of Examples 2 to 5 and Comparative Example 4 and the current supplied to the fuel cell during the hydrogen pump operation are the same as in Example 1 described above. Is omitted.

<実施例2>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例2とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を60分間(10周期)とし、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を60分間とし、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を2回とし、合計240分間にわたりCV運転と水素ポンプ運転とを行った。
<Example 2>
A fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 2.
More specifically, the time for performing one CV operation is 60 minutes (10 cycles), the time for performing one hydrogen pump operation is 60 minutes, and the combination of CV operation and hydrogen pump operation is repeated. The number of times was 2, and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed for a total of 240 minutes.

<実施例3>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例3とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を42分間(7周期)とし、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を38分間とし、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を3回とし、合計240分間にわたりCV運転と水素ポンプ運転とを行った。
<Example 3>
A fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 3.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 42 minutes (7 cycles), the time for performing hydrogen pump operation per time is 38 minutes, and the combination of CV operation and hydrogen pump operation is repeated. The number of times was 3, and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed for a total of 240 minutes.

<実施例4>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例4とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を24分間(4周期)とし、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を24分間とし、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を5回とし、合計240分間にわたりCV運転と水素ポンプ運転とを行った。
<Example 4>
A fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 4.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 24 minutes (4 cycles), the time for performing hydrogen pump operation per time is 24 minutes, and the combination of CV operation and hydrogen pump operation is repeated. The number of times was 5, and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed for a total of 240 minutes.

<実施例5>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例5とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を12分間(2周期)とし、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を12分間とし、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を10回とし、合計240分間にわたりCV運転と水素ポンプ運転とを行った。
<Example 5>
A fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 5.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 12 minutes (2 cycles), the time for performing hydrogen pump operation per time is 12 minutes, and the combination of CV operation and hydrogen pump operation is repeated. The number of times was 10, and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed for a total of 240 minutes.

<比較例4>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例4とする。
より具体的には、CV運転を120分間(20周期)にわたり行った後、水素ポンプ運転を120分間にわたって行い、合計240分間にわたりCV運転と水素ポンプ運転とを行った。
<Comparative Example 4>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 4.
More specifically, after the CV operation was performed for 120 minutes (20 cycles), the hydrogen pump operation was performed for 120 minutes, and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed for a total of 240 minutes.

<実験2の評価試験>
実験2の評価試験では、以上のような実施例2〜5および比較例4の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。またこのとき、実験1の評価試験と同様に、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 2>
In the evaluation test of Experiment 2, power was actually generated in the fuel cells of Examples 2 to 5 and Comparative Example 4 as described above, and the output voltage was measured. At this time, similarly to the evaluation test of Experiment 1, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図7は、実験2の評価試験の結果を示す図である。図7において、縦軸は上記比較例3の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値であり、横軸はCV運転と水素ポンプ運転との繰り返し回数である。また、図7には、参考値として上記実験1で準備した実施例1の燃料電池セルの出力電圧を白抜きの記号で示し、比較例1,3の燃料電池セルの出力電圧を一点鎖線で示す。   FIG. 7 is a diagram showing the results of the evaluation test in Experiment 2. In FIG. In FIG. 7, the vertical axis is a relative value with the measured value of the output voltage of the fuel cell of Comparative Example 3 being 1, and the horizontal axis is the number of repetitions of CV operation and hydrogen pump operation. Further, in FIG. 7, the output voltage of the fuel cell of Example 1 prepared in Experiment 1 above is shown as a reference value by a white symbol, and the output voltage of the fuel cell of Comparative Examples 1 and 3 is shown by a one-dot chain line. Show.

図7に示すように、繰り返し回数を1回とし、CV運転と水素ポンプ運転とを1回ずつしか行わなかった比較例4は、比較例1に対してやや出力電圧が高くなっているものの、顕著な差は無い。
一方、繰り返し回数を2回以上にした実施例2〜4は、比較例1,4に対して総エージング時間は同じ240分であるにもかかわらず出力電圧が大幅に高くなっている。したがって、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせを2回以上繰り返し行うことにより、短時間で効率的に活性化できることが検証された。
As shown in FIG. 7, although the number of repetitions was set to 1 and the CV operation and the hydrogen pump operation were performed only once each, Comparative Example 4 had a slightly higher output voltage than Comparative Example 1, There is no significant difference.
On the other hand, in Examples 2 to 4 in which the number of repetitions was set to 2 times or more, the output voltage was significantly higher in comparison with Comparative Examples 1 and 4, although the total aging time was 240 minutes. Therefore, it has been verified that the combination of CV operation and hydrogen pump operation can be efficiently activated in a short time by repeatedly performing two or more times.

また、繰り返し回数を4回とした実施例1と、繰り返し回数を3回とした実施例3および繰り返し回数を2回とした実施例2とを比較すると、実施例1の総エージング時間(160分)は、これら実施例3,4の総エージング時間(240分)よりも短いにもかかわらず、出力電圧は高い。これにより、総エージング時間を長くするよりも、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を増やした方が、より短時間で効率的に活性化できることが検証された。   Further, when Example 1 with 4 repetitions was compared with Example 3 with 3 repetitions and Example 2 with 2 repetitions, the total aging time of Example 1 (160 minutes) ) Is shorter than the total aging time of these Examples 3 and 4 (240 minutes), but the output voltage is high. Thus, it was verified that it is possible to efficiently activate in a shorter time when the number of repetitions of the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation is increased than when the total aging time is increased.

[実験3]
実験3では、本実施形態の活性化方法において、CV運転と水素ポンプ運転との組み合わせを繰り返し行うことによる効果と、総エージング時間を長くすることによる効果とを比較する実験を行った。
[Experiment 3]
In Experiment 3, in the activation method of the present embodiment, an experiment was performed to compare the effect of repeatedly performing the combination of CV operation and hydrogen pump operation with the effect of increasing the total aging time.

<実施例6>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例6とする。実施例6の燃料電池セルは、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間と、これらの組み合わせの繰り返し回数とが上記実施例1の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、実施例6の燃料電池セルは、実施例1の燃料電池セルに対して、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間を長くすることにより、総エージング時間を等しくしながらCV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を3回に減らした。
<Example 6>
A fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 6. The fuel cell of Example 6 is different from the fuel cell of Example 1 in the time for performing the CV operation per one time, the time for performing the hydrogen pump operation, and the number of repetitions of these combinations.
More specifically, the fuel cell of Example 6 is configured to increase the total aging time by increasing the time for performing the CV operation and the time for performing the hydrogen pump operation for the fuel cell of Example 1. The number of repetitions of the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation was reduced to 3 while equalizing the time.

<実施例7>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例7とする。実施例7の燃料電池セルは、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間と、これらの組み合わせの繰り返し回数とが上記実施例1の燃料電池セル異なる。
より具体的には、実施例7の燃料電池セルは、実施例1の燃料電池セルに対して、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間を長くすることにより、総エージング時間を等しくしながらCV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を2回に減らした。
<Example 7>
A fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 7. The fuel cell of Example 7 differs from the fuel cell of Example 1 in the time for performing the CV operation per one time and the time for performing the hydrogen pump operation, and the number of repetitions of these combinations.
More specifically, in the fuel cell of Example 7, the total aging is performed by increasing the time for performing the CV operation and the time for performing the hydrogen pump operation for the fuel cell of Example 1. The number of repetitions of the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation was reduced to 2 while equalizing the time.

<比較例5>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例5とする。比較例5の燃料電池セルは、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間と、これらの組み合わせの繰り返し回数とが上記実施例1の燃料電池セル異なる。
より具体的には、比較例5の燃料電池セルは、実施例1の燃料電池セルに対して、1回当りのCV運転を行う時間および水素ポンプ運転を行う時間を長くすることにより、総エージング時間を等しくしながらCV運転と水素ポンプ運転との組み合わせの繰り返し回数を1回に減らした。
<Comparative Example 5>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 5. The fuel cell of Comparative Example 5 differs from the fuel cell of Example 1 in the time for performing the CV operation per one time and the time for performing the hydrogen pump operation, and the number of repetitions of these combinations.
More specifically, the fuel cell of Comparative Example 5 is configured to increase the total aging time by increasing the time for performing the CV operation and the time for performing the hydrogen pump operation for the fuel cell of Example 1. The number of repetitions of the combination of the CV operation and the hydrogen pump operation was reduced to 1 while equalizing the time.

<実験3の評価試験>
実験3の評価実験では、以上のような実施例1,2,3,6,7および比較例4,5の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。このとき、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 3>
In the evaluation experiment of Experiment 3, power was actually generated in the fuel cells of Examples 1, 2, 3, 6, 7 and Comparative Examples 4 and 5 as described above, and the output voltage was measured. At this time, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel battery cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図8は、実験3の評価試験の結果を示す図である。図8には、比較例3の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値を示す。上述のように、実施例1,6,7および比較例5の総エージング時間は160分であり、実施例2,3および比較例4の総エージング時間は240分である。図8に示すように、総エージング時間が異なっているにもかかわらず、繰り返し回数が同じである場合には、出力電圧はほぼ同じである。したがって、総エージング時間を長くするよりも、CV運転と水素ポンプ運転との繰り返し回数を多くした方が、より短時間で効率的に活性化できることが検証された。   FIG. 8 is a diagram showing the results of the evaluation test in Experiment 3. In FIG. 8, the relative value which set the measured value of the output voltage of the fuel cell of the comparative example 3 to 1 is shown. As described above, the total aging time of Examples 1, 6, 7 and Comparative Example 5 is 160 minutes, and the total aging time of Examples 2, 3 and Comparative Example 4 is 240 minutes. As shown in FIG. 8, when the number of repetitions is the same despite the total aging time being different, the output voltage is almost the same. Therefore, it was verified that the number of repetitions of the CV operation and the hydrogen pump operation can be activated more efficiently in a shorter time than to increase the total aging time.

なお、本発明は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、CV運転(図2のステップS3参照)を実行した後に続けて水素ポンプ運転(図2のステップS4参照)を実行し、これを2回以上繰り返したが、本発明はこれに限らない。例えば、上記図2のステップS3とステップS4の実行の順序を逆にして、水素ポンプ運転を実行した後に続けてCV運転を実行し、これを2回以上繰り返しても、ほぼ同様の効果を奏する。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above embodiment, the hydrogen pump operation (see step S4 in FIG. 2) is executed after the CV operation (see step S3 in FIG. 2), and this is repeated twice or more. Not limited to this. For example, if the order of execution of step S3 and step S4 in FIG. 2 is reversed and the hydrogen pump operation is executed and then the CV operation is executed, and this is repeated twice or more, substantially the same effect is obtained. .

また、本実施形態のCV運転では、カソード側排出管23およびアノード側排出管33を開いた状態でガスを供給することにより、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路に、アノード側ガス供給装置およびカソード側供給装置から供給される新気が流通するようにしたが、これに限らない。CV運転では、カソード側排出管およびアノード側排出管の何れか又は両方を閉じた状態で行ってもほぼ同様の効果を奏する。   Further, in the CV operation of the present embodiment, by supplying gas with the cathode side exhaust pipe 23 and the anode side exhaust pipe 33 being opened, the anode side gas is supplied to the anode channel and the cathode channel of the fuel cell FC. Although fresh air supplied from the apparatus and the cathode side supply apparatus circulates, it is not limited to this. In the CV operation, substantially the same effect can be obtained even when the cathode side discharge pipe and / or the anode side discharge pipe are closed.

また、本実施形態の水素ポンプ運転では、アノード側排出管33に設けられた遮断弁を閉じた状態でアノード流路に水素を多く含有する反応ガスを供給したが、本発明はこれに限らず、上記遮断弁を開いた状態で反応ガスを供給してもよい。
また、本実施形態の水素ポンプ運転では、カソード側導入管22に設けられた遮断弁を閉じたが、本発明はこれに限らない。例えば、上記遮断弁を開いた状態でカソード流路に窒素を多く含有する窒素ガスを供給してもよい。
In the hydrogen pump operation of this embodiment, the reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied to the anode flow path with the shutoff valve provided in the anode side discharge pipe 33 closed, but the present invention is not limited to this. The reaction gas may be supplied with the shutoff valve open.
In the hydrogen pump operation of this embodiment, the shutoff valve provided in the cathode side introduction pipe 22 is closed, but the present invention is not limited to this. For example, nitrogen gas containing a large amount of nitrogen may be supplied to the cathode channel with the shut-off valve opened.

また、上記実施例では単一の燃料電池セルに対して本発明の活性化方法を適用し、その効果を検証したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、複数の燃料電池セルを積層して構成された燃料電池スタックに対して本発明の活性化方法を適用しても、同様の効果を奏する。   Moreover, in the said Example, although the activation method of this invention was applied with respect to the single fuel cell, and the effect was verified, this invention is not limited to this. For example, even when the activation method of the present invention is applied to a fuel cell stack configured by laminating a plurality of fuel cells, the same effect can be obtained.

[第1参考形態]
次に、本発明の第1参考形態を、図面を参照して説明する。以下の説明において、上記第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図9は、本参考形態に係る固体高分子型燃料電池FCの活性化方法を実行するための活性化装置1Aの構成を模式的に示す図である。
[First Reference Form]
Next, a first reference embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Figure 9 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device 1A for performing the method of activating a polymer electrolyte fuel cell FC according to this preferred embodiment.

活性化装置1Aは、燃料電池FCのカソード極に連通するカソード流路にガスを供給するカソード側ガス供給装置21と、燃料電池FCのアノード極に連通するアノード流路にガスを供給するアノード側ガス供給装置31と、カソード側ガス供給装置21およびアノード側ガス供給装置31から供給されるガスを加湿する図示しない加湿器と、を備える。この他、活性化装置1Aは、燃料電池FCのカソード極とアノード極との間に電圧を印加する安定化電源4と、燃料電池FCで発電した電力を消費する電子負荷装置などの可変抵抗器5と、これら安定化電源4と燃料電池FC又は可変抵抗器5と燃料電池FCの接続を選択的に切り換える切換スイッチ6と、を備える。   The activation device 1A includes a cathode side gas supply device 21 that supplies gas to a cathode flow path that communicates with the cathode electrode of the fuel cell FC, and an anode side that supplies gas to an anode flow path that communicates with the anode electrode of the fuel cell FC. A gas supply device 31 and a humidifier (not shown) that humidifies the gas supplied from the cathode side gas supply device 21 and the anode side gas supply device 31 are provided. In addition, the activation device 1A includes a stabilized power source 4 that applies a voltage between the cathode and anode electrodes of the fuel cell FC, and a variable resistor such as an electronic load device that consumes the power generated by the fuel cell FC. 5 and a changeover switch 6 that selectively switches the connection between the stabilized power source 4 and the fuel cell FC or variable resistor 5 and the fuel cell FC.

以下、図10を参照して、燃料電池FCを活性化する手順を説明する。
図10は、活性化方法の手順を示すフローチャートである。
ステップS11では、燃料電池に水分を補給しステップS12に移る。より具体的には、アノード流路およびカソード流路に、加湿器で加湿した窒素ガスを供給することにより燃料電池のMEAに水分を補給する。
Hereinafter, a procedure for activating the fuel cell FC will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the activation method.
In step S11, the fuel cell is replenished with water, and the process proceeds to step S12. More specifically, water is supplied to the MEA of the fuel cell by supplying nitrogen gas humidified by a humidifier to the anode channel and the cathode channel.

ステップS12では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内のガスを置換し、ステップS13に移る。後に詳述するように、次ステップS13の水素ポンプ運転において燃料電池に供給するガスは、前ステップS12の水分の補給のために燃料電池に供給したガスと異なる。そこで、このステップS12では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内に残留するガスを次ステップS13で供給するガスで置換するべく、アノード流路およびカソード流路に反応ガスを供給する。   In step S12, the gas in the anode channel and the cathode channel of the fuel cell is replaced, and the process proceeds to step S13. As will be described in detail later, the gas supplied to the fuel cell in the hydrogen pump operation in the next step S13 is different from the gas supplied to the fuel cell for replenishing moisture in the previous step S12. Therefore, in this step S12, a reactive gas is supplied to the anode flow path and the cathode flow path in order to replace the gas remaining in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell with the gas supplied in the next step S13.

ステップS13では、後述の第2工程としての水素ポンプ運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS14に移る。ステップS14では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内のガスを置換し、ステップS15に移る。後に詳述するように、次ステップS15の発電運転において燃料電池に供給するガスは、前ステップS13の水素ポンプ運転において燃料電池に供給したガスと異なる。そこで、このステップS14では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内に残留するガスを次ステップS15で供給するガスで置換するべく、アノード流路に反応ガスを供給し、カソード流路に酸化剤ガスを供給する。   In step S13, a hydrogen pump operation as a second process described later is performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S14. In step S14, the gas in the anode channel and the cathode channel of the fuel cell is replaced, and the process proceeds to step S15. As will be described in detail later, the gas supplied to the fuel cell in the power generation operation in the next step S15 is different from the gas supplied to the fuel cell in the hydrogen pump operation in the previous step S13. Therefore, in this step S14, in order to replace the gas remaining in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell with the gas supplied in the next step S15, the reaction gas is supplied to the anode flow path and the cathode flow path is oxidized. Supply agent gas.

ステップS15では、後述の第3工程としての発電運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS16に移る。ステップS16では、上記ステップS13で水素ポンプ運転を実行した後にステップS15で発電運転を実行することを1組として、この組み合わせを所定の設定回数以上、繰り返し実行したか否かを判別する。この判別がNOの場合には、ステップS13に移り、再び水素ポンプ運転および発電運転の組み合わせを実行する。一方、この判別がYESの場合には、燃料電池の活性化処理を終了する。ここで、ステップS16の設定回数、すなわち水素ポンプ運転および発電運転の組み合わせを繰り返し行う回数は、1回当り水素ポンプ運転を行う時間、1回当り発電運転を行う時間、およびこの活性化処理により要求される燃料電池の性能の向上幅などに応じて、2回以上に設定される。   In step S15, after performing the electric power generation operation as a 3rd process mentioned later over predetermined time, it moves to step S16. In step S16, after executing the hydrogen pump operation in step S13, the power generation operation is executed in step S15, and it is determined whether or not this combination has been repeatedly executed a predetermined number of times or more. If this determination is NO, the process moves to step S13, and the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation is executed again. On the other hand, if this determination is YES, the fuel cell activation process is terminated. Here, the set number of times in step S16, that is, the number of times of repeatedly performing the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation, is required by the time for performing the hydrogen pump operation per time, the time for performing the power generation operation per time, and the activation process. It is set to two or more according to the improvement range of the performance of the fuel cell to be performed.

以下、上記ステップS13における水素ポンプ運転と、上記ステップS15における発電運転とを、図11〜13を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the hydrogen pump operation in step S13 and the power generation operation in step S15 will be described in detail with reference to FIGS.

図11は、水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
図12は、水素ポンプ運転を実行した後、発電運転を実行した場合におけるカソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化を示す図である。なお、本発明における電流密度とは、燃料電池のMEAの単位反応面積(1[cm])当たりに流れる電流をいう。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the hydrogen pump operation.
FIG. 12 is a diagram illustrating a change in current density of current flowing from the cathode electrode to the anode electrode when the power generation operation is performed after the hydrogen pump operation is performed. The current density in the present invention refers to a current flowing per unit reaction area (1 [cm 2 ]) of the MEA of the fuel cell.

水素ポンプ運転では、カソード側導入管22に設けられた遮断弁を閉じカソード流路にはガスを供給せずに、アノード側排出管33に設けられた遮断弁を閉じた状態でアノード流路に水素を多く含有する反応ガスを供給する。
さらに水素ポンプ運転では、燃料電池FCを安定化電源4に接続しておき、上述のように燃料電池FCのアノード極に反応ガスを供給した状態で、安定化電源4により、アノード極を正としてカソード極とアノード極との間に電圧を印加することにより、カソード極からアノード極へ所定量の電流を流す(図12参照)。このとき、安定化電源4で印加する電圧は、カソード極からアノード極へ流れる電流が燃料電池FCのMEAの反応面積に応じて予め設定された値になるように調整される。
In the hydrogen pump operation, the shutoff valve provided in the cathode side introduction pipe 22 is closed and no gas is supplied to the cathode flow path, and the shutoff valve provided in the anode side discharge pipe 33 is closed to the anode flow path. A reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied.
Further, in the hydrogen pump operation, the fuel cell FC is connected to the stabilization power source 4 and the reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell FC as described above. By applying a voltage between the cathode electrode and the anode electrode , a predetermined amount of current flows from the cathode electrode to the anode electrode (see FIG. 12). At this time, the voltage applied by the stabilized power supply 4 is adjusted so that the current flowing from the cathode electrode to the anode electrode becomes a preset value according to the reaction area of the MEA of the fuel cell FC.

以上のようにガスを供給しながらカソード極からアノード極へ電流を流すと、アノード極側で水素の触媒反応により水素イオンが発生する。この水素イオンは、MEAを通ってカソード極側へ移動し、カソード極側で電子を受けることにより再び水素となりカソード側排出管23から排出される。 As described above, when a current is supplied from the cathode electrode to the anode electrode while supplying the gas, hydrogen ions are generated by the catalytic reaction of hydrogen on the anode electrode side. This hydrogen ion moves to the cathode electrode side through the MEA, receives hydrogen on the cathode electrode side, becomes hydrogen again, and is discharged from the cathode side discharge pipe 23.

図13は、発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
発電運転では、アノード流路には水素を多く含有する反応ガスを供給し、同時にカソード流路には酸素を多く含有する酸化剤ガスを供給し、燃料電池FCで発電させる。このとき、アノード側排出管33およびカソード側導入管に設けられた遮断弁は開いた状態にし、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路には、アノード側ガス供給装置31およびカソード側ガス供給装置21から供給される新気が流通するようにする。
FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the power generation operation.
In the power generation operation, a reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied to the anode flow channel, and an oxidant gas containing a large amount of oxygen is supplied to the cathode flow channel at the same time, and the fuel cell FC generates power. At this time, the shutoff valves provided in the anode side discharge pipe 33 and the cathode side introduction pipe are opened, and the anode side gas supply device 31 and the cathode side gas supply are provided in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell FC. The fresh air supplied from the apparatus 21 is distributed.

さらにこの発電運転では、燃料電池FCを可変抵抗器5に接続しておき、上述のように燃料電池FCにガスを供給し発電しながら可変抵抗器5の抵抗値を調整し、燃料電池FCの出力電流を所定の電流幅内で周期的に変動させる。本参考形態では、燃料電池の出力電流を、例えば図12に示すような矩形波状に変動させる。 Further, in this power generation operation, the fuel cell FC is connected to the variable resistor 5, and the resistance value of the variable resistor 5 is adjusted while supplying gas to the fuel cell FC and generating power as described above. The output current is periodically changed within a predetermined current width. In this reference embodiment, the output current of the fuel cell is changed in a rectangular wave shape as shown in FIG. 12, for example.

以下、本参考形態に係る燃料電池の活性化方法の効果を検証するために行った2つの実験結果について説明する。 The following describes two experiments conducted to verify the effect of the activation method for a fuel cell according to this preferred embodiment.

[実験4]
実験4では、本参考形態の活性化方法と、従来の活性化方法との効果を比較する実験を行った。より具体的には、本参考形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを参考とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例6〜9とし、これら参考および比較例6〜9について評価試験を行った。
[Experiment 4]
In Experiment 4, the activation method of this preferred embodiment, the effect to compare the experiments with conventional activation methods were carried out. More specifically, the fuel cell activated by the activation method of the present reference embodiment is referred to as Reference Example 1, and the fuel cell activated by the conventional activation method is referred to as Comparative Examples 6 to 9, and these Reference Example 1 And the evaluation test was done about Comparative Examples 6-9.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。より具体的には、以下の手順で活性化した燃料電池セルを参考とする。
すなわち、参考の燃料電池は、先ず、燃料電池に水分を補給し(上述のステップS11参照)、燃料電池のガスを置換した後(上述のステップS12参照)、水素ポンプ運転(上述のステップS13参照)と発電運転(上述のステップS15参照)とを所定回数繰り返した。
より具体的には、ステップS11の燃料電池の水分補給では、温度が約70℃で相対湿度が約100%の窒素ガスを30分間にわたって供給した。ここで、窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が4[ml/min]となるように調整した。
ステップS12の燃料電池のガスの置換では、アノード流路およびカソード流路に反応ガスを3分間にわたって供給した。ここで反応ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が8[ml/min]となるように調整した。
ステップS13の水素ポンプ運転では、カソード側導入管およびアノード側排出管の遮断弁を閉じ、アノード流路に反応ガスを供給する。ここで、反応ガスの流量は、上述のステップS12の流量と同じとした。また、水素ポンプ運転では、アノード極を安定化電源の正極に、カソード極を安定化電源の負極に接続しておき、上述のように反応ガスを供給しながら、カソード極からアノード極へ電流密度が1[A/cm]の電流を、9分間にわたって流し続けた。
ステップS14の燃料電池のガスの置換では、カソード側導入管およびアノード側排出管の遮断弁を開き、アノード流路に反応ガスを、カソード流路に酸化剤ガスを3分間にわたって供給した。ここで、アノード流路に供給する反応ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が14[ml/min]となるように調整し、カソード流路に供給する酸化剤ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が33[ml/min]となるように調整した。
ステップS15の発電運転では、燃料電池を可変抵抗器に接続し、上記ステップS14と同じ流量で反応ガスおよび酸化剤ガスを供給し燃料電池で発電させながら、可変抵抗器の抵抗値を調整し燃料電池の出力電流を変動させる。燃料電池の出力電流は、以下の手順で変動させた。先ず、毎秒100[mA/cm]の速度で電流密度を0[A/cm]から1[A/cm]まで上昇させ、この状態を1分間にわたって保持する。次に、毎秒200[mA/cm]の速度で電流密度を1[A/cm]から0[A/cm]まで減少させ、この状態を1分間にわたって保持する。以上を1周期として、ステップS15の発電運転では、4周期(合計9分間)にわたって燃料電池の出力電流を変化させた。
また、ステップS16の繰り返し回数を13回とした。したがって、参考の燃料電池セルの総エージング時間は234分である。
< Reference Example 1 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment and the reference example 1. More specifically, a fuel cell activated by the following procedure is referred to as Reference Example 1 .
That is, the fuel cell of Reference Example 1 first replenishes the fuel cell with water (see step S11 described above), replaces the gas in the fuel cell (see step S12 above), and then operates the hydrogen pump (described above step). S13) and power generation operation (see step S15 above) were repeated a predetermined number of times.
More specifically, in hydration of the fuel cell in step S11, nitrogen gas having a temperature of about 70 ° C. and a relative humidity of about 100% was supplied over 30 minutes. Here, the flow rate of nitrogen gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 4 [ml / min].
In the replacement of the fuel cell gas in step S12, the reaction gas was supplied to the anode channel and the cathode channel over 3 minutes. Here, the flow rate of the reaction gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 8 [ml / min].
In the hydrogen pump operation in step S13, the shutoff valves of the cathode side introduction pipe and the anode side discharge pipe are closed, and the reaction gas is supplied to the anode flow path. Here, the flow rate of the reaction gas was the same as the flow rate of step S12 described above. In the hydrogen pump operation, the anode electrode is connected to the positive electrode of the stabilized power source, the cathode electrode is connected to the negative electrode of the stabilized power source, and the current density is supplied from the cathode electrode to the anode electrode while supplying the reaction gas as described above. Continued to pass a current of 1 [A / cm 2 ] for 9 minutes.
In the replacement of the fuel cell gas in step S14, the shutoff valves of the cathode side introduction pipe and the anode side discharge pipe were opened, and the reaction gas was supplied to the anode channel and the oxidant gas was supplied to the cathode channel for 3 minutes. Here, the flow rate of the reaction gas supplied to the anode flow path is adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA is 14 [ml / min], and the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode flow path is The flow rate per unit reaction area of MEA was adjusted to 33 [ml / min].
In the power generation operation in step S15, the fuel cell is connected to the variable resistor, and the reaction gas and the oxidant gas are supplied at the same flow rate as in step S14, and the fuel cell generates power, and the resistance value of the variable resistor is adjusted to generate the fuel. Vary the battery output current. The output current of the fuel cell was varied according to the following procedure. First, the current density is increased from 0 [A / cm 2 ] to 1 [A / cm 2 ] at a rate of 100 [mA / cm 2 ] per second, and this state is maintained for 1 minute. Next, the current density is decreased from 1 [A / cm 2 ] to 0 [A / cm 2 ] at a rate of 200 [mA / cm 2 ] per second, and this state is maintained for 1 minute. With the above as one cycle, in the power generation operation of step S15, the output current of the fuel cell was changed over four cycles (9 minutes in total).
In addition, the number of repetitions of step S16 is set to 13. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Reference Example 1 is 234 minutes.

<比較例6>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例6とする。比較例6の燃料電池セルは、水素ポンプ運転を実行せずに発電運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の参考の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、参考と同じ設定の下で発電運転を行い、燃料電池の出力電流を107周期(240分45秒)にわたって変動させた。したがって、比較例6の燃料電池セルの総エージング時間は240分45秒である。
<Comparative Example 6>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 6. The fuel cell of Comparative Example 6 differs from the fuel cell of Reference Example 1 described above in that it is activated by performing only the power generation operation without performing the hydrogen pump operation, and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Reference Example 1 . Next, a power generation operation was performed under the same settings as in Reference Example 1, and the output current of the fuel cell was varied over 107 cycles (240 minutes 45 seconds). Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 6 is 240 minutes and 45 seconds.

<比較例7>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例7とする。比較例7の燃料電池セルは、発電運転を実行せずに水素ポンプ運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の参考の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、参考と同じ設定の下で水素ポンプ運転を240分間にわたり行った。したがって、比較例7の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative Example 7>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 7. The fuel cell of Comparative Example 7 is different from the fuel cell of Reference Example 1 described above in that it is activated by performing only the hydrogen pump operation without performing the power generation operation, and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Reference Example 1 . Next, the hydrogen pump operation was performed for 240 minutes under the same settings as in Reference Example 1 . Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 7 is 240 minutes.

<比較例8>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例8とする。比較例7の燃料電池セルは、発電運転および水素ポンプ運転の組み合わせを2回以上繰り返し行わずに1回だけ行った点と、総エージング時間とが、上述の参考の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、参考と同じ設定の下で発電運転を行い、燃料電池の出力電流を107周期(240分45秒)にわたって変動させた。次に、参考と同じ設定の下で燃料電池のガスを置換した後、参考と同じ設定の下で水素ポンプ運転を240分間にわたり行った。したがって、比較例8の燃料電池セルの総エージング時間は480分45秒である。
<Comparative Example 8>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 8. The fuel cell of Comparative Example 7 differs from the fuel cell of Reference Example 1 described above in that the combination of the power generation operation and the hydrogen pump operation was performed only once without repeating it twice or more, and the total aging time was different .
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Reference Example 1 . Next, a power generation operation was performed under the same settings as in Reference Example 1, and the output current of the fuel cell was varied over 107 cycles (240 minutes 45 seconds). Then, after replacing the fuel cell of the gas under the same settings as in Reference Example 1, it was performed for 240 min hydrogen pump operation under the same settings as in Reference Example 1. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 8 is 480 minutes 45 seconds.

<比較例9>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例9とする。比較例9の燃料電池セルは、発電運転および水素ポンプ運転ともに実行しなかった点と、総エージング時間とが、上述の参考の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換のみを行った。したがって、比較例9の燃料電池セルの総エージング時間は0分である。
<Comparative Example 9>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 9. The fuel cell of Comparative Example 9 differs from the fuel cell of Reference Example 1 described above in that neither the power generation operation nor the hydrogen pump operation was performed, and the total aging time.
More specifically, according to the same procedure as in Reference Example 1 , only water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 9 is 0 minute.

<実験4の評価試験>
実験4の評価試験では、以上のような参考および比較例6〜9の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。このとき、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 4>
In the evaluation test of Experiment 4, power was actually generated in the fuel cells of Reference Example 1 and Comparative Examples 6-9 as described above, and the output voltage was measured. At this time, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel battery cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図14は、実験4の評価試験の結果を示す図である。図14には、比較例9の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値を示す。
図14に示すように、参考の燃料電池セルは、比較例6,7よりも総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、本参考形態の活性化方法で活性化することにより、従来の活性化方法よりも短時間で効率的に活性化できることが検証された。また、水素ポンプ運転と発電運転の組み合わせを2回以上繰り返し実行して活性化した参考の燃料電池セルは、発電運転と水素ポンプ運転の組み合わせを1回だけ実行して活性化した比較例8の燃料電池セルよりも総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、水素ポンプ運転と発電運転の組み合わせを2回以上繰り返し行うことにより、短時間で効率的に活性化できることが検証された。
FIG. 14 is a diagram showing the results of the evaluation test in Experiment 4. In FIG. 14, the relative value which set the measured value of the output voltage of the fuel cell of the comparative example 9 to 1 is shown.
As shown in FIG. 14, the fuel cell of Reference Example 1 has a higher output voltage despite the shorter total aging time than Comparative Examples 6 and 7. Thus, by activating activation method of this preferred embodiment, can be efficiently activated in a shorter time than the conventional method of activation is verified. Further, the fuel cell of Reference Example 1 activated by repeatedly executing the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation twice or more is a comparative example activated by executing the combination of the power generation operation and the hydrogen pump operation only once. Although the total aging time is shorter than that of the fuel cell 8, the output voltage is high. Therefore, it was verified that the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation can be efficiently activated in a short time by repeatedly performing the combination twice or more.

[実験5]
実験5では、本参考形態の活性化方法において、発電運転と水素ポンプ運転との組み合わせを繰り返し行うことによる効果を検証する実験を行った。より具体的には、本参考形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを参考とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例10とし、これら参考および比較例10について評価試験を行った。
[Experiment 5]
In Experiment 5, the activation method of this preferred embodiment, the combination to verify the effect by repeating the experiments with the power generation operation and the hydrogen pump operation was performed. More specifically, the fuel cell activated with the activation method of this preferred embodiment as Reference Example 2-5, the fuel cell activation with conventional activation method as Comparative Example 10, these reference examples 2 an evaluation test was conducted for 1-5 and Comparative example 10.

なお、参考および比較例10の水素ポンプ運転時に燃料電池セルに通電する電流の設定や、発電運転時における燃料電池の出力電流の変動態様は、上記参考と同じであり、説明を省略する。 In addition, the setting of the current supplied to the fuel cell during the hydrogen pump operation in Reference Examples 2 to 5 and Comparative Example 10 and the variation mode of the output current of the fuel cell during the power generation operation are the same as in Reference Example 1 above. Description is omitted.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を60分間とし、1回当りの発電運転を行う時間を63分間(28周期)とし、水素ポンプ運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を2回とした。したがって、総エージング時間は246分である。
< Reference Example 2 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment and reference example 2.
More specifically, the hydrogen pump operation time per operation is 60 minutes, the power generation operation time per operation is 63 minutes (28 cycles), and the combination of hydrogen pump operation and power generation operation is repeated. The number of times was two. Therefore, the total aging time is 246 minutes.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を40分間とし、1回当りの発電運転を行う時間を36分間(16周期)とし、水素ポンプ運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を3回とした。したがって、総エージング時間は228分である。
< Reference Example 3 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment and reference example 3.
More specifically, the time for one hydrogen pump operation is 40 minutes, the time for one power generation operation is 36 minutes (16 cycles), and the combination of hydrogen pump operation and power generation operation is repeated. The number of times was three. Therefore, the total aging time is 228 minutes.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を24分間とし、1回当りの発電運転を行う時間を27分間(12周期)とし、水素ポンプ運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を5回とした。したがって、総エージング時間は255分である。
< Reference Example 4 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment and reference example 4.
More specifically, the time for performing the hydrogen pump operation per time is 24 minutes, the time for performing the power generation operation per time is 27 minutes (12 cycles), and the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation is repeated. The number of times was five. Therefore, the total aging time is 255 minutes.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、1回当りの水素ポンプ運転を行う時間を10分間とし、1回当りの発電運転を行う時間を18分間(8周期)とし、水素ポンプ運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を10回とした。したがって、総エージング時間は280分である。
< Reference Example 5 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment is Reference Example 5.
More specifically, the time for performing the hydrogen pump operation per time is 10 minutes, the time for performing the power generation operation per time is 18 minutes (8 cycles), and the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation is repeated. The number of times was 10 times. Therefore, the total aging time is 280 minutes.

<比較例10>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例10とする。
より具体的には、水素ポンプ運転を120分間にわたり行った後、発電運転を117分間(52周期)にわたって行った。したがって、総エージング時間は237分である。
<Comparative Example 10>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 10.
More specifically, after the hydrogen pump operation was performed for 120 minutes, the power generation operation was performed for 117 minutes (52 cycles). Therefore, the total aging time is 237 minutes.

<実験5の評価試験>
実験5の評価試験では、以上のような参考および比較例10の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。またこのとき、実験4の評価試験と同様に、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 5>
In the evaluation test of Experiment 5, power was actually generated in the fuel cells of Reference Examples 2 to 5 and Comparative Example 10 as described above, and the output voltage was measured. At this time, similarly to the evaluation test of Experiment 4, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図15は、実験5の評価試験の結果を示す図である。図15において、縦軸は上記比較例9の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値であり、横軸は発電運転と水素ポンプ運転との繰り返し回数である。   FIG. 15 is a diagram illustrating the results of the evaluation test of Experiment 5. In FIG. In FIG. 15, the vertical axis is a relative value with the measured value of the output voltage of the fuel cell of Comparative Example 9 being 1, and the horizontal axis is the number of repetitions of the power generation operation and the hydrogen pump operation.

図15に示すように、繰り返し回数を1回とし、水素ポンプ運転と発電運転とを1回ずつしか行わなかった比較例10の燃料電池セルは、比較例9あるいは比較例6,7(図14参照)に対してやや出力電圧が高くなっているものの、顕著な差は無い。
一方、繰り返し回数を2回以上にした参考は、比較例6,10に対して総エージング時間はほぼ同じであるにもかかわらず出力電圧が高くなっている。したがって、水素ポンプ運転と発電運転との組み合わせを2回以上繰り返し行うことにより、短時間で効率的に活性化できることが検証された。
As shown in FIG. 15, the fuel cell of Comparative Example 10 in which the number of repetitions was one and the hydrogen pump operation and the power generation operation were performed only once was Comparative Example 9 or Comparative Examples 6 and 7 (FIG. 14). Although the output voltage is slightly higher than that of (see), there is no significant difference.
On the other hand, in Reference Examples 2 to 5 in which the number of repetitions is 2 or more, the output voltage is high although the total aging time is substantially the same as in Comparative Examples 6 and 10. Therefore, it was verified that the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation can be efficiently activated in a short time by repeatedly performing two or more times.

なお、本発明は上記参考形態および上記参考例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、本参考形態では、水素ポンプ運転(図10のステップS13参照)を実行した後に続けて発電運転(図10のステップS15参照)を実行し、これを2回以上繰り返したが、本発明はこれに限らない。例えば、上記図10のステップS13とステップS15の実行の順序を逆にして、発電運転を実行した後に続けて水素ポンプ運転を実行し、これを2回以上繰り返しても、ほぼ同様の効果を奏する。
In addition, this invention is not limited to the said reference form and the said reference example, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.
For example, in this preferred embodiment, to perform a hydrogen pump operation (see step S13 in FIG. 10) power generating operation continues after running (see step S15 in FIG. 10), although this was repeated twice more, the present invention is Not limited to this. For example, if the order of execution of steps S13 and S15 in FIG. 10 is reversed and the power generation operation is executed and then the hydrogen pump operation is executed, and this is repeated twice or more, substantially the same effect is obtained. .

また、本参考形態の水素ポンプ運転では、アノード側排出管33に設けられた遮断弁を閉じた状態でアノード流路に水素を多く含有する反応ガスを供給したが、本発明はこれに限らず、上記遮断弁を開いた状態で反応ガスを供給してもよい。
また、本参考形態の水素ポンプ運転では、カソード側導入管22に設けられた遮断弁を閉じたが、本発明はこれに限らない。例えば、上記遮断弁を開いた状態でアノード流路に窒素を多く含有する窒素ガスを供給してもよい。
Also, the hydrogen pump operation of the present reference embodiment has been supplying a reaction gas containing a large amount of hydrogen to the anode channel with closed shut-off valve provided on the anode side exhaust pipe 33, the present invention is not limited thereto The reaction gas may be supplied with the shutoff valve open.
Also, the hydrogen pump operation of the present reference embodiment, although closed shut-off valve provided on the cathode side inlet pipe 22, the present invention is not limited thereto. For example, nitrogen gas containing a large amount of nitrogen may be supplied to the anode channel with the shut-off valve opened.

また、本参考形態の発電運転では、燃料電池FCの出力電流を矩形波状に変動させたが、本発明はこれに限らない。燃料電池の出力電流の波形は、例えば正弦波やのこぎり波であってもよい。 Further, in the power generation operation of the present reference embodiment, although the output current of the fuel cell FC is varied in a rectangular wave shape, the present invention is not limited thereto. The waveform of the output current of the fuel cell may be, for example, a sine wave or a sawtooth wave.

また、上記参考例では単一の燃料電池セルに対して本発明の活性化方法を適用し、その効果を検証したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、複数の燃料電池セルを積層して構成された燃料電池スタックに対して本発明の活性化方法を適用しても、同様の効果を奏する。 In the above reference example, the activation method of the present invention is applied to a single fuel cell, and the effect thereof is verified. However, the present invention is not limited to this. For example, even when the activation method of the present invention is applied to a fuel cell stack configured by laminating a plurality of fuel cells, the same effect can be obtained.

[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態を、図面を参照して説明する。以下の説明において、上記第1実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図16は、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池FCの活性化方法を実行するための活性化装置1Bの構成を模式的に示す図である。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of an activation device 1B for executing the activation method of the polymer electrolyte fuel cell FC according to the present embodiment.

活性化装置1Bは、燃料電池FCのカソード極に連通するカソード流路にガスを供給するカソード側ガス供給装置21と、燃料電池FCのアノード極に連通するアノード流路にガスを供給するアノード側ガス供給装置31と、カソード側ガス供給装置21およびアノード側ガス供給装置31から供給されるガスを加湿する図示しない加湿器と、を備える。この他、活性化装置1Bは、燃料電池FCのカソード極とアノード極との間に電圧を印加する安定化電源4と、燃料電池FCで発電した電力を消費する電子負荷装置などの可変抵抗器5と、これら安定化電源4と燃料電池FC又は可変抵抗器5と燃料電池FCの接続を選択的に切り換える切換スイッチ6と、を備える。   The activation device 1B includes a cathode-side gas supply device 21 that supplies gas to a cathode flow path that communicates with the cathode electrode of the fuel cell FC, and an anode-side that supplies gas to an anode flow path that communicates with the anode electrode of the fuel cell FC. A gas supply device 31 and a humidifier (not shown) that humidifies the gas supplied from the cathode side gas supply device 21 and the anode side gas supply device 31 are provided. In addition, the activation device 1B includes a stabilized power source 4 that applies a voltage between the cathode electrode and the anode electrode of the fuel cell FC, and a variable resistor such as an electronic load device that consumes power generated by the fuel cell FC. 5 and a changeover switch 6 that selectively switches the connection between the stabilized power source 4 and the fuel cell FC or variable resistor 5 and the fuel cell FC.

以下、図17を参照して、燃料電池FCを活性化する手順を説明する。
図17は、活性化方法の手順を示すフローチャートである。
ステップS21では、燃料電池に水分を補給しステップS22に移る。より具体的には、アノード流路およびカソード流路に、加湿器で加湿した窒素ガスを供給することにより燃料電池のMEAに水分を補給する。
Hereinafter, the procedure for activating the fuel cell FC will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a flowchart showing the procedure of the activation method.
In step S21, water is supplied to the fuel cell, and the process proceeds to step S22. More specifically, water is supplied to the MEA of the fuel cell by supplying nitrogen gas humidified by a humidifier to the anode channel and the cathode channel.

ステップS22では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内のガスを置換し、ステップS23に移る。後に詳述するように、次ステップS23のCV運転において燃料電池に供給するガスは、前ステップS22の水分の補給のために燃料電池に供給したガスと異なる。そこで、このステップS22では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内に残留するガスを次ステップS23で供給するガスで置換するべく、アノード流路およびカソード流路に反応ガスを供給する。   In step S22, the gas in the anode channel and the cathode channel of the fuel cell is replaced, and the process proceeds to step S23. As will be described in detail later, the gas supplied to the fuel cell in the CV operation of the next step S23 is different from the gas supplied to the fuel cell for replenishing moisture in the previous step S22. Therefore, in this step S22, a reactive gas is supplied to the anode flow path and the cathode flow path in order to replace the gas remaining in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell with the gas supplied in the next step S23.

ステップS23では、後述の第1工程としてのCV運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS24に移る。ステップS24では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内のガスを置換し、ステップS25に移る。後に詳述するように、次ステップS25の発電運転において燃料電池に供給するガスは、前ステップS23のCV運転において燃料電池に供給したガスと異なる。そこで、このステップS24では、燃料電池のアノード流路およびカソード流路内に残留するガスを次ステップS25で供給するガスで置換するべく、アノード流路に反応ガスを供給しカソード流路に酸化剤ガスを供給する。   In step S23, after a CV operation as a first step described later is performed for a predetermined time, the process proceeds to step S24. In step S24, the gas in the anode channel and the cathode channel of the fuel cell is replaced, and the process proceeds to step S25. As will be described in detail later, the gas supplied to the fuel cell in the power generation operation in the next step S25 is different from the gas supplied to the fuel cell in the CV operation in the previous step S23. Therefore, in this step S24, in order to replace the gas remaining in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell with the gas supplied in the next step S25, the reaction gas is supplied to the anode flow path and the oxidant is supplied to the cathode flow path. Supply gas.

ステップS25では、後述の第3工程としての発電運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS26に移る。ステップS26では、上記ステップS23でCV運転を実行した後にステップS25で発電運転を実行することを1組として、この組み合わせを所定の設定回数以上、繰り返し実行したか否かを判別する。この判別がNOの場合には、ステップS23に移り、再びCV運転および発電運転の組み合わせを実行する。一方、この判別がYESの場合には、燃料電池の活性化処理を終了する。ここで、ステップS26の設定回数、すなわちCV運転および発電運転の組み合わせを繰り返し行う回数は、1回当りCV運転を行う時間、1回当り発電運転を行う時間、およびこの活性化処理により要求される燃料電池の性能の向上幅などに応じて、2回以上に設定される。   In step S25, after the power generation operation as a third process described later is executed for a predetermined time, the process proceeds to step S26. In step S26, after executing the CV operation in step S23, the power generation operation is executed in step S25, and it is determined whether or not this combination has been repeatedly executed a predetermined number of times or more. If this determination is NO, the process moves to step S23, and the combination of CV operation and power generation operation is executed again. On the other hand, if this determination is YES, the fuel cell activation process is terminated. Here, the set number of times in step S26, that is, the number of times of repeatedly performing the combination of the CV operation and the power generation operation, is required by the time for performing the CV operation per time, the time for performing the power generation operation per time, and the activation process. It is set to 2 times or more according to the improvement width of the performance of the fuel cell.

以下、上記ステップS23におけるCV運転と、上記ステップS25における発電運転とを、図18〜21を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the CV operation in step S23 and the power generation operation in step S25 will be described in detail with reference to FIGS.

図18は、CV運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
図19は、CV運転を実行した場合におけるカソード極およびアノード極間の電圧の変化を示す図である。なお、本発明における電流密度とは、燃料電池のMEAの単位反応面積(1[cm])当たりに流れる電流をいう。
FIG. 18 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the CV operation.
FIG. 19 is a diagram illustrating a change in voltage between the cathode electrode and the anode electrode when the CV operation is performed. The current density in the present invention refers to a current flowing per unit reaction area (1 [cm 2 ]) of the MEA of the fuel cell.

CV運転では、アノード流路には水素を多く含有する反応ガスを供給し、同時にカソード流路には酸素を多く含有する酸化剤ガスを供給せずに窒素を多く含有する窒素ガスを供給する。このとき、アノード側排出管33およびカソード側導入管22に設けられた遮断弁は開いた状態にし、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路には、アノード側ガス供給装置31およびカソード側ガス供給装置21から供給される新気が流通するようにする。   In the CV operation, a reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied to the anode flow channel, and at the same time, a nitrogen gas containing a large amount of nitrogen is supplied to the cathode flow channel without supplying an oxidant gas containing a large amount of oxygen. At this time, the shutoff valves provided in the anode side discharge pipe 33 and the cathode side introduction pipe 22 are opened, and the anode side gas supply device 31 and the cathode side gas are provided in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell FC. Fresh air supplied from the supply device 21 is distributed.

さらにCV運転では、燃料電池FCを安定化電源4に接続しておき、上述のように燃料電池FCにガスを供給した状態で、安定化電源4により、カソード極を正としてカソード極とアノード極との間に所定の電圧幅内で周期的に変動する電圧を印加する(図19参照)。ここで、上記電圧幅の最小値は0[V]以上の所定値(例えば、0[V])とし、最大値は上記最小値よりも大きな所定値(例えば、1[V])とする。また、電圧の波形は、電圧の折り返し時に電流が急激に変動するのを防止するために図19に示すように正弦波とすることが好ましいが、これに限らずのこぎり波や矩形波であってもよい。   Further, in the CV operation, the fuel cell FC is connected to the stabilized power source 4 and the gas is supplied to the fuel cell FC as described above. A voltage that periodically fluctuates within a predetermined voltage width is applied between them (see FIG. 19). Here, the minimum value of the voltage width is set to a predetermined value of 0 [V] or more (for example, 0 [V]), and the maximum value is set to a predetermined value (for example, 1 [V]) larger than the minimum value. Further, the voltage waveform is preferably a sine wave as shown in FIG. 19 in order to prevent the current from fluctuating rapidly when the voltage is turned back, but is not limited to this, and is a sawtooth wave or a rectangular wave. Also good.

図20は、発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
図21は、発電運転を実行した場合におけるカソード極からアノード極へ流れる電流の電流密度の変化を示す図である。
FIG. 20 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the power generation operation.
FIG. 21 is a diagram illustrating a change in current density of a current flowing from the cathode electrode to the anode electrode when the power generation operation is performed.

発電運転では、アノード流路には水素を多く含有する反応ガスを供給し、同時にカソード流路には酸素を多く含有する酸化剤ガスを供給し、燃料電池FCで発電させる。このとき、アノード側排出管33およびカソード側導入管に設けられた遮断弁は開いた状態にし、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路には、アノード側ガス供給装置31およびカソード側ガス供給装置21から供給される新気が流通するようにする。   In the power generation operation, a reaction gas containing a large amount of hydrogen is supplied to the anode flow channel, and an oxidant gas containing a large amount of oxygen is supplied to the cathode flow channel at the same time, and the fuel cell FC generates power. At this time, the shutoff valves provided in the anode side discharge pipe 33 and the cathode side introduction pipe are opened, and the anode side gas supply device 31 and the cathode side gas supply are provided in the anode flow path and the cathode flow path of the fuel cell FC. The fresh air supplied from the apparatus 21 is distributed.

さらにこの発電運転では、燃料電池FCを可変抵抗器5に接続しておき、上述のように燃料電池FCにガスを供給し発電しながら可変抵抗器5の抵抗値を調整し、燃料電池FCの出力電流を所定の電流幅内で周期的に変動させる。本実施形態では、燃料電池の出力電流を、例えば図19に示すような矩形波状に変動させる。   Further, in this power generation operation, the fuel cell FC is connected to the variable resistor 5, and the resistance value of the variable resistor 5 is adjusted while supplying gas to the fuel cell FC and generating power as described above. The output current is periodically changed within a predetermined current width. In the present embodiment, the output current of the fuel cell is changed in a rectangular wave shape as shown in FIG. 19, for example.

以下、本実施形態に係る燃料電池の活性化方法の効果を検証するために行った2つの実験結果について説明する。   Hereinafter, two experimental results performed to verify the effect of the fuel cell activation method according to the present embodiment will be described.

[実験6]
実験6では、本実施形態の活性化方法と、従来の活性化方法との効果を比較する実験を行った。より具体的には、本実施形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを実施例13とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例11〜13とし、これら実施例13および比較例11〜13について評価試験を行った。
[Experiment 6]
In Experiment 6, an experiment was performed to compare the effects of the activation method of the present embodiment and the conventional activation method. More specifically, the fuel cell activated by the activation method of the present embodiment is referred to as Example 13, and the fuel cell activated by the conventional activation method is referred to as Comparative Examples 11 to 13, and these Example 13 And the evaluation test was done about Comparative Examples 11-13.

<実施例13>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例13とする。より具体的には、以下の手順で活性化した燃料電池セルを実施例13とする。
すなわち、実施例13の燃料電池は、先ず、燃料電池に水分を補給し(上述のステップS21参照)、燃料電池のガスを置換した後(上述のステップS22参照)、CV運転(上述のステップS23参照)と発電運転(上述のステップS25参照)とを所定回数繰り返した。
より具体的には、ステップS21の燃料電池の水分補給では、温度が約70℃で相対湿度が約100%の窒素ガスを30分間にわたって供給した。ここで、窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が4[ml/min]となるように調整した。
ステップS22の燃料電池のガスの置換では、アノード流路に反応ガスを、カソード流路に窒素ガスを3分間にわたって供給した。ここで反応ガスおよび窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が8[ml/min]となるように調整した。
ステップS23のCV運転では、上述のステップS22と同じ流量でガスを供給しながら、最小電圧0[V]、最大電圧1[V]、および1周期が6分の正弦波形の電圧を5周期(30分間)にわたって印加した。
ステップS24の燃料電池のガスの置換では、アノード流路に反応ガスを、カソード流路に酸化剤ガスを3分間にわたって供給した。ここで、アノード流路に供給する反応ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が14[ml/min]となるように調整し、カソード流路に供給する酸化剤ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が33[ml/min]となるように調整した。
ステップS25の発電運転では、燃料電池を可変抵抗器に接続し、上記ステップS24と同じ流量で反応ガスおよび酸化剤ガスを供給し燃料電池で発電させながら、可変抵抗器の抵抗値を調整し燃料電池の出力電流を変動させる。燃料電池の出力電流は、以下の手順で変動させた。先ず、毎秒100[mA/cm]の速度で電流密度を0[A/cm]から1[A/cm]まで上昇させ、この状態を1分間にわたって保持する。次に、毎秒200[mA/cm]の速度で電流密度を1[A/cm]から0[A/cm]まで減少させ、この状態を1分間にわたって保持する。以上を1周期として、ステップS25の発電運転では、5周期(合計11分15秒)にわたって燃料電池の出力電流を変化させた。
また、ステップS25の繰り返し回数を4回とした。したがって、実施例13の燃料電池セルの総エージング時間は165分である。
<Example 13>
The fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 13. More specifically, Example 13 is a fuel cell activated by the following procedure.
That is, the fuel cell of Example 13 first replenishes the fuel cell with water (see step S21 above), replaces the fuel cell gas (see step S22 above), and then performs CV operation (step S23 above). Reference) and power generation operation (see step S25 above) were repeated a predetermined number of times.
More specifically, in hydration of the fuel cell in step S21, nitrogen gas having a temperature of about 70 ° C. and a relative humidity of about 100% was supplied over 30 minutes. Here, the flow rate of nitrogen gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 4 [ml / min].
In the replacement of the fuel cell gas in step S22, the reaction gas was supplied to the anode channel and the nitrogen gas was supplied to the cathode channel for 3 minutes. Here, the flow rates of the reaction gas and the nitrogen gas were adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 8 [ml / min].
In the CV operation of step S23, the gas is supplied at the same flow rate as in step S22 described above, and the minimum voltage 0 [V], the maximum voltage 1 [V], and a sine waveform voltage of 1 cycle for 6 cycles (5 cycles ( For 30 minutes).
In the replacement of the fuel cell gas in step S24, the reaction gas was supplied to the anode channel and the oxidant gas was supplied to the cathode channel for 3 minutes. Here, the flow rate of the reaction gas supplied to the anode flow path is adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA is 14 [ml / min], and the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode flow path is The flow rate per unit reaction area of MEA was adjusted to 33 [ml / min].
In the power generation operation in step S25, the fuel cell is connected to the variable resistor, and the reaction gas and the oxidant gas are supplied at the same flow rate as in step S24 and the fuel cell generates power, and the resistance value of the variable resistor is adjusted to generate fuel. Vary the battery output current. The output current of the fuel cell was varied according to the following procedure. First, the current density is increased from 0 [A / cm 2 ] to 1 [A / cm 2 ] at a rate of 100 [mA / cm 2 ] per second, and this state is maintained for 1 minute. Next, the current density is decreased from 1 [A / cm 2 ] to 0 [A / cm 2 ] at a rate of 200 [mA / cm 2 ] per second, and this state is maintained for 1 minute. With the above as one cycle, in the power generation operation of step S25, the output current of the fuel cell was changed over five cycles (11 minutes and 15 seconds in total).
In addition, the number of repetitions of step S25 is four. Therefore, the total aging time of the fuel battery cell of Example 13 is 165 minutes.

<比較例11>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例11とする。比較例11の燃料電池セルは、CV運転を実行せずに発電運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の実施例13の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、実施例13と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、実施例13と同じ設定の下で発電運転を行い、燃料電池の出力電流を107周期(240分45秒)にわたって変動させた。したがって、比較例11の燃料電池セルの総エージング時間は240分45秒である。
<Comparative Example 11>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 11. The fuel cell of Comparative Example 11 is different from the fuel cell of Example 13 described above in that the fuel cell of Comparative Example 11 was activated by performing only the power generation operation without performing the CV operation, and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Example 13. Next, a power generation operation was performed under the same setting as in Example 13, and the output current of the fuel cell was varied over 107 cycles (240 minutes 45 seconds). Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 11 is 240 minutes and 45 seconds.

<比較例12>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例12とする。比較例12の燃料電池セルは、発電運転を実行せずにCV運転のみを実行して活性化した点と、総エージング時間とが、上述の実施例13の燃料電池セルと異なる。
より具体的には、先ず、実施例13と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った。次に、実施例13と同じ設定の下でCV運転を240分間(40周期)にわたり行った。したがって、比較例11の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative Example 12>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 12. The fuel cell of Comparative Example 12 is different from the fuel cell of Example 13 described above in that it is activated by executing only the CV operation without executing the power generation operation and the total aging time.
More specifically, first, water replenishment and gas replacement of the fuel cells were performed by the same procedure as in Example 13. Next, CV operation was performed for 240 minutes (40 cycles) under the same settings as in Example 13. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 11 is 240 minutes.

<比較例13>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例13とする。比較例13の燃料電池セルは、CV運転および発電運転ともに実行しなかった点と、総エージング時間とが、上述の実施例13の燃料電池と異なる。
より具体的には、実施例13と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換のみを行った。したがって、比較例13の燃料電池セルの総エージング時間は0分である。
<Comparative Example 13>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 13. The fuel cell of Comparative Example 13 differs from the fuel cell of Example 13 described above in that neither the CV operation nor the power generation operation was performed, and the total aging time.
More specifically, the fuel cell was rehydrated and replaced with gas by the same procedure as in Example 13. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 13 is 0 minute.

<実験6の評価試験>
実験6の評価試験では、以上のような実施例13および比較例11〜13の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。このとき、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 6>
In the evaluation test of Experiment 6, power was actually generated in the fuel cells of Example 13 and Comparative Examples 11 to 13 and the output voltage was measured. At this time, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel battery cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図22は、実験6の評価試験の結果を示す図である。図22には、比較例13の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値を示す。
図22に示すように、実施例13の燃料電池セルは、比較例11,12よりも総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、本実施形態の活性化方法で活性化することにより、従来の活性化方法よりも短時間で効率的に活性化できることが検証された。
FIG. 22 is a diagram illustrating the results of the evaluation test of Experiment 6. In FIG. In FIG. 22, the relative value which set the measured value of the output voltage of the fuel cell of the comparative example 13 to 1 is shown.
As shown in FIG. 22, the fuel cell of Example 13 has a higher output voltage than the comparative examples 11 and 12, although the total aging time is shorter. Therefore, it has been verified that activation by the activation method of the present embodiment enables efficient activation in a shorter time than the conventional activation method.

[実験7]
実験7では、本実施形態の活性化方法において、CV運転と発電運転との組み合わせを繰り返し行うことによる効果を検証する実験を行った。より具体的には、本実施形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを実施例14〜16とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例14とし、これら実施例14〜16および比較例14について評価試験を行った。
[Experiment 7]
In Experiment 7, in the activation method of the present embodiment, an experiment was conducted to verify the effect of repeatedly performing a combination of CV operation and power generation operation. More specifically, the fuel cells activated by the activation method of the present embodiment are designated as Examples 14 to 16, the fuel cells activated by the conventional activation method are designated as Comparative Example 14, and these Examples 14 Evaluation tests were performed on -16 and Comparative Example 14.

なお、実施例14〜16および比較例14のCV運転時に燃料電池セルに通電する電流の設定や、発電運転時における燃料電池の出力電流の変動態様は、上記実施例13と同じであり、説明を省略する。   In addition, the setting of the current supplied to the fuel cell during the CV operation of Examples 14 to 16 and Comparative Example 14 and the variation mode of the output current of the fuel cell during the power generation operation are the same as in Example 13 described above. Is omitted.

<実施例14>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例14とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を60分間(10周期)とし、1回当りの発電運転を行う時間を63分間(28周期)とし、CV運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を2回とした。したがって、総エージング時間は246分である。
<Example 14>
The fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 14.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 60 minutes (10 cycles), the time for performing power generation operation per time is 63 minutes (28 cycles), and a combination of CV operation and power generation operation Was repeated twice. Therefore, the total aging time is 246 minutes.

<実施例15>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例15とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を42分間(7周期)とし、1回当りの発電運転を行う時間を36分間(16周期)とし、CV運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を3回とした。したがって、総エージング時間は234分である。
<Example 15>
A fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 15.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 42 minutes (7 cycles), the time for performing power generation operation per time is 36 minutes (16 cycles), and a combination of CV operation and power generation operation. Was repeated three times. Therefore, the total aging time is 234 minutes.

<実施例16>
本実施形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを実施例16とする。
より具体的には、1回当りのCV運転を行う時間を24分間(4周期)とし、1回当りの発電運転を行う時間を27分間(12周期)とし、CV運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を5回とした。したがって、総エージング時間は255分である。
<Example 16>
A fuel cell activated by the activation method of this embodiment is referred to as Example 16.
More specifically, the time for performing CV operation per time is 24 minutes (4 cycles), the time for performing power generation operation per time is 27 minutes (12 cycles), and a combination of CV operation and power generation operation. Was repeated 5 times. Therefore, the total aging time is 255 minutes.

<比較例14>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例14とする。
より具体的には、CV運転を120分間(20周期)にわたり行った後、発電運転を117分間(52周期)にわたって行い、合計237分間にわたりCV運転と発電運転とを行った。
<Comparative example 14>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 14.
More specifically, after performing the CV operation for 120 minutes (20 cycles), the power generation operation was performed for 117 minutes (52 cycles), and the CV operation and the power generation operation were performed for a total of 237 minutes.

<実験7の評価試験>
実験7の評価試験では、以上のような実施例14〜16および比較例14の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。またこのとき、実験6の評価試験と同様に、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 7>
In the evaluation test of Experiment 7, power was actually generated in the fuel cells of Examples 14 to 16 and Comparative Example 14 as described above, and the output voltage was measured. At this time, similarly to the evaluation test of Experiment 6, the output voltage was measured when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel cell was 1 [A / cm 2 ].

図23は、実験7の評価試験の結果を示す図である。図23において、縦軸は上記比較例13の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値であり、横軸はCV運転と発電運転との繰り返し回数である。   FIG. 23 is a diagram showing the results of the evaluation test in Experiment 7. In FIG. 23, the vertical axis is a relative value with the measured value of the output voltage of the fuel cell of Comparative Example 13 being 1, and the horizontal axis is the number of repetitions of CV operation and power generation operation.

図23に示すように、繰り返し回数を2回以上に設定した実施例14〜16は、繰り返し回数を1回とし、CV運転と発電運転とを1回ずつしか行わなかった比較例14に対して総エージング時間がほぼ同じであるにもかかわらず出力電圧が大幅に高くなっている。したがって、CV運転と発電運転との組み合わせの繰り返し回数を増やした方が、より短時間で効率的に活性化できることが検証された。   As shown in FIG. 23, Examples 14 to 16 in which the number of repetitions is set to 2 or more are compared with Comparative Example 14 in which the number of repetitions is 1 and the CV operation and the power generation operation are performed only once. The output voltage is significantly higher despite the total aging time being approximately the same. Therefore, it has been verified that increasing the number of repetitions of the combination of the CV operation and the power generation operation can be efficiently activated in a shorter time.

なお、本発明は本実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、CV運転(図17のステップS23参照)を実行した後に続けて発電運転(図17のステップS25参照)を実行し、これを2回以上繰り返したが、本発明はこれに限らない。例えば、上記図17のステップS23とステップS25の実行の順序を逆にして、発電運転を実行した後に続けてCV運転を実行し、これを2回以上繰り返しても、ほぼ同様の効果を奏する。
It should be noted that the present invention is not limited to the present embodiment and the above examples, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in this embodiment, after the CV operation (see step S23 in FIG. 17) is executed, the power generation operation (see step S25 in FIG. 17) is executed, and this is repeated twice or more. Not limited to. For example, if the order of execution of steps S23 and S25 in FIG. 17 is reversed and the power generation operation is executed and then the CV operation is executed, and this is repeated twice or more, substantially the same effect is obtained.

また、本実施形態のCV運転では、カソード側排出管23およびアノード側排出管33を開いた状態でガスを供給することにより、燃料電池FCのアノード流路およびカソード流路に、アノード側ガス供給装置およびカソード側供給装置から供給される新気が流通するようにしたが、これに限らない。CV運転では、カソード側排出管およびアノード側排出管の何れか又は両方を閉じた状態で行ってもほぼ同様の効果を奏する。   Further, in the CV operation of the present embodiment, by supplying gas with the cathode side exhaust pipe 23 and the anode side exhaust pipe 33 being opened, the anode side gas is supplied to the anode channel and the cathode channel of the fuel cell FC. Although fresh air supplied from the apparatus and the cathode side supply apparatus circulates, it is not limited to this. In the CV operation, substantially the same effect can be obtained even when the cathode side discharge pipe and / or the anode side discharge pipe are closed.

また、本実施形態の発電運転では、燃料電池FCの出力電流を矩形波状に変動させたが、本発明はこれに限らない。燃料電池の出力電流の波形は、例えば正弦波やのこぎり波であってもよい。   In the power generation operation of the present embodiment, the output current of the fuel cell FC is changed in a rectangular wave shape, but the present invention is not limited to this. The waveform of the output current of the fuel cell may be, for example, a sine wave or a sawtooth wave.

また、上記実施例では単一の燃料電池セルに対して本発明の活性化方法を適用し、その効果を検証したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、複数の燃料電池セルを積層して構成された燃料電池スタックに対して本発明の活性化方法を適用しても、同様の効果を奏する。   Moreover, in the said Example, although the activation method of this invention was applied with respect to the single fuel cell, and the effect was verified, this invention is not limited to this. For example, even when the activation method of the present invention is applied to a fuel cell stack configured by laminating a plurality of fuel cells, the same effect can be obtained.

[第2参考形態]
次に、本発明の第2参考形態を、図面を参照して説明する。本参考形態は、発電運転の具体的な手順が第1参考形態と異なる。以下の説明において、上記第1参考形態と同じ構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[ Second Reference Form]
Next, a second reference embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This reference form is different from the first reference form in the specific procedure of power generation operation. In the following description, the same components as those in the first reference embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図24は、本参考形態に係る固体高分子型燃料電池FCの活性化方法を実行するための活性化装置1Cの構成を模式的に示す図である。
活性化装置1Cは、カソード側ガス供給装置21と、アノード側ガス供給装置31と、図示しない加湿器と、燃料電池FCのカソード極とアノード極との間に電圧を印加する安定化電源4と、この安定化電源4と燃料電池FCとを断続するスイッチ7と、を備える。
Figure 24 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device 1C to perform the activation process of a polymer electrolyte fuel cell FC according to this preferred embodiment.
The activation device 1C includes a cathode-side gas supply device 21, an anode-side gas supply device 31, a humidifier (not shown), and a stabilized power source 4 that applies a voltage between the cathode electrode and the anode electrode of the fuel cell FC. And a switch 7 for intermittently connecting the stabilized power source 4 and the fuel cell FC.

図25は、活性化方法の手順を示すフローチャートである。
ステップS31及びS32は、それぞれ上記第1参考形態におけるステップS11及びS12と同じであるので、その説明を省略する。
ステップS33では、後述の水素ポンプ運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS35に移り、引き続き後述の発電運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS36に移る。ステップS36では、水素ポンプ運転(S33)及び発電運転(S35)の組み合わせを所定の設定回数以上、繰り返し実行したか否かを判別する。ここで、このステップS36の設定回数は、上記第1参考形態と同様に、2回以上に設定される。
FIG. 25 is a flowchart showing the procedure of the activation method.
Steps S31 and S32 are the same as steps S11 and S12 in the first reference embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted.
In step S33, a hydrogen pump operation described later is performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S35. A power generation operation described later is subsequently performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S36. In step S36, it is determined whether or not the combination of the hydrogen pump operation (S33) and the power generation operation (S35) has been repeatedly executed a predetermined number of times or more. Here, the set number of times in step S36 is set to two times or more as in the first reference embodiment.

次に、上記ステップS33における水素ポンプ運転及び上記ステップS35における発電運転の具体的な手順について、図26〜28を参照して詳細に説明する。
図26は、水素ポンプ運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
水素ポンプ運転の手順は、上記第1参考形態と同じである。すなわち、カソード側導入管22に設けられた遮断弁を閉じカソード流路にはガスを供給せずに、アノード側排出管33に設けられた遮断弁を閉じた状態でアノード流路に反応ガスを供給する。さらに、安定化電源4の正極を燃料電池FCのアノード極に、安定化電源4の負極を燃料電池FCのカソード極に接続し、上述のように燃料電池FCのアノード極に反応ガスを供給した状態で、安定化電源4により所定の電圧を印加する。これにより、燃料電池FCに電流が惹起されるとともに、カソード側排出管23から水素が排出される。
Next, specific procedures for the hydrogen pump operation in step S33 and the power generation operation in step S35 will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 26 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the hydrogen pump operation.
The procedure for operating the hydrogen pump is the same as in the first reference embodiment. That is, the shutoff valve provided in the cathode side introduction pipe 22 is closed and no gas is supplied to the cathode flow path, and the shutoff valve provided in the anode side discharge pipe 33 is closed and the reaction gas is supplied to the anode flow path. Supply. Furthermore, the positive electrode of the stabilized power source 4 was connected to the anode electrode of the fuel cell FC, the negative electrode of the stabilized power source 4 was connected to the cathode electrode of the fuel cell FC, and the reaction gas was supplied to the anode electrode of the fuel cell FC as described above. In this state, a predetermined voltage is applied by the stabilized power supply 4. Thereby, an electric current is induced in the fuel cell FC and hydrogen is discharged from the cathode side discharge pipe 23.

図27は、発電運転における活性化装置の構成を模式的に示す図である。
発電運転では、上述の水素ポンプ運転に引き続き安定化電源4により燃料電池FCに電圧を印加しかつアノード流路に反応ガスを供給したまま、カソード側導入管22の遮断弁を開き、カソード流路に酸化剤ガスを供給する。このように、本参考形態における発電運転では、水素ポンプ反応を継続して行いつつ、部分的に発電反応も進行させる(一部発電)。
FIG. 27 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device in the power generation operation.
In the power generation operation, the shutoff valve of the cathode side introduction pipe 22 is opened while the voltage is applied to the fuel cell FC from the stabilized power source 4 and the reaction gas is supplied to the anode flow channel following the hydrogen pump operation described above, To supply oxidant gas. Thus, in the power generation operation of Embodiment while continuously performed the hydrogen pump reaction, partially generator reactions to proceed (some generator).

図28は、水素ポンプ運転を行っている間にカソード流路に酸化剤ガスを供給したときにおけるカソード極およびアノード極間の電圧(以下、スタック電圧という)の変化を示すタイムチャートである。図28において、上段のタイムチャートは比較的小さな流量で酸化剤ガスを供給した場合を示し、下段のタイムチャートはそれよりも大きな流量で酸化剤ガスを供給した場合を示す。
図28に示すように、水素ポンプ運転のみを行っている間、スタック電圧は安定化電源により負の所定値に保たれる。このような状態から、さらに酸化剤ガスの供給を開始すると、燃料電池では発電反応が進行するため、スタック電圧は正側へ上昇する。このように、水素ポンプ反応により惹起される電流に対して、小さな流量で酸化剤ガスを供給することにより、水素ポンプ反応と発電反応とを並行して行うことができる。
ただし、図28の下段のタイムチャートに示すように、酸化剤ガスの流量を大きくすると、スタック電圧の極性は水素ポンプ運転中と発電運転中とで変わってしまうこととなる。したがって、上述のように水素ポンプ運転と発電運転とを繰り返し実行する場合、発電運転において供給する酸化剤ガスの流量を、燃料電池による発電効率などを考慮して、極性が変わらない量以下にすることにより、電源にかかるコストを低減することができる。
FIG. 28 is a time chart showing a change in voltage between the cathode electrode and the anode electrode (hereinafter referred to as a stack voltage) when the oxidant gas is supplied to the cathode channel during the hydrogen pump operation. In FIG. 28, the upper time chart shows the case where the oxidizing gas is supplied at a relatively small flow rate, and the lower time chart shows the case where the oxidizing gas is supplied at a larger flow rate.
As shown in FIG. 28, while only the hydrogen pump operation is performed, the stack voltage is maintained at a predetermined negative value by the stabilized power source. When the supply of oxidant gas is further started from such a state, the power generation reaction proceeds in the fuel cell, so that the stack voltage rises to the positive side. Thus, the hydrogen pump reaction and the power generation reaction can be performed in parallel by supplying the oxidant gas at a small flow rate with respect to the current induced by the hydrogen pump reaction.
However, as shown in the lower time chart of FIG. 28, when the flow rate of the oxidant gas is increased, the polarity of the stack voltage changes between during the hydrogen pump operation and during the power generation operation. Therefore, when the hydrogen pump operation and the power generation operation are repeatedly performed as described above, the flow rate of the oxidant gas supplied in the power generation operation is set to an amount that does not change the polarity in consideration of the power generation efficiency by the fuel cell. Thereby, the cost concerning a power supply can be reduced.

次に、本参考形態に係る燃料電池の活性化方法の効果を検証するために行った実験結果について説明する。 It will now be described results of an experiment performed for verifying the effectiveness of the activation method for a fuel cell according to this preferred embodiment.

[実験8]
実験8では、本参考形態の活性化方法と、従来の活性化方法との効果を比較する実験を行った。より具体的には、本参考形態の活性化方法で活性化した燃料電池セルを参考とし、従来の活性化方法で活性化した燃料電池セルを比較例15〜17とし、これら参考および比較例15〜17について評価試験を行った。
[Experiment 8]
In Experiment 8, the activation method of this preferred embodiment, the effect to compare the experiments with conventional activation methods were carried out. More specifically, the fuel cell activated with the activation method of this preferred embodiment as Reference Example 6, the fuel cell activation with conventional activation method as Comparative Example 15 to 17, these reference examples 6 And the evaluation test was done about Comparative Examples 15-17.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。より具体的には、以下の手順で活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、ステップS31の燃料電池の水分補給では、温度が約70℃で相対湿度が約100%の窒素ガスを30分間にわたって供給した。ここで、窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が4[ml/min]となるように調整した。
ステップS32の燃料電池のガスの置換では、アノード流路およびカソード流路に、それぞれ反応ガスおよび酸化剤ガスを3分間にわたって供給した。ここで反応ガスおよび酸化剤ガスの流量は、それぞれMEAの単位反応面積当りの流量が8[ml/min]となるように調整した。
ステップS33の水素ポンプ運転では、カソード側導入管およびアノード側排出管の遮断弁を閉じ、アノード流路に反応ガスを供給する。ここで、反応ガスの流量は、上述のステップS32の流量と同じとした。また、水素ポンプ運転では、アノード極を安定化電源の正極に、カソード極を安定化電源の負極に接続しておき、上述のように反応ガスを供給しながら、カソード極からアノード極へ密度が1[A/cm]の電流を、5分間にわたって流し続けた。
ステップS35の発電運転では、水素ポンプ運転から引き続き、反応ガスを供給しかつ安定か電源を接続し、密度が1[A/cm]の電流を流し続けながら、カソード側導入管の遮断弁を開くとともにカソード流路に酸化剤ガスを所定の流量で5分間にわたり供給した。ここで、カソード流路に供給する酸化剤ガスの流量は、上述のように極性が変わらないように定められた量以下、より具体的には、MEAの単位面積当り8[ml/min]となるように調整した。
また、ステップS36の繰り返し回数を24回とした。したがって、参考の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
< Reference Example 6 >
A fuel cell activated by the activation method of this reference embodiment is referred to as Reference Example 6 . More specifically, a fuel cell activated by the following procedure is referred to as Reference Example 6 .
More specifically, in the water replenishment of the fuel cell in step S31, nitrogen gas having a temperature of about 70 ° C. and a relative humidity of about 100% was supplied over 30 minutes. Here, the flow rate of nitrogen gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 4 [ml / min].
In the replacement of the fuel cell gas in step S32, the reaction gas and the oxidant gas were respectively supplied to the anode channel and the cathode channel for 3 minutes. Here, the flow rates of the reaction gas and the oxidant gas were adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 8 [ml / min].
In the hydrogen pump operation of step S33, the shutoff valves of the cathode side introduction pipe and the anode side discharge pipe are closed, and the reaction gas is supplied to the anode flow path. Here, the flow rate of the reaction gas was the same as the flow rate of step S32 described above. In the hydrogen pump operation, the anode electrode is connected to the positive electrode of the stabilizing power source, the cathode electrode is connected to the negative electrode of the stabilizing power source, and the density is increased from the cathode electrode to the anode electrode while supplying the reaction gas as described above. A current of 1 [A / cm 2 ] was kept flowing for 5 minutes.
In the power generation operation in step S35, the reaction gas is continuously supplied from the hydrogen pump operation and the power supply is stably connected, and while the current having the density of 1 [A / cm 2 ] continues to flow, The oxidant gas was supplied to the cathode channel at a predetermined flow rate for 5 minutes. Here, the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode flow path is equal to or less than an amount determined so that the polarity does not change as described above, more specifically, 8 [ml / min] per unit area of MEA. It adjusted so that it might become.
In addition, the number of repetitions of step S36 is 24. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Reference Example 6 is 240 minutes.

<比較例15>
比較例15の燃料電池セルは、参考と同じ手順により燃料電池セルの水分補給およびガス置換のみを行った。したがって、比較例15の燃料電池セルの総エージング時間は0分である。
<Comparative Example 15>
In the fuel cell of Comparative Example 15, only the water replenishment and gas replacement of the fuel cell were performed by the same procedure as in Reference Example 6 . Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 15 is 0 minute.

<比較例16>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例16とする。より具体的には、先ず、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った後、参考と同じ設定の下で水素ポンプ運転を240分間にわたり行った。したがって、比較例16の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative Example 16>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 16. More specifically, first, by the same procedure as Reference Example 6, after hydration and gas replacement of the fuel cell, it was performed for 240 min hydrogen pump operation under the same settings as in Reference Example 6. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 16 is 240 minutes.

<比較例17>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例17とする。より具体的には、先ず、参考と同じ手順により、燃料電池セルの水分補給およびガス置換を行った後、参考と同じ設定の下で発電運転を240分間にわたり行った。したがって、比較例17の燃料電池セルの総エージング時間は240分である。
<Comparative Example 17>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 17. More specifically, first, by the same procedure as Reference Example 6, after hydration and gas replacement of the fuel cell was subjected to power generation operation under the same settings as in Reference Example 6 over 240 minutes. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 17 is 240 minutes.

<比較例18>
従来の活性化方法により活性化した燃料電池セルを比較例18とする。より具体的には、比較例16と同じ手順で活性化した後、さらに比較例17と同じ手順で活性化した。したがって、比較例18の燃料電池セルの総エージング時間は480分である。
<Comparative Example 18>
A fuel cell activated by a conventional activation method is referred to as Comparative Example 18. More specifically, after activation by the same procedure as Comparative Example 16, it was further activated by the same procedure as Comparative Example 17. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Comparative Example 18 is 480 minutes.

<実験8の評価試験>
実験8の評価試験では、以上のような参考および比較例15〜18の燃料電池セルで実際に発電させてその出力電圧を測定した。このとき、燃料電池セルの出力電流の電流密度が1[A/cm]となるように発電させたときにおける出力電圧を測定した。
<Evaluation test of Experiment 8>
In the evaluation test of Experiment 8, power was actually generated in the fuel cells of Reference Example 6 and Comparative Examples 15 to 18 as described above, and the output voltage was measured. At this time, the output voltage when the power was generated so that the current density of the output current of the fuel battery cell was 1 [A / cm 2 ] was measured.

図29は、実験8の評価試験の結果を示す図である。図29には、比較例15の燃料電池セルの出力電圧の測定値を1とした相対値を示す。
図29に示すように、参考の燃料電池セルは、総エージング時間が同じである比較例17,18はもちろん、比較例18と比較しても総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、本参考形態の活性化方法で活性化することにより、従来の活性化方法よりも短時間で効率的に活性化できることが検証された。また、水素ポンプ運転と発電運転の組み合わせを2回以上繰り返して実行して活性化した参考の燃料電池セルは、発煙運転と水素ポンプ運転の組み合わせを1回だけ実行して活性化した比較例18の燃料電池セルよりも総エージング時間が短いにもかかわらず出力電圧が高い。したがって、水素ポンプ運転と発電運転の組み合わせを2回以上繰り返し行うことにより、短時間で効率的に活性化できることが検証された。
FIG. 29 is a diagram showing the results of the evaluation test in Experiment 8. In FIG. 29, the relative value which set the measured value of the output voltage of the fuel cell of the comparative example 15 to 1 is shown.
As shown in FIG. 29, the fuel cell of Reference Example 6 has an output voltage that is shorter than that of Comparative Example 18 as well as Comparative Examples 17 and 18 that have the same total aging time. Is expensive. Thus, by activating activation method of this preferred embodiment, can be efficiently activated in a shorter time than the conventional method of activation is verified. Further, the fuel cell of Reference Example 6 activated by repeatedly executing the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation twice or more was compared and activated by executing the combination of the smoke generation operation and the hydrogen pump operation only once. Although the total aging time is shorter than the fuel cell of Example 18, the output voltage is high. Therefore, it was verified that the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation can be efficiently activated in a short time by repeatedly performing the combination twice or more.

また、本参考形態の活性化方法では、酸化剤ガスの供給を開始したり停止したりするだけで水素ポンプ運転と発電運転とを切り換えることができるので、上述の第1参考形態の活性化方法と比較して、容易に行うことができる。 Further, in the activation method of the present reference embodiment, since the hydrogen pump operation and the power generation operation can be switched only by starting or stopping the supply of the oxidant gas, the activation method of the first reference embodiment described above. Compared with, it can be performed easily.

[第3参考形態]
次に、本発明の第3参考形態を、図面を参照して説明する。本参考形態は、発電運転及び水素ポンプ運転の具体的な手順が第1参考形態と異なる。以下の説明において、上記第1参考形態と同じ構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[ Third Reference Form]
Next, a third reference embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This reference form is different from the first reference form in the specific procedure of the power generation operation and the hydrogen pump operation. In the following description, the same components as those in the first reference embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図30は、本参考形態に係る固体高分子型燃料電池FCの活性化方法を実行するための活性化装置1Dの構成を模式的に示す図である。
活性化装置1Dは、カソード側ガス供給装置21と、アノード側ガス供給装置31と、図示しない加湿器と、燃料電池FCのカソード極とアノード極との間に電圧を印加する安定化電源4と、この安定化電源4と燃料電池FCとの間に接続された電子負荷装置8と、を備える。
Figure 30 is a diagram schematically showing the configuration of the activation device 1D for carrying out the method of activating a polymer electrolyte fuel cell FC according to this preferred embodiment.
The activation device 1D includes a cathode-side gas supply device 21, an anode-side gas supply device 31, a humidifier (not shown), and a stabilized power source 4 that applies a voltage between the cathode electrode and the anode electrode of the fuel cell FC. And an electronic load device 8 connected between the stabilized power source 4 and the fuel cell FC.

図31は、活性化方法の手順を示すフローチャートである。
ステップS41およびS42は、それぞれ上記第1参考形態におけるステップS11およびS12と同じであるので、その説明を省略する。
FIG. 31 is a flowchart showing the procedure of the activation method.
Steps S41 and S42 are the same as steps S11 and S12 in the first reference embodiment, respectively, and thus the description thereof is omitted.

ステップS43では、発電運転(S44)および水素ポンプ運転(S45)を繰り返し実行するための準備として、安定化電源による電圧の印加と、アノード流路への反応ガスの供給およびカソード流路への酸化剤ガスの供給と、を開始した後、ステップS44に移る。   In step S43, as preparation for repeatedly executing the power generation operation (S44) and the hydrogen pump operation (S45), voltage application by the stabilized power supply, supply of the reaction gas to the anode flow path, and oxidation to the cathode flow path are performed. After the supply of the agent gas is started, the process proceeds to step S44.

ステップS44では、後述の発電運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS45に移り、引き続き後述の水素ポンプ運転を所定の時間にわたって実行した後、ステップS46に移る。ステップS46では、発電運転(S44)及び水素ポンプ運転(S45)の組み合わせを所定の設定回数以上、繰り返し実行したか否かを判別する。ここで、このステップS46の設定回数は、上記第1参考形態と同様に、2回以上に設定される。 In step S44, after a power generation operation described later is performed for a predetermined time, the process proceeds to step S45, and subsequently a hydrogen pump operation described later is performed for a predetermined time, and then the process proceeds to step S46. In step S46, it is determined whether or not the combination of the power generation operation (S44) and the hydrogen pump operation (S45) has been repeatedly executed a predetermined number of times or more. Here, the set number of times in step S46 is set to two times or more as in the first reference embodiment.

図32は、発電運転および水素ポンプ運転を行っている間における電子負荷装置の電流(横軸)およびスタック電圧(縦軸)の変化を示す図である。
ステップS44における発電運転では、安定化電源による電圧の印加、並びに反応ガスおよび酸化剤ガスのアノード流路およびカソード流路への供給を継続したまま、電子負荷装置の電流を所定値まで徐々に増加させる。
引き続きステップS45における水素ポンプ運転では、先ず、酸化剤ガスのカソード流路への供給を停止し、燃料電池における発電反応を停止させる。すると、図32に示すように、スタック電圧は0以下まで低下する。その後、電子負荷装置の電流を0に向けて徐々に低下させる。この間、燃料電池には安定化電源により電圧が印加されかつアノード流路には反応ガスが供給されているため、水素ポンプ反応が進行する。その後、酸化剤ガスの供給を再び開始し、燃料電池による発電を開始した後、ステップS44の発電運転を再び開始する。
FIG. 32 is a diagram illustrating changes in the current (horizontal axis) and the stack voltage (vertical axis) of the electronic load device during the power generation operation and the hydrogen pump operation.
In the power generation operation in step S44, the current of the electronic load device is gradually increased to a predetermined value while the application of the voltage from the stabilized power source and the supply of the reaction gas and the oxidant gas to the anode channel and the cathode channel are continued. Let
Subsequently, in the hydrogen pump operation in step S45, first, the supply of the oxidant gas to the cathode flow path is stopped, and the power generation reaction in the fuel cell is stopped. Then, as shown in FIG. 32, the stack voltage decreases to 0 or less. Thereafter, the current of the electronic load device is gradually decreased toward zero. During this time, a voltage is applied to the fuel cell by the stabilized power source and a reaction gas is supplied to the anode flow path, so that the hydrogen pump reaction proceeds. Thereafter, the supply of the oxidant gas is started again, and the power generation by the fuel cell is started. Then, the power generation operation in step S44 is started again.

参考
参考形態の活性化方法により活性化した燃料電池セルを参考とする。より具体的には、以下の手順で活性化した燃料電池セルを参考とする。
より具体的には、ステップS41の燃料電池の水分補給では、温度が約70℃で相対湿度が約100%の窒素ガスを30分間にわたって供給した。ここで、窒素ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が4[ml/min]となるように調整した。
ステップS42の燃料電池のガスの置換では、アノード流路およびカソード流路に反応ガスを3分間にわたって供給した。ここで反応ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が8[ml/min]となるように調整した。
ステップS43の発電運転および水素ポンプ運転の準備では、安定化電源の電圧を1[V]にし、さらにカソード側導入管およびアノード側排出管の遮断弁を開き、アノード流路には反応ガスを供給し、カソード流路には酸化剤ガスを供給した。ここで、反応ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が14[ml/min]となるように調整し、酸化剤ガスの流量は、MEAの単位反応面積当りの流量が33[ml/min]となるように調整した。
ステップS44の発電運転では、安定化電源による電圧の印加、並びに反応ガスおよび酸化剤ガスの供給を継続したまま、電子負荷装置の電流を0[A/cm]から1[A/cm]まで、100[mA/cm/sec]の速度で上昇させた後、この状態を1分間保持した。
ステップS45の水素ポンプ運転では、先ず、カソード側導入管の遮断弁を閉じ、燃料電池における発電反応を停止させることによりスタック電圧を0[V]以下にした後、この状態を1分間保持した。その後、電子負荷の電流を1[A/cm]から0[A/cm]まで、100[mA/cm/sec]の速度で低下させた後、この状態を1分間保持した。
また、ステップS46の繰り返し回数を72回とした。したがって、参考の燃料電池セルの総エージング時間は、約240分である。
< Reference Example 7 >
The fuel cell was activated by the activation method of this preferred embodiment and reference example 7. More specifically, a fuel cell activated by the following procedure is referred to as Reference Example 7 .
More specifically, in the water replenishment of the fuel cell in step S41, nitrogen gas having a temperature of about 70 ° C. and a relative humidity of about 100% was supplied over 30 minutes. Here, the flow rate of nitrogen gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 4 [ml / min].
In the gas replacement of the fuel cell in step S42, the reaction gas was supplied to the anode channel and the cathode channel for 3 minutes. Here, the flow rate of the reaction gas was adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA was 8 [ml / min].
In preparation for power generation operation and hydrogen pump operation in step S43, the voltage of the stabilized power supply is set to 1 [V], the shutoff valves of the cathode side introduction pipe and the anode side discharge pipe are opened, and the reaction gas is supplied to the anode flow path. Then, an oxidant gas was supplied to the cathode channel. Here, the flow rate of the reaction gas is adjusted so that the flow rate per unit reaction area of MEA is 14 [ml / min], and the flow rate of the oxidant gas is 33 [ml per unit reaction area of MEA. / Min].
In the power generation operation in step S44, the current of the electronic load device is changed from 0 [A / cm 2 ] to 1 [A / cm 2 ] while the voltage application by the stabilized power source and the supply of the reaction gas and the oxidant gas are continued. Until it was raised at a rate of 100 [mA / cm 2 / sec], this state was maintained for 1 minute.
In the hydrogen pump operation in step S45, first, the shut-off valve of the cathode side introduction pipe was closed, and the power generation reaction in the fuel cell was stopped to bring the stack voltage to 0 [V] or lower, and this state was maintained for 1 minute. Thereafter, the current of the electronic load was decreased from 1 [A / cm 2 ] to 0 [A / cm 2 ] at a rate of 100 [mA / cm 2 / sec], and this state was maintained for 1 minute.
In addition, the number of repetitions of step S46 was 72. Therefore, the total aging time of the fuel cell of Reference Example 7 is about 240 minutes.

なお、以上のような参考の燃料電池に対し、上記第2参考形態における実験8と同様の実験を行ったところ、参考と同様に、水素ポンプ運転あるいは発電運転を1回だけ実行して活性化したものや水素ポンプ運転および発電運転の組み合わせを1回だけ実行して活性化したものと比較して短時間で効率的に活性化できることが検証された。 In addition, when the same experiment as the experiment 8 in the second reference mode was performed on the fuel cell of the reference example 7 as described above, the hydrogen pump operation or the power generation operation was performed only once as in the reference example 6. As a result, it was verified that it can be activated efficiently in a short time compared to the activated one or the combination of the hydrogen pump operation and the power generation operation performed once.

Claims (2)

アノード極およびカソード極と、これらアノード極およびカソード極の間に配置された固体高分子膜と、を備える固体高分子型燃料電池の活性化方法であって、
前記カソード極に酸素を供給せず前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極を正として当該カソード極と前記アノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する工程を第1工程と定義し、
前記カソード極に酸素を供給せずかつ前記カソード極に連通するガス導入管の遮断弁を閉じ、前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極から前記アノード極へ電流を流すことにより、前記アノード極で生じた水素イオンを、前記固体高分子膜を通って前記カソード極側へ移動させ、前記カソード極で電子を受け取り再び水素とする工程を第2工程と定義し、
前記第1工程および前記第2工程の組み合わせを2回以上繰り返すことを特徴とする固体高分子型燃料電池の活性化方法。
A method for activating a solid polymer fuel cell comprising an anode electrode and a cathode electrode, and a solid polymer membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode,
In a state where oxygen is not supplied to the cathode electrode but hydrogen is supplied to the anode electrode, an external power supply generates a voltage that varies within a predetermined width between the cathode electrode and the anode electrode, with the cathode electrode being positive. The process to be applied is defined as the first process,
The shutoff valve of the gas introduction pipe that does not supply oxygen to the cathode electrode and communicates with the cathode electrode is closed, and current is supplied from the cathode electrode to the anode electrode by an external power source in a state where hydrogen is supplied to the anode electrode. By flowing , hydrogen ions generated at the anode electrode are moved to the cathode electrode side through the solid polymer membrane, and a process of receiving electrons at the cathode electrode and turning them into hydrogen again is defined as a second process,
A method for activating a polymer electrolyte fuel cell, wherein the combination of the first step and the second step is repeated twice or more.
アノード極およびカソード極と、これらアノード極およびカソード極の間に配置された固体高分子膜とを備える固体高分子型燃料電池の活性化方法であって、
前記カソード極に酸素を供給せず前記アノード極に水素を供給した状態で、外部電源により、前記カソード極を正として当該カソード極と前記アノード極との間に所定の幅内で変動する電圧を印加する工程を第1工程と定義し、
前記アノード極および前記カソード極にそれぞれ水素および酸素を供給し前記燃料電池で発電させながら、その出力電流を所定の電流幅内で変動させる工程を第3工程と定義し、
前記第1工程および前記第3工程の組み合わせを2回以上繰り返すことを特徴とする固体高分子型燃料電池の活性化方法。
A method for activating a polymer electrolyte fuel cell comprising an anode electrode and a cathode electrode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode,
In a state where oxygen is not supplied to the cathode electrode but hydrogen is supplied to the anode electrode, an external power supply generates a voltage that varies within a predetermined width between the cathode electrode and the anode electrode, with the cathode electrode being positive. The process to be applied is defined as the first process,
The step of changing the output current within a predetermined current width while supplying hydrogen and oxygen to the anode and the cathode, respectively, and generating power in the fuel cell, is defined as a third step,
A method for activating a polymer electrolyte fuel cell, wherein the combination of the first step and the third step is repeated twice or more.
JP2012509573A 2010-03-31 2011-03-31 Method for activating solid polymer fuel cell Active JP5526226B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012509573A JP5526226B2 (en) 2010-03-31 2011-03-31 Method for activating solid polymer fuel cell

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010081559 2010-03-31
JP2010081560 2010-03-31
JP2010081559 2010-03-31
JP2010081560 2010-03-31
JP2010081561 2010-03-31
JP2010081561 2010-03-31
JP2012509573A JP5526226B2 (en) 2010-03-31 2011-03-31 Method for activating solid polymer fuel cell
PCT/JP2011/058222 WO2011125840A1 (en) 2010-03-31 2011-03-31 Solid polymer fuel cell activation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011125840A1 JPWO2011125840A1 (en) 2013-07-11
JP5526226B2 true JP5526226B2 (en) 2014-06-18

Family

ID=44762778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012509573A Active JP5526226B2 (en) 2010-03-31 2011-03-31 Method for activating solid polymer fuel cell

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5526226B2 (en)
WO (1) WO2011125840A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175816A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell activation method
JP2019175815A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell activation method
US11081713B2 (en) 2018-03-29 2021-08-03 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell activation method

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487442C1 (en) * 2012-02-28 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Activation method for membrane electrode assembly
JP6583039B2 (en) * 2016-02-16 2019-10-02 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell performance recovery method
JP6583038B2 (en) * 2016-02-16 2019-10-02 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell performance recovery method
JP6568149B2 (en) 2017-06-26 2019-08-28 本田技研工業株式会社 Method and apparatus for activating a fuel cell
JP6543658B2 (en) * 2017-06-29 2019-07-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell activation method and activation apparatus
JP6517898B2 (en) * 2017-09-29 2019-05-22 本田技研工業株式会社 Fuel cell output inspection method
WO2022201484A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 本田技研工業株式会社 Method for aging fuel cell
CN112864424A (en) * 2021-03-29 2021-05-28 武汉理工大学 Method for quickly activating proton exchange membrane fuel cell
CN113224353B (en) * 2021-05-08 2022-07-22 张家口市氢能科技有限公司 Quick activation method and device for hydrogen fuel cell
CN114024000B (en) * 2022-01-05 2022-11-08 佛山市清极能源科技有限公司 Anode activation method of proton exchange membrane fuel cell stack
CN114024001B (en) * 2022-01-05 2022-11-08 佛山市清极能源科技有限公司 Cathode activation method of proton exchange membrane fuel cell stack

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506498A (en) * 2005-08-23 2009-02-12 ボーズ・コーポレーション Regeneration of fuel cells
JP2009059477A (en) * 2007-08-29 2009-03-19 Toshiba Corp Control method of fuel cell power generation system, and fuel cell power generation system
JP2009104918A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Honda Motor Co Ltd Aging device and operation method for solid polymer fuel cell
JP2009199834A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Toyota Motor Corp Method of aging fuel cell

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021558A (en) * 2006-07-13 2008-01-31 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Performance recovery method of fuel cell system, fuel cell system, and outside unit for performance recovery
JP2008204799A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Toyota Motor Corp Activation method of solid-state polymer type fuel cell
JP2009049004A (en) * 2007-07-20 2009-03-05 Toray Ind Inc Method of manufacturing liquid supply type fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506498A (en) * 2005-08-23 2009-02-12 ボーズ・コーポレーション Regeneration of fuel cells
JP2009059477A (en) * 2007-08-29 2009-03-19 Toshiba Corp Control method of fuel cell power generation system, and fuel cell power generation system
JP2009104918A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Honda Motor Co Ltd Aging device and operation method for solid polymer fuel cell
JP2009199834A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Toyota Motor Corp Method of aging fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175816A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell activation method
JP2019175815A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 本田技研工業株式会社 Fuel cell activation method
US11081713B2 (en) 2018-03-29 2021-08-03 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell activation method

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011125840A1 (en) 2013-07-11
WO2011125840A1 (en) 2011-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5526226B2 (en) Method for activating solid polymer fuel cell
EP3574978B1 (en) Hydrogen supply system and driving method of hydrogen supply system
JP7080348B2 (en) Fuel cell activation method and activation device
KR101601378B1 (en) Fuel cell management method
US10193168B2 (en) Fuel cell system
JP6543658B2 (en) Fuel cell activation method and activation apparatus
KR20090003619A (en) Method for accelerating activation of fuel cell
JP2015079729A (en) Performance recovery method of fuel cell stack
JP2019009011A (en) Activation method and activation device for fuel cell
JP2007517359A (en) Run-in method for improving performance for PEM fuel cells
JP2008258120A (en) Device and method of aging fuel cell
EP2375484B1 (en) Operating method of fuel cell system
KR20150043181A (en) Performance recovery method for fuel cell stack
JP5793031B2 (en) Method for activating solid polymer fuel cell
JP6543671B2 (en) Fuel cell output inspection method
JP6419790B2 (en) Hydrogen recycling apparatus and operation method
JP2007294291A (en) Fuel cell system
JP2007128790A (en) Control method of fuel cell, and its controller
US20110183220A1 (en) Method of purging for fuel cell
JP5073447B2 (en) Operation method of polymer electrolyte fuel cell
JP2017152174A (en) Stop control method for fuel cell system
JP5073448B2 (en) Operation method of polymer electrolyte fuel cell
JP2009193855A (en) Operation method of polymer electrolyte fuel cell and fuel cell aging system
JP2020128311A (en) Hydrogen generation system and operation method thereof
US8889310B2 (en) Fuel cell system and driving method for the same

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130806

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131007

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131029

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131227

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140325

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5526226

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150