JP6170882B2

JP6170882B2 - 燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ及び過酸化水素濃度検出センサ

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Publication number: JP6170882B2
Application number: JP2014127077A
Authority: JP
Inventors: 雅孝古山; 恵子山崎; 山崎　　恵子; 吉田　弘道; 弘道吉田; 亮神馬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: JP2016006736A

Description

本発明は、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に組み込まれる燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ及び過酸化水素濃度検出センサに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）と多孔質カーボン（ガス拡散層）からなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより発電セルが構成されている。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池では、燃料ガスがアノード側からカソード側に固体高分子電解質膜を透過する一方、酸化剤ガスが前記カソード側から前記アノード側に前記固体高分子電解質膜を透過する場合がある。

このため、アノード側及びカソード側では、水素と酸素とが反応して過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が発生し易い（Ｈ₂＋Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ₂）。この過酸化水素は、電極中のカーボン担体や白金（Ｐｔ）上で分解し、例えば、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性物質が発生する。これにより、固体高分子電解質膜及び電極触媒を劣化させるという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の異状監視方法及びその装置が知られている。この特許文献１では、触媒層等の監視対象部位にルミノールが付着した燃料電池が用意され、燃料電池に発電を行わせている。その際、触媒層に異常電位が生じたり、過酸化水素が生成されたりすると、その異常電位発生部位や過酸化水素の生成部位は、ルミノール反応によって発光する。この発光を観測者が視認することで、観測者は、異常電位の発生や過酸化水素の生成を容易に特定することができる、としている。

特開２００５−３３２６８２号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、電解質膜・電極構造体の複数箇所に対応して過酸化水素濃度を正確に検出することが困難である。しかも、特に微細な位置での過酸化水素濃度の検出作業が遂行されないという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、特に微細な位置での過酸化水素濃度の検出を良好且つ正確に遂行することが可能な燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ及び過酸化水素濃度検出センサを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサは、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に用いられている。この燃料電池用過酸化水素濃度検出センサは、電解質膜・電極構造体に設けられ、発電中の過酸化水素濃度を検出するものである。

そして、過酸化水素濃度検出センサは、貴金属製線状体と、前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、を備えている。前記切り欠き部は、前記絶縁被膜の先端よりも前記絶縁被膜の内側に位置するとともに、前記絶縁被膜の表面において前記貴金属製線状体の長さ方向に対して交差する方向に延在する。

また、本発明は、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体に設けられ、発電中の過酸化水素濃度を検出する燃料電池用過酸化水素濃度検出センサであって、前記過酸化水素濃度検出センサは、貴金属製線状体と、前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、を備える。複数の過酸化水素濃度検出センサは、互いに並列に配置されるとともに、前記過酸化水素濃度検出センサは、それぞれのイオン交換成分の位置が並列方向に沿って段差状に配列される。

さらに、本発明は、被検査対象の過酸化水素濃度を検出する過酸化水素濃度検出センサに関するものである。過酸化水素濃度検出センサは、貴金属製線状体と、前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、を備えている。前記切り欠き部は、前記絶縁被膜の先端よりも前記絶縁被膜の内側に位置するとともに、前記絶縁被膜の表面において前記貴金属製線状体の長さ方向に対して交差する方向に延在する。また、本発明は、被検査対象の過酸化水素濃度を検出する過酸化水素濃度検出センサであって、貴金属製線状体と、前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、を備え、複数の前記過酸化水素濃度検出センサは、互いに並列に配置されるとともに、該過酸化水素濃度検出センサは、それぞれの前記イオン交換成分の位置が並列方向に沿って段差状に配列される。前記切り欠き部は、前記貴金属製線状体を間に挟んだ両側に設けられることが好ましい。

本発明によれば、過酸化水素濃度検出センサが、絶縁被膜に形成された切り欠き部に、イオン交換成分を充填して構成されている。このため、過酸化水素濃度を検出するセンサ部は、良好に微小化される。従って、特に電解質膜・電極構造体の微少領域における過酸化水素濃度の測定を良好且つ正確に遂行することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサが組み込まれる燃料電池システムの概略構成説明図である。燃料電池の要部分解斜視説明図である。前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。前記電解質膜・電極構造体に組み込まれる過酸化水素濃度検出センサの一部断面斜視説明図である。前記過酸化水素濃度検出センサの断面正面説明図である。電位と過酸化水素濃度との関係説明図である。他の過酸化水素濃度検出センサの一部断面斜視説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサの要部斜視説明図である。前記過酸化水素濃度検出センサの側面説明図である。前記過酸化水素濃度検出センサの平面説明図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサの一部断面斜視説明図である。前記過酸化水素濃度検出センサの側面説明図である。本発明の第４の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサの斜視説明図である。電解質膜・電極構造体における過酸化水素濃度検出センサ取り付け位置の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサが組み込まれる燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される車載用燃料電池システムを構成する。

燃料電池システム１０は、複数の燃料電池１２が積層される燃料電池スタック１４を備える。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１４に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１８と、前記燃料電池スタック１４に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置２０とを備える。燃料電池システム１０全体の制御は、制御装置（ＥＣＵ）２２により行われる。

図２に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体２４を第１セパレータ２６及び第２セパレータ２８で挟持する。第１セパレータ２６及び第２セパレータ２８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。

図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体２４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３０と、前記固体高分子電解質膜３０を挟持するアノード電極３２及びカソード電極３４とを備える。固体高分子電解質膜３０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。

例えば、カソード電極３４の外周端部は、アノード電極３２の外周端部よりも外側に突出するとともに、前記アノード電極３２は、固体高分子電解質膜３０の一方の面に配置される。アノード電極３２は、固体高分子電解質膜３０の外周を額縁状に露呈させる。なお、アノード電極３２は、固体高分子電解質膜３０と同一の平面寸法に設定されてもよい。カソード電極３４は、固体高分子電解質膜３０の他方の面に配置され、前記固体高分子電解質膜３０の外周端部は、前記カソード電極３４の外周端部よりも外方に突出する。なお、固体高分子電解質膜３０は、カソード電極３４と同一の平面寸法に設定されてもよい。

アノード電極３２は、図示しないが、固体高分子電解質膜３０の一方の面に接合される電極触媒層と、前記電極触媒層に積層されるガス拡散層とを設ける。カソード電極３４は、図示しないが、固体高分子電解質膜３０の他方の面に接合される電極触媒層と、前記電極触媒層に積層されるガス拡散層とを設ける。

電解質膜・電極構造体２４は、固体高分子電解質膜３０の外周を周回する樹脂製枠部材３６を備える。樹脂製枠部材３６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＬＣＰ、ＰＥＳ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ等で構成される。なお、樹脂製枠部材３６は、使用しなくてもよい。

図２に示すように、燃料電池１２の矢印Ｃ方向（図２中、鉛直方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス入口連通孔４０ａが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス入口連通孔４０ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。酸化剤ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス入口連通孔４０ａとは、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。

燃料電池１２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。

燃料電池１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための一対（又は単一）の冷却媒体入口連通孔４２ａが設けられる。燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための一対（又は単一）の冷却媒体出口連通孔４２ｂが設けられる。

第１セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２４に向かう面２６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとに連通する酸化剤ガス流路４６が設けられる。第２セパレータ２８の電解質膜・電極構造体２４に向かう面２８ａには、燃料ガス入口連通孔４０ａと燃料ガス出口連通孔４０ｂとに連通する燃料ガス流路４８が形成される。酸化剤ガス流路４６と燃料ガス流路４８とは、鉛直方向に向かって酸化剤ガスと燃料ガスとを流通させる。

第１セパレータ２６の面２６ａとは反対の面２６ｂと、第２セパレータ２８の面２８ａとは反対の面２８ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４２ａと冷却媒体出口連通孔４２ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。冷却媒体流路５０は、水平方向に向かって冷却媒体を流通させる。

第１セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第１セパレータ２６の外周端部を周回して、第１シール部材５２が一体化される。第２セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２セパレータ２８の外周端部を周回して、第２シール部材５４が一体化される。

第１シール部材５２及び第２シール部材５４は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

第２セパレータ２８には、燃料ガス入口連通孔４０ａを燃料ガス流路４８に連通する供給孔部５６と、前記燃料ガス流路４８を燃料ガス出口連通孔４０ｂに連通する排出孔部５８とが形成される。

電解質膜・電極構造体２４には、過酸化水素濃度検出センサ６０が直接設けられる。過酸化水素濃度検出センサ６０は、例えば、アノード電極３２の電極面内に、前記アノード電極３２と固体高分子電解質膜３０との間に介装されるとともに、該アノード電極３２の外周縁部に位置して、複数、設けられてもよい。

過酸化水素濃度検出センサ６０は、図３に示すように、発電領域のアノード電極３２と固体高分子電解質膜３０との間の他、発電領域のカソード電極３４と前記固体高分子電解質膜３０との間、及びアノード電極３２の端部やカソード電極３４の端部又は前記固体高分子電解質膜３０中に設置してもよい。

図２及び図４に示すように、過酸化水素濃度検出センサ６０は、例えば、長尺な微小線からなるＰｔ電極（貴金属製線状体）６２を備える。Ｐｔ電極６２の先端側が検出部側であって絶縁被膜６４により被膜される一方、前記Ｐｔ電極６２の後端側は、制御装置２２に接続される。

Ｐｔ電極６２は、棒状体により形成する他、スパッタ、蒸着、イオンビームアシスト等で形成してもよい。絶縁被膜６４は、絶縁性を有し、耐熱水性、耐酸性及び耐熱性に優れるとともに、フレキシブルな材料で形成される。絶縁被膜６４は、例えば、ポリイミド被膜又は絶縁被膜（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンナフタレート樹脂）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＦＡ（フッ素樹脂）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン樹脂）により構成されることが好ましい。

なお、Ｐｔ電極６２の形状は、長尺状に限定されることはない。また、Ｐｔ電極６２の絶縁被膜６４に覆われた部分は、Ｐｔに限定されるものではなく、例えば、先端（後述する検出部６８）のみがＰｔで構成され、他の部分は別の金属で構成されてもよい。

図４及び図５に示すように、絶縁被膜６４は、例えば、２枚のポリイミドシート６４ａ、６４ｂ間にＰｔ電極６２を挟持して一体化される。ポリイミドシート６４ａ、６４ｂの先端側には、矩形状の微小な切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃが互いに連続して連通するように形成される。なお、切り欠き部６４ａｃのみ、又は切り欠き部６４ｂｃのみを設けてもよい。切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃには、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）６６ａ、６６ｂが充填され、一体化される。フッ素膜成分６６ａ、６６ｂ及びこれらが接触するＰｔ電極６２の先端とにより、検出部６８が構成される。

絶縁被膜６４は、２枚のポリイミドシート６４ａ、６４ｂに限定されるものではなく、例えば、Ｐｔ電極６２をインサートするとともに、切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃに対応する中子を配置して、射出成形により一体成形してもよい。

図３に示すように、電解質膜・電極構造体２４には、必要に応じて、電位センサ６９が設けられる。電位センサ６９は、過酸化水素濃度検出センサ６０と同様に、複数箇所に設定され、各部位における電位を検出するとともに、検出された電位信号が制御装置２２に送られる。

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１６は、大気からの空気（酸化剤ガス）を圧縮して燃料電池スタック１４の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給するとともに、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通して使用後の酸化剤ガスを排出する。燃料ガス供給装置１８は、高圧水素（燃料ガス）を貯留する高圧水素タンク（図示せず）を備え、前記燃料ガスを燃料電池スタック１４の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給する。使用後の燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂから回収する。冷却媒体供給装置２０は、燃料電池スタック１４の冷却媒体入口連通孔４２ａと冷却媒体出口連通孔４２ｂとに連通し、冷却媒体を循環供給する。

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１６から燃料電池スタック１４の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに酸化剤ガス（空気）が供給される。一方、燃料ガス供給装置１８から燃料電池スタック１４の燃料ガス入口連通孔４０ａに燃料ガス（水素ガス）が供給される。また、冷却媒体供給装置２０では、燃料電池スタック１４の冷却媒体入口連通孔４２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから第１セパレータ２６の酸化剤ガス流路４６に導入され、矢印Ｃ方向に移動して電解質膜・電極構造体２４のカソード電極３４に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４０ａから供給孔部５６を通って第２セパレータ２８の燃料ガス流路４８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２４のアノード電極３２に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体２４では、カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、カソード電極３４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５８を通り燃料ガス出口連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ２６と第２セパレータ２８との間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４２ｂから排出される。

上記のように、燃料電池システム１０の発電運転が行われている際、制御装置２２では、電解質膜・電極構造体２４に直接装着された各過酸化水素濃度検出センサ６０による検出電流から算出される過酸化水素濃度を計測及び把握している。過酸化水素濃度検出センサ６０は、１個又は複数個を配置しており、その中、検出された最も変化の大きい過酸化水素濃度が採用される。発電条件によって、最も変化の大きい電解質膜・電極構造体２４の場所が異なる。また、経験的に、過酸化水素濃度を最も効率よく検出できる場所の一カ所にのみ、過酸化水素濃度検出センサ６０を配置してもよい。なお、最も高濃度の値を用いてもよい。

ここで、過酸化水素濃度（Ｈ₂Ｏ₂％）と電位（燃料電池電圧）とは、図６に示す関係を有している。例えば、低電位域では、過酸化水素の生成が増加する。制御装置２２では、検出された過酸化水素濃度に基づいて、燃料電池システム１０の制御が行われる。

この場合、第１の実施形態では、図４及び図５に示すように、過酸化水素濃度検出センサ６０は、長尺な微小線又は微小薄箔からなるＰｔ電極６２が、絶縁被膜６４により被膜されている。そして、絶縁被膜６４には、微小な切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃが形成されるとともに、前記切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃにフッ素膜成分６６ａ、６６ｂが充填されている。Ｐｔ電極６２の先端は、切り欠き部６４ａｃ、６４ｂｃまで延在している。

このため、過酸化水素濃度を検出するセンサ部である検出部６８は、良好に微小化される。従って、特に電解質膜・電極構造体２４の微少領域における過酸化水素濃度の測定を良好且つ正確に遂行することが可能になるという効果が得られる。

なお、第１の実施形態では、丸棒状のＰｔ電極６２を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、過酸化水素濃度検出センサ６０ａは、数μｍ程度の薄箔により形成されるＰｔ電極６２ａを備える。Ｐｔ電極６２ａの先端側を被膜する絶縁被膜６４は、２枚のポリイミドシート６４ａ、６４ｂ間にＰｔ電極６２ａを挟持して一体化される。一方のポリイミドシート６４ｂのみに切り欠き部６４ｃが形成され、前記切り欠き部６４ｃには、フッ素膜成分６６が充填される。また、以下に説明する第２以降の実施形態においても、同様である。

これにより、特にＰｔ電極６２ａが薄膜化することができ、過酸化水素濃度検出センサ６０ａ全体の小型化が容易に遂行できる。なお、薄箔状のＰｔ電極６２ａに代えて、断面楕円形状や多角形状等の種々のＰｔ電極を用いることが可能である。

図８〜図１０に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ７０は、図示しない燃料電池システムに組み込まれる。なお、第１の実施形態に係る過酸化水素濃度検出センサ６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は、省略する。

過酸化水素濃度検出センサ７０は、例えば、長尺な微小線又は微小薄箔からなる複数本のＰｔ電極（貴金属製線状体）７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ及び７２ｅを備える。Ｐｔ電極７２ａ〜７２ｅは、Ｐｔ電極６２と同様に構成され、互いに並列に配置されるとともに、絶縁被膜７４により一体に被膜される。絶縁被膜７４は、絶縁被膜６４と同様の材料で形成され、例えば、２枚のポリイミドシート７４ａ、７４ｂ間にＰｔ電極７２ａ〜７２ｅを挟持して一体化される。

ポリイミドシート７４ａ、７４ｂの矢印Ｌ方向の先端側には、幅方向（矢印Ｈ方向）の一端側に、すなわち、Ｐｔ電極７２ａに対応して、矩形状の微小な切り欠き部７４ａｃ１、７４ｂｃ１が互いに連続して連通するように形成される。なお、切り欠き部７４ａｃ１のみ、又は切り欠き部７４ｂｃ１のみを設けてもよい。

ポリイミドシート７４ａ、７４ｂには、Ｐｔ電極７２ｂに対応し且つ切り欠き部７４ａｃ１、７４ｂｃ１よりも後方に離間して切り欠き部７４ａｃ２、７４ｂｃ２が互いに連続して連通するように形成される。

ポリイミドシート７４ａ、７４ｂには、Ｐｔ電極７２ｃに対応し且つ切り欠き部７４ａｃ２、７４ｂｃ２よりも後方に離間して、以下段階的に切り欠き部７４ａｃ３、７４ｂｃ３が互いに連続して連通するように形成される。ポリイミドシート７４ａ、７４ｂには、Ｐｔ電極７２ｄに対応し且つ切り欠き部７４ａｃ３、７４ｂｃ３よりも後方に離間して切り欠き部７４ａｃ４、７４ｂｃ４が互いに連続して連通するように形成される。ポリイミドシート７４ａ、７４ｂには、Ｐｔ電極７２ｅに対応し且つ切り欠き部７４ａｃ４、７４ｂｃ４よりも後方に離間して切り欠き部７４ａｃ５、７４ｂｃ５が互いに連続して連通するように形成される。

切り欠き部７４ａｃ１、７４ｂｃ１には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）７６ａ１、７６ｂ１が充填される。フッ素膜成分７６ａ１、７６ｂ１及びこれらが接触するＰｔ電極７２ａの先端により、検出部７８ａが構成される。切り欠き部７４ａｃ２、７４ｂｃ２には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）７６ａ２、７６ｂ２が充填される。フッ素膜成分７６ａ２、７６ｂ２及びこれらが接触するＰｔ電極７２ｂの先端により、検出部７８ｂが構成される。

切り欠き部７４ａｃ３、７４ｂｃ３には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）７６ａ３、７６ｂ３が充填される。なお、切り欠き部７４ａｃ３のみ、又は切り欠き部７４ｂｃ３のみを設けてもよい。フッ素膜成分７６ａ３、７６ｂ３及びこれらが接触するＰｔ電極７２ｃの先端により、検出部７８ｃが構成される。切り欠き部７４ａｃ４、７４ｂｃ４には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）７６ａ４、７６ｂ４が充填される。フッ素膜成分７６ａ４、７６ｂ４及びこれらが接触するＰｔ電極７２ｄの先端により、検出部７８ｄが構成される。

切り欠き部７４ａｃ５、７４ｂｃ５には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）７６ａ５、７６ｂ５が充填される。フッ素膜成分７６ａ５、７６ｂ５及びこれらが接触するＰｔ電極７２ｅの先端とにより、検出部７８ｅが構成される。検出部７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ及び７８ｅは、それぞれの位置が矢印Ｈ方向（並列方向）に沿って段差状に後方に離間して配列される。

このように構成される第２の実施形態では、検出部７８ａ〜７８ｅは、微小な寸法に設定することができるため、前記検出部７８ａ〜７８ｅ同士を可及的に近接して配置することが可能になる。これにより、複数個の検出部７８ａ〜７８ｅを用いて、電解質膜・電極構造体２４の微小箇所の過酸化水素濃度及び濃度分布を詳細且つ正確に分析することができるという効果が得られる。しかも、検出部７８ａ〜７８ｅは、段差状に配置されているため、隣り合う前記検出部７８ａ〜７８ｅの幅を十分に確保することが可能になる。

図１１及び図１２に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ８０は、図示しない燃料電池システムに組み込まれる。

過酸化水素濃度検出センサ８０は、例えば、長尺な微小線又は微小薄箔からなるＰｔ電極（貴金属製線状体）８２を備える。Ｐｔ電極８２の先端側は、円柱状の絶縁被膜８４により被膜されるとともに、前記絶縁被膜８４は、例えば、２個のポリイミド半球体８４ａ、８４ｂ間にＰｔ電極８２を挟持して一体化される。なお、ポリイミド半球体８４ａ、８４ｂは、１個の一体物により構成してもよい。

ポリイミド半球体８４ａ、８４ｂの先端側には、矩形状の微小な切り欠き部８４ａｃ、８４ｂｃが互いに連続して連通するように形成される。切り欠き部８４ａｃ、８４ｂｃには、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）８６ａ、８６ｂが充填される。フッ素膜成分８６ａ、８６ｂ及びこれらが接触するＰｔ電極８２の先端により、検出部８８が構成される。

このように構成される第３の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様に効果が得られるとともに、丸棒形状を有するため、適用部位によっては、汎用性が向上するという利点がある。

図１３に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ９０は、図示しない燃料電池システムに組み込まれる。

過酸化水素濃度検出センサ９０は、例えば、長尺な微小線又は微小薄箔からなるＰｔ電極（貴金属製線状体）９２を備える。Ｐｔ電極９２の先端側は、円柱状の絶縁被膜９４により被膜されるとともに、前記絶縁被膜９４は、例えば、２個のポリイミド半球体９４ａ、９４ｂ間にＰｔ電極９２を挟持して一体化される。

絶縁被膜９４の先端面には、イオン交換成分、例えば、フッ素膜成分（又はＨＣ膜成分）９６が塗布される。フッ素膜成分９６及びこれが接触するＰｔ電極９２の先端とにより、検出部９８が構成される。なお、フッ素膜成分９６は、少なくともＰｔ電極９２に当接していればよく、絶縁被膜９４全面に設ける必要はない。

このように構成される第４の実施形態では、上記の第１及び第３の実施形態と同様に効果が得られる。

なお、本発明では、過酸化水素濃度検出センサ６０、７０、８０及び９０（以下、単に６０を付す）の設置箇所が限定されることはなく、任意の部位に適切に設置することができる。例えば、図１４に示す電解質膜・電極構造体１００は、固体高分子電解質膜３０を挟持するアノード電極１０２及びカソード電極１０４を備える。

アノード電極１０２は、固体高分子電解質膜３０の一方の面に接合される電極触媒層１０２ａと、前記電極触媒層１０２ａに積層されるガス拡散層１０２ｂとを設ける。カソード電極１０４は、固体高分子電解質膜３０の他方の面に接合される電極触媒層１０４ａと、前記電極触媒層１０４ａに積層されるガス拡散層１０４ｂとを設ける。

過酸化水素濃度検出センサ６０は、例えば、電極触媒層１０２ａとガス拡散層１０２ｂとの間の他、前記電極触媒層１０２ａの内部、該電極触媒層１０２ａと固体高分子電解質膜３０との間、又は前記固体高分子電解質膜３０の内部に配置可能である。過酸化水素濃度検出センサ６０は、さらに固体高分子電解質膜３０と電極触媒層１０４ａとの間、前記電極触媒層１０４ａの内部、該電極触媒層１０４ａとガス拡散層１０４ｂとの間、又は前記ガス拡散層１０４ｂの内部に配置可能である。

１０…燃料電池システム１２…燃料電池
１４…燃料電池スタック１６…酸化剤ガス供給装置
１８…燃料ガス供給装置２０…冷却媒体供給装置
２２…制御装置２４、１００…電解質膜・電極構造体
２６、２８…セパレータ３０…固体高分子電解質膜
３２、１０２…アノード電極３４、１０４…カソード電極
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
４２ａ…冷却媒体入口連通孔４２ｂ…冷却媒体出口連通孔
４６…酸化剤ガス流路４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路
６０、７０、８０、９０…過酸化水素濃度検出センサ
６２、７２ａ〜７２ｅ、８２、９２…Ｐｔ電極
６４、７４、８４、９４…絶縁被膜
６４ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ…ポリイミドシート
６６ａ、６６ｂ、７６ａ１、７６ａ２、７６ａ３、７６ａ４、７６ａ５、７６ｂ１、７６ｂ２、７６ｂ３、７６ｂ４、７６ｂ５、８６ａ、８６ｂ、９６…フッ素膜成分
６８、７８ａ〜７８ｅ、８８、９８…検出部
６９…電位センサ
６４ａｃ、６４ｂｃ、７４ａｃ１、７４ａｃ２、７４ａｃ３、７４ａｃ４、７４ａｃ５、７４ｂｃ１、７４ｂｃ２、７４ｂｃ３、７４ｂｃ４、７４ｂｃ５、８４ａｃ、８４ｂｃ…切り欠き部
８４ａ、８４ｂ、９４ａ、９４ｂ…ポリイミド半球体

Claims

アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体に設けられ、発電中の過酸化水素濃度を検出する燃料電池用過酸化水素濃度検出センサであって、
前記過酸化水素濃度検出センサは、貴金属製線状体と、
前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、
前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、
を備え、
前記切り欠き部は、前記絶縁被膜の先端よりも前記絶縁被膜の内側に位置するとともに、前記絶縁被膜の表面において前記貴金属製線状体の長さ方向に対して交差する方向に延在することを特徴とする燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ。
アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体に設けられ、発電中の過酸化水素濃度を検出する燃料電池用過酸化水素濃度検出センサであって、
前記過酸化水素濃度検出センサは、貴金属製線状体と、
前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、
前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、
を備え、
複数の前記過酸化水素濃度検出センサは、互いに並列に配置されるとともに、
該過酸化水素濃度検出センサは、それぞれの前記イオン交換成分の位置が並列方向に沿って段差状に配列されることを特徴とする燃料電池用過酸化水素濃度検出センサ。
被検査対象の過酸化水素濃度を検出する過酸化水素濃度検出センサであって、
貴金属製線状体と、
前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、
前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、
を備え、
前記切り欠き部は、前記絶縁被膜の先端よりも前記絶縁被膜の内側に位置するとともに、前記絶縁被膜の表面において前記貴金属製線状体の長さ方向に対して交差する方向に延在することを特徴とする過酸化水素濃度検出センサ。
被検査対象の過酸化水素濃度を検出する過酸化水素濃度検出センサであって、
貴金属製線状体と、
前記貴金属製線状体の外周に被膜されるとともに、切り欠き部が設けられる絶縁被膜と、
前記切り欠き部に充填され、前記貴金属製線状体に当接するイオン交換成分と、
を備え、
複数の前記過酸化水素濃度検出センサは、互いに並列に配置されるとともに、
該過酸化水素濃度検出センサは、それぞれの前記イオン交換成分の位置が並列方向に沿って段差状に配列されることを特徴とする過酸化水素濃度検出センサ。
請求項３又は４記載の過酸化水素濃度検出センサにおいて、前記切り欠き部は、前記貴金属製線状体を間に挟んだ両側に設けられることを特徴とする過酸化水素濃度検出センサ。