(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素−ベースのカソード（４）を有するＰＥＭＦＣ型燃料電池の寿命を引き延ばす方法であって、炭素−ベースのカソード（４）の腐食に対する保護、並びに膜（２）及び／又は触媒層（３、４）のプロトン伝導性ポリマーの分解に対する保護を備え、アノード（３）において、水素を含有する燃料と、酸素と反応することが可能であるが、燃料から生じるものではない、水素以外のガスである化合物と、を供給するステップを含み、
供給される前記ガスの量が、カソード（４）からアノード（３）に向かって膜を通り抜ける酸素の量の２倍以下であることを特徴とする方法。
【請求項２】
炭素−ベースのカソード（４）を有するＰＥＭＦＣ型燃料電池の炭素−ベースのカソード（４）の腐食に対する保護を提供する方法であって、
アノード（３）において、水素を含有する燃料と、酸素と反応することが可能であるが、燃料から生じるものではない、水素以外のガスである化合物と、を供給するステップを含み、
供給される前記ガスの量が、カソード（４）からアノード（３）に向かって膜を通り抜ける酸素の量の２倍以下であることを特徴とする方法。
【請求項３】
ＰＥＭＦＣ型燃料電池の触媒層（３，４）及び／又は膜（２）のプロトン伝導性ポリマーの分解に対する保護を提供する方法であって、
アノード（３）において、水素を含有する燃料と、酸素と反応することが可能であるが、燃料から生じるものではない、水素以外のガスである化合物と、を供給するステップを含み、
供給される前記ガスの量が、カソード（４）からアノード（３）に向かって膜を通り抜ける酸素の量の２倍以下であることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記燃料電池が、炭素を含むカソード上の触媒層（４）を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料電池が、過酸化水素によって化学的に分解されることが可能な少なくとも１つのプロトン伝導性ポリマーを含む触媒層（３，４）及び／又は膜（２）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記化合物が、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）からなる群から選択されたガスであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
アノード（３）が、白金−ベースの触媒を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
炭素−ベースのカソード（４）の腐食に対する保護、並びに膜（２）及び／又は触媒層（３、４）のプロトン伝導性ポリマーの分解に対する保護を備える、炭素−ベースのカソード（４）を有するＰＥＭＦＣ型燃料電池であって、アノード（３）において、酸素と反応することが可能であるが、燃料から生じるものではない、水素以外のガスである化合物を供給する手段（９）と、水素を含有する燃料を供給する手段と、供給する手段（９）によって供給されたガスの量を監視する手段と、を備え、前記量が、カソード（４）からアノード（３）に向かって膜を通り抜ける酸素の量の２倍以下であることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
炭素を含むカソード上の触媒層（４）を有することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
過酸化水素によって化学的に分解されることが可能な少なくとも１つのプロトン伝導性ポリマーを含む触媒層（３，４）及び／又は膜（２）を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記化合物が、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）からなる群から選択されたガスであることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
アノード（３）が、白金−ベースの触媒を含むことを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣｓ）の分野に関する。
【０００２】
カソード上で生じる触媒である炭素支持体の腐食、並びに燃料電池等の活性触媒層及び膜中に存在するプロトン伝導性電解質材料の劣化、の両方が原因であるそれらの早期エイジングを制限することを可能にする解決策が提案される。
【背景技術】
【０００３】
ＰＥＭＦＣｓは、定電流源であり、図１に図示されたその作動原理は、水素と酸素との間における触媒反応を用いて、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することに基づいている。
【０００４】
膜電極アセンブリすなわちＭＥＡｓ１（燃料電池スタックとも称される）は、ＰＥＭＦＣｓの基礎的素子である。これらは、高分子膜２、及び該膜の両側にあり、各々アノード及びカソードを構成する触媒層３，４で構成される。膜２は、フッ素化ポリマーである、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）（Ｄｕｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ），Ｈｙｆｌｏｎ（登録商標）（Ｓｏｌｖａｙ）又はＤｏｗ（登録商標）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）などのプロトン伝導性ポリマーを使用して形成される。
【０００５】
従って、膜２は、アノード部分５をカソード部分６から分離するために使用される。通常、触媒層３，４は、プロトン伝導性ポリマーと、炭素凝集支持体上の白金ナノ粒子とにより構成される。ガス拡散層７，８（炭素繊維，フェルト等）が、ＭＥＡ１の両側に配置され、電気伝導、反応性ガスの一様な分布、及び生成された水の除去を確保する。ＭＥＡの両側に位置したチャネルシステム９，１０が、反応性ガスを供給し、水および超過ガスを除去する。
【０００６】
アノード３において、触媒上における水素の酸化が、プロトンＨ＋及び電子ｅ−を生成する。次に、カソード４上の酸素と反応する前に、このプロトンが、高分子膜２を追加する。プロトンとカソード上の酸素との反応により、結果として、水を生成し、熱を発生する。
【０００７】
ＰＥＭＦＣｓの寿命を延ばすことは、消費者市場に対する燃料電池の使用及び開発に影響を及ぼす大きな問題である。これは、燃料電池スタックに影響を及ぼすエイジング現象を研究し、理解することが不可欠であるためである。
【０００８】
燃料電池のエイジングは、いくつかの現象を含むと思われる。
【０００９】
第一に、燃料電池のエイジングが、特に、活性触媒層のナノ構造／マイクロ構造特性の変化と関係があることを、多くの科学的研究が証明している。Ｊ．Ｐ．Ｍｅｙｅｒｓ及びＲ．Ｍ．Ｄａｒｌｉｎｇ（非特許文献１）は、数時間の作動後におけるカソード上の活性層の厚さの著しい減少を報告している（図２）。
【００１０】
この分解（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）は、以下の反応によって引き起こされる炭素触媒支持体の腐食によるものである。
【００１１】
【化１】
0005548623.tif 000002
【００１２】
同著者は、燃料電池が、パワーサイクル（ｐｏｗｅｒ  ｃｙｃｌｅ）に曝された場合、この分解が、悪化することを証明している。
【００１３】
この反応（１）の電位は、約０．２Ｖ／ＥＮＨである。燃料電池のカソードの電位が、通常、０．２Ｖを上回るならば、常に、この反応が生じる。
【００１４】
理想的には、ＰＥＭＦＣの動作は、アノード３上において燃料として使用される水素、及びカソード４上において酸化剤を構成する空気／酸素が存在することを特徴とする。これらのガス交換が、図３に示されている。
【００１５】
実際には、膜２は、ＰＥＭＦＣの作動の間に、ガスに対して、完全に不浸透性ではない。結果として、酸素の一部が、カソード４からアノード３に移動する。この現象は、通常、“クロスオーバー”と呼ばれる。当然、細かな膜の使用が、この現象を助長する。
【００１６】
アノード３上に存在する酸素が、通常、アノード部分内の水素によって還元される。しかしながら、停止／開始段階、パワーサイクルの間、水のスラッギング（ｓｌｕｇｇｉｎｇ）の間、水素供給が止まっている場合、水素が、酸素に十分に届かない。これらの段階の間、いまだ存在する酸素が、他のソースのプロトン、特に、カソードの炭素を酸化することにより生成されたプロトンを利用する。従って、アノード３上に存在する酸素が、カソード触媒層４のレベルにおいて、炭素の腐食を助長するプロトンポンプとして機能し、この結果、反応（１）が、右方向に著しくシフトされる（図４参照）。
【００１７】
【化２】
0005548623.tif 000003
【００１８】
さらに、カソード上の炭素支持体へのダメージが、触媒表面領域の損失を引き起こし、カソード４とガス拡散層８との間の接触抵抗の増加を引き起こす。これが、ＰＥＭＦＣｓの耐久性の低下を引き起こす要因の一つである。
【００１９】
カソード上の炭素の腐食を防止するために提案された一つの解決策は、カソード４上の空気中に二酸化炭素（ＣＯ２）を導入すること、ＣＯ２量を監視することを含む。この技術的解決策は、特許文献１に記載されており、図５に図示されている。ＣＯ２の導入が、反応（１）を左方向にシフトさせ、この結果、炭素の消費／腐食が、緩やかになる。
【００２０】
【化３】
0005548623.tif 000004
【００２１】
カソード上の炭素腐食の課題を克服する代替的な試みが、提案されている。これらは、特に、さらに耐久性のある炭素支持体を使用することを含み、これらは、例えば、Ｔ．Ｒ．Ｒａｌｐｈらによる文献（非特許文献２）に記載されている。
【００２２】
これらの全ての解決策は、カソード上のみへの措置に集中していることに留意すべきである。
【００２３】
燃料電池のエイジングが、活性触媒層３，４及び膜２内に主として存在するプロトン伝導性電解質の分解と関係していることを、他の研究が明らかにしている（非特許文献３）。
【００２４】
従って、図６に示されているように、特に、電池内でのヒドロペルオキシルラジカル及び過酸化水素Ｈ２Ｏ２の生成が、電解質の分解の主な原因の一つであることが証明されている（非特許文献４及；非特許文献５）。それでもなお、また、他の化学反応が、これらの高分子を分解させる。
【００２５】
これらの化合物が、アノード触媒の表面上で起こる次の反応によって生成される。
【００２６】
【化４】
0005548623.tif 000005
【００２７】
Ｍは、触媒上の部位（ｓｉｔｅ）を表す。
【００２８】
式（４）は、アノード上の水素の酸化反応の第一段階に対応する。この水素吸収反応が、電流が存在しない場合においてさえも起こる。
【００２９】
式（５）は、触媒Ｍ上に吸収されるヒドロペルオキシルラジカルを形成するための、膜を介したクロスオーバーによる、吸収された水素と、特に、カソードから発生する酸素と、の反応に対応する。燃料電池が、開回路となったとき、この酸素クロスオーバーが、最大であり、過酸化水素の生成が、増強され、これらの条件下において、エイジングが、特に、大きくなる。
【００３０】
式（６）は、吸収されたＨＯ２とＨとの反応による、過酸化水素Ｈ２Ｏ２の形成を表す。
【００３１】
要約すれば、クロスオーバーによりカソードから生じる一部の酸素とアノードの水素との間の局所部位（Ｍ）における化学反応による、電極に存在するアイオノマー及び／又は膜の分解が、特に、アノード３上で生成された過酸化水素によって、引き起こされる。酸素の他の部分は、水素と反応しないが、アノードの酸素還元反応を引き起こし、この反応が、上記のような、カソードの炭素の腐食及びプロトンポンプ効果を促進する。
【００３２】
実際には、このようなケースにおいて、過酸化水素が、プロトンの伝導を可能するものであって、例えば、Ｈｙｆｌｏｎ（登録商標）Ｉｏｎ／Ｄｏｗ（短鎖の高分子）又はＮａｆｉｏｎ（登録商標）（長鎖の高分子）内に存在する化学部位及び炭素鎖を攻撃し、その構造が、以下に表される。
【００３３】
【化５】
0005548623.tif 000006
【００３４】
Ｈｏｍｍｕｒａら（非特許文献６）及びＣｕｒｔｉｎら（非特許文献７）は、プロトン伝導性ポリマーの過酸化水素との反応性を説明する反応を報告している。
【００３５】
【化６】
0005548623.tif 000007
【００３６】
Ｒｆは、高分子マトリクスの化学成分を表す。
【００３７】
実際の膜自体の分解を制限するための解決策が、既に提案されており、それらが、
−電極及び／又は膜の内部に金属酸化物微粒子を組み込むステップであって、例えば、アルミナ、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、ゲルマニウム、セリウム、又は、Ｈ２Ｏ２の分解を確保するこれらの材料を任意で組み合わせたものにより構成される群に含まれる粒子を組み込むステップ（特許文献２）；
−改良された機械的特性及び化学的安定性を有する化合物膜を成長させるステップ（例えば、特許文献３を参照）；
を含む。
【００３８】
それでもなお、ＰＥＭＦＣ型燃料電池のエイジングを制限することを可能にする技術的な解決策を開発する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００６−２７８１９０号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１０８９４９号
【特許文献３】国際公開第２００５／０４５９７６号
【非特許文献】
【００４０】
【非特許文献１】Ｊ．Ｐ．Ｍｅｙｅｒｓ及びＲ．Ｍ．Ｄａｒｌｉｎｇ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１５３（８），Ａ１４３２，２００６
【非特許文献２】Ｔ．Ｒ．Ｒａｌｐｈら．ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  １（８）２００６，６７−８４）
【非特許文献３】Ｓｃｈｍｉｔｔｉｎｇｅｒ及びＶａｈｉｄｉ，Ｊ．Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１８０，ｐｐ  １−１４，２００８
【非特許文献４】Ｏｈｍａら，Ｊ．Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１８２，ｐｐ  ３９−４７，２００８
【非特許文献５】Ｍｉｔｔａｌら，Ｊ．ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１５４（７），Ｂ６５２，２００７
【非特許文献６】Ｈｏｍｍｕｒａら，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，  １５５（１），  Ａ２９−Ａ３３，２００８
【非特許文献７】Ｃｕｒｔｉｎら，Ｊ．Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１３１  （１／２），ｐｐ  ４１−４８，２００４
【非特許文献８】Ｆｒａｎｃｏ，Ｐ．Ｓｃｈｏｔｔら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１５３（６）Ａｌ  ０５３  （２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
本出願人は、問題となっている技術的な課題に、創意工夫に満ちた方法で、全く異なる方向から取り組み、アノードに作用することにより課題を解決することを提案している。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
従って、本発明は、アノードにおいて、化合物を加えることをベースとしており、この化合物は、水素ではないが、アノードに存在する酸素と反応することが可能である。
【００４３】
さらに正確には、これは、外からの化合物であって、その唯一の機能が、酸素を“トラップする”ことである化合物を供給するステップを含む。有利には、求められている機能、すなわち、燃料電池をエイジングから保護するために、これは、アノードのレベルにおいて制御された方法で、意図的に注入されたガスを含む。
【００４４】
これが、燃料から発生しない化合物を含むことは明らかである。特に、これは、通常、水素により構成される燃料内に存在するいずれの不純物を含まない。
【００４５】
一般的に言えば、本発明は、従って、ＰＥＭＦＣ型燃料電池の寿命を引き延ばす方法に関し、アノードにおいて、酸素と反応することが可能な化合物を供給するステップを含む。
【００４６】
上記のように、エイジングに対する保護は、２つの並列機構をベースとしている。
【００４７】
アノードでの酸素の消費又はさらには除去により、その触媒層内での炭素の腐食による、カソードから生じたプロトンに対する要求を制限する又はさらには停止することが可能となり、炭素が、例えば、カーボンブラック又はナノチューブ状である。従って、カソードの炭素の腐食が、制限され、燃料電池の寿命が、引き延ばされる。
【００４８】
さらに正確には、本発明は、ＰＥＭＦＣ型燃料電池のカソードの腐食に対する保護を提供する方法に関し、アノードにて、酸素と反応することが可能な化合物を供給するステップを含む。
【００４９】
上記のように、本発明は、燃料電池が、カソード上に炭素−ベース触媒層を備える場合に、実際に意味をなし、有利には、カーボンブラック状であり、腐食を受け、アノードから生じる酸素と反応するプロトンをリリースする。
【００５０】
１つの好ましい実施形態によるものであって、燃料電池の内部でガス交換が生じる場合、供給された化合物が、ガス状態である。
【００５１】
酸素と反応し、この結果、アノードに存在する酸素を消費するという本質的な特性を、前記化合物が有さなければならない。
【００５２】
有利に、選択されたガスが、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）のいずれかである。
【００５３】
この試薬がガス状であるということで、アノードへの水素ガスのフロー内にこれを組み込むことが可能となる。
【００５４】
水素にＣＯを加えることで、次のメカニズムに従い、アノードに存在する酸素の量を減らすことが可能となる。
【００５５】
【化７】
0005548623.tif 000008
【００５６】
ここで、Ｍが、アノード触媒上の部位を示す。
【００５７】
・式（１１）は、アノードの酸素を還元するための反応の第一段階と対応し、
・式（１２）は、触媒上でのＣＯの吸収に対応し、
・式（１３）は、吸収された酸素を除去するための反応と対応し、
・式（１４）は、アノードの水素酸化機構により得られた単原子水素による、残りの酸素の除去を示す（非特許文献８）。
【００５８】
供給されたＣＯの量が、アノードの酸素を還元するために十分であるが、触媒の過度の被毒及びその結果としての燃料電池の電圧の不可逆な降下を回避するために十分に小さくなければならない。
【００５９】
燃料電池の電圧が極めて高い場合、被毒に関してのその影響はわずかであるため、水素内に十分な量のＣＯを供給することが可能である。８００ｍＶの過度の初期電圧に対し（特に、開回路燃料電池に対応する）、数百ｐｐｍのＣＯを供給することが可能である。
【００６０】
一般的に言えば、要求されるＣＯ量が、膜を通過する酸素量の２倍を超えてはならない。この酸素量が、実験的に測定されることが可能であり、多くの要因、特に、膜の特性、その厚さ、含水量、及び温度などに依存する。
【００６１】
ここで留意すべきは、長期的には、アノードへのＣＯの追加は、プロトンポンプによって生じるカソードの炭素の腐食よりも、性能の劣化への影響が少なく、ＣＯによる被毒のみが、短期的には、重要である。
【００６２】
第二の極めて適した代替策が、水素にＣＯ２を追加するステップを含む。
【００６３】
この場合、次の反応に従い、ＣＯ２が、アノード触媒上に吸収された水素と反応し、吸収されるＣＯを生じる。
【００６４】
【化８】
0005548623.tif 000009
【００６５】
次に、上記のメカニズムに従い、吸収されたＣＯが、酸素と反応する。
【００６６】
本発明によると、アノード触媒が、供給された化合物と適合するものでなければならない。
【００６７】
従って、１つの好ましい実施形態によると、分析に関する触媒が、白金と同じように、一酸化炭素を許容する。実際には、これが、電気化学反応、特に、水素の酸化を制限するため、化合物が、触媒、及びその活性部位であるブロックと反応してはならない。前記アノード触媒が、有利に、２種類の金属からなる触媒であり、特に、白金の合金であり、例えば、Ｐｔ−Ｓｎ，Ｐｔ−Ｒｕ若しくはＰｔ−Ｍｏであり、又はＰｔ−Ｒｕ−Ｍｏのような３種類の金属からなる触媒である。炭化タングステン（ＣＷ）のような他の触媒を使用することも可能である。
【００６８】
第二の態様によると、本発明は、特に、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）によって引き起こされる、ＰＥＭＦＣ型燃料電池のプロトン伝導性ポリマーのいわゆる化学分解に対する保護を提供する方法に関し、アノードにおいて、酸素と反応することが可能な化合物を供給するステップを含む。
【００６９】
上記の式（５）は、アノードにおいて化合物を供給することによる酸素除去が、その水素との反応を防ぎ、この結果、過酸化水素の生成を防ぐことを明確に示している。この方法において、プロトン伝導体の分解が、制限される。
【００７０】
本発明のこの態様によると、プロトン伝導性ポリマーが、電解質膜及び触媒層内に位置される。従って、これが、結果として、燃料電池の触媒層及び／又は膜の分解に対する保護を形成する。
【００７１】
この技術的解決策が、腐食に対して炭素−ベースのカソードを保護するという効果を有する上記のそれと同一である。
【００７２】
特に、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）の存在下で、かんれんしている含まれる反応が、各々、式（１１）から（１４）及び（１５）に記載されたものである。
【００７３】
ここで留意すべきは、水素以外のガスを使用したアノードを供給する原理が、既に説明されていることである。これは、例えば、酸化により不純物を除去するために使用される酸素を備えた場合であり、特に、アノードに存在し、アノード触媒を被毒させることが可能な一酸化炭素である。
【００７４】
この状況が、図８に示されており、これはアノードのレベルにおける課題を解決することを含むため、本発明とは明らかに異なる。さらに、酸素を追加することは、プロトンポンプ及びその結果として炭素の腐食を促進する逆効果を有する。
【００７５】
他の態様によると、また、本発明は、アノードにおいて、酸素と反応することが可能な外部からの化合物を供給する手段を備えた燃料電池に関する。有利に、燃料電池が、次の付加的な技術的特徴を有する：
−これが、炭素を含むカソード触媒を有する；
−化合物が、有利に、ガスであり、好ましくは、一酸化炭素又は二酸化炭素である。一方、これは、水素と酸素のどちらでもない。また、これが、例えば、水素を汚染しうるＣＯ又はＣＯ２のような燃料から生じる不純物を含まない；
−燃料電池が、供給手段の流速を監視するためのデバイスを備える。従って、アノードが、有利に、カソードからアノードに向かう膜を通過する酸素量の２倍以下である量で供給される；
−アノードが、白金−ベースの触媒を含む及び／又はアノード触媒が、２種類の金属からなり、特に、白金の合金であり、例えば、Ｐｔ−Ｓｎ，Ｐｔ−Ｒｕ若しくはＰｔ−Ｍｏである；
−膜及び／触媒層が、特に、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）によって分解されることが可能なプロトン伝導性ポリマーを含む。
【００７６】
１つの好ましい実施形態によると、供給手段が、チャネルの形態をとる。これが、アノードに燃料、有利には水素を供給するものと同じチャネルであることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ＰＥＭＦＣ型燃料電池の作動原理を示す概略図である。
【図２】顕微鏡によって観察されるＭＥＡを貫通する断面図であって、使用前（Ａ）及びいくつかの作動サイクル後（Ｂ）を比較するものである。
【図３】ＰＥＭＦＣの理想的な作動を概略的に示すものである。
【図４】ＰＥＭＦＣの実際の作動を概略的に示すものであって；これが、カソードの炭素の腐食による分解を引き起こす。
【図５】従来技術に従う、電極上の炭素の腐食を防ぐための、カソードにおけるＣＯ２の追加の原理を示すものである。
【図６】ＰＥＭＦＣの実際の作動を概略的に示すものであって；これが、特に、プロトン伝導体の劣化の原因である、ヒドロペルオキシルラジカル及び過酸化水素Ｈ２Ｏ２の生成を引き起こす。
【図７Ａ】特に、過酸化水素Ｈ２Ｏ２及びヒドロペルオキシルラジカルによって生じる、電解質の分解を防ぎ（Ｂ）、カソード上での炭素の腐食を防ぐ（Ａ）ために、アノードにＣＯを追加するステップを含む本発明の原理を示すものである。
【図７Ｂ】特に、過酸化水素Ｈ２Ｏ２及びヒドロペルオキシルラジカルによって生じる、電解質の分解を防ぎ（Ｂ）、カソード上での炭素の腐食を防ぐ（Ａ）ために、アノードにＣＯを追加するステップを含む本発明の原理を示すものである。
【図８】従来技術に従う、水素からＣＯを除去するための、アノードでのＯ２の追加の原理を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
本発明が実施されうる方法及びその結果として得られる利点が、添付の図面を参照し、単に例示のみを目的として与えられる次の実施形態の説明によって、さらに容易に理解されるものとなりうる。
【００７９】
２ｃｍ２の活性表面積（Ｐｔ触媒）を有するＭＥＡ１により構成された燃料電池に、純水素及び酸素が供給され、アノード（Ｈ２）において１．５ｂａｒ、カソード（Ｏ２）において８０℃、１００％ＲＨで作動する。
【００８０】
オン（４５分）／オフ（１５分）負荷サイクルが適応される。
【００８１】
クロスオーバーにより、アノード３での酸素の濃度が、約１ｐｐｍである場合、およそ１０００時間の作動の後、最大５０％のカソードの炭素支持体４が、失われることが明らかとなっている。
【００８２】
これらの条件下において、約２ｐｐｍのＣＯが、水素に供給することを可能にするチャネル９を介してアノード３に供給された。ＰＥＭＦＣ型燃料電池の内部においてこれらの条件下で起こる反応及びガス交換が、図７Ａに示されている。
【００８３】
測定により、カソード４の炭素の腐食及びプロトン伝導体（２，３，４）の分解が、この結果、制限されたことが明らかとなる。
【００８４】
第一に、１０００時間の作動の後、損失する炭素の量が、約３０％まで減少する。第二に、ｘ−線光電子分光法（ＸＰＳ）分析により、ＣＯが存在する場合には、純水素の場合よりも、１０００時間の作動の後で、プロトン伝導体の構造の分解が少ないことが示される。
【符号の説明】
【００８５】
１  膜電極アセンブリ
２  膜
３  アノード
４  カソード
５  アノード部分
６  カソード部分
７，８  ガス拡散層
９，１０  チャネルシステム
【図１】
0005548623.tif 000010
【図２】
0005548623.tif 000011
【図３】
0005548623.tif 000012
【図４】
0005548623.tif 000013
【図５】
0005548623.tif 000014
【図６】
0005548623.tif 000015
【図７Ａ】
0005548623.tif 000016
【図７Ｂ】
0005548623.tif 000017
【図８】
0005548623.tif 000018