KR101822235B1 - 연료 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽의 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 연료 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
고분자 전해질과 촉매층을 갖는 단셀을 복수 적층한 연료 전지를 준비하는 준비 공정과, 상기 연료 전지로부터 유기물을 제거하는 제거 공정을 갖는 연료 전지의 제조 방법을 제공한다. 이 제거 공정은, 연료 전지의 전압을 0V로 유지하고 촉매층으로부터 유기물을 탈리시키는 제1 공정과, 연료 전지 내의 온도를 높여 탈리한 유기물을 증발시키는 제2 공정과, 증발시킨 유기물을 연료 전지로부터 배기하는 제3 공정을 구비한다.

Description

연료 전지의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
연료 전지의 일 형태로서 고체 고분자 전해질형의 연료 전지가 알려져 있다. 이러한 고체 고분자 전해질형의 연료 전지에 있어서는, 막 전극 접합체(MEA)를 공기(산소) 가스 유로 및 연료(수소) 가스 유로가 형성된 세퍼레이터로 끼움 지지하여 단셀을 형성하고, 이 단셀을 복수 적층시킴으로써 연료 전지를 형성하고 있다.
막 전극 접합체(MEA)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에는, 제조 시에 유기물 등의 불순물이 부착되는 것이 알려져 있다(특허문헌 1). 그로 인해, 특허문헌 1에서는, 출하 시의 에이징(연료 전지의 초기 시험 운전) 중에, 캐소드측에 전원의 정극을 접속하고, 애노드측에 전원의 부극을 접속하여, 캐소드 전극의 전위를 애노드 전극에 대해 높임으로써, 캐소드 전극에 부착된 유기물을 제거하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2009-199834호 공보
그러나, 상기 방법에서는, 애노드 전극에 부착된 유기물을 제거할 수는 없다. 따라서, 그대로 출하한 경우에는 연료 전지의 출력 성능이 저하되어 버린다. 한편, 애노드 전극에 부착된 유기물을 제거하려고 하면 다른 제거 공정이 필요해져 제조 공정이 번잡해져 버린다.
본 발명은 이상의 배경에 비추어 이루어진 것이며, 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽의 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 연료 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 형태에 따르면, 고분자 전해질과 촉매층을 갖는 단셀을 복수 적층한 연료 전지를 준비하는 준비 공정과, 상기 연료 전지로부터 유기물을 제거하는 제거 공정을 갖는 연료 전지의 제조 방법이며, 상기 제거 공정은, 상기 연료 전지의 전압을 0V로 유지하고 상기 촉매층으로부터 유기물을 탈리시키는 제1 공정과, 상기 연료 전지 내의 온도를 높여 상기 탈리한 유기물을 증발시키는 제2 공정과, 상기 증발시킨 유기물을 상기 연료 전지로부터 배기하는 제3 공정을 구비한다.
상기 제조 방법에 따르면, 연료 전지의 전압을 0V로 유지하므로, 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽의 촉매층에 부착된 극성이 있는 유기물(예를 들어, 이소부티르산)이 촉매층으로부터 탈리한다. 다음으로, 탈리한 유기물은 연료 전지 내의 온도가 상승함으로써 증발한다. 다음으로, 증발한 유기물은 연료 전지로부터 배기된다. 이에 의해 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽으로부터 유기물을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 제3 공정은, 상기 연료 전지 내를 퍼지하는 공정이도록 해도 된다.
퍼지에 의한 배기이므로, 연료 전지를 통상 운전시켜 발생한 수증기와 함께 씻어내는 것에 비해, 단시간에 처리를 할 수 있다.
또한, 상기 제3 공정 후에, 상기 연료 전지를 발전시켜 생성수를 제작하고, 상기 생성수에 의해 상기 유기물을 상기 연료 전지로부터 씻어내는 제4 공정을 구비하도록 해도 된다.
잔류하고 있었던 유기물은, 운전에 의해 발생한 생성수와 함께 증발 또는 씻겨 내려가, 연료 전지로부터 배출된다. 이에 의해, 연료 전지 내의 유기물을 더욱 줄일 수 있다.
또한, 상기 제거 공정 후의 상기 연료 전지의 최대 출력이 규격값 미만인 경우에, 상기 제거 공정을 반복하도록 해도 된다.
한번의 제거 공정으로는 전극의 촉매층에 부착된 유기물을 제거할 수 없는 경우가 있다. 상기 방법에 따르면, 연료 전지의 최대 출력이 규격값에 달하지 않는 경우에는, 재차의 제거 공정을 반복하여 행하므로, 유기물의 제거를 보다 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기 제거 공정을 2회 이상 행한 후의 상기 연료 전지의 최대 출력이 전회값보다 상승하지 않는 경우, 상기 연료 전지에 불량이 있다고 판별하도록 해도 된다.
제거 공정을 2회 이상 거친 후에 연료 전지의 최대 출력이 전회값보다도 상승하지 않는 경우에는, 유기물에 의한 전극 오염 이외의 요인에 의한 가능성이 높고, 그 후 제거 공정을 반복해도 연료 전지의 성능의 회복은 예상되지 않는다. 상기 방법에 따르면, 이러한 경우에는 연료 전지에 불량이 있다고 판단하므로, 유기물에 의한 전극 오염 이외의 불량을 용이하게 판별할 수 있고, 불필요한 제거 공정을 계속하는 것을 피할 수 있다.
본 발명에 따르면, 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽의 유기물을 효율적으로 제거 가능한 연료 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 연료 전지 시스템의 개략을 도시하는 설명도.
도 2는 연료 전지의 단셀의 구조를 도시하는 설명도.
도 3은 촉매층의 고분자 전해질과 촉매 담지 카본을 모식적으로 도시하는 설명도.
도 4는 유기물 제거 공정을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 유기물 제거의 사이클수와 최대 출력의 관계를 설명하기 위한 그래프.
도 6은 유기물 제거의 시간과 최대 출력의 관계를 설명하기 위한 그래프.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 상하 좌우 등의 위치 관계는, 특별히 언급하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치 관계에 기초하는 것으로 한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 도시한 비율에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명을 그 실시 형태만으로 한정하는 취지가 아니라, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 한, 다양한 변형이 가능하다.
(연료 전지 시스템의 구성)
우선 본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 전체 구성에 대해 설명한다.
연료 전지 시스템(10)은, 예를 들어 이동체로서의 연료 전지 차량에 탑재되는 차량 탑재 전원 시스템으로서 기능하는 것이며, 반응 가스(연료 가스, 산화 가스)의 공급을 받아 발전하는 연료 전지(20)와, 산화 가스로서의 공기를 연료 전지(20)에 공급하기 위한 산화 가스 공급계(30)와, 연료 가스로서의 수소 가스를 연료 전지(20)에 공급하기 위한 연료 가스 공급계(40)와, 전력의 충방전을 제어하기 위한 전력계(50)와, 시스템 전체를 통괄 제어하는 컨트롤러(60)를 구비하고 있다.
연료 전지(20)는, 다수의 단셀을 직렬로 적층하여 이루어지는 고체 고분자 전해질형의 스택이다. 연료 전지(20)에서는, 애노드 전극에 있어서 (1) 식의 산화 반응이 발생하고, 캐소드 전극에 있어서 (2) 식의 환원 반응이 발생한다. 연료 전지(20) 전체로서는 (3) 식의 기전 반응이 발생한다.
H2→2H＋＋2e－ …(1)
(1/2)O2＋2H＋＋2e－→H2O …(2)
H2＋(1/2)O2→H2O …(3)
도 2는 연료 전지(20)를 구성하는 셀(21)의 분해 사시도이다. 셀(21)은, 고분자 전해질막(22)과, 애노드 전극(23)과, 캐소드 전극(24)과, 세퍼레이터(26, 27)로 구성되어 있다. 애노드 전극(23) 및 캐소드 전극(24)은, 고분자 전해질막(22)을 양측으로부터 사이에 끼워 샌드위치 구조를 형성하고 있다. 고분자 전해질막(22), 애노드 전극(23) 및 캐소드 전극(24)에 의해 막-전극 결합체(MEA)(25)가 형성되어 있다.
고분자 전해질막(22)은, 고체 고분자 재료, 예를 들어 불소계 수지에 의해 형성된 프로톤 전도성의 이온 교환막이며, 습윤 상태에서 양호한 전기 전도성을 발휘한다.
애노드 전극(23)은, 촉매층(23a)과 가스 확산층(23b)을 갖고 있다. 마찬가지로, 캐소드 전극(24)은, 촉매층(24a)과 가스 확산층(24b)을 갖고 있다. 촉매층(23a, 24a)은, 도 3에 도시하는 바와 같이 촉매로서 기능하는 예를 들어 백금계의 귀금속 입자(100)를 담지한 촉매 담지 카본(102)과, 고분자 전해질(101)을 구비하고 있다.
귀금속 입자(100)의 백금계의 재료로서, 예를 들어 금속 촉매(Pt, Pt-Fe, Pt-Cr, Pt-Ni, Pt-Ru 등)를 사용할 수 있다. 촉매 담지 카본(102)으로서는, 예를 들어 카본 블랙을 사용할 수 있다.
고분자 전해질(102)로서, 예를 들어 불소계 수지인 퍼플루오로카본술폰산 폴리머나, 비불소계 수지인 BPSH(폴리아릴렌에테르술폰산 공중합체) 등을 갖는 프로톤 전도성의 이온 교환 수지 등을 사용할 수 있다. 퍼플루오로카본술폰산 폴리머나 BPSH는, 술폰산기를 구비하고 있다. 즉, 이들 수지는, 이온성을 갖고 있으며, 「아이오노머(이온＋폴리머)」라고도 불린다.
촉매층(23a, 24a)은, 귀금속 입자(100)를 담지한 소정량의 촉매 담지 카본(102)에, 소정량의 고분자 전해질(102)을 첨가하여 페이스트화하고, 고분자 전해질막(22) 상에 스크린 인쇄하여 형성된다. 또한, 촉매층(23a, 24a)은, 다른 방법, 예를 들어 스프레이 도포 시공 등을 이용하여 형성되어도 된다.
가스 확산층(23b, 24b)은, 촉매층(23a, 24a)의 표면에 형성되어 통기성과 전자 도전성을 겸비하고, 탄소 섬유로 이루어지는 실로 짜서 만든 카본 클로스, 카본 페이퍼, 또는 카본 펠트에 의해 형성되어 있다.
세퍼레이터(26, 27)는, 가스 불투과의 도전성 부재로 구성되고, 애노드 전극(23), 캐소드 전극(24)을 양측으로부터 사이에 끼우면서, 애노드 전극(23) 및 캐소드 전극(24)과의 사이에 각각 연료 가스 및 산화 가스의 유로를 형성하고 있다.
세퍼레이터(26)에는, 단면 오목 형상의 리브(26a)가 형성되어 있다. 리브(26a)에 애노드 전극(23)이 접촉함으로써, 리브(26a)의 개구부는 폐색되고, 연료 가스 유로가 형성된다. 세퍼레이터(27)에는, 단면 오목 형상의 리브(27a)가 형성되어 있다. 리브(27a)에 캐소드 전극(24)이 접촉함으로써, 리브(27a)의 개구부는 폐색되고, 산화 가스 유로가 형성되어 있다.
도 1로 되돌아가 설명을 계속한다. 도 1에 도시하는 바와 같이 연료 전지(20)에는, 연료 전지(20)의 출력 전압(FC 전압)을 검출하기 위한 전압 센서(71)와, 출력 전류(FC 전류)를 검출하기 위한 전류 센서(72)가 설치되어 있다.
산화 가스 공급계(30)는, 연료 전지(20)의 캐소드 전극(24)에 공급되는 산화 가스가 흐르는 산화 가스 통로(33)와, 연료 전지(20)로부터 배출되는 산화 오프 가스가 흐르는 산화 오프 가스 통로(34)를 갖고 있다. 산화 가스 통로(33)에는, 필터(31)를 통해 대기 중으로부터 산화 가스를 도입하는 에어 컴프레서(32)와, 에어 컴프레서(32)에 의해 가압되는 산화 가스를 가습하기 위한 가습기(35)와, 연료 전지(20)에의 산화 가스 공급을 차단하기 위한 차단 밸브(A1)가 설치되어 있다.
산화 오프 가스 통로(34)에는, 연료 전지(20)로부터의 산화 오프 가스 배출을 차단하기 위한 차단 밸브(A2)와, 산화 가스 공급압을 조정하기 위한 배압 조정 밸브(A3)와, 산화 가스(드라이 가스)와 산화 오프 가스(웨트 가스) 사이에서 수분 교환하기 위한 가습기(35)가 설치되어 있다.
연료 가스 공급계(40)는, 연료 가스 공급원(41)과, 연료 가스 공급원(41)으로부터 연료 전지(20)의 애노드 전극(23)에 공급되는 연료 가스가 흐르는 연료 가스 통로(43)와, 연료 전지(20)로부터 배출되는 연료 오프 가스를 연료 가스 통로(43)에 귀환시키기 위한 순환 통로(44)와, 순환 통로(44) 내의 연료 오프 가스를 연료 가스 통로(43)에 압송하는 순환 펌프(45)와, 순환 통로(44)에 분기 접속되는 배기 배수 통로(46)를 갖고 있다.
연료 가스 공급원(41)은, 예를 들어 고압 수소 탱크나 수소 흡장 합금 등으로 구성되고, 고압(예를 들어, 35㎫ 내지 70㎫)의 수소 가스를 저류한다. 차단 밸브(H1)를 개방하면, 연료 가스 공급원(41)으로부터 연료 가스 통로(43)에 연료 가스가 유출된다. 연료 가스는, 레귤레이터(H2)나 인젝터(42)에 의해, 예를 들어 200㎪ 정도까지 감압되어, 연료 전지(20)에 공급된다.
순환 통로(44)에는, 연료 전지(20)로부터의 연료 오프 가스 배출을 차단하기 위한 차단 밸브(H4)와, 순환 통로(44)로부터 분기하는 배기 배수 통로(46)가 접속되어 있다. 배기 배수 통로(46)에는, 배기 배수 밸브(H5)가 배치되어 있다. 배기 배수 밸브(H5)는, 컨트롤러(60)로부터의 지령에 의해 작동함으로써, 순환 통로(44) 내의 불순물을 포함하는 연료 오프 가스와 수분을 외부로 배출(퍼지)한다.
배기 배수 밸브(H5)를 통해 배출되는 연료 오프 가스는, 산화 오프 가스 통로(34)를 흐르는 산화 오프 가스와 혼합되고, 희석기(도시하지 않음)에 의해 희석된다. 순환 펌프(45)는, 순환계 내의 연료 오프 가스를 모터 구동에 의해 연료 전지(20)에 순환 공급한다.
전력계(50)는, DC/DC 컨버터(51)와, 배터리(축전 장치)(52)와, 트랙션 인버터(53)와, 트랙션 모터(54)와, 보조 기계류(55)를 구비하고 있다. DC/DC 컨버터(51)는, 배터리(52)로부터 공급되는 직류 전압을 승압하여 트랙션 인버터(53)에 출력하는 기능과, 연료 전지(20)가 발전한 직류 전력, 또는 회생 제동에 의해 트랙션 모터(54)가 회수한 회생 전력을 강압하여 배터리(52)에 충전하는 기능을 갖는다.
배터리(52)는, 잉여 전력의 저장원, 회생 제동 시의 회생 에너지 저장원, 연료 전지 차량의 가속 또는 감속에 수반하는 부하 변동 시의 에너지 버퍼로서 기능한다. 배터리(52)로서는, 예를 들어 니켈·카드뮴 축전지, 니켈·수소 축전지, 리튬 2차 전지 등의 2차 전지가 적합하다. 배터리(52)에는, 그 잔류 용량인 SOC(State of charge)를 검출하기 위한 SOC 센서(73)가 설치되어 있다.
트랙션 인버터(53)는, 예를 들어 펄스 폭 변조 방식으로 구동되는 PWM 인버터이며, 컨트롤러(60)로부터의 제어 지령에 따라, 연료 전지(20) 또는 배터리(52)로부터 출력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여, 트랙션 모터(54)의 회전 토크를 제어한다. 트랙션 모터(54)는, 예를 들어 3상 교류 모터이며, 연료 전지 차량의 동력원을 구성한다.
보조 기계류(55)는, 연료 전지 시스템(10) 내의 각 부에 배치되어 있는 각 모터(예를 들어, 펌프류 등의 동력원)나, 이들 모터를 구동하기 위한 인버터류, 나아가서는 각종 차량 탑재 보조 기계류(예를 들어, 에어 컴프레서, 인젝터, 냉각수 순환 펌프, 라디에이터 등)를 총칭하는 것이다.
컨트롤러(60)는, CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스를 구비하는 컴퓨터 시스템이며, 연료 전지 시스템(10)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는, 이그니션 스위치로부터 출력되는 기동 신호(IG)를 수신하면, 연료 전지 시스템(10)의 운전을 개시하고, 액셀러레이터 센서로부터 출력되는 액셀러레이터 개방도 신호(ACC)나, 차속 센서로부터 출력되는 차속 신호(VC) 등을 기초로, 시스템 전체의 요구 전력을 구한다. 시스템 전체의 요구 전력은, 차량 주행 전력과 보조 기계 전력의 합계값이다.
보조 기계 전력에는, 차량 탑재 보조 기계류(가습기, 에어 컴프레서, 수소 펌프 및 냉각수 순환 펌프 등)에서 소비되는 전력, 차량 주행에 필요한 장치(변속기, 차륜 제어 장치, 조타 장치 및 현가 장치 등)에서 소비되는 전력, 탑승원 공간 내에 배치되는 장치(공조 장치, 조명 기구 및 오디오 등)에서 소비되는 전력 등이 포함된다.
컨트롤러(60)는, 연료 전지(20)와 배터리(52)의 각각의 출력 전력의 배분을 결정하고, 연료 전지(20)의 발전량이 목표 전력에 일치하도록, 산화 가스 공급계(30) 및 연료 가스 공급계(40)를 제어함과 함께, DC/DC 컨버터(51)를 제어하여, 연료 전지(20)의 출력 전압을 조정함으로써, 연료 전지(20)의 운전 포인트(출력 전압, 출력 전류)를 제어한다.
(연료 전지의 검사 공정)
연료 전지 시스템(10)의 운전 시에는, 연료 전지(20)에 있어서, 상술한 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 애노드 전극(23)에서 생성된 수소 이온이 고분자 전해질막(22)을 투과하여 캐소드 전극(24)으로 이동하고, 캐소드 전극(24)으로 이동한 수소 이온은, 상술한 (2) 식에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전극(24)에 공급되어 있는 산화 가스 중의 산소와 전기 화학 반응을 일으키고, 산소의 환원 반응을 발생시키고, 물을 생성한다.
여기서 막 전극 접합체(MEA)의 애노드 전극(23) 및 캐소드 전극(24)은, 연료 전지(20)의 제조 중에 유기물이 부착되어 피독되어 버리는 경우가 있다. 예를 들어, 본 발명자들은, 부탄올[연료 전지(20) 부품 중의 고무에 포함되는 t-부탄올이나 공장 등의 공기 중에 포함되는 부탄올·부타논·부탄올 등]이, 애노드 전극(23) 및 캐소드 전극(24)의 촉매층(23a, 24a) 중의 백금과 반응함으로써 이소부티르산이 생성되고, 촉매 담지 카본(102)과 고분자 전해질(101) 사이의 귀금속 입자(100)에 흡착되어 버린다고 하는 지식을 얻었다. 이 경우, 촉매의 활성이 저하되고, 연료 전지(20)는 원하는 출력을 발휘할 수 없게 되어 버린다[이하, 이소부티르산 등의 유기물이 촉매로서의 귀금속 입자(100)에 흡착되어 버리는 것을 「유기 오염」이라고도 함].
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 연료 전지(20)의 조립(준비 공정) 후의 출하 전 검사 시에, 연료 전지(20)로부터 유기 오염을 제거하는 공정(제거 공정)을 행한다. 이하, 도 4 내지 도 6을 사용하여 이 제거 공정에 대해 상세하게 설명한다.
우선, 연료 전지(20) 내의 애노드 전극(23)측에 수소, 캐소드 전극(24)측에 질소 또는 수소를 봉입한 상태에서, 연료 전지(20)의 전압을 40도 이상의 환경에서 일정 시간(적어도 10분 이상) 0V로 유지한다(스텝 S1:제1 공정). 이에 의해, 촉매에 흡착된 유기물(이소부티르산)을 탈리시킨다.
다음으로, 애노드, 캐소드를 밀봉한 상태에서 온도 조정한 냉각수를 연료 전지(20)의 냉각 유로에 공급함으로써, 연료 전지(20)를 승온(적어도 80℃ 이상)시킨다(스텝 S2:제2 공정). 이에 의해, 탈리한 유기물(이소부티르산)을 증발시킨다.
다음으로, 연료 전지(20)의 애노드 전극(23)측 및 캐소드 전극(24)측에 각각 수소, 질소를 공급하여, 연료 전지(20) 내를 퍼지한다(스텝 S3:제3 공정). 이에 의해 증발한 유기물(이소부티르산)이 연료 전지(20)로부터 배출된다. 또한, 퍼지에 의한 처리로 인해, 후술하는 스텝 S4의 처리보다도 단시간에 처리를 할 수 있다.
다음으로, 연료 전지(20)를 통상 운전시킨다(스텝 S4:제4 공정). 즉, 애노드 전극(23)에 연료 가스를 공급하고, 캐소드 전극에 산화 가스를 공급하고 발전을 행한다. 이에 의해 잔류하고 있었던 유기물(이소부티르산)은, 운전에 의해 발생한 수증기(생성수)와 함께 증발 또는 씻겨 내려가, 연료 전지(20)로부터 배출된다. 이에 의해, 연료 전지 내의 유기물을 더욱 줄일 수 있다. 또한, 발전 시에는, 연료 전지(20)의 최대 출력(전력)이 계측된다. 스텝 S3 및 스텝 S4를 조합함으로써, 스텝 S4를 반복하여 행하는 처리에 비해 단시간에 처리를 할 수 있다.
다음으로, 최대 출력이 소정의 규격값에 달하고 있는지 여부가 판단된다(스텝 S5). 최대 출력이 규격값 미만인 경우(스텝 S5:"예")에는, 유기물의 제거를 다시 반복할지를 판단하기 위해 스텝 S6으로 진행한다. 최대 출력이 규격값 이상인 경우(스텝 S5:"아니오")에는, 출하할 수 있는 상태라고 판단된다(스텝 S7).
스텝 S6에 있어서는, 유기물의 제거를 다시 반복할 필요가 있는지가 판단된다. 여기에서는 본 발명자들의 이하의 지식에 기초하는 판단을 행하고 있다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유기 오염에 의해 연료 전지(20)의 최대 출력이 규격값에 달하고 있지 않은 경우(유기 오염품)에는, 상기 설명한 제거 사이클을 적어도 2회 이상 반복함으로써, 서서히 성능이 회복되어 최대 출력이 규격값을 상회하게 된다. 한편, 유기 오염 이외의 요인으로 최대 출력이 규격값에 달하고 있지 않은 경우(다른 요인에 의한 성능 저하품)에는, 유기물 제거의 사이클을 다시 반복해도 성능이 회복되는 일은 없다.
이 지식에 기초하여, 스텝 S6에 있어서는, 유기물의 제거가 2회째 이상이고 또한 전 사이클보다도 최대 출력이 상승하고 있지 않은(성능 향상이 없는) 경우(스텝 S6:"예")에는, 유기물에 의한 전극 오염 이외의 요인에 의한 가능성이 높고, 추가의 제거 공정을 반복해도 성능의 회복은 예상되지 않으므로, 출하를 하지 않는다고 하는 판단을 한다(스텝 S8). 이에 의해, 유기물에 의한 전극 오염 이외의 불량을 용이하게 판별할 수 있고, 불필요한 제거 공정을 계속하는 것을 피할 수 있다. 한편, 유기물의 제거가 아직 1회째인 경우나 유기물의 제거가 2회째 이상이지만 전 사이클보다 최대 출력이 상승하고 있는 경우(스텝 S6:"아니오")에는, 재차의 유기물의 제거를 행하기 위해 스텝 S1로 복귀된다. 유기 오염이 예상되는 경우에 한하여 재차의 제거 공정을 반복하여 행하므로, 유기물의 제거를 효율적이며 또한 확실하게 행할 수 있다.
이상 설명한 유기 오염물의 제거 공정을 거침으로써, 애노드 전극 및 캐소드 전극 양쪽으로부터 유기물을 효율적으로 제거할 수 있다. 즉, 전극에 흡착된 유기물을 분해나 휘발에 의해 완전히 제거할 때까지는 통상이라면 예를 들어 30일 이상 걸리는 바, 상기 방법에 따르면, 탈리과 강제적인 휘발이나 발전에 의한 세정을 반복함으로써, 이 시간을 수시간으로까지 단축할 수 있다.
또한, 유기 오염물의 제거는, 연료 전지(20)에 연료 가스 및 산화 가스를 가습하여 공급하여 고온에서 운전을 행하는 고온·과가습 운전을 반복함으로써도 가능하다. 그러나 도 6에 나타내는 바와 같이, 고온·과가습 운전에서는, 발전에 의해 생성되는 수증기에 의한 유기물의 씻어냄·증발을 반복할 뿐이므로, 최대 출력이 규격값까지 도달할 때까지의 시간(t2)이 길어져 버린다. 이에 반해, 본 실시 형태에 의한 유기 오염의 제거 공정에 있어서는, 유기물의 탈리, 증발, 퍼지에 의한 배출도 행하므로, 최대 출력이 규격값까지 도달할 때까지의 시간(t1)을 대폭으로 단축할 수 있다.
10 : 연료 전지 시스템
20 : 연료 전지
21 : 셀
22 : 고분자 전해질막
23 : 애노드 전극
23a : 촉매층
23b : 가스 확산층
24 : 캐소드 전극
24a : 촉매층
24b : 가스 확산층
26 : 세퍼레이터
26a : 리브
27 : 세퍼레이터
27a : 리브
30 : 산화 가스 공급계
31 : 필터
32 : 에어 컴프레서
33 : 산화 가스 통로
34 : 산화 오프 가스 통로
35 : 가습기
40 : 연료 가스 공급계
41 : 연료 가스 공급원
42 : 인젝터
43 : 연료 가스 통로
44 : 순환 통로
45 : 순환 펌프
46 : 배기 배수 통로
50 : 전력계
51 : 컨버터
52 : 배터리
53 : 트랙션 인버터
54 : 트랙션 모터
55 : 보조 기계류
60 : 컨트롤러
71 : 전압 센서
72 : 전류 센서
73 : 센서
100 : 귀금속 입자
101 : 고분자 전해질
102 : 촉매 담지 카본

Claims (5)

  1. 고분자 전해질과 촉매층을 갖는 단셀을 복수 적층한 연료 전지를 준비하는 준비 공정과, 상기 연료 전지로부터 유기물을 제거하는 제거 공정을 갖는 연료 전지의 제조 방법이며,
    상기 제거 공정은,
    상기 연료 전지 내의 애노드 전극 측에 수소, 캐소드 전극 측에 질소 또는 수소를 봉입한 상태에서 상기 연료 전지의 전압을 0V로 유지하고 상기 촉매층으로부터 유기물을 탈리시키는 제1 공정과,
    상기 연료 전지 내의 캐소드 전극과 애노드 전극을 밀봉한 상태에서 상기 연료 전지 내의 온도를 높여 상기 탈리한 유기물을 증발시키는 제2 공정과,
    상기 증발시킨 유기물을 상기 연료 전지로부터 배기하는 제3 공정을 구비하는, 연료 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 공정 후에, 상기 연료 전지를 발전시켜 생성수를 제작하고, 상기 생성수에 의해 상기 유기물을 상기 연료 전지로부터 씻어내는 제4 공정을 구비하고,
    상기 제1 공정은 상기 연료 전지의 애노드 전극 측에 수소, 캐소드 전극 측에 질소 또는 수소를 봉입한 40℃ 이상의 상태에서 상기 연료 전지의 전압을 0V로 적어도 10분 이상 유지함으로써 전기 촉매층에서 유기물을 제거하는, 연료 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 공정은, 상기 연료 전지 내를 퍼지하는 공정인, 연료 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지의 최대 출력이 규격값 미만인 경우에 상기 제거 공정을 반복하는, 연료 전지의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제거 공정을 2회 이상 행한 후의 상기 연료 전지의 최대 출력이 전회값보다 상승하지 않는 경우, 상기 연료 전지에 불량이 있다고 판별하는, 연료 전지의 제조 방법.
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