JPH01122570A - 燃料電池の寿命予測方法 - Google Patents
燃料電池の寿命予測方法Info
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- JPH01122570A JPH01122570A JP62281887A JP28188787A JPH01122570A JP H01122570 A JPH01122570 A JP H01122570A JP 62281887 A JP62281887 A JP 62281887A JP 28188787 A JP28188787 A JP 28188787A JP H01122570 A JPH01122570 A JP H01122570A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、りん酸電解質型燃料電池を対象とした燃料
電池の寿命予測方法に関する。
電池の寿命予測方法に関する。
（従来の技術〕
周知９ように頭記りん酸電解質型燃料電池は、電極基材
に白金等の貴金属触媒粒子を担持する電極触媒層を成層
殆た構造の燃料極、空気極、およびりん酸電解質を含浸
保持したマトリックス層とから成る単セルを多数個積層
して構成されており、該セルスタックに対し燃料極側に
は水！リッチな燃料ガスを、また空気極側には酸化剤ガ
スとして通常６″！空気を供給ゝ・各電極７０電気化学
的竺応により発電を行うものである。 、 。
に白金等の貴金属触媒粒子を担持する電極触媒層を成層
殆た構造の燃料極、空気極、およびりん酸電解質を含浸
保持したマトリックス層とから成る単セルを多数個積層
して構成されており、該セルスタックに対し燃料極側に
は水！リッチな燃料ガスを、また空気極側には酸化剤ガ
スとして通常６″！空気を供給ゝ・各電極７０電気化学
的竺応により発電を行うものである。 、 。
一方、前記の燃料電池は運転時間の経過とともに種々な
原因でその出力特性が低下し、遂にはその出力電圧があ
らかじめ定めた寿命規定値以、下まで低下して寿命に至
る。またこの経時的な特性劣化は主として電極部の寿命
、特に空気極側での電極部の経時劣化によりもたらされ
るケースが多く、さらに空気極の経時劣化の内容は、電
極触媒層における触媒粒子のシンタリング、凝集等に起
因する劣化と、電極触媒層へのりん酸の過剰な浸透によ
る濡れに起因する劣化とに大別されることが知られてい
る。
原因でその出力特性が低下し、遂にはその出力電圧があ
らかじめ定めた寿命規定値以、下まで低下して寿命に至
る。またこの経時的な特性劣化は主として電極部の寿命
、特に空気極側での電極部の経時劣化によりもたらされ
るケースが多く、さらに空気極の経時劣化の内容は、電
極触媒層における触媒粒子のシンタリング、凝集等に起
因する劣化と、電極触媒層へのりん酸の過剰な浸透によ
る濡れに起因する劣化とに大別されることが知られてい
る。
ところで、燃料電池のセルスタックを構成している単セ
ルは、個々の単セルを製造する工程での仕上がり具合か
ら電極基材、触媒層等に付いてその撥水性、触媒組織の
状態等に微妙なバラツキが生じることが避けら“れず、
したがってセルスタックを構成している単セル、セルブ
ロックの寿命をこもバラツキが生じることになる。
ルは、個々の単セルを製造する工程での仕上がり具合か
ら電極基材、触媒層等に付いてその撥水性、触媒組織の
状態等に微妙なバラツキが生じることが避けら“れず、
したがってセルスタックを構成している単セル、セルブ
ロックの寿命をこもバラツキが生じることになる。
一方、燃料電池発電設備を管理する側から見ると、電池
のアベイラビリティを向上させるためにもセルスタック
を構成している単セル、ないし単セルの複数個を単位と
するセルブロックの運転寿命を事前に把握し、これを基
に燃料電池の単セル。
のアベイラビリティを向上させるためにもセルスタック
を構成している単セル、ないし単セルの複数個を単位と
するセルブロックの運転寿命を事前に把握し、これを基
に燃料電池の単セル。
セルブロック交換時期を的確に予知してその保全計画を
立てることが保全管理上で重要なことである。
立てることが保全管理上で重要なことである。
しかして先記のように単セルの寿命にはバラツキのある
ことから、燃料電池メーカーでの連続運転試験によるデ
ータから同じ仕様の単セルに付いては標準的な運転寿命
が判っていても、このデータを基にしたのでは各個の燃
料電池に付いての寿命を的確に把握することができない
。したがって単セルに寿命のバラツキがあることを踏ま
えた上で、実際に稼働している各個の燃料電池に付いて
そのセルスタックに組み込まれた単セル、セルブロック
の寿命を的確に把握し、そのセル交換時期を予知するこ
とが予防保全上からも必要であるが、従来では現地に据
付けて稼働している燃料電池に対しその単セル、セルブ
ロックの寿命を的確に予測する技術は未だ確立していな
いのが現状である。
ことから、燃料電池メーカーでの連続運転試験によるデ
ータから同じ仕様の単セルに付いては標準的な運転寿命
が判っていても、このデータを基にしたのでは各個の燃
料電池に付いての寿命を的確に把握することができない
。したがって単セルに寿命のバラツキがあることを踏ま
えた上で、実際に稼働している各個の燃料電池に付いて
そのセルスタックに組み込まれた単セル、セルブロック
の寿命を的確に把握し、そのセル交換時期を予知するこ
とが予防保全上からも必要であるが、従来では現地に据
付けて稼働している燃料電池に対しその単セル、セルブ
ロックの寿命を的確に予測する技術は未だ確立していな
いのが現状である。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、現
に稼働している燃料電池に付いて、そのセルスタックに
組み込まれている単セル、ないしセルブロックにおける
電極部、特にセル寿命に大きな影響を及ぼす空気極側の
電極部に対する劣化の進行度合、並びにその将来値を把
握してセル寿命を的確に予測できるようにし゛た燃料電
池の寿命予測方法を提供することにある。
に稼働している燃料電池に付いて、そのセルスタックに
組み込まれている単セル、ないしセルブロックにおける
電極部、特にセル寿命に大きな影響を及ぼす空気極側の
電極部に対する劣化の進行度合、並びにその将来値を把
握してセル寿命を的確に予測できるようにし゛た燃料電
池の寿命予測方法を提供することにある。
上記問題点を解決するために、この発明はセルスタック
の各車セルないし複数個の単セルを単位とするセルブロ
ックに付いて、定常運転時の出力電圧、および酸化剤ガ
スの酸素濃度を定常運転時よりも高めた運転状態での出
力電圧を適時測定し、各出力電圧、並びに宗門運転と高
酸素濃度運転の出力電圧差の経時変化パターンを基に空
気極側の電極触媒の劣化、および電極あ電解質による過
剰な濡れに起因する出力特性低下の度合、並びにその将
来値を見積りして電池寿命を予測判定するようにしたも
のである。
の各車セルないし複数個の単セルを単位とするセルブロ
ックに付いて、定常運転時の出力電圧、および酸化剤ガ
スの酸素濃度を定常運転時よりも高めた運転状態での出
力電圧を適時測定し、各出力電圧、並びに宗門運転と高
酸素濃度運転の出力電圧差の経時変化パターンを基に空
気極側の電極触媒の劣化、および電極あ電解質による過
剰な濡れに起因する出力特性低下の度合、並びにその将
来値を見積りして電池寿命を予測判定するようにしたも
のである。
先述のように単セル電極部の劣化に付いては触媒層自身
の劣化、電解質の過剰な浸透による濡れ等が挙げられる
。ここで前者の触媒の劣化が原因となる出力特性の経時
な低下は、セル出力電圧の減少の割合が運転初期に大き
く現れ、運転時間の経過とともに極端に小さくなる傾向
を示すことが知られている。これに対して後者の電解質
の濡れ性に付いては、単セル製造過程でのバラツキによ
る電極基材、触媒層の撥水性の良否により個々の単セル
毎にその経時的な速度、パターンが異なる。
の劣化、電解質の過剰な浸透による濡れ等が挙げられる
。ここで前者の触媒の劣化が原因となる出力特性の経時
な低下は、セル出力電圧の減少の割合が運転初期に大き
く現れ、運転時間の経過とともに極端に小さくなる傾向
を示すことが知られている。これに対して後者の電解質
の濡れ性に付いては、単セル製造過程でのバラツキによ
る電極基材、触媒層の撥水性の良否により個々の単セル
毎にその経時的な速度、パターンが異なる。
したがってセルの寿命を事前に的確に予測するには、運
転経過に伴う触媒自身の劣化パターンは勿論のこと、特
に電解質の濡れ性による特性劣化がどのようなパターン
で変化して行くかを明確に把握することが必要である。
転経過に伴う触媒自身の劣化パターンは勿論のこと、特
に電解質の濡れ性による特性劣化がどのようなパターン
で変化して行くかを明確に把握することが必要である。
一方、燃料電池の出力電圧Ｖは定量的に次式のように表
される。
される。
Ｖ’＝Ｅ−η、−η。−η。。ｎｃ−η＝ ｒ−−−−
−−−（ｔ）但し、Ｅ ：電気化学的平衡電位。
−−−（ｔ）但し、Ｅ ：電気化学的平衡電位。
η、：燃料極側の分極。
ηＣ：空気極側の活性化分極。
ηｃｏｆｉｅ：空気極側の濃度分極。
ηｉｒ ’抵抗分極。
さらにｆｌ１式におけるη。、ηＣ６ｆｉＣは次式のよ
うに表される。
うに表される。
ηｃ ＝ ｂｌｏｇ −ｂｌｏｇ Ｐ
Ｗｐｔ−Ｓ、・１０ ・・−・−−−一−−−−−−−・−−−−−・−−−
−−４２）ＦＫＰ−ｉ 但し、ｂ：ターフエルスロープ。
Ｗｐｔ−Ｓ、・１０ ・・−・−−−一−−−−−−−・−−−−−・−−−
−−４２）ＦＫＰ−ｉ 但し、ｂ：ターフエルスロープ。
Ｗｐｔ：空気極の白金粒子担持量。
Ｓｇ ：空気極の白金比表面積。
Ｒ：ガス定数。
Ｆ：ファラデ一定数。
Ｔ：運転温度。
Ｋ：酸素の物質移動係数。
Ｐ：セル内の酸素平均分圧。
ｉ：電流密度。
ｉｏ ：交換電流密度。
ところで、空気極の触媒劣化は白金触媒粒子のシンタリ
ング、凝集等により、（２）式中のＷｐｔもしくはＳ９
のいずれか一方が減少することにより発生する。また空
気極側の電極触媒層を模式図として表すと第７図のよう
になる。なお前記（３）式におけるＫは図中におけるガ
ススペース側から電極触媒層内の活性点に至るまでの酸
素の物質移動係数であって、この値はりん酸液膜の厚さ
Ｌに反比例する。したがって電解質による触媒層の濡れ
が過剰になるほど前記の係数にの値は小さくなる。
ング、凝集等により、（２）式中のＷｐｔもしくはＳ９
のいずれか一方が減少することにより発生する。また空
気極側の電極触媒層を模式図として表すと第７図のよう
になる。なお前記（３）式におけるＫは図中におけるガ
ススペース側から電極触媒層内の活性点に至るまでの酸
素の物質移動係数であって、この値はりん酸液膜の厚さ
Ｌに反比例する。したがって電解質による触媒層の濡れ
が過剰になるほど前記の係数にの値は小さくなる。
一方、燃料電池の空気極に供給する酸化剤ガスは一般に
空気を用いており、（２）、 （３１式における酸素平
均分圧Ｐは通常０．１３〜０．１７の範囲にある。これ
に対して酸化剤ガスとして空気よりも酸素濃度が高い酸
化剤ガスを供給し、ここで酸素平均分圧Ｐ＝０．５以上
とすると、Ｋｐ＞＞ｉとなり、（３）式よりη。。、ｌ
ｃ＃０となる。またこの場合の出力電圧をｖｏとすれば
、Ｖｏは次式で表される。
空気を用いており、（２）、 （３１式における酸素平
均分圧Ｐは通常０．１３〜０．１７の範囲にある。これ
に対して酸化剤ガスとして空気よりも酸素濃度が高い酸
化剤ガスを供給し、ここで酸素平均分圧Ｐ＝０．５以上
とすると、Ｋｐ＞＞ｉとなり、（３）式よりη。。、ｌ
ｃ＃０となる。またこの場合の出力電圧をｖｏとすれば
、Ｖｏは次式で表される。
一η８−ηｌｒ −−−−−・−−−−−−−・・−−
−−−一・−・−・−・・−・−（４）一方、空気極に
酸化剤ガスとして空気を供給する通常の運転条件での出
力電圧を■、とすると、Ｖｌ＝Ｅ−ｂｌｏｇ
−ｂｌｏｇ ＰＷｐｔ ’ Ｓ ｏ・１０ ＦＫＰ−ｉ ・−・−・−・−−−−−一−−−−・−・−−−−−
−−−−（５１また。前記（４１； （５１式より出力
電圧差ｖ０−ｖ、は０．５２ＦＫＰ−ｉ −・−・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−（６１ここで（４）式より出力電圧ｖ０
は主としてｗ ｐｔ＋Ｓｇの値、つまり空気極側の触媒
の状態により決まり、さらに（６）式より出力電圧差Ｖ
、−Ｖｌ は酸素の物質移動係数にの変化、つまり空気
極の電解質による濡れの状態の良否によって変化するこ
とが判る。したがって酸素平均分圧Ｐの高い高酸素濃度
の酸化剤ガスを供給し状態での出力電圧ｖ０を測定する
ことにより、この値から逆に空気極側での触媒劣化状態
が把握できる。また前記出力電圧ｖ０から通常運転条件
での出力電圧Ｖ、を引いた電圧差Ｖ ｏ Ｖ ｌを求
めることにより、この値から逆に空気極の電極部の電解
質による濡れの状態を把握することができる。
−−−一・−・−・−・・−・−（４）一方、空気極に
酸化剤ガスとして空気を供給する通常の運転条件での出
力電圧を■、とすると、Ｖｌ＝Ｅ−ｂｌｏｇ
−ｂｌｏｇ ＰＷｐｔ ’ Ｓ ｏ・１０ ＦＫＰ−ｉ ・−・−・−・−−−−−一−−−−・−・−−−−−
−−−−（５１また。前記（４１； （５１式より出力
電圧差ｖ０−ｖ、は０．５２ＦＫＰ−ｉ −・−・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−（６１ここで（４）式より出力電圧ｖ０
は主としてｗ ｐｔ＋Ｓｇの値、つまり空気極側の触媒
の状態により決まり、さらに（６）式より出力電圧差Ｖ
、−Ｖｌ は酸素の物質移動係数にの変化、つまり空気
極の電解質による濡れの状態の良否によって変化するこ
とが判る。したがって酸素平均分圧Ｐの高い高酸素濃度
の酸化剤ガスを供給し状態での出力電圧ｖ０を測定する
ことにより、この値から逆に空気極側での触媒劣化状態
が把握できる。また前記出力電圧ｖ０から通常運転条件
での出力電圧Ｖ、を引いた電圧差Ｖ ｏ Ｖ ｌを求
めることにより、この値から逆に空気極の電極部の電解
質による濡れの状態を把握することができる。
したがって先記のように、セルスタックの各車セルない
し複数個の単セルを単位とするセルブロックに付いて、
空気を供給する定常運転時の出力電圧Ｖ Ｈ１および酸
化剤ガスの酸素濃度を定常運転時よりも高めた運転状態
（好ましくは酸化剤ガスの酸素濃度が５０％以上）での
出力電圧ｖ０を時間的間隔を置いて適時測定することに
より、該電圧ｖ０を基にセル空気極の触媒劣化に起因す
る電池特性の劣化の度合を見極めることができ、かつ同
時にこの触媒性能による出力電圧の劣化パターンは運転
時間の経過に対して略直線的となることが知られている
ので前記電圧Ｖ０の将来値も容易に予測できる。また同
様な手法によって出力電圧差■。−■、を基に空気極の
過剰な濡れに起因する電池特性の劣化度合、並びに将来
に亙るその特性変化のパターンも的確に把握することが
でき、これを基に稼働中の燃料電池に付いてその単セル
。
し複数個の単セルを単位とするセルブロックに付いて、
空気を供給する定常運転時の出力電圧Ｖ Ｈ１および酸
化剤ガスの酸素濃度を定常運転時よりも高めた運転状態
（好ましくは酸化剤ガスの酸素濃度が５０％以上）での
出力電圧ｖ０を時間的間隔を置いて適時測定することに
より、該電圧ｖ０を基にセル空気極の触媒劣化に起因す
る電池特性の劣化の度合を見極めることができ、かつ同
時にこの触媒性能による出力電圧の劣化パターンは運転
時間の経過に対して略直線的となることが知られている
ので前記電圧Ｖ０の将来値も容易に予測できる。また同
様な手法によって出力電圧差■。−■、を基に空気極の
過剰な濡れに起因する電池特性の劣化度合、並びに将来
に亙るその特性変化のパターンも的確に把握することが
でき、これを基に稼働中の燃料電池に付いてその単セル
。
ないしセルブロックの寿命を予測し、セル交換時期の的
確に予知して事前に保全計画を立てることが可能となる
。
確に予知して事前に保全計画を立てることが可能となる
。
第１図は本発明の方法を実施するための燃料電池に対す
る酸化剤ガス供給系統図を示すものであり、図において
１は電極基材２ａに電極触媒層２ｂを成層した空気極２
．電極基材３ａに電極触媒層３ｂを成層した燃料極３．
および電解質を含浸保持したマトリックス層４とから成
る単セルであり、この単セル１を多数個積層してセルス
タック５を構成している。また２ｃ、’ ３ｃは電極基
材２ａ、 ３ａに形成した酸化剤ガス、燃料ガスの供給
スペース、６．７はセルスタック５に周側面に配備した
酸化剤ガス給排用のマニホールドである。なお、図示例
の単セルはリブ付きセパレータ式として電極基材がガス
不透過性のものを用いた例を示したが、電極基材を多孔
質としたリブ付き電極方式のものもある。
る酸化剤ガス供給系統図を示すものであり、図において
１は電極基材２ａに電極触媒層２ｂを成層した空気極２
．電極基材３ａに電極触媒層３ｂを成層した燃料極３．
および電解質を含浸保持したマトリックス層４とから成
る単セルであり、この単セル１を多数個積層してセルス
タック５を構成している。また２ｃ、’ ３ｃは電極基
材２ａ、 ３ａに形成した酸化剤ガス、燃料ガスの供給
スペース、６．７はセルスタック５に周側面に配備した
酸化剤ガス給排用のマニホールドである。なお、図示例
の単セルはリブ付きセパレータ式として電極基材がガス
不透過性のものを用いた例を示したが、電極基材を多孔
質としたリブ付き電極方式のものもある。
かかる燃料電池に対し、前記の酸化剤ガス供給側のマニ
ホールド６には空気ブロア８．開閉弁９を含む空気供給
ライン１０、および酸素濃度が５０％以上である酸化剤
ガスを充填したボンベ１１．開閉弁１２を含む高酸素濃
度のガス供給ライン１３が配管接続されている。一方、
図示されてないがセルスタック５を構成している各車セ
ル１．あるいは単セルの数個を単位とするセルブロック
毎にその端子に接続して出力電圧を測定する電位計が装
備されている。
ホールド６には空気ブロア８．開閉弁９を含む空気供給
ライン１０、および酸素濃度が５０％以上である酸化剤
ガスを充填したボンベ１１．開閉弁１２を含む高酸素濃
度のガス供給ライン１３が配管接続されている。一方、
図示されてないがセルスタック５を構成している各車セ
ル１．あるいは単セルの数個を単位とするセルブロック
毎にその端子に接続して出力電圧を測定する電位計が装
備されている。
ここで、通常の運転時には開閉弁９を開き、空気ブロア
８を運転して酸化剤ガスとして大気中より取り込んだ空
気をセルスタック５の空気極側に供給して発電を行う。
８を運転して酸化剤ガスとして大気中より取り込んだ空
気をセルスタック５の空気極側に供給して発電を行う。
またこの発電状態では電位計により先記した出力電圧■
、が常時測定されている。一方、適当な時点で一時的に
弁９を閉じるとともに弁１２を開放して高酸素濃度の酸
化剤ガスをセルスタック５の空気極側に送り込み、この
状態で電位計により先記した出力電圧ｖ０を測定する。
、が常時測定されている。一方、適当な時点で一時的に
弁９を閉じるとともに弁１２を開放して高酸素濃度の酸
化剤ガスをセルスタック５の空気極側に送り込み、この
状態で電位計により先記した出力電圧ｖ０を測定する。
またこのような操作を適当な時間間隔を置いて適時繰り
返して行い、出力電圧Ｖ Ｉ、 Ｖ ０および電圧差Ｖ
。−Ｖ、の経時的な変化を得る。
返して行い、出力電圧Ｖ Ｉ、 Ｖ ０および電圧差Ｖ
。−Ｖ、の経時的な変化を得る。
ここで高酸素濃度運転時における出力電圧ｖ０の測定値
を基にその経時変化のパターンを表すと第２図のごとく
である。なお図中Ｘ印は電圧の実測値、実線は測定値を
結んで得た実測領域の経時パターン、点線は実線の経時
パターン゛を延長した予測領域のパターンを示している
。すなわち出力電圧Ｖ′。は先述のように空気極側の触
媒性能Ｇご対応した出力電圧を表し、かつ運転時間（ｌ
ｏｇｔ’）に対する実測領域での経時パターンは図示の
ように略直線を示すことから、・引き続いて継続運転し
た場合の将来値を予測するパターンは点線で表すように
実線領域をそのまま延長して描くことに”より容易に求
めることができ゛る。 □ 一方、定常運転条件での出力電圧■１と高酸素濃度運転
時の出力電圧■。とめ電圧差゛■。−Ｖｌの経時パター
ンを示す゛と第３図、あるいは第４図のよう゛になる。
を基にその経時変化のパターンを表すと第２図のごとく
である。なお図中Ｘ印は電圧の実測値、実線は測定値を
結んで得た実測領域の経時パターン、点線は実線の経時
パターン゛を延長した予測領域のパターンを示している
。すなわち出力電圧Ｖ′。は先述のように空気極側の触
媒性能Ｇご対応した出力電圧を表し、かつ運転時間（ｌ
ｏｇｔ’）に対する実測領域での経時パターンは図示の
ように略直線を示すことから、・引き続いて継続運転し
た場合の将来値を予測するパターンは点線で表すように
実線領域をそのまま延長して描くことに”より容易に求
めることができ゛る。 □ 一方、定常運転条件での出力電圧■１と高酸素濃度運転
時の出力電圧■。とめ電圧差゛■。−Ｖｌの経時パター
ンを示す゛と第３図、あるいは第４図のよう゛になる。
すなわち先述のように出力電圧差■！□−Ｖ’ｌ は空
気極の電解質による濡れ性、したがって電極基材、触媒
層のＩΩ水性のバラツキにより異なる。したがっ“て撥
水性が゛低い場谷゛には触媒層への電解質の浸透が時間
の経過とともに増大するので出力電圧差Ｖ。−ｖＩの経
時パターンは第３図のように運転時間の経過に対して略
直線的に増加する傾向を示す。これにより実線で示す実
測領域パターンの勾配から実測領域のパターンを延長す
ることで点線領域で表した将来値を容易に予測できる。
気極の電解質による濡れ性、したがって電極基材、触媒
層のＩΩ水性のバラツキにより異なる。したがっ“て撥
水性が゛低い場谷゛には触媒層への電解質の浸透が時間
の経過とともに増大するので出力電圧差Ｖ。−ｖＩの経
時パターンは第３図のように運転時間の経過に対して略
直線的に増加する傾向を示す。これにより実線で示す実
測領域パターンの勾配から実測領域のパターンを延長す
ることで点線領域で表した将来値を容易に予測できる。
また電解質基材、触媒層の撥水性が高い場合には、第４
図のように電圧差■。−Ｖｌは運転開始の初期状態から
殆ど増加しないか（特性線Ａ）、もしくは増加しても比
較短期間の間に安定して略一定値（特性線Ｂ）に落ち着
くような傾向を示す。したがって第３図、第４図のいず
れの場合でもその実測領域のパターンから点線領域で表
す出力電圧差Ｖ ０Ｖ ＋の将来値を容易に予測するこ
とかで基、かつ第２図と併せて定゛常運転を長期継続し
た場合□における出力電圧Ｖ、の将来値。
図のように電圧差■。−Ｖｌは運転開始の初期状態から
殆ど増加しないか（特性線Ａ）、もしくは増加しても比
較短期間の間に安定して略一定値（特性線Ｂ）に落ち着
くような傾向を示す。したがって第３図、第４図のいず
れの場合でもその実測領域のパターンから点線領域で表
す出力電圧差Ｖ ０Ｖ ＋の将来値を容易に予測するこ
とかで基、かつ第２図と併せて定゛常運転を長期継続し
た場合□における出力電圧Ｖ、の将来値。
つまり稼働中の燃料電池に組み込まれている単セル“、
ないしセルブロックに付いての寿命を事前に予゛測して
その交換時期が的確に予知できるようになる。
ないしセルブロックに付いての寿命を事前に予゛測して
その交換時期が的確に予知できるようになる。
第５図、第６図は前記した各出力電圧■。、■。
の実測値、およびその予測値を基に空気極側触媒層の撥
水性が不良なセル、および撥水性が良好なセルに付いて
のセル寿命を予測した模式図を表すものであり、本発明
の予測方法を実施することにより、燃料電池を定常運転
条件で運転をｍ続した場合にその出力電圧Ｖ１が許容限
界値として定めた仕様上での寿命規定値まで低下する寿
命時期を事前に予測できることが容易に理解される。
水性が不良なセル、および撥水性が良好なセルに付いて
のセル寿命を予測した模式図を表すものであり、本発明
の予測方法を実施することにより、燃料電池を定常運転
条件で運転をｍ続した場合にその出力電圧Ｖ１が許容限
界値として定めた仕様上での寿命規定値まで低下する寿
命時期を事前に予測できることが容易に理解される。
以上述べたようにこの発明は、セルスタックの各車セル
ないし複数個の単セルを単位とするセルブロックに付い
て、定常運転時の出力電圧、および酸化剤ガスの酸素濃
度を定常運転時よりも高めた運転状態での出力電圧を適
時測定し、各出力電圧、並びに定常運転と高酸素濃度運
転の出力電圧差の経時変化パターンを基に空気極側の電
極触媒の劣化、および電極の電解質による過剰な濡れに
起因する出力特性低下の度合、並びにその将来値を見積
りして電池寿命を予測判定するようにしたものであり、
これにより稼働中の燃料電池に付いて、単セル、ないし
セルブロック毎にその寿命を予測することができ、これ
を基にセル交換時期を的確に予知して燃料電池のアベイ
ラビリティの向上を図ることができる。
ないし複数個の単セルを単位とするセルブロックに付い
て、定常運転時の出力電圧、および酸化剤ガスの酸素濃
度を定常運転時よりも高めた運転状態での出力電圧を適
時測定し、各出力電圧、並びに定常運転と高酸素濃度運
転の出力電圧差の経時変化パターンを基に空気極側の電
極触媒の劣化、および電極の電解質による過剰な濡れに
起因する出力特性低下の度合、並びにその将来値を見積
りして電池寿命を予測判定するようにしたものであり、
これにより稼働中の燃料電池に付いて、単セル、ないし
セルブロック毎にその寿命を予測することができ、これ
を基にセル交換時期を的確に予知して燃料電池のアベイ
ラビリティの向上を図ることができる。
第１図は本発明の方法を実施するための燃料電池の酸化
剤ガス供給系統図、第２図は高酸素濃度運転での出力電
圧の経時パターン図、第３図、第４図はそれぞれ撥水性
が低いセル、撥水性が高いセルに付いての定常運転と高
酸素濃度運転との間の出力電圧差の経時パターン図、第
５図、第６図は前記各経時パターン図を基に撥水性が不
良なセルと撥水性が良好なセルに付いてのセル寿命を予
測した模式図、第７図は空気極触媒層の模式図である。 各図において、□ に単セル、２：空気極、３：燃料極、４：マトリックス
層、５；セルスタック、１０：空気供給ライン、１３：
高酸素濃度の酸化剤ガス供給ライン、ｖｌ ：定常運転
条件での出力電圧、■。：高酸素濃度運転条件での出力
電圧。
剤ガス供給系統図、第２図は高酸素濃度運転での出力電
圧の経時パターン図、第３図、第４図はそれぞれ撥水性
が低いセル、撥水性が高いセルに付いての定常運転と高
酸素濃度運転との間の出力電圧差の経時パターン図、第
５図、第６図は前記各経時パターン図を基に撥水性が不
良なセルと撥水性が良好なセルに付いてのセル寿命を予
測した模式図、第７図は空気極触媒層の模式図である。 各図において、□ に単セル、２：空気極、３：燃料極、４：マトリックス
層、５；セルスタック、１０：空気供給ライン、１３：
高酸素濃度の酸化剤ガス供給ライン、ｖｌ ：定常運転
条件での出力電圧、■。：高酸素濃度運転条件での出力
電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃料極、空気極、および電解質を含浸保持したマト
リックス層から成る単セルの多数個を積層したセルスタ
ックに対し、燃料極、空気極にそれぞれ燃料ガス、酸化
剤ガスとしての空気を供給して発電させる燃料電池の寿
命予測方法であって、セルスタックの各単セルないし複
数個の単セルを単位とするセルブロックに付いて、定常
運転時の出力電圧、および酸化剤ガスの酸素濃度を定常
運転時よりも高めた運転状態での出力電圧を適時測定し
、各出力電圧、並びに定常運転と高酸素濃度運転の出力
電圧差の経時変化パターンを基に空気極側の電極触媒の
劣化、および電極の電解質による過剰な濡れに起因する
出力特性低下の度合、並びにその将来値を見積りして電
池寿命を予測判定することを特徴とする燃料電池の寿命
予測方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の寿命予測方法において
、高酸素濃度運転の際にセルスタックの空気極側に供給
する酸化剤ガスの酸素濃度を５０％以上とすることを特
徴とする燃料電池の寿命予測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281887A JPH01122570A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 燃料電池の寿命予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281887A JPH01122570A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 燃料電池の寿命予測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122570A true JPH01122570A (ja) | 1989-05-15 |
Family
ID=17645352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62281887A Pending JPH01122570A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 燃料電池の寿命予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01122570A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098076A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| US7422811B2 (en) | 2003-11-18 | 2008-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell life predicting device and fuel cell system |
| JP2012204125A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Osaka Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池システム |
| US8660827B2 (en) | 2009-03-31 | 2014-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of creating particle size distribution model, method of predicting degradation of fuel cell catalyst using the method of creating particle size distribution model, and method of controlling fuel cell using the method of predicting degradation of fuel cell catalyst |
| JP2017090224A (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 株式会社島津製作所 | ガス分析用セル及びガス分析システム |
-
1987
- 1987-11-07 JP JP62281887A patent/JPH01122570A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7422811B2 (en) | 2003-11-18 | 2008-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell life predicting device and fuel cell system |
| JP2008098076A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| US8660827B2 (en) | 2009-03-31 | 2014-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of creating particle size distribution model, method of predicting degradation of fuel cell catalyst using the method of creating particle size distribution model, and method of controlling fuel cell using the method of predicting degradation of fuel cell catalyst |
| US8843355B2 (en) | 2009-03-31 | 2014-09-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of controlling fuel cell using the method of predicting degradation of fuel cell catalyst |
| US9002689B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-04-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of predicting degradation of fuel cell catalyst using the method of creating particle size distribution model |
| JP2012204125A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Osaka Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池システム |
| JP2017090224A (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 株式会社島津製作所 | ガス分析用セル及びガス分析システム |
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