JPS62222573A - 燃料電池診断法 - Google Patents

燃料電池診断法

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JPS62222573A
JPS62222573A JP61064081A JP6408186A JPS62222573A JP S62222573 A JPS62222573 A JP S62222573A JP 61064081 A JP61064081 A JP 61064081A JP 6408186 A JP6408186 A JP 6408186A JP S62222573 A JPS62222573 A JP S62222573A
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JP
Japan
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impedance
electrode
gas
fuel cell
supplied
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Pending
Application number
JP61064081A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Amekawa
雨川 浩之
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • H01M8/04671Failure or abnormal function of the individual fuel cell
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    • 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
    • H01M8/04634Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • 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

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  • Electrochemistry (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体燃料電池の診断法に係り、特に燃料電池
内部の各構製の状態を診断するに好適な燃料電池診断法
に関する。
〔従来の技術] 従来の技術は1例えば、 1985985年ツユエルセ
ルナー アブストラクツ、第43頁から第44頁(19
85FUEL CELL SEMINARABSTRA
CTS、 PP43−44)に示されている。燃料電池
に交流電流を流し、2枚の電極の電位差を測定すること
により電池のインピーダンスを求めるという方法である
2枚の電極には、通常窒素ガスなどの不活性ガスを供給
して電池を休止状態にして測定を行っていた。この測定
の様子を第3図に示す。電極1のインピーダンスZex
(Nz) 、 ttt解質マトリックスのインピーダン
スZmat 、 電極2のインピーダンスZez(Nx
)の和としてのインピーダンスZが測定される。従来は
この測定インピーダンス2から、電池内部の平均的な状
態を推測していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、燃料電池内部の平均的な状態を知るに
は効果があったが、各電極、及び電解質マトリックスの
おのおののインピーダンスは独立には求まらないため、
内部各要素の状態をそれぞれ独立に知ることはできない
という問題があった。
本発明の目的は、燃料電池内部各要素の状態を独立に知
ることができる燃料電池診断法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、気体燃料電池において、一方の電極にファ
ラデーインピーダンスが他方の電極に比べて十分小さく
なるような反応速度の大きいガスを供給し、他方の電極
に不活性ガスまたは発電時に供給するガスを供給した状
態で、燃料電池の交流インピーダンスを測定することに
より達成される。
〔作用〕
一般に、燃料電池電極の等価回路は第4図のように、記
号Cdで表わした電気二重層容量4と。
記号Zfで表わしたファラデーインピーダンス5で表わ
される。電気二重層容量は、1atiと電解質の界面に
形成される容量である。ファラデーインピーダンスは、
電極反応の可逆性、電極電位、反応関与物質の濃度など
の関数である。この電極の等価回路については、例えば
、玉虫伶太著、電気化学(株式会社 東京化学同人、 
1982年)、第253頁から第271頁に述べられて
いる。2枚の電極の間に電解質マトリックスがはさまれ
た燃料電池の等価回路は、それぞれ第4図のように表わ
される2枚の電極の回路と電解質マトリックスの抵抗が
直列に接続された第5図のように表わされる。ここで、
Zalは電極1のインピーダンス、Zezはf1t1i
2のインピーダンス、Z鵬atは電解質マトリックスの
インピーダンスを表わす。電極1のインピーダンスZe
xは電気二重層容量Cd tとファラデーインピーダン
スZfzからなり、fl!ti2のインピーダンスZe
zは、電気二重層容量Cdzとファラデーインピーダン
スZfxからなり、電解質マトリックスのインピーダン
スZ matは純抵抗Rsからなっている。
第5図で表現される燃料電池において、電極1の十分に
反応速度の大きいガスを供給すると、ファラデーインピ
ーダンスZfzは電解質マトリックスのインピーダンス
Zmatや電極2のインピーダンスZezに比べて十分
小さい値になるので、電池のインピーダンスは、はぼ電
解質マトリックスのインピーダンスZmatと電極2の
インピーダンスZezの和に等しくなる。電解質マトリ
ックスのインピーダンスZ+natはほぼ純抵抗と考え
てよいので、電極2のインピーダンスZe2.のみを取
りだすことができ、電極2の状態を独立に診断できる。
以上の説明を裏付ける燃料電池電極のインピーダンス特
性の一例を第6図に示す。一枚のリン酸型燃料電池電極
に水素ガスを供給した状態と窒素ガスを供給した状態で
、ある周波数の交流電流を流したときの可逆水素電極(
RWE)に対する電極電位を測定して求めた交流インピ
ーダンスを示している。反応速度の大きい水素ガスを供
給した場合のインピーダンスは、窒素ガスを供給した場
合のインピーダンスに比べると非常に小さく、無視でき
ることがわかる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。リン
酸型燃料電池において、燃料極である電極1に水素ガス
を供給し、空気極である電極2に窒素ガスを供給した状
態で電池の交流インピーダンスを測定した。このようす
を第1図のaに示す。
この場合の電極1のインピーダンスをZex(Hz) 
電解質マトリックスのインピーダンスをZ+++at 
電極2のインピーダンスをZez(Nz) 、測定され
る電池全体のインピーダンスをZaと表わす、水素ガス
は反応速度の大きいガスであるため、電極1のインピー
ダンスZa1(Hz)は他のインピーダンスに比べて非
常に小さいので、測定されたインピーダンスZaは電解
質マトリックスのインピーダンスZmatと電極2のイ
ンピーダンスZez(Nz)との和にほぼ等しい。電解
質マトリックスのインピーダンスZmatは純抵抗と考
えてよいので測定インピーダンスZaから求まり、従っ
て電極2のインピーダンスZez(Nz)が求められた
。リン酸型燃料電池の性能は主に空気極の状態に支配さ
れる。従って空気極である11ffi2のインピーダン
スが独立にわかるだけでも電池の状態の重要な診断にな
る。本実施例では、さらに電極1.電極2とも窒素ガス
を供給して電池の交流インピーダンスを測定した。この
ようすを第1図のbに示す。この場合、電解質マトリッ
クスのインピーダンスZ+watと電極2のインピーダ
ンスZaz(Nz)は第1図のaの場合とほぼ等しい、
f!!極1のインピーダンスZe1(Nz)と表わす、
測定されるインピーダンスzbは電極1のインピーダン
スZos(Nz)、電解質マトリックスのインピーダン
スZ■at 、電極2のインピーダンスZez(Np)
の和である。従って測定インピーダンスzbから測定イ
ンピーダンスZaを差し引くことにより、電極1のイン
ピーダンスZa1(Nz)を独立に求めることができた
他の実施例を第2図に示す。リン酸型燃料電池において
、電極1に水素ガスを供給し、電極2に空気を供給した
状態で電池の交流インピーダンスを測定した。このよう
すを第2図のaに示す。この場合の電極1のインピーダ
ンスをZez(Hz)、電解質マトリックスのインピー
ダンスをZ mat、電極2のインピーダンスをZez
(Air)、測定される電池全体のインピーダンスをZ
aと表わす、水素ガスは反応速度の大きいガスであるた
め、f!!極1のインピーダンスzs1(Hz)は他の
インピーダンスに比べて非常に小さいので、測定された
インピーダンスZaは電解質マトリックスのインピーダ
ンスZ matと電極2のインピーダンスZe4(Ai
r)の和にほぼ等しい。電解質マトリックスのインピー
ダンスZ+*atは純抵抗と考えてよいので測定インピ
ーダンスZaから求まり、従って電極2のインピーダン
スZez(Air)が求められた。さらに電極1.ff
i極2とも窒素ガスを供給して電池の交流インピーダン
スを測定した、このようすを第2図のbに示す。この場
合、電解質マトリックスのインピーダンスZ matは
第2図aの場合とほぼ等しい、ffi極1のインピーダ
ンスをZal(Nz) 、電極2のインピーダンスZe
z(Nz)と表わす、測定されるインピーダンスzbは
1!1iilのインピーダンスZex(Nz) 、電解
質マトリックスのインピーダンスZmat 、電極2の
インピーダンスZez(Nz)の和である。別の測定に
よって、電極に空気を供給した場合と窒素を供給した場
合のインピーダンスはほぼ等しいことがわかっていたの
で、測定インピーダンスzbから測定インピーダンスZ
aを差し引くことにより、電極1のインピーダンスZe
r(Nz)を独立に求めることができた。
なお以上の2つの実施例では1反応速度の大きいガスと
して水素ガスを用いたが、特にこれに限定する必要はな
い0例えばリン酸型燃料電池では、通常燃料ガスとして
使用される化石燃料がらの改質ガスを用いてもよい、こ
の改質ガスには二酸化炭素などの電池反応に寄与しない
ガスも含まれているが、主成分が水素であるので十分反
応速度が大きいからである。要するに、2枚の電極のう
ち一方の電極のインピーダンスが他方の電極のインピー
ダンスに比べて十分小さくなるような反応速度の大きい
ガスを供給すればよいのである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、一方の電極にファラデーインピーダン
スが他方の電極に比べて十分小さくなるような反応速度
の大きいガスを供給し、他方の電極に不活性ガスまたは
発電時に供給するガスを供給した状態で、燃料電池の交
流インピーダンスを測定することにより、反応速度の大
きいガスを供給した電極の交流インピーダンスを他方の
電極のインピーダンスに対して無視できる程度に小さく
できるので、前記他方の電極の交流インピーダンスを独
立に知ることができ、従って燃料電池内部の各要素の状
態を独立に分離して診断することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概念図、第2図は本発
明の他の実施例を示す概念図、第3図は従来技術を示す
概念図、第4図は電極の等価回路を示す図、第5図は燃
料電池の等価回路を示す図、第6図は燃料電池電極のイ
ンピーダンスの一例を示すグラフである。 1・・・燃料極、2・・・空気極、3・・・電解質マト
リックス、4・・・電気二重層容量、5・・・ファラデ
ーインピーダンス。 代理人 弁理士 小川筋力  ゛ 参10 寮2囚 第3圀 寮4巳 寮S阻

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、気体燃料電池において、一方の電極にファラデーイ
    ンピーダンスが他方の電極に比べて十分小さくなるよう
    な反応速度の大きいガスを供給し、他方の電極に不活性
    ガスまたは発電時に供給するガスを供給した状態で、燃
    料電池の交流インピーダンスを測定することにより、燃
    料電池の状態を診断する燃料電池診断法。 2、特許請求の範囲第1項において、一方の電極にファ
    ラデーインピーダンスが他方の電極に比べて十分小さく
    なるような反応速度の大きいガスを供給し、他方の電極
    に不活性ガスまたは発電時に供給するガスを供給した状
    態で、燃料電池の交流インピーダンスを測定し、さら両
    極に不活性ガスを供給した状態で測定したインピーダン
    スと比較することによつて、燃料電池の状態を診断する
    燃料電池診断法。 3、特許請求の範囲第1項において、反応速度の大きい
    ガスが燃料ガスであることを特徴する燃料電池診断法。
JP61064081A 1986-03-24 1986-03-24 燃料電池診断法 Pending JPS62222573A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011074034A1 (ja) * 2009-12-16 2011-06-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の制御

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011074034A1 (ja) * 2009-12-16 2011-06-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の制御
JP5429306B2 (ja) * 2009-12-16 2014-02-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の制御
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