JP6252459B2 - 燃料電池の検査方法 - Google Patents

燃料電池の検査方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6252459B2
JP6252459B2 JP2014251660A JP2014251660A JP6252459B2 JP 6252459 B2 JP6252459 B2 JP 6252459B2 JP 2014251660 A JP2014251660 A JP 2014251660A JP 2014251660 A JP2014251660 A JP 2014251660A JP 6252459 B2 JP6252459 B2 JP 6252459B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
side electrode
fuel cell
potential difference
electrolyte membrane
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
JP2014251660A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016115460A (ja
Inventor
理人 則本
理人 則本
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014251660A priority Critical patent/JP6252459B2/ja
Priority to CN201510915409.0A priority patent/CN105702983B/zh
Priority to CA2914730A priority patent/CA2914730C/en
Priority to US14/965,022 priority patent/US10297843B2/en
Priority to DE102015121543.8A priority patent/DE102015121543B4/de
Priority to KR1020150175749A priority patent/KR101841328B1/ko
Publication of JP2016115460A publication Critical patent/JP2016115460A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6252459B2 publication Critical patent/JP6252459B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04544Voltage
    • 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
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous 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
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04544Voltage
    • H01M8/04552Voltage 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
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池の検査方法に関する。
燃料電池は、電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを備え、アノード側電極には水素ガスを、カソード側電極には酸素含有の酸化ガスの供給を受けて発電する。燃料電池は、例えば車両の駆動電力を得る、或いは発電プラントにおける送電電力を得るといった各種用途に用いられており、一定の発電性能を当初から備えること、或いは、保守点検等により発電能力の維持確認などが求められるので、その検査手法が提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2011−28965号公報
ところで、発電電力は、プロトン(H)がアノード側電極から電解質膜を経てカソード側電極に移動するというプロトン伝導性に起因して得られるので、電解質膜には、プロトン伝導性を阻害しない性状が求められる。電解質膜におけるプロトン伝導性は、電解質膜を構成する例えばパーフルオロスルホン酸等の高分子樹脂の純度の低下、換言すれば、高分子樹脂への異物混入(以下、こうした異物混入(コンタミネーション;contaminationを、単にコンタミと称する)により低下することが知られている。しかしながら、上記の特許文献で提案された検査手法では、水素ガスと酸化ガスを供給して燃料電池を発電させつつ各種項目の検査を効率よく遂行しているものの、電解質膜の性状に起因した発電性能の検査については何の対処もなされていない。こうしたことから、電解質膜の性状に起因した発電性能の新たな検査手法を提供することが要請されるに到った。
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池の検査方法が提供される。この燃料電池の検査方法は、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した燃料電池の検査方法であって、前記アノード側電極と前記カソード側電極の一方の電極に水素ガスを供給し、他方の電極に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第1工程と、前記一方の電極が高電位となるように、前記一方の電極と前記他方の電極とに外部電源から電流を流し、前記一方の電極と前記他方の電極の両電極間の電位差を計測する第2工程と、該第2工程において所定の電流値の電流を流した際に計測した前記両電極間の電位差と、前記第2工程における電流を流す前の状態の前記両電極間の電位差である初期電位差と、に基づいて前記燃料電池の性能を検査する第3工程とを備える。
上記形態の燃料電池の検査方法では、第1工程でのガス供給により、一方の電極に水素ガスが存在し、他方の電極に水素ガスまたは不活性ガスが存在する状況とする。その上で、第2工程では、一方の電極が高電位となるように、一方の電極と他方の電極とに外部電源から電流を流すので、水素ガスが存在する高電位の一方の電極では、水素分子がプロトン(H)と電子(e)に電離し、プロトンは一方の電極から電解質膜を経て他方の電極に移動する。こうして移動したプロトンは、他方の電極において電子の存在下で結合して水素分子となる。電解質膜を挟んだ両電極での化学反応は、プロトンの移動のみに基づいて起きることから、両電極での化学反応の進行状況は、電解質膜のプロトン伝導性の良否、即ち電解質膜におけるコンタミの状況に左右される。
電解質膜を挟んだ両電極での化学反応は、第2工程で流される電流のいずれの電流値においても起き、電解質膜のプロトン伝導性が正常であれば、いずれの電流値においても、一方の電極と他方の電極の両電極間の計測電位差は、第2工程における電流を流す前の状態の両電極間の電位差である初期電位差と同程度、或いは初期電位差よりも所定の範囲で相違するに過ぎない。ところが、コンタミにより電解質膜のプロトン伝導性が阻害されていると、プロトンの移動に起因した他方の電極でのプロトンの結合を経た水素分子の生成が起き難くなり、プロトンの非結合は電流増加に伴って顕在し、他方の電極の両電極間の計測電位は、電流増加に伴って低下する。よって、一方の電極と他方の電極の両電極間の計測電位差は、電流増加に伴って初期電位差より増大する。そして、上記形態の燃料電池の検査方法は、所定の電流値の電流を流した際の計測電位差と初期電位差とに基づいて燃料電池の性能を検査するので、計測電位差が初期電位差よりも所定量大きい電位差であると、発電性能不良と判定することが可能となる。この結果、上記形態の燃料電池の検査方法によれば、コンタミによるプロトン伝導性の阻害という電解質膜の性状に起因した発電性能を検査することができる。
(2)上記形態の燃料電池の検査方法において、前記第1工程では、前記アノード側電極とカソード側電極の両電極に水素ガスを供給するようにしてもよい。こうすれば、電解質膜を挟んだ両電極は共に水素ガス存在下である故に、初期電位差は、一方の電極に水素ガスが存在し他方の電極にも水素ガスが存在する状況下で理論的に得られる両電極間の理論電位差と等価となるので、電圧低下による発電性能の良否判定が簡便となる。また、検査終了後において、不活性ガスのパージが不要となるので、検査工数や検査コストの低減が可能となる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟持した膜電極接合体の検査方法や検査装置としても適用できる。
第1実施形態に係る燃料電池検査方法の概略を機器構成を含めて示す説明図である。 第1実施形態に係る燃料電池検査方法の手順を示す説明図である。 燃料電池の検査手順と性能判定の様子を概略的に示す説明図である。 第2実施形態に係る燃料電池検査方法の概略を図1と同様に示す説明図である。 燃料電池の検査手順と性能判定の様子を図3と同様に示す説明図である。 他の実施形態における燃料電池検査方法の概略を示す説明図である。 複数の電池セルをスタックした完成品としての燃料電池を検査対象として性能検査する様子を概略的に示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図1は第1実施形態に係る燃料電池検査方法の概略を機器構成を含めて示す説明図である。図1に示すように、この検査方法では、燃料電池を構成する電池セルの膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly/MEA)を検査対象とする。MEAは、電解質膜51の両側にアノード側電極52とカソード側電極53の両電極を備える。電解質膜51は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂(パーフルオロスルホン酸系樹脂)により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
アノード側電極52およびカソード側電極53は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性粒子、例えばカーボン粒子(以下、触媒担持カーボン粒子と称する)を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して構成された電極触媒層である。通常、アイオノマーは、電解質膜51と同質の固体高分子材料である高分子電解質樹脂(例えば、上記のフッ素系樹脂)であり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。本実施形態では、白金(Pt)を、触媒担持カーボン粒子であるカーボンブラックに30wt%の重量比で担持させ、アイオノマーについては、米国デュポン社製のナフィオン(ナフィオンは登録商標、以下同じ)を用いた。
なお、MEAは、ガス透過性を有する導電性のアノード側ガス拡散層とカソード側ガス拡散層とで挟持されて、通常、使用され、各ガス拡散層の外側には、ガス供給流路と形成するセパレーターが配設される。こうした構成は、本発明の要旨と直接関係しないので、詳細な説明は省略する。
上記したMEAの発電性能検査を行うため、本実施形態の検査方法では、ガス導入部材101、102と、外部電源ユニット110と、電圧計測ユニット120と、制御装置200とを用いる。ガス導入部材101、102の両ガス導入部材は、アノード側電極52とカソード側電極53とを個別に気密に覆い、アノード側電極52とカソード側電極53の両電極に水素ガスを、外部のガス供給源、例えば水素ガスタンクから供給可能に構成されている。
外部電源ユニット110は、アノード側電極52とカソード側電極53と給電ライン112にて接続され、アノード側電極52が高電位となるように電流を流す。また、外部電源ユニット110は、制御装置200の制御を受けて、後述するように電流値が漸増するように上記の両電極に電流を流す。
電圧計測ユニット120は、対向するアノード側電極52とカソード側電極53の所定の電極パート123から延びる計測ライン122にて、アノード側電極52とカソード側電極53と接続されている。そして、この電圧計測ユニット120は、アノード側電極52とカソード側電極53の両電極間の電圧差を随時計測して、その計測結果(計測電圧差)を制御装置200に出力する。
制御装置200は、論理演算を行うCPUやROM、RAM等を含むコンピューターとして構成され、ガス導入部材101、102へのガス供給制御の他、外部電源ユニット110により電極に流される電流制御、電圧計測ユニット120から得た計測電圧差による発電性能判定等を統括する。
次に、MEAの発電性能検査について説明する。図2は第1実施形態に係る燃料電池検査方法の手順を示す説明図、図3は燃料電池の検査手順と性能判定の様子を概略的に示す説明図である。
発電性能検査に当たり、MEAを図1に示すようにガス導入部材101、102にセットする(ステップS100)。次いで、アノード側電極52とカソード側電極53の両電極に、制御装置200の制御下で水素ガスを継続して供給する(ステップS110)。これにより、アノード側電極52に水素ガスが存在し、カソード側電極53にも水素ガスが存在する状況となる。こうした水素ガスの継続供給下において、制御装置200は、外部電源ユニット110を駆動制御し、アノード側電極52とカソード側電極53とに、アノード側電極52が高電位となるように電流を流す(ステップS120)。この際、制御装置200は、図3の上段に示すように、電流値が漸増するように上記の両電極に電流を流す。電流値の上限は、MEAに設計上許容される最大電流値の90〜95%の電流値とされる。こうすることで、性能検査によるMEAの損傷を回避できる。なお、比較的短時間で上記の電流値となるように電流を流すようにしてもよい。
制御装置200は、外部電源ユニット110により電流を流してから、電圧計測ユニット120からの計測電圧差を受け取り、その電圧差を時系列的にプロット(記憶)し、図3の下段に示すように、検査対象MEAについての電圧推移を把握する(ステップS130)。そして、把握した電圧推移により、検査対象MEAの発電性能良否が以下に記すように判定され、本実施形態での性能検査がなされる(ステップS140)。
既述した水素ガスの継続供給により、MEAは、アノード側電極52に水素ガスが存在し、カソード側電極53にも水素ガスが存在する状況となる。こうした状況下で、アノード側電極52が高電位となるように、アノード側電極52とカソード側電極53とに外部電源ユニット110から電流値が漸増するように電流が流されるので、水素ガスが存在する高電位のアノード側電極52では、図1に模式的に示すように、水素分子がプロトン(H)と電子(e)に電離する。電離したプロトンは、アノード側電極52から電解質膜51を経てカソード側電極53に移動する。こうして移動したプロトンは、カソード側電極53において電子の存在下で結合して水素分子となる。電解質膜51を挟んだアノード側電極52とカソード側電極53の両電極での化学反応は、プロトンの移動のみに基づいて起きることから、両電極での化学反応の進行状況は、電解質膜51のプロトン伝導性の良否、即ち電解質膜51におけるコンタミの状況に左右される。
電解質膜51を挟んだ両電極での化学反応は、外部電源ユニット110から流される電流のいずれの電流値においても起きる。そして、プロトン伝導性が正常な電解質膜51を有するMEA(良品MEA)であれば、いずれの電流値においても、アノード側電極52とカソード側電極53との間で電圧計測ユニット120により計測した計測電位差は、アノード側電極52とカソード側電極53の両電極に共に水素ガスが存在する状況下での電流を流す前の状態のアノード側電極52とカソード側電極53の両電極間の電位差である初期電位差と同程度、或いは初期電位差よりも所定の範囲で相違するに過ぎない。この場合、良品MEAは、コンタミによるプロトン伝導性の阻害を起こさないとはいえ、コンタミ以外にプロトンの移動を阻害する抵抗を若干は有する。このため、良品MEAについての上記した初期電位差は、アノード側電極52に水素ガスが存在しカソード側電極53に水素ガスが存在する状況下で理論的に得られる両電極間の理論電位差(=0V)と等価ではあるものの、良品MEAについての計測電位差は、電流増に伴って初期電位差からやや低下する。この様子は、図3の下段における電圧推移において良品MEA・電圧軌跡として示されている。
ところで、コンタミにより電解質膜51のプロトン伝導性が阻害されることがある。こうしてプロトン伝導性が阻害された電解質膜51を有するMEA(不良品MEA)では、プロトンの移動に起因したカソード側電極53でのプロトンの結合を経た水素分子の生成が起き難くなり、プロトンの非結合は電流増加に伴って顕在化し、アノード側電極52とカソード側電極53との間で計測した計測電圧差(ΔVHH)の増大をもたらす。この様子は、図3の下段における電圧推移において不良品MEA・電圧軌跡として示されている。制御装置200は、この電圧差低下(ΔVHH)の程度と良品・不良品の判定結果とを対応付けて所定のメモリーに記憶しているので、所定の電流値の電流を流した際の計測電圧差が、既述した初期電位差よりも所定量以上に大きく低下した電位差であると、具体的には、電流密度が1.2A/cm程度の所定の電流値の電流を流した際の電位差(ΔVHH)が−0.3V程度の所定の電圧差を超えて下がっていれば、検査対象MEAには、コンタミによるプロトン伝導性の阻害という電解質膜51の性状に起因した発電性能の不良があると判定できる。その一方、所定の電流値の電流を流した際の電圧差(ΔVHH)が所定の電圧差範囲に収まっている、或いは電位差増大が見られなければ、検査対象MEAには、電解質膜51の性状に起因した発電性能の不良はなく、検査対象MEAは良品であると判定できる。この良否判定は、所定の電流値の電流を流した際の計測電圧差と、電流を流す前の状態の両電極間の電位差である初期電位差とに基づいた検査の結果である。こうした検査完了後に、MEAは取り外され(ステップS150)、良品MEAは、発電セルに組み込まれて燃料電池の構成部材となる。なお、発電性能検査を行う際の上記した計測電位差、即ち電流密度と電圧降下程度との関係は、電解質膜51の厚みの影響を受けるので、電解質膜51の厚みを考慮して電流密度や電圧降下程度を規定すればよい。
以上説明したように、本実施形態の燃料電池の検査方法では、アノード側電極52とカソード側電極53の両電極への水素ガス供給と、水素ガス供給下での両電極への電流通電、所定の電流値の電流を流した際の両電極間の電圧計測という手順により、電解質膜51の性状に起因した発電性能の良否を容易に検査できる。
本実施形態の燃料電池の検査方法では、電解質膜51を挟んだアノード側電極52とカソード側電極53の両電極を、共に水素ガス存在下とするので、既述した初期電位差は理論電位差と等価のゼロVとなる。よって、本実施形態の燃料電池の検査方法によれば、電圧低下による発電性能の良否判定が簡便となる。
次に、第2実施形態に係る検査方法について説明する。図4は第2実施形態に係る燃料電池検査方法の概略を図1と同様に示す説明図、図5は燃料電池の検査手順と性能判定の様子を図3と同様に示す説明図である。図4に示すように、第2実施形態にあっても、機器構成は先の実施形態と同一であり、アノード側電極52には水素ガスを供給し、カソード側電極53には不活性ガスたる窒素ガスを供給する点で相違する。この実施形態では、検査対象MEAをアノード側電極52に水素ガスが存在し、カソード側電極53には窒素ガスが存在する状況とする点で異なるものの、こうしたガス状況下で、アノード側電極52が高電位となるように、アノード側電極52とカソード側電極53とに外部電源ユニット110から電流値が漸増するように電流を流す。よって、水素ガスが存在する高電位のアノード側電極52では、図4に模式的に示すように、水素分子がプロトン(H)と電子(e)に電離する。電離したプロトンは、アノード側電極52から電解質膜51を経てカソード側電極53に移動する。こうして移動したプロトンは、窒素ガスが存在するカソード側電極53において結合して水素分子となる。電解質膜51を挟んだアノード側電極52とカソード側電極53の両電極での化学反応は、プロトンの移動のみに基づいて起きることから、両電極での化学反応の進行状況は、電解質膜51のプロトン伝導性の良否、即ち電解質膜51におけるコンタミの状況に左右される。
電解質膜51を挟んだ両電極での化学反応は、外部電源ユニット110から流される電流のいずれの電流値においても起きる。そして、プロトン伝導性が正常な電解質膜51を有するMEA(良品MEA)であれば、いずれの電流値においても、アノード側電極52とカソード側電極53との間で電圧計測ユニット120により計測した計測電位差は、アノード側電極52に水素ガスがカソード側電極53に窒素ガスが存在する状況下での電流を流す前の状態のアノード側電極52とカソード側電極53の両電極間の電位差である初期電位差と同程度、或いは初期電位差よりも所定の範囲で相違するに過ぎない電位差となる。この様子は、図5の下段における電圧推移において良品MEA・電圧軌跡として示されている。
ところが、コンタミによりプロトン伝導性が阻害された電解質膜51を有するMEA(不良品MEA)では、プロトンの移動に起因したカソード側電極53でのプロトンの結合を経た水素分子の生成が起き難くなり、プロトンの非結合は電流増加に伴って顕在化し、アノード側電極52とカソード側電極53との間で計測した計測電圧の電圧低下(ΔVHN)をもたらす。この様子は、図5の下段における電圧推移において不良品MEA・電圧軌跡として示されている。制御装置200は、この電圧低下(ΔVHN)の程度と良品・不良品の判定結果とを対応付けて所定のメモリーに記憶しているので、所定の電流値の電流を流した際の計測電圧差が、既述した初期電位差よりも所定量以上に大きく低下した電位差であると、具体的には、所定の電流値の電流を流した際の電圧低下(ΔVHN)が所定の電位差を超えていれば、検査対象MEAには、コンタミによるプロトン伝導性の阻害という電解質膜51の性状に起因した発電性能の不良があると判定できる。その一方、所定の電流値の電流を流した際の電位差(ΔVHN)が所定の電圧値に収まっている、或いは電位差増大が見られなければ、検査対象MEAには、電解質膜51の性状に起因した発電性能の不良はなく、検査対象MEAは良品であると判定できる。この実施形態での良否判定にあっても、所定の電流値の電流を流した際の計測電圧差と、電流を流す前の状態の両電極間の電位差である初期電位差とに基づいた検査の結果である。こうした検査完了後に、MEAは取り外され、良品MEAは、発電セルに組み込まれて燃料電池の構成部材となる。なお、発電性能検査を行う際の上記した計測電位差は、電解質膜51の厚みの影響を受けるので、検査判定に当たっては、技術したように電解質膜51の厚みを考慮すればよい。
以上説明したように、この実施形態の燃料電池の検査方法によっても、アノード側電極52への水素ガス供給とカソード側電極53への窒素ガス供給と、これらガス供給下での両電極への電流通電、所定の電流値の電流を流した際の両電極間の電圧計測という手順により、電解質膜51の性状に起因した発電性能の良否を容易に検査できる。
次に、他の実施形態について説明する。図6は他の実施形態における燃料電池検査方法の概略を示す説明図である。図示するように、この実施形態では、電圧計測ユニット120による電圧計測ポイントである電極パート123を、アノード側電極52とこれに対向するカソード側電極53において、m行n列のマトリックス状に設け(図では6行5列)、それぞれの電極パート123から得られた電圧を各電極パーツごとに把握する。こうすれば、電解質膜51の面内における良否分布の様子が判明するので、電解質膜51の良否判定精度を高めることができる。例えば、1〜3箇所程度の電極パート123において大きな電位差(ΔVHH/ΔVHN)が見られて不良であるとしても、他の箇所で電位差増大が見られずに性能良品であれば、電解質膜51の全体としては性能良品としたりできる。その反面、mXn箇所の3割以上の複数箇所の電極パート123において大きな電位差(ΔVHH/ΔVHN)が見られて不良であれば、他の箇所で電位差増大が見られなくても、電解質膜51の全体としては性能不良としたりできる。
次に、電池セルをスタックした燃料電池としての性能検査の様子について説明する。図7は複数の電池セルをスタックした完成品としての燃料電池を検査対象として性能検査する様子を概略的に示す説明図である。図示するように、この実施形態では、燃料電池100を検査対象とする。この燃料電池100は、電解質膜51をアノード側電極52とカソード側電極53で挟持したMEAを更にガス拡散部材とセパレーターで挟持した複数の電池セルを、スタックして構成され、例えば燃料電池搭載車両や燃料電池発電システムに組み込まれる完成品である。燃料電池100を検査対象とする場合であっても、燃料電池100のアノード側には水素ガスをスタック外部から継続供給し、カソード側には水素ガスまたは窒素ガスをスタック外部から継続供給する。その上で、外部電源ユニット110により、各電池セルのアノード側電極52が高電位となるように、アノード側電極52とカソード側電極53とに外部電源ユニット110から電流値が漸増するように電流を流す。そして、各電池セルにおけるアノード側電極52とカソード側電極53との間の電圧をセルモニター106で把握する。こうした構成の検査方法であれば、燃料電池100の全体としての発電性能良否を、電解質膜51のプロトン伝導性の良否に基づき検査できる。また、燃料電池100を構成する発電セルごとに、発電性能良否を電解質膜51のプロトン伝導性の良否に基づき検査できるので、発電性能不良と特定した発電セルを交換して、燃料電池100の全体としての発電性能を維持、もしくは向上できる。
この他、カソード側電極53についても水素ガスを供給するようにでき、こうすれば、完成品としての燃料電池100の検査後に、不活性ガスのパージが不要となるので、検査工数や検査コストを低減できる。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
上記の実施形態では、MEA或いは燃料電池100を検査対象としたが、MEAをアノード側・カソード側のガス拡散部材で挟持したMEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)を検査対象とすることもできる。
上記の実施形態では、アノード側電極52に水素ガスを供給し、カソード側電極53については、水素ガス或いは窒素ガスの一方を供給するようにしたが、カソード側電極53に水素ガスを供給し、アノード側電極52に水素ガス或いは窒素ガスの一方を供給し、カソード側電極53が高電位となるように、両電極に電流を流すようにしてもよい。
51…電解質膜
52…アノード側電極
53…カソード側電極
100…燃料電池
101、102…ガス導入部材
106…セルモニター
110…外部電源ユニット
112…給電ライン
120…電圧計測ユニット
122…計測ライン
123…電極パート
200…制御装置

Claims (3)

  1. 電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した燃料電池の検査方法であって、
    前記アノード側電極と前記カソード側電極の一方の電極に水素ガスを供給し、他方の電極に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第1工程と、
    記一方の電極が高電位となるように、前記一方の電極と前記他方の電極とに外部電源から電流を流し、前記一方の電極と前記他方の電極の両電極間の電位差を計測する第2工程と、
    該第2工程において所定の電流値の電流を流した際に計測した前記両電極間の電位差と、前記第2工程における電流を流す前の状態の前記両電極間の電位差である初期電位差と、に基づいて前記燃料電池の性能を検査する第3工程とを備える、
    燃料電池の検査方法。
  2. 前記第1工程では、前記アノード側電極と前記カソード側電極の両電極に水素ガスを供給する、請求項1に記載の燃料電池の検査方法。
  3. 請求項1または請求項2に記載の燃料電池の検査方法であって、
    前記第2工程では、前記一方の電極と前記他方の電極の両電極間の電位差を複数の計測ポイントにおいてそれぞれ計測し、
    前記第3工程では、前記計測ポイントごとに、前記第2工程で計測した前記両電極間の電位差と前記初期電位差と、に基づいて前記燃料電池の性能を検査する、燃料電池の検査方法。
JP2014251660A 2014-12-12 2014-12-12 燃料電池の検査方法 Active JP6252459B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014251660A JP6252459B2 (ja) 2014-12-12 2014-12-12 燃料電池の検査方法
CN201510915409.0A CN105702983B (zh) 2014-12-12 2015-12-10 燃料电池的检查方法
CA2914730A CA2914730C (en) 2014-12-12 2015-12-10 Power generation inspection method of fuel cell
US14/965,022 US10297843B2 (en) 2014-12-12 2015-12-10 Inspection method of fuel cell
DE102015121543.8A DE102015121543B4 (de) 2014-12-12 2015-12-10 Prüfverfahren für eine Brennstoffzelle
KR1020150175749A KR101841328B1 (ko) 2014-12-12 2015-12-10 연료 전지의 검사 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014251660A JP6252459B2 (ja) 2014-12-12 2014-12-12 燃料電池の検査方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016115460A JP2016115460A (ja) 2016-06-23
JP6252459B2 true JP6252459B2 (ja) 2017-12-27

Family

ID=56082108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014251660A Active JP6252459B2 (ja) 2014-12-12 2014-12-12 燃料電池の検査方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10297843B2 (ja)
JP (1) JP6252459B2 (ja)
KR (1) KR101841328B1 (ja)
CN (1) CN105702983B (ja)
CA (1) CA2914730C (ja)
DE (1) DE102015121543B4 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6517898B2 (ja) * 2017-09-29 2019-05-22 本田技研工業株式会社 燃料電池の出力検査方法
JP6517899B2 (ja) * 2017-09-29 2019-05-22 本田技研工業株式会社 燃料電池の出力検査方法
KR102249209B1 (ko) 2018-06-29 2021-05-06 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막전극접합체의 연속 검사장치 및 검사방법
CN110504471B (zh) * 2019-08-26 2021-03-23 清华大学 燃料电池堆内部漏气故障诊断及定位方法和装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4779205B2 (ja) * 2001-01-12 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用微短検出方法
JP4362266B2 (ja) * 2002-05-10 2009-11-11 本田技研工業株式会社 燃料ガスの供給不足検出方法および燃料電池の制御方法
JP4222019B2 (ja) * 2002-12-17 2009-02-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の診断方法
JPWO2005088753A1 (ja) * 2004-03-12 2007-08-09 松下電器産業株式会社 燃料電池システムの故障診断方法とこれを用いた故障診断装置、および燃料電池システム
JP2005276729A (ja) 2004-03-26 2005-10-06 Fuji Electric Holdings Co Ltd 固体高分子型燃料電池セルの性能検査方法
JP2006024546A (ja) 2004-06-08 2006-01-26 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池の運転方法
JP2006064624A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ケーブル状圧力センサ
JP2008522350A (ja) * 2004-11-29 2008-06-26 ハイドロジェニクス コーポレイション 電気化学電池の故障状態を検出し表示するためのシステムおよび方法
JP2006351324A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Denso Corp 燃料電池システム
DE102006051320B4 (de) 2006-10-24 2008-09-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Brennstoffzellenanordnung, ein diese enthaltender Versuchsstand und Verfahren zu deren Herstellung
JP2008176944A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Toyota Motor Corp 燃料電池の検査方法
JP5150173B2 (ja) * 2007-09-05 2013-02-20 株式会社アツミテック イオン伝導性電解質膜の検査方法および検査装置
JP2009205988A (ja) * 2008-02-28 2009-09-10 Toyota Motor Corp 燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法
JP5491787B2 (ja) 2009-07-24 2014-05-14 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池スタックの検査方法
CN102714323B (zh) * 2009-12-16 2015-01-21 丰田自动车株式会社 燃料电池的控制
FR2962547B1 (fr) 2010-07-08 2012-07-27 Commissariat Energie Atomique Procede de mesure du coefficient de transport electroosmotique d?une membrane echangeuse de protons et dispositif pour la mise en oeuvre d?un tel procede
JP2012064486A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5793031B2 (ja) * 2011-09-05 2015-10-14 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池の活性化方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160172694A1 (en) 2016-06-16
KR20160072047A (ko) 2016-06-22
KR101841328B1 (ko) 2018-03-22
CA2914730A1 (en) 2016-06-12
CN105702983A (zh) 2016-06-22
DE102015121543A1 (de) 2016-06-16
CN105702983B (zh) 2018-06-15
JP2016115460A (ja) 2016-06-23
DE102015121543B4 (de) 2023-03-23
CA2914730C (en) 2018-11-20
US10297843B2 (en) 2019-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140239962A1 (en) Fuel cell inspection method and inspection device
JP5343509B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池の状態検知方法
JP5326423B2 (ja) 燃料電池システム、および、燃料電池の状態検知方法
JP6252459B2 (ja) 燃料電池の検査方法
US10707507B2 (en) Method of inspecting output of fuel cell
JP4886203B2 (ja) 燃料電池スタックの制御方法
JP6170796B2 (ja) 燃料電池の診断方法及び運転方法
JP2013171701A (ja) 燃料電池診断装置、燃料電池システム、および燃料電池診断方法
KR101349022B1 (ko) 연료전지 스택의 촉매 열화 진단 방법
JP6517898B2 (ja) 燃料電池の出力検査方法
JP2006228608A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP4779205B2 (ja) 燃料電池用微短検出方法
US20130004872A1 (en) Method for early detection of membrane failures of fuel cell stacks and fuel cell system component defects
JP6517899B2 (ja) 燃料電池の出力検査方法
JP2014049266A (ja) 燃料電池の電解質膜の抵抗測定方法および測定装置
JP6127946B2 (ja) 燃料電池の検査方法
CN110165256B (zh) 燃料电池的老化装置
JP2023154495A (ja) 燃料電池システム
JP2014185990A (ja) 面圧分布検査装置、面圧分布を検査する方法
WO2021052659A1 (de) Brennstoffzelleneinheit
KR101363399B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법
JP2020113371A (ja) 燃料電池の検査方法
JP2020087505A (ja) 燃料電池の検査装置
JP2005310509A (ja) 高分子電解質型燃料電池の試験方法、および高分子電解質型燃料電池
JP2005129434A (ja) 燃料電池の活性化方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170321

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170518

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: 20171031

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171113

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6252459

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151