JPH11345624A - 燃料電池の作動方法 - Google Patents
燃料電池の作動方法Info
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- JPH11345624A JPH11345624A JP10150988A JP15098898A JPH11345624A JP H11345624 A JPH11345624 A JP H11345624A JP 10150988 A JP10150988 A JP 10150988A JP 15098898 A JP15098898 A JP 15098898A JP H11345624 A JPH11345624 A JP H11345624A
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- fuel
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化水素系の原料を改質した燃料ガスを、燃
料電池の燃料に用いる場合に問題となるＣＯ被毒による
電池性能の低下を回避あるいは復活させる燃料電池の作
動方法。 【解決手段】 高分子電解質と、前記高分子電解質を挟
んで配置した空気極と燃料極とを備えた単電池を、ガス
供給溝およびマニホルド部を有するセパレータを介して
積み重ね、炭化水素系の原料ガスを改質して得られる燃
料ガスおよび酸化剤ガスを導入して直流電力を発生する
燃料電池において、電池の出力電圧を一時的に強制低下
させることにより、燃料極に吸着したＣＯを除去する。
料電池の燃料に用いる場合に問題となるＣＯ被毒による
電池性能の低下を回避あるいは復活させる燃料電池の作
動方法。 【解決手段】 高分子電解質と、前記高分子電解質を挟
んで配置した空気極と燃料極とを備えた単電池を、ガス
供給溝およびマニホルド部を有するセパレータを介して
積み重ね、炭化水素系の原料ガスを改質して得られる燃
料ガスおよび酸化剤ガスを導入して直流電力を発生する
燃料電池において、電池の出力電圧を一時的に強制低下
させることにより、燃料極に吸着したＣＯを除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の中でも
特に高分子電解質型燃料電池の作動方法に関する。
特に高分子電解質型燃料電池の作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、燃料電池の燃料は、都市ガスある
いはメタノールを改質した燃料ガスが用いられる。しか
しながら、特に高分子電解質型燃料電池（以下ＰＥＦＣ
と略す）の場合、燃料極には通常白金触媒が用いらるた
め、燃料ガス中に含まれる微量の一酸化炭素によって、
白金触媒が被毒され触媒活性が低下し、電池性能の大幅
な劣化が生じることが課題となっている。
いはメタノールを改質した燃料ガスが用いられる。しか
しながら、特に高分子電解質型燃料電池（以下ＰＥＦＣ
と略す）の場合、燃料極には通常白金触媒が用いらるた
め、燃料ガス中に含まれる微量の一酸化炭素によって、
白金触媒が被毒され触媒活性が低下し、電池性能の大幅
な劣化が生じることが課題となっている。
【０００３】この現象を回避するため、いろいろな方法
が提案されている。その一つに、燃料ガス中のＣＯを、
電池導入前にＰｄ薄膜によって除去する水素分離法があ
る。この方法は、水素分離膜を挟んで一方の側に一定の
圧力を加え、選択的に水素のみを透過させる方法であ
る。この方法を用いると水素以外のガスは透過しないた
め、純水素のみが得られる。この方法は、半導体製造用
のプラントなどで実用化されおり、ＰＥＦＣ用としても
一部で開発が行われている。
が提案されている。その一つに、燃料ガス中のＣＯを、
電池導入前にＰｄ薄膜によって除去する水素分離法があ
る。この方法は、水素分離膜を挟んで一方の側に一定の
圧力を加え、選択的に水素のみを透過させる方法であ
る。この方法を用いると水素以外のガスは透過しないた
め、純水素のみが得られる。この方法は、半導体製造用
のプラントなどで実用化されおり、ＰＥＦＣ用としても
一部で開発が行われている。
【０００４】これ以外、燃料ガス中のＣＯ濃度の低減方
法としては、いわゆるＣＯ変成法が提案されている。こ
れはメタノールあるいは都市ガスを水蒸気改質し、そこ
で得た改質ガスを、ＣＯ変成触媒を用いてＣＯの除去を
行うものである（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。通常
この方法では、ガス中のＣＯ濃度を０．４〜１．５％に
まで低減することができる。この程度までＣＯを低減で
きれば、同じＰｔ電極触媒を用いるリン酸型燃料電池用
の燃料としては使用可能である。しかしながら、ＰＥＦ
Ｃでもちいる燃料極の白金触媒の被毒を防止するために
は、ＣＯ濃度を少なくとも数十ｐｐｍレベルにまでする
必要があり、上記のＣＯ変成法だけではＰＥＦＣ用の燃
料ガスとして使用するには不十分である。
法としては、いわゆるＣＯ変成法が提案されている。こ
れはメタノールあるいは都市ガスを水蒸気改質し、そこ
で得た改質ガスを、ＣＯ変成触媒を用いてＣＯの除去を
行うものである（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。通常
この方法では、ガス中のＣＯ濃度を０．４〜１．５％に
まで低減することができる。この程度までＣＯを低減で
きれば、同じＰｔ電極触媒を用いるリン酸型燃料電池用
の燃料としては使用可能である。しかしながら、ＰＥＦ
Ｃでもちいる燃料極の白金触媒の被毒を防止するために
は、ＣＯ濃度を少なくとも数十ｐｐｍレベルにまでする
必要があり、上記のＣＯ変成法だけではＰＥＦＣ用の燃
料ガスとして使用するには不十分である。
【０００５】そこで、ＣＯ変成後のガスに，あらためて
酸素（空気）を導入し、２００〜３００℃で酸化触媒を
用いて、さらにＣＯを酸化除去する提案がなされてい
る。ここで用いる酸化触媒としては、貴金属を担持した
アルミナ触媒等が提案されている。しかし、水素中の微
量ＣＯを、選択的かつ完全に酸化することは、非常に困
難である。
酸素（空気）を導入し、２００〜３００℃で酸化触媒を
用いて、さらにＣＯを酸化除去する提案がなされてい
る。ここで用いる酸化触媒としては、貴金属を担持した
アルミナ触媒等が提案されている。しかし、水素中の微
量ＣＯを、選択的かつ完全に酸化することは、非常に困
難である。
【０００６】この他、燃料ガスに直接空気を混入し、燃
料極でＣＯを酸化除去する方法も提案されている。この
方法は複雑な燃料ガス処理系が不必要であることから、
コンパクト性の点では優れているが、完全にＣＯを除去
することは困難である。
料極でＣＯを酸化除去する方法も提案されている。この
方法は複雑な燃料ガス処理系が不必要であることから、
コンパクト性の点では優れているが、完全にＣＯを除去
することは困難である。
【０００７】この他、電極触媒を変えてＣＯ被毒に強い
合金触媒を用いることもいろいろ検討されているが、現
状ではその性能は不十分であり、全くＣＯを吸着しない
ような電極触媒を開発することは困難である。
合金触媒を用いることもいろいろ検討されているが、現
状ではその性能は不十分であり、全くＣＯを吸着しない
ような電極触媒を開発することは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＰｄ膜のような
金属水素化物膜を用いる方法は、高純度の水素が得られ
るためＰＥＦＣの燃料としては最適である。しかしなが
ら、非常に高価なＰｄ膜を用いるため、コスト面で課題
がある。また、基本的には圧力差により水素を得るため
装置の構造が複雑になるという課題もある。
金属水素化物膜を用いる方法は、高純度の水素が得られ
るためＰＥＦＣの燃料としては最適である。しかしなが
ら、非常に高価なＰｄ膜を用いるため、コスト面で課題
がある。また、基本的には圧力差により水素を得るため
装置の構造が複雑になるという課題もある。
【０００９】一方、ＣＯ変成とＣＯ酸化あるいは燃料ガ
スに空気を混入する方法を用いても、ＰＥＦＣの燃料と
して使用できる程度まで、十分にＣＯ濃度を低減するこ
とは困難である。特に、燃料電池起動時には大量のＣＯ
が燃料ガス中に含まれる危険性があり、十分時間をおい
て性能が安定してから燃料電池に導入するか、起動用の
水素ボンベを別に用意する必要がある。また、通常運転
時においても徐々にＣＯが燃料極に蓄積され電池性能が
低下する。一旦電池性能が低下してしまえば電池性能は
そのままでは復活せず、燃料電池の運転を一時中止し
て、大量の空気を導入してＣＯを酸化除去するか、電極
ごと交換する必要がある。
スに空気を混入する方法を用いても、ＰＥＦＣの燃料と
して使用できる程度まで、十分にＣＯ濃度を低減するこ
とは困難である。特に、燃料電池起動時には大量のＣＯ
が燃料ガス中に含まれる危険性があり、十分時間をおい
て性能が安定してから燃料電池に導入するか、起動用の
水素ボンベを別に用意する必要がある。また、通常運転
時においても徐々にＣＯが燃料極に蓄積され電池性能が
低下する。一旦電池性能が低下してしまえば電池性能は
そのままでは復活せず、燃料電池の運転を一時中止し
て、大量の空気を導入してＣＯを酸化除去するか、電極
ごと交換する必要がある。
【００１０】このようなＣＯによる電池性能の低下を回
避あるいは復活させるための、容易で効果の高い燃料電
池の作動方法が望まれている。
避あるいは復活させるための、容易で効果の高い燃料電
池の作動方法が望まれている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明は、水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の両面に配した触媒反応層を有する
電極層とを具備した固体高分子型燃料電池の作動方法で
あって、前記固体高分子型燃料電池の出力電圧を強制的
に低下させることで、前記電極層の触媒活性を高めるこ
とを特徴とする。
め、本発明は、水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の両面に配した触媒反応層を有する
電極層とを具備した固体高分子型燃料電池の作動方法で
あって、前記固体高分子型燃料電池の出力電圧を強制的
に低下させることで、前記電極層の触媒活性を高めるこ
とを特徴とする。
【００１２】このとき、電池の出力電圧を、単セル当た
り０Ｖ以上でかつ０．３Ｖ以下まで低下させることが望
ましい。
り０Ｖ以上でかつ０．３Ｖ以下まで低下させることが望
ましい。
【００１３】また、電池の出力電圧を連続して断続的に
低下させることが有効である。
低下させることが有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池の作動方法は、
水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、前記高分子電解
質膜の両面に配した触媒反応層を有する電極層とを具備
した固体高分子型燃料電池で、炭化水素系の原料ガスを
改質して得られる燃料ガスと、酸化剤ガスとを導入し、
直流電力を発生する動作において、電池の出力電圧を適
時、強制的に低下させることにより、触媒反応部に吸着
した一酸化炭素を除去することで触媒活性を回復し、電
池の出力特性を維持するものである。
水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、前記高分子電解
質膜の両面に配した触媒反応層を有する電極層とを具備
した固体高分子型燃料電池で、炭化水素系の原料ガスを
改質して得られる燃料ガスと、酸化剤ガスとを導入し、
直流電力を発生する動作において、電池の出力電圧を適
時、強制的に低下させることにより、触媒反応部に吸着
した一酸化炭素を除去することで触媒活性を回復し、電
池の出力特性を維持するものである。
【００１５】本発明の作動法を用いると、これまで起動
時に必要であった起動用の水素処理を省略することがで
きる。また、一旦ＣＯ被毒により燃料電池の性能が低下
しても、触媒に吸着したＣＯを容易に除去でき、電池性
能を回復させることができる。
時に必要であった起動用の水素処理を省略することがで
きる。また、一旦ＣＯ被毒により燃料電池の性能が低下
しても、触媒に吸着したＣＯを容易に除去でき、電池性
能を回復させることができる。
【００１６】以下、本発明の燃料電池の作動方法につい
て図面を参照して述べる。
て図面を参照して述べる。
【００１７】
【実施例】（実施例１）まず、以下の方法で高分子電解
質型燃料電池を構成した。アセチレンブラック系カ−ボ
ン粉末に、平均粒径約３０ の白金粒子を２５重量％担
持したものを反応電極の触媒とした。この触媒粉末をイ
ソプロパノ−ルに分散させた溶液に、パーフルオロカー
ボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散したデ
ィスパージョン溶液を混合し、ペースト状にした。この
ペーストを原料としスクリ−ン印刷法をもちいて、厚み
２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に電極触媒層を
形成した。形成後の反応電極中に含まれる白金量は０．
５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンスルホン酸の量
は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整した。
質型燃料電池を構成した。アセチレンブラック系カ−ボ
ン粉末に、平均粒径約３０ の白金粒子を２５重量％担
持したものを反応電極の触媒とした。この触媒粉末をイ
ソプロパノ−ルに分散させた溶液に、パーフルオロカー
ボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散したデ
ィスパージョン溶液を混合し、ペースト状にした。この
ペーストを原料としスクリ−ン印刷法をもちいて、厚み
２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に電極触媒層を
形成した。形成後の反応電極中に含まれる白金量は０．
５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンスルホン酸の量
は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整した。
【００１８】これらの極板は、正極・負極共に同一構成
とし、電極より一回り大きい面積に成形した。次に、プ
ロトン伝導性高分子電解質として、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸を２５μｍの厚みに薄膜化したものを用
い、電解質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解
質膜側に接するようにホットプレスによって接合して、
電極／電解質接合体（ＭＥＡ）を作成した。
とし、電極より一回り大きい面積に成形した。次に、プ
ロトン伝導性高分子電解質として、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸を２５μｍの厚みに薄膜化したものを用
い、電解質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解
質膜側に接するようにホットプレスによって接合して、
電極／電解質接合体（ＭＥＡ）を作成した。
【００１９】次に、反応電極用とガスマニホ−ルド用の
孔を設け、板状に成型したガスケット状シールを作製し
た。この中心部にある反応電極用の孔に対して、前記Ｍ
ＥＡの反応電極部分が勘合するように、２枚のガスケッ
トシールでＭＥＡの電極周辺部の電解質膜部を挟みこん
だ。さらに非多孔質カ−ボン板を素材とするバイポ−ラ
板のガス流路が向かい合う形で、２枚のバイポ−ラ板の
間にＭＥＡとガスケットシールを挟んで、高分子電解質
型燃料電池を構成した。以上の板状成型体ガスケット状
シールは、厚さ２５０μｍのブチルゴムに、必要な孔を
打ち抜いて使用した。
孔を設け、板状に成型したガスケット状シールを作製し
た。この中心部にある反応電極用の孔に対して、前記Ｍ
ＥＡの反応電極部分が勘合するように、２枚のガスケッ
トシールでＭＥＡの電極周辺部の電解質膜部を挟みこん
だ。さらに非多孔質カ−ボン板を素材とするバイポ−ラ
板のガス流路が向かい合う形で、２枚のバイポ−ラ板の
間にＭＥＡとガスケットシールを挟んで、高分子電解質
型燃料電池を構成した。以上の板状成型体ガスケット状
シールは、厚さ２５０μｍのブチルゴムに、必要な孔を
打ち抜いて使用した。
【００２０】この高分子電解質型燃料電池の両外側に、
ガスマニホ−ルド用の孔を設けたヒ−タ−板・集電板・
絶縁板・エンドプレ−トを取り付け、最外側の両エンド
プレ−ト間を、ボルトとバネとナットを用いて、電極面
積に対して２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で締め付け、高分子
電解質型燃料電池の単電池を構成した。この単電池を５
０ヶ積層し、電池モジュールとした。
ガスマニホ−ルド用の孔を設けたヒ−タ−板・集電板・
絶縁板・エンドプレ−トを取り付け、最外側の両エンド
プレ−ト間を、ボルトとバネとナットを用いて、電極面
積に対して２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で締め付け、高分子
電解質型燃料電池の単電池を構成した。この単電池を５
０ヶ積層し、電池モジュールとした。
【００２１】このように作製した電池モジュールを、７
５℃に保持し、一方の電極側に７３℃の露点となるよう
加湿・加温した水素ガスを、もう一方の電極側に６８℃
の露点となるように加湿・加温した空気を供給した。そ
の結果、電流を外部に出力しない無負荷時には、０．９
８Ｖの電池開放電圧を得た。
５℃に保持し、一方の電極側に７３℃の露点となるよう
加湿・加温した水素ガスを、もう一方の電極側に６８℃
の露点となるように加湿・加温した空気を供給した。そ
の結果、電流を外部に出力しない無負荷時には、０．９
８Ｖの電池開放電圧を得た。
【００２２】本発明の作動方法に用いた燃料電池のシス
テム構成を図１に示した。図１において、脱硫後の都市
ガスを、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）＝３で改質器１
に導入し、水蒸気改質とＣＯ変成を行った。改質器１を
出た後の改質ガスは、Ｐｔ触媒が充填されたＣＯ酸化除
去装置２に、Ｏ2／ＣＯ比が１になるように導入され、
最終的に電池モジュール３に導入される。
テム構成を図１に示した。図１において、脱硫後の都市
ガスを、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）＝３で改質器１
に導入し、水蒸気改質とＣＯ変成を行った。改質器１を
出た後の改質ガスは、Ｐｔ触媒が充填されたＣＯ酸化除
去装置２に、Ｏ2／ＣＯ比が１になるように導入され、
最終的に電池モジュール３に導入される。
【００２３】定常状態では、電池モジュールに導入され
る燃料ガス中のＣＯ濃度は１００ｐｐｍ以下になってい
た。但し、起動時には燃料ガス中のＣＯ濃度は１％以上
を示した。燃料電池の運転温度は８０℃、ガス加湿温度
は燃料ガスを７５℃、酸化剤ガス（空気）を６５℃に設
定した。
る燃料ガス中のＣＯ濃度は１００ｐｐｍ以下になってい
た。但し、起動時には燃料ガス中のＣＯ濃度は１％以上
を示した。燃料電池の運転温度は８０℃、ガス加湿温度
は燃料ガスを７５℃、酸化剤ガス（空気）を６５℃に設
定した。
【００２４】まず、燃料電池起動直後に、何の処理も行
わずに燃料ガスを導入した場合の燃料電池の特性を評価
した。図２は、この時の電流−電圧特性を、純水素を導
入した場合と比較して示したものである。これより燃料
電池起動直後に未処理のままでは電池の特性が著しく低
下することが分かった。
わずに燃料ガスを導入した場合の燃料電池の特性を評価
した。図２は、この時の電流−電圧特性を、純水素を導
入した場合と比較して示したものである。これより燃料
電池起動直後に未処理のままでは電池の特性が著しく低
下することが分かった。
【００２５】次に、本発明の作動方法の評価を行った。
すなわち、燃料電池の起動時に、電池出力の端子間に固
定抵抗を通じることで、電池の閉路電圧を２秒間、０．
２Ｖに低下させた後、電池性能を調べた。図３はこの時
の電流−電圧特性を先の未処理の場合と比較して示した
ものである。これより電圧を一時的に低下（短絡）させ
ることにより、電池性能が向上することが分かった。
すなわち、燃料電池の起動時に、電池出力の端子間に固
定抵抗を通じることで、電池の閉路電圧を２秒間、０．
２Ｖに低下させた後、電池性能を調べた。図３はこの時
の電流−電圧特性を先の未処理の場合と比較して示した
ものである。これより電圧を一時的に低下（短絡）させ
ることにより、電池性能が向上することが分かった。
【００２６】この原因は、燃料電池の出力電圧を強制的
に下げることで、上述のＭＥＡ中の電極電位がＣＯの酸
化電位にまで低下し、Ｐｔ触媒上に吸着したＣＯが酸化
されたためと考えられる。
に下げることで、上述のＭＥＡ中の電極電位がＣＯの酸
化電位にまで低下し、Ｐｔ触媒上に吸着したＣＯが酸化
されたためと考えられる。
【００２７】つぎに、燃料電池の出力電圧を強制的に下
げる時間を変えたときの電池性能を調べた。燃料電池の
起動時の出力電圧を、強制的に１０Ｖ、つまり単セルあ
たり０．２Ｖまで下げたときの１０Ｖを維持した時間
と、この工程を実施した後、燃料電池の出力電流を５０
０ｍＡ／ｃｍ2としたときの電池の閉路電圧を表１に示
した。表１において、電池電圧を強制的に低下する時間
が１０秒以下のときは、電池性能が良化するが、これよ
り長くすると、逆に電池性能が低下することが分かっ
た。
げる時間を変えたときの電池性能を調べた。燃料電池の
起動時の出力電圧を、強制的に１０Ｖ、つまり単セルあ
たり０．２Ｖまで下げたときの１０Ｖを維持した時間
と、この工程を実施した後、燃料電池の出力電流を５０
０ｍＡ／ｃｍ2としたときの電池の閉路電圧を表１に示
した。表１において、電池電圧を強制的に低下する時間
が１０秒以下のときは、電池性能が良化するが、これよ
り長くすると、逆に電池性能が低下することが分かっ
た。
【００２８】
【表１】
【００２９】次に、電池出力電圧を強制的に低下させる
電圧を変えたときの、電池性能を調べた。表２は、電池
電圧を強制的に低下させた時間を５秒間に固定して、低
下させた電圧を変えたときの、この工程を経た後、電池
出力を２００ｍＡ／ｃｍ2としたときの、電池の閉路電
圧を示したものである。これより低下させた電圧が、単
セルあたり０〜０．３Ｖの範囲では、純水素を用いた場
合とほぼ同等の性能を示したが、それ以外では電池電圧
の復活率が小さく、純水素よりも５Ｖ以上悪くなった。
電圧を変えたときの、電池性能を調べた。表２は、電池
電圧を強制的に低下させた時間を５秒間に固定して、低
下させた電圧を変えたときの、この工程を経た後、電池
出力を２００ｍＡ／ｃｍ2としたときの、電池の閉路電
圧を示したものである。これより低下させた電圧が、単
セルあたり０〜０．３Ｖの範囲では、純水素を用いた場
合とほぼ同等の性能を示したが、それ以外では電池電圧
の復活率が小さく、純水素よりも５Ｖ以上悪くなった。
【００３０】
【表２】
【００３１】以上の評価により、燃料電池の出力電圧を
強制的に下げる時間と電圧は、電池構成を考慮して有効
な範囲があることを見出した。電池電圧を強制的に低下
する時間を必要以上に長くすると、直列に接続した５０
ヶの単電池のうち、閉路電圧が０Ｖを切ってマイナスに
なる状態、つまり転極状態にいたるセルが発生してしま
うことによるものと考えられる。このような状況の発生
をさける手段としては、たとえば各単電池の電圧もモニ
ターしつつ、転極セルが発生しない範囲で全体の出力電
圧を強制的に下げる方法が有効である。
強制的に下げる時間と電圧は、電池構成を考慮して有効
な範囲があることを見出した。電池電圧を強制的に低下
する時間を必要以上に長くすると、直列に接続した５０
ヶの単電池のうち、閉路電圧が０Ｖを切ってマイナスに
なる状態、つまり転極状態にいたるセルが発生してしま
うことによるものと考えられる。このような状況の発生
をさける手段としては、たとえば各単電池の電圧もモニ
ターしつつ、転極セルが発生しない範囲で全体の出力電
圧を強制的に下げる方法が有効である。
【００３２】（実施例２）本発明の第２の実施例は、実
施例１の燃料電池を用いて実施した。起動時に１時間以
上の時間をおいて、ＣＯ濃度が１００ｐｐｍ以下になっ
てから燃料電池に燃料ガスを導入した。その後５００ｍ
Ａ／ｃｍ2で１０００時間連続放電した時の電圧と時間
の関係を図４に示した。
施例１の燃料電池を用いて実施した。起動時に１時間以
上の時間をおいて、ＣＯ濃度が１００ｐｐｍ以下になっ
てから燃料電池に燃料ガスを導入した。その後５００ｍ
Ａ／ｃｍ2で１０００時間連続放電した時の電圧と時間
の関係を図４に示した。
【００３３】これより電圧が初期に比べ１０％も低下し
ていることが分かった。そこで、この時点で電池起電力
を一時的に低下させてみた。電池の出力電圧４７Ｖを５
Ｖまで５秒間低下させた後、再度５００ｍＡ／ｃｍ2で
放電を行った。この時の電池電圧は処理直前に比べ大幅
に向上することが分かった。
ていることが分かった。そこで、この時点で電池起電力
を一時的に低下させてみた。電池の出力電圧４７Ｖを５
Ｖまで５秒間低下させた後、再度５００ｍＡ／ｃｍ2で
放電を行った。この時の電池電圧は処理直前に比べ大幅
に向上することが分かった。
【００３４】次に、処理の回数を変えて同様に処理後の
特性を調べた。表３は各々の処理回数における処理後の
電池電圧を示したものである。これより一時的に電池起
電力を低下させる回数が多いほどその効果が高いことが
分かった。
特性を調べた。表３は各々の処理回数における処理後の
電池電圧を示したものである。これより一時的に電池起
電力を低下させる回数が多いほどその効果が高いことが
分かった。
【００３５】
【表３】
【００３６】これらの結果より、一時的に燃料電池の電
池出力電圧を強制的に低下させることにより、従来の課
題であった燃料電池起動時のＣＯによる被毒問題を解決
することができ、燃料ガスをそのまま用いることができ
ることを見出した。
池出力電圧を強制的に低下させることにより、従来の課
題であった燃料電池起動時のＣＯによる被毒問題を解決
することができ、燃料ガスをそのまま用いることができ
ることを見出した。
【００３７】また、燃料電池通常運転時においてもＣＯ
により性能が低下した場合に、一時的に電池出力電圧を
強制的に低下させることにより、初期とほぼ同等の性能
まで回復することができることを見出した。
により性能が低下した場合に、一時的に電池出力電圧を
強制的に低下させることにより、初期とほぼ同等の性能
まで回復することができることを見出した。
【００３８】さらに、一時的に電池起電力を低下させる
時間が１０秒以下、または回数が２回以上、または一時
的に低下させる電圧が単セル当たり０Ｖ〜０．３Ｖであ
る場合にその効果が大きいことが分かった。ここでは燃
料ガスに都市ガスを改質したものを用いたが、とくにこ
の燃料ガスの使用に限定されるものではない。また、燃
料電池に用いる電極触媒には本発明以外の合金触媒等を
用いることもできる。
時間が１０秒以下、または回数が２回以上、または一時
的に低下させる電圧が単セル当たり０Ｖ〜０．３Ｖであ
る場合にその効果が大きいことが分かった。ここでは燃
料ガスに都市ガスを改質したものを用いたが、とくにこ
の燃料ガスの使用に限定されるものではない。また、燃
料電池に用いる電極触媒には本発明以外の合金触媒等を
用いることもできる。
【００３９】
【発明の効果】以上実施例から明らかなように、本発明
によれば、起動時にそのまま燃料ガスを導入することが
できる。また、一旦ＣＯにより燃料電池の性能が低下し
ても、電池起電力を一時的に低下させることにより、燃
料極に吸着したＣＯを容易に除去でき、電池性能を回復
させることができる。
によれば、起動時にそのまま燃料ガスを導入することが
できる。また、一旦ＣＯにより燃料電池の性能が低下し
ても、電池起電力を一時的に低下させることにより、燃
料極に吸着したＣＯを容易に除去でき、電池性能を回復
させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に用いた燃料電池システ
ムの構成図
ムの構成図
【図２】本発明の第１の実施例に用いた燃料電池の電流
−電圧特性を示した図
−電圧特性を示した図
【図３】本発明の第１の実施例に用いた燃料電池の電流
−電圧特性を示した図
−電圧特性を示した図
【図４】本発明の第２の実施例に用いた燃料電池の運転
時間と電圧の関係を示した図
時間と電圧の関係を示した図
１ 改質器 ２ ＣＯ酸化除去装置 ３ 燃料電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 和史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の両面に配した触媒反応層を有する
電極層とを具備した固体高分子型燃料電池の作動方法で
あって、前記固体高分子型燃料電池の出力電圧を強制的
に低下させることで、前記電極層の触媒活性を高めるこ
とを特徴とする燃料電池の動作方法。 - 【請求項２】 電池の出力電圧を、単セル当たり０Ｖ以
上でかつ０．３Ｖ以下まで低下させることを特徴とする
請求項１記載の記載の燃料電池の動作方法。 - 【請求項３】 電池の出力電圧を連続して断続的に低下
させることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電
池の動作方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2003123812A (ja) * | 2002-10-07 | 2003-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池の特性回復方法 |
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| JP2006080005A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池のガス供給方法、及び燃料電池発電システム |
| JP2006185750A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム |
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| WO2007063785A1 (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
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| WO2008111654A1 (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム、電極触媒の劣化判定方法、および移動体 |
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Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009272217A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Three M Innovative Properties Co | 膜電極接合体の活性化方法及び膜電極接合体とそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| CN102097631B (zh) * | 2009-12-09 | 2013-03-27 | 华为技术有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池的活化方法和装置 |
| CN105762382A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-13 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法 |
| US10439241B2 (en) * | 2015-10-28 | 2019-10-08 | GM Global Technology Operations LLC | Methods and processes to recover the voltage loss due to anode contamination |
| CN110571446B (zh) * | 2019-09-02 | 2021-03-16 | 武汉中极氢能产业创新中心有限公司 | 燃料电池活化及防止/改善干膜的方法 |
| CN110649291B (zh) * | 2019-09-27 | 2022-08-02 | 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 | 质子交换膜燃料电池快速活化方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US4910099A (en) * | 1988-12-05 | 1990-03-20 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Preventing CO poisoning in fuel cells |
| JP3358222B2 (ja) * | 1992-12-25 | 2002-12-16 | 松下電器産業株式会社 | 固体高分子型燃料電池の活性化方法 |
| JP3584511B2 (ja) * | 1994-12-12 | 2004-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 高分子電解質型燃料電池の運転制御方法 |
-
1998
- 1998-06-01 JP JP15098898A patent/JP3460793B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-06-01 CN CNB2006100054331A patent/CN100369311C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6881510B1 (en) | 1999-09-17 | 2005-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for resorting characteristics of polymer electrolyte fuel cell |
| US7205061B2 (en) | 2000-02-08 | 2007-04-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US7615294B2 (en) | 2002-02-06 | 2009-11-10 | Battelle Memorial Institute | Methods of removing contaminants from a fuel cell electrode |
| JP2003123812A (ja) * | 2002-10-07 | 2003-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池の特性回復方法 |
| JP4547853B2 (ja) * | 2002-10-07 | 2010-09-22 | パナソニック株式会社 | 高分子電解質型燃料電池の運転方法および特性回復方法 |
| JP2006080005A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池のガス供給方法、及び燃料電池発電システム |
| JP2006185750A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム |
| KR101053190B1 (ko) | 2005-11-30 | 2011-08-01 | 도요타 지도샤（주） | 연료전지시스템 |
| WO2007063783A1 (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| WO2007063785A1 (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
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| JP2008218340A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2008111654A1 (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム、電極触媒の劣化判定方法、および移動体 |
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