(57)【要約】【課題】  未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間におけるＰＥＦＣスタックの性能の劣化を抑制するＰＥＦＣスタックの保存方法を提供する。また、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間におけるＰＥＦＣスタックの性能の劣化を十分に防止できるＰＥＦＣスタックの保存処理体を提供する。【解決手段】  本発明のＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路３０と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路４０とを有するＰＥＦＣスタック２００の保存方法であって、未設置状態のＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内を大気中の酸素濃度よりも低い状態として保存する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法であって、
未設置状態の前記高分子電解質型燃料電池スタックの前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内を大気中の酸素濃度よりも低い状態として保存する、高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項２】
未設置状態の前記高分子電解質型燃料電池スタックの前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内の酸素濃度を、大気中の酸素濃度未満に低減する低減ステップと、
前記酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止ステップと、を有する、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項３】
前記低減ステップにおいて、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１×１０4ｐｐｍ以下の範囲に低減する、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項４】
前記低減ステップは、置換ガスの充填により行い、
前記封止ステップは、前記置換ガスが充填されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記置換ガスが充填されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止するための封止ユニットを用いて行う、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項５】
前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、
前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、
内部に酸素除去剤が充填された本体部と、を有する酸素除去剤容器であり、
前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止できる機構が設けられている、請求項４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項６】
前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、
前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、
内部に前記置換ガスが充填された本体部と、を有する置換ガス容器であり、
前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止でき、かつ、前記置換ガスの噴出圧力を所定の範囲内に維持できる機構が設けられている、請求項４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項７】
前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、封止栓である、請求項４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項８】
前記低減ステップは、水の充填により行い、
前記封止ステップは、前記水が充填されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記水が充填されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止するための封止ユニットを用いて行う、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項９】
前記封止後、高分子電解質型燃料電池スタックを０℃より高く２５℃以下に維持する、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１０】
前記封止ステップ後、前記高分子電解質型燃料電池スタックが包材によって気密的に梱包される梱包ステップを有する、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１１】
前記包材が、可撓性のある包材であって、該包材同士の接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包される、請求項１０に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１２】
前記包材が本体部及び蓋からなる剛性体容器であって、該本体部と蓋との接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包される、請求項１０に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１３】
前記包材が酸素透過性の低い包材である、請求項１０に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１４】
前記高分子電解質型燃料電池スタックを発電させる発電処理ステップを有する、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１５】
前記発電処理ステップにおける電流密度は、前記触媒層の面積あたり０．１Ａ／ｃｍ2以上、０．４Ａ／ｃｍ2以下である、請求項１４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１６】
前記発電処理ステップにおける発電継続時間は、３時間以上である、請求項１４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１７】
前記発電処理ステップにおける発電継続時間は、電圧変動が２ｍＶ／ｈ以下になるまでの時間である、請求項１４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１８】
前記発電処理ステップが前記高分子電解質型燃料電池スタック製造後３００時間以内に行われる、請求項１４に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【請求項１９】
入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された高分子電解質型燃料電池スタックと、
酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止ユニットと、を有する、高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２０】
前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度が１０ｐｐｍ以上１×１０4ｐｐｍ以下の範囲に低減されている、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２１】
前記酸化剤流路及び前記還元剤流路には置換ガスが充填されている、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２２】
前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、
前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、
内部に酸素除去剤が充填された本体部と、を有する酸素除去剤容器であり、
前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止できる機構が設けられている、請求項２１に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２３】
前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、
前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、
内部に前記置換ガスが充填された本体部と、を有する置換ガス容器であり、
前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止でき、かつ、前記置換ガスの噴出圧力を所定の範囲内に維持できる機構が設けられている、請求項２１に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２４】
前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、封止栓である、請求項２１に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２５】
前記酸化剤流路及び前記還元剤流路には水が充填されている、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２６】
前記封止ユニットが装着された前記高分子電解質型燃料電池スタックを気密的に梱包する包材を有する、請求項１７に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２７】
前記包材が、可撓性のある包材であって、該包材同士の接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されている、請求項２６に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２８】
前記包材が本体部及び蓋からなる剛性体容器であって、該本体部と蓋との接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されている、請求項２６記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項２９】
前記包材が酸素透過性の低い包材である、請求項２６に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【請求項３０】
前記高分子電解質型燃料電池スタックは、発電処理された高分子電解質型燃料電池スタックである、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法及び高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体に関する。特に未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法及び高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高分子電解質型燃料電池（以下ＰＥＦＣと略称する）の停止方法においては、酸化剤物質及び還元剤物質の供給を遮断すると共に、ＰＥＦＣスタック内に残存するこれら物質を窒素等の不活性ガス等によってパージを行っている（特許文献１参照）。また、その後のＰＥＦＣの停止中においても、一般的には、空気がＰＥＦＣスタック内に侵入しないように酸化剤流路及び還元剤流路に不活性ガス等を充填している（特許文献２参照）。これによって、ＰＥＦＣスタック内の電極触媒層の酸化が防止され、ＰＥＦＣの性能の劣化を防止することができる。また、ＰＥＦＣの発電停止中に、セパレータの電位を所定の値に保って保管する方法も提案されている（特許文献３参照）。
【０００３】
他方で、高分子電解質膜―電極接合体（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の作製において、電極触媒層は、例えば、触媒層形成用塗料を調製し、当該塗料を高分子電解質膜表面に塗布することにより形成される。触媒層形成用塗料には溶媒としてアルコール成分が含有されている。例えば、白金−ルテニウム合金粒子、あるいは白金粒子を担持したカ−ボン粉末が触媒粉末とされ、この触媒粉末がパーフルオロカーボンスルホン酸高分子を含有するエチルアルコール分散液と混合されてペーストとされる。このペーストが、高分子電解質膜表面に塗工されることによって、電極触媒層が形成される。このアルコール成分からなる溶媒はＭＥＡ製造後も多孔質の電極触媒層の一部に入り込んで残存する。
【０００４】
ここで、高分子電解質膜と電極触媒層との界面のイオン抵抗が高くなるという欠点、さらには、電極触媒層と拡散電極層とが十分に接合されず、電極触媒層と拡散電極層との界面の電子抵抗が高くなるという欠点を改善する方法として、２枚の電極で高分子電解質膜を挟んだ挟持体を溶媒中で加熱、加圧し、一体化する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、予め溶媒を含んだ高分子電解質膜および／または電極触媒層を用い、実質上溶媒には浸漬しない状態で加熱および加圧する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この方法によると、一体化工程中にＭＥＡ内の溶媒が蒸発する為、溶媒による高分子電解質膜の膨潤が抑制され、高分子電解質膜と触媒層との界面の接合状態が良好なまま維持されるという効果が記載されている。
【特許文献１】特開平６−２５１７８８号公報
【特許文献２】特開平７−２７２７３８号公報
【特許文献３】特開平５−２５８７６２号公報
【特許文献４】特開平３−２０８２６２号公報
【特許文献５】特開２００２−９３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至３に例示されるように、発電開始後において電極触媒層が触媒活性温度に達している状況において空気など酸化物が接触すると電極触媒層が酸化し、性能が低下することは知られていた。
【０００６】
しかし、ＰＥＦＣは、発電開始前であっても、ＰＥＦＣスタックの組立製造後発電開始までの期間が長くなると、出力電圧の低下などの性能の劣化、特に出力電圧の電圧降下率の上昇が顕著に発現することを本発明者は見出した。本発明者の検証の結果、かかる性能の劣化は電極触媒上に残存する残留溶媒の酸化物がひとつの要因であることが分かった。
【０００７】
従来、このようなＰＥＦＣの発電開始前における性能の劣化については、当業者の間でもさほど関心が払われていなかった。このため、従来のＰＥＦＣの停止方法等は、供用開始後の対応であり、ＰＥＦＣスタックの製造後からＰＥＦＣシステムに組み込まれる前までの電極触媒層の劣化の防止を図るものではなかった。つまり、従来のＰＥＦＣの性能劣化の防止方法は、ＰＥＦＣシステムとしてＰＥＦＣの性能劣化の防止を図る方法となっている。具体的には、ＰＥＦＣスタックの酸化剤流路及び還元剤流路に接続された配管等を通じて外部の周辺機器より不活性ガス等を供給する仕組みであるので、ＰＥＦＣシステムに組み込まれる前、特に在庫時、運搬時のように単体状態のＰＥＦＣスタックには適用できないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を抑制する高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法を提供することを目的とする。また、本発明は、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に防止できる高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、未設置状態のＰＥＦＣスタックの性能劣化の原因は、ＭＥＡの電極触媒層においてアルコール等の残留溶媒と酸素とが反応して酢酸等の酸化物が生成され、この酸化物によって触媒は被毒され、かかる被毒が長期に及ぶと電極触媒層の変質が進展して、電極触媒の性能が劣化しているものと推測した。また、特許文献４及び５においては、溶媒の蒸発によってＭＥＡ製造時における高分子電解質膜の膨潤を抑制することができるとしている。しかし、発明者らが検証した結果では未設置状態のＰＥＦＣスタックの性能劣化にはほとんど効果がなかった。これは、触媒電極層は多孔質体であることから、触媒電極層内部に入り込んでいる溶媒が蒸発せずに残留しているものと推測された。
【００１０】
発明者らは、これら推測に基づいて本発明に想到して、その効果を検証したところ、その効果があることを見出した。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するために、第1の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法であって、未設置状態の前記高分子電解質型燃料電池スタックの前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内を大気中の酸素濃度よりも低い状態として保存する。このような構成とすると、酸化剤側電極触媒層及び還元剤側電極触媒層に接触する酸素が欠乏し、これら電極触媒層に残存する残留溶媒の酸化が十分に抑制されるので、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に抑制することができる。
【００１２】
ここで、未設置状態とは、高分子電解質型燃料電池スタックの組立製造後燃料電池システムに組み込まれる前までの状態をいう。具体的には、高分子電解質型燃料電池スタックの酸化剤流路に酸化剤物質供給装置が接続される前までの状態、あるいは還元剤流路に還元剤物質供給装置が接続される前までの状態をいい、例えば、高分子電解質型燃料電池スタックが保存あるいは運搬される状態を言う。なお、高分子電解質型燃料電池スタック製造後の短期間の電気化学反応を行った後の高分子電解質型燃料電池スタックも未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックに含まれる。例えば、性能確認試験後の高分子電解質型燃料電池スタック、後述する発電処理後の高分子電解質型燃料電池スタックが未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックに含まれる。また、高分子電解質型燃料電池スタックの製造工程において本発明の保存方法を組み込むような場合も未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックに含まれる。例えば、ＭＥＡが積層されて仮締結状態で保存され、高分子電解質型燃料電池システムへの組込時あるいはその直前において、集電板、端板等が両端に配設されて高分子電解質型燃料電池スタックが最終的に組み上げられるという製造方法においては、この仮締結状態が実質的に高分子電解質型燃料電池スタックの未設置状態に該当する。
【００１３】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、未設置状態の前記高分子電解質型燃料電池スタックの前記酸化剤流路内及び前記還元剤流路内の酸素濃度を、大気中の酸素濃度未満に低減する低減ステップと、  前記酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止ステップと、を有するとよい。
【００１４】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第３の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記低減ステップにおいて、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１×１０4ｐｐｍ以下の範囲に低減するとよい。
【００１５】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第４の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記低減ステップは、置換ガスの充填により行い、前記封止ステップは、前記置換ガスが充填されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記置換ガスが充填されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止するための封止ユニットを用いて行うとよい。
【００１６】
第５の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、内部に酸素除去剤が充填された本体部と、を有する酸素除去剤容器であり、前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止できる機構が設けられているとよい。このような構成とすると、酸素除去剤によって酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素を継続的に除去することができるので、酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【００１７】
第６の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、内部に前記置換ガスが充填された本体部と、を有する置換ガス容器であり、前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止でき、かつ、前記置換ガスの噴出圧力を所定の範囲内に維持できる機構が設けられているとよい。このような構成とすると、置換ガス容器によって酸化剤流路内及び還元剤流路内の減圧が継続的に防止されるので、酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【００１８】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第７の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記封止ステップで使用される前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、封止栓であるとよい。
【００１９】
第８の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記低減ステップは、水の充填により行い、前記封止ステップは、前記水が充填されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、前記水が充填されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止するための封止ユニットを用いて行うとよい。このような構成とすると、電極触媒層中の残留有機溶媒成分のうちの水溶性成分を触媒層外に水溶させて、希釈することができるので、電極触媒層中における水溶性成分の部分酸化反応、脱水縮合反応（水溶性成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、水溶性成分と部分酸化物との反応を含む）等を十分に防止できるため、本発明の効果がより確実に得られる。
【００２０】
第９の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記封止後、高分子電解質型燃料電池スタックを０℃より高く２５℃以下に維持するとよい。この温度範囲とすることにより、酸化剤流路及び還元剤流路に残存する酸素による、酸化剤流路及び還元剤流路に残存する有機溶媒成分の部分酸化反応、脱水縮合反応（有機溶媒成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、有機溶媒成分と部分酸化物との反応を含む）がより確実に防止できるとともに、低温下でのＭＥＡの機械的損傷をより容易かつより十分に防止できるようになる。
【００２１】
第１０の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記封止ステップ後、前記高分子電解質型燃料電池スタックが包材によって気密的に梱包される梱包ステップを有するとよい。このように構成すると、高分子電解質型燃料電池スタック周囲から酸化剤流路及び還元剤流路内への酸素の侵入を抑制することができるので、高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化をより確実に抑制することができる。
【００２２】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第１１の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記包材が、可撓性のある包材であって、該包材同士の接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されるとよい。
【００２３】
第１２の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記包材が本体部及び蓋からなる剛性体容器であって、該本体部と蓋との接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されるとよい。このように構成すると、容器が剛体であるので、運搬時等における高分子電解質型燃料電池スタックの損傷を防止することができ、かつ容器の再利用も可能となる。
【００２４】
第１３の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記包材が酸素透過性の低い包材であるとよい。このように酸素透過性が低い包材で高分子電解質型燃料電池スタックを気密的に梱包することにより、高分子電解質型燃料電池スタックのガスケットからわずかに酸素が透過する可能性がある場合であっても高分子電解質型燃料電池スタック内への酸素の進入をより確実に防止できるようになる。また、酸素透過性が低い包材は水分の透過性も低いので、高分子電解質型燃料電池スタック内部の湿度変化を抑制し、高分子電解質膜１の損傷を抑制することができる。
【００２５】
第１４の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記高分子電解質型燃料電池スタックを発電させる発電処理ステップを有するとよい。このように高分子電解質型燃料電池スタックを発電させることにより、高分子電解質型燃料電池スタック内に残留している溶媒や金属等の異物を、電気化学反応による生成水とともに除去することができるので、高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化をさらに抑制することができる。
【００２６】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第１５の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記発電処理ステップにおける電流密度は、前記触媒層の面積あたり０．１Ａ／ｃｍ2以上、０．４Ａ／ｃｍ2以下であるとよい。
【００２７】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第１６の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記発電処理ステップにおける発電継続時間は、３時間以上であるとよい。
【００２８】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第１７の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記発電処理ステップにおける発電継続時間は、電圧変動が２ｍＶ／ｈ以下になるまでの時間であるとよい。
【００２９】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第１８の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記発電処理ステップが前記高分子電解質型燃料電池スタック製造後３００時間以内に行われるとよい。
【００３０】
第１９の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された高分子電解質型燃料電池スタックと、酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止ユニットと、を有する。
【００３１】
このような構成とすると、酸化剤側電極触媒層及び還元剤側電極触媒層に接触する酸素が欠乏し、これら電極触媒層に残存する残留溶媒の酸化が抑制されるので、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に防止できる高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体を提供するができる。
【００３２】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２０の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度が１０ｐｐｍ以上１×１０4ｐｐｍ以下の範囲に低減されているとよい。
【００３３】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２１の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路には置換ガスが充填されている、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【００３４】
第２２の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、内部に酸素除去剤が充填された本体部と、を有する酸素除去剤容器であり、前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止できる機構が設けられているとよい。このような構成とすると、酸素除去剤によって酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素を継続的に除去することができるので、酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【００３５】
第２３の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、前記酸化剤流路又は前記還元剤流路と接続される開口部を有する接続部と、内部に前記置換ガスが充填された本体部と、を有する置換ガス容器であり、前記接続部には、前記酸化剤流路の入口及び出口並びに前記還元剤流路の入口及び出口に装着される際に気密的に封止でき、かつ、前記置換ガスの噴出圧力を所定の範囲内に維持できる機構が設けられているとよい。このような構成とすると、置換ガス容器によって酸化剤流路内及び還元剤流路内の減圧が継続的に防止されるので、酸化剤流路内及び還元剤流路内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【００３６】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２４の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記封止ユニットのうちの少なくとも１つは、封止栓であるとよい。
【００３７】
第２５の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路には水が充填されているとよい。このような構成とすると、電極触媒層中の残留有機溶媒成分のうちの水溶性成分を触媒層外に水溶させて、希釈することができるので、電極触媒層中における水溶性成分の部分酸化反応、脱水縮合反応（水溶性成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、水溶性成分と部分酸化物との反応を含む）等を十分に防止できるため、本発明の効果がより確実に得られる。
【００３８】
第２６の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記封止ユニットが装着された前記高分子電解質型燃料電池スタックを気密的に梱包する包材を有するとよい。このように構成すると、高分子電解質型燃料電池スタック周囲から酸化剤流路及び還元剤流路内への酸素の侵入を抑制することができるので、高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化をより確実に抑制することができる。
【００３９】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２７の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記包材が、可撓性のある包材であって、該包材同士の接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されているとよい。
【００４０】
第２８の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記包材が本体部及び蓋からなる剛性体容器であって、該本体部と蓋との接合によって前記高分子電解質型燃料電池スタックが気密的に梱包されているとよい。このように構成すると、容器が剛体であるので、運搬時等における高分子電解質型燃料電池スタックの損傷を防止することができ、かつ容器の再利用も可能となる。
【００４１】
第２９の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記包材が酸素透過性の低い包材であるとよい。このように酸素透過性が低い包材で高分子電解質型燃料電池スタックを気密的に梱包することにより、高分子電解質型燃料電池スタックのガスケットからわずかに酸素が透過する可能性がある場合であっても高分子電解質型燃料電池スタック内への酸素の進入をより確実に防止できるようになる。また、酸素透過性が低い包材は水分の透過性も低いので、高分子電解質型燃料電池スタック内部の湿度変化を抑制し、高分子電解質膜１の損傷を抑制することができる。
【００４２】
第３０の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記高分子電解質型燃料電池スタックは、発電処理された高分子電解質型燃料電池スタックであるとよい。
このように構成することにより、高分子電解質型燃料電池スタック内の溶媒や金属等の異物が、発電処理のおける電気化学反応による生成水とともに除去されているので、高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化をさらに抑制することができる。ここで、「発電処理」とは、高分子電解質型燃料電池スタックを発電させる処理をいう。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明によれば、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を抑制する高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法を提供することができる。また、本発明によれば、特に、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に防止できる高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の上記効果、他の効果、特徴及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【００４５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法について説明する。
【００４６】
図１は、本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。図２は、本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体にふくまれるＰＥＦＣスタックの構造を示す分解斜視図である。
【００４７】
第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００にふくまれるＰＥＦＣスタック２００は、電気化学反応により発電する単電池（セル）１００を積層して構成されている。図２に示すように、単電池（セル）１００は、互いにほぼ同型の平面を有する、矩形板状のＭＥＡ１００、カソードセパレータ１５及びアノードセパレータ２０を有して構成されている。そして、ＭＥＡ１０は、一方の面をカソードセパレータ１５、他方の面をアノードセパレータ２０が接するようにして挟まれている。セル１００の積層方向端部は、集電板４１，４１、及び絶縁板４２，４２を介して端板４３，４３で挟まれ、端板４３，４３間が締結ボルト（図示せず）で両側から締結されて構成されている。ＰＥＦＣスタック２００は、家庭用コージェネレーションシステム、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、家電製品、携帯用コンピュータ装置、携帯電話、携帯用音響機器、携帯用情報端末などの携帯電気装置等のＰＥＦＣシステムに用いられる。
【００４８】
集電板４１，４１の電気端子４１ａ，４１ａは、電気機器等の外部負荷と接続されて電気を出力する。ＰＥＦＣスタック２００には、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０が形成されている。
【００４９】
酸化剤流路３０は、酸化剤物質が、酸化剤流路入口部３０ａから供給され、各セル１００に分岐し、各セル１００流通後は、再び合流して酸化剤流路出口部３０ｂよりＰＥＦＣスタック２００外に排出されるように構成されている。また、一般的に、酸化剤流路３０は、他の流路との交流はなく、酸化剤流路入口部３０ａ及び酸化剤流路出口部３０ｂが封止されると閉塞されるように構成されている。還元剤流路４０も同様にして構成されている。本実施の形態では、酸化剤物質として、酸素あるいは空気が用いられる。また、還元剤物質として水素あるいは水素を含む物質が用いられる。
【００５０】
ここでは、ＰＥＦＣスタック２００片側の端板４３に酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａが形成されている。還元剤流路４０も同様にして構成されている。
【００５１】
なお、ＰＥＦＣスタック２００には、ＰＥＦＣスタック２００の温度を調整するために、水などの冷却剤が流通する冷却剤流路４５も構成されている。冷却剤流路４５は、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０とは別個に構成されていて、冷却剤が、冷却剤流路入口部４５ａからＰＥＦＣスタック２００内に供給され、ＰＥＦＣスタック２００内で分岐して積層された各セル１００の間を流通して冷却剤流路出口部４５ｂから外部に排出されるように構成されている。
【００５２】
ここで、セル１００は、ＭＥＡ１０と、カソードセパレータ１５と、アノードセパレータ２０とを積層して構成されている。そして、図２に示すようにＭＥＡ１０とカソードセパレータ１５との間には酸化剤流路３０が形成され、ＭＥＡ１０とアノードセパレータ２０との間には還元剤流路４０が形成されている。
【００５３】
図３は、ＭＥＡの基本構造を示す模式図である。
【００５４】
ＭＥＡ１０は、水素イオンを選択的に透過するイオン交換膜からなる高分子電解質膜１と、高分子電解質膜１を挟むように形成された、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする一対の電極触媒層（酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３）と、この一対の電極触媒層の外面に配設された一対の拡散電極層（酸化剤側拡散電極層４及び還元剤側拡散電極層５）とを備えて構成されている。この拡散電極層４，５は、通気性と電子伝導性を併せ持つように構成されている。例えば、多孔性構造を有している。
【００５５】
そして、酸化剤側電極触媒層２，酸化剤側拡散電極層４及びカソードセパレータ１５がカソードを構成している。
【００５６】
また、還元剤側電極触媒層３，還元剤側拡散電極層５及びアノードセパレータ２０がアノードを構成している。
【００５７】
次に以上のように構成されたＰＥＦＣスタック２００の動作を説明する。酸化剤物質が酸化剤流路３０を経由して各セル１００に分岐して供給される。各セル１００では、酸化剤物質がカソードに供給される。ここでは、酸化剤側拡散電極層４に曝露される。また、水素、あるいは水素を含む還元剤物質も同様にして、アノードに供給される。ここでは、還元剤流路４０を経由して還元剤側拡散電極層５に曝露される。
【００５８】
そして、酸化剤物質は、酸化剤側拡散電極層４を透過し、酸化剤側電極触媒層２に到達する。同様にして、還元剤物質も、還元剤側拡散電極層５を透過し、還元剤側電極触媒層３に到達する。
【００５９】
カソードセパレータ１５、アノードセパレータ２０、集電板４１、４１（図１参照）及び外部の電気回路（図示せず）を経由して酸化剤側電極触媒層２と還元剤側電極触媒層３との電気的な接続回路が構成されると、還元剤側電極触媒層３において、水素がイオン化する。
【００６０】
水素イオンは高分子電解質膜１を透過して酸化剤側電極触媒層２において、酸素イオンと結合し、水を生成する。また、水素のイオン化に伴い還元剤側電極触媒層３において発生した電子は、還元剤側拡散電極層５を経由して外部の電気回路（図示せず）を流れ、電気出力を生じさせる。
【００６１】
ところで、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３は、以上の動作から明らかなように、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内に充満する物質に暴露される。従って、製造直後の燃料電池においては、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３は酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内に充満する空気に暴露される。そして、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３が空気に暴露されると、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３中に残存している残留溶媒が酸化反応を起こし、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３の触媒を被毒させる可能性がある。
【００６２】
そこで、本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は次のように構成されている。
【００６３】
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、ＰＥＦＣスタック２００と封止栓６０とを備えている。そして、ＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に、置換ガスが充填され、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内の酸素濃度が１％（１×１０4ｐｐｍ）以下に低下して、酸化剤流路の入口部３０ａ及び出口部３０ｂ並びに還元剤流路の入口部４０ａ及び出口部４０ｂが封止栓（封止ユニット）６０によってそれぞれ気密的に封止されている。ここで封止栓はＰＰＳ樹脂からなるものを用いた。
【００６４】
ここで、置換ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスあるいは水素などのＰＥＦＣの作動環境下では酸化剤とならないガスである。なお、ここで、本発明において、不活性ガスとは、希ガスの他に、窒素などのＰＥＦＣの作動環境下では電極反応における反応物とならない反応性の低いガスも含む。
【００６５】
また、ここでは、封止栓６０が封止ユニットを構成しているが、封止ユニットは気密構造の開閉弁によって構成することもできる。例えば、酸化剤流路の入口部３０ａ及び出口部３０ｂ並びに還元剤流路の入口部４０ａ及び出口部４０ｂに開閉弁を予め装着しておき、これら開閉弁の閉止によって、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０を封止することができる。この場合、封止ユニットはＰＥＦＣスタック２００に一体化されて構成されることになり、封止栓等別部材の管理及び処分を不要とすることができる。なお、開閉弁は保存時に駆動動力の不要な手動が好ましい。あるいは、駆動動力喪失時には閉止状態となる、いわゆるノーマルクローズドタイプの電導開閉弁であってもよい。
【００６６】
ここで、ＰＥＦＣスタック２００は、未設置状態のＰＥＦＣスタックである。未設置状態とは、ＰＥＦＣスタックの組立製造後燃料電池システムに組み込まれる前までの状態をいう。具体的には、ＰＥＦＣスタックの酸化剤流路に酸化剤物質供給装置が接続される前までの状態、あるいは還元剤流路に還元剤物質供給装置が接続される前までの状態をいい、例えば、ＰＥＦＣスタックが保存あるいは運搬される状態を言う。なお、ＰＥＦＣスタック製造後の短期間の電気化学反応を行った後のＰＥＦＣスタックも未設置状態のＰＥＦＣスタックに含まれる。例えば、性能確認試験後のＰＥＦＣスタック、所定の発電処理後のＰＥＦＣスタックが未設置状態のＰＥＦＣスタックに含まれる。また、ＰＥＦＣスタックの製造工程において本発明の保存方法を施すような場合も未設置状態のＰＥＦＣスタックに含まれる。例えば、ＭＥＡが積層されて仮締結状態で保存され、ＰＥＦＣシステムへの組込時あるいはその直前において、集電板、端板等が両端に配設されてＰＥＦＣスタックが最終的に組み上げられるという製造方法においては、この仮締結状態が実質的にＰＥＦＣスタックの未設置状態に該当する。
【００６７】
次に、本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を説明する。
【００６８】
図４は、本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。
【００６９】
まず、ステップ（低減ステップ）Ｓ１においては、未設置状態のＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の酸素濃度を、大気中の酸素濃度未満に低減する。ここでは、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａから酸素濃度が１％（１×１０4ｐｐｍ）以下の置換ガスを供給し、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内のガスをそれぞれ酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂから排出するとともに、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内に置換ガスを充填させる。
【００７０】
次に、ステップ（封止ステップ）Ｓ２においては、酸素濃度が低減されている酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の入口及び出口を気密的に封止する。ここでは、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂから排出される置換ガスの酸素濃度が１％（１×１０4ｐｐｍ）以下に低下したところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂを封止し、次いで、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを封止する。酸素濃度の検出は、公知の酸素濃度計（図示せず）によって測定することができる。これによって、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内の酸素濃度を１％以下に低下させることができる。具体的には、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂにガス分析機（例えば堀場製作所製  ポータブルガスアナライザ  ＰＧ−２００）を接続することにより、スタック内部のガス中の酸素濃度を測定し、１％以下になった状態で酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の入口３０ａ、４０ａ及び出口３０ｂ、４０ｂを気密的に封止する。
【００７１】
また、ここでは、図１に示すように封止栓６０にＯリング等のスクイーズドパッキン８０が配設されて、スクイーズドパッキン８０が酸化剤流路出口部３０ｂ、還元剤流路出口部４０ｂ、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａと封止栓６０との間隙をシールすることによって封止する。なお、酸素濃度が低いほど、アルコール酸化物は発生しにくくなるので好ましい。本願に於いては、純度９９．９９９％の窒素ガスを用いてその効果を確認した。したがって、酸素濃度の下限値は１０ｐｐｍとなる。これ以上純度を高いガスを用いてもその効果は維持されると考えられるが、入手が困難であり、ガスのコストを考慮すると保存方法としては現実的ではない。
【００７２】
以下、本発明の第1実施形態を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
[実施例１―１]
実施例１−１のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のように作製した。ＰＥＦＣスタック２００において、セル１００の積層数を５０とし、カソードセパレータ１５及びアノードセパレータ２０には、厚さ３ｍｍの等方性黒鉛板を用いた。カソードセパレータ１５及びアノードセパレータ２０の主面周囲には複数のマニフォルド孔を形成し、セル１００積層時には、かかるマニフォルド孔が連通し、酸化剤流路３０、還元剤流路４０及び冷却剤流路４５を構成するようにした。
【００７４】
セル１００に用いられたＭＥＡ１０は以下のように作製した。まず、酸化剤側電極触媒層２には、アセチレンブラック系カーボン粉末（電気化学工業株式会社製デンカブラックＦＸ−３５）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２５ｗｔ％担持した触媒粉末を用いた。また、還元剤側電極触媒層３には、アセチレンブラック系カ−ボン粉末（電気化学工業株式会社製デンカブラックＦＸ−３５）に、平均粒径約３０Åの白金−ルテニウム合金粒子（重量比でＰｔ：Ｒｕ＝１：１）を２５ｗｔ％担持した触媒粉末を用いた。これらの触媒粉末をイソプロパノールに分散させ、パーフルオロカーボンスルホン酸粉末のエチルアルコール分散液（旭硝子株式会社製フレミオンＦＳＳ−１）と混合してペースト状にした。これらのペーストを、スクリーン印刷法をもちいてそれぞれ厚み２５０μｍのカーボン不織布（東レ株式会社製ＴＧＰ−Ｈ−０９０）の一方の主面に塗工して、それぞれ酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３を製作した。これらの電極触媒層に含まれる触媒金属量は０．３ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2であった。
【００７５】
高分子電解質膜１には、厚さ５０μｍのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（米国Ｄｕｐｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ１１２）を用いた。
【００７６】
高分子電解質膜１の中心部の両側の主面には、それぞれ酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３をホットプレスによって接合した。さらに、厚さ２５０μｍのフッ素系ゴムシートを切り抜いて、一対のガスケットを作製し、これを酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３が露出するようにして、高分子電解質膜１を挟み、これらをホットプレス（１３５℃、１ＭＰａ、１０分の条件）によって高分子電解質膜１に接合一体化させた。
【００７７】
置換ガスには９９．９９９％の窒素を用いた。
【００７８】
窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａから１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％となったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。
【００７９】
窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａから１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％となったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【００８０】
実施例１−１のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を温度２０℃、相対湿度３０％の雰囲気中に３ヶ月間保存した。ここでは、空調機によって温度と湿度とが制御された室内に保存した。
【００８１】
保存後のＰＥＦＣスタック２００を７５℃に保持し、露点７５℃に加湿された還元剤物質（８０％水素ガス／２０％二酸化炭素／１０ｐｐｍ一酸化炭素）を７５℃に加温して還元剤流路４０に供給し、露点７５℃に加湿された空気を７５℃に加温して酸化剤流路３０に供給し、ＰＥＦＣスタック２００の定格運転を行った。
【００８２】
ＰＥＦＣスタック２００の定格運転は、燃料利用率８０％、酸素利用率３０％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ2とした。
【００８３】
[実施例１―２]
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のようにして作製した。実施例１−１と同型のＰＥＦＣスタック２００と置換ガス（窒素ガス）とを用いた。窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．１１％となったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。
【００８４】
窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．１１％となったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【００８５】
実施例１−１と同様の条件で、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を３ヶ月間保存した。そして、実施例１−１と同様の条件で定格運転を行った。
[定格運転による性能評価１]
図５は、定格運転における実施例１−１及び実施例１−２のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の経時的変化を示す図である。定格運転における実施例１−２のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは図に示すように４．６μＶ／ｈまで抑制された。これに対し、定格運転における実施例１−１のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは１．２μＶ／ｈであり、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化がさらに抑制された。
【００８６】
また、ＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖも実施例１−１の方が実施例１−２よりも高い電圧となった。
【００８７】
さらに、図６は、酸化剤流路３０の酸素濃度をパラメータとして、実施例１−１あるいは実施例１−２と同様の条件下で実施した定格運転におけるＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の電圧降下率の変化を示す図である。図に示すように、酸素濃度Ｐが低いほど、平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは低減した。
【００８８】
特に、酸素濃度Ｐを１％（１×１０4ｐｐｍ）以下にまで低減すると、平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒが２μＶ／ｈ以下に比較的安定化することを見出した。したがって、上述の高純度の置換ガスの調達コストから酸素濃度の下限値を考慮すれば、上限をも考慮すれば、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００の酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の酸素濃度は１０ｐｐｍ以上１×１０4ｐｐｍ以下の範囲に低減されていると好適である。
【００８９】
［実施例１−３］
本実施例のＰＥＦＣスタック２００は、実施例１−１と同様のものを用いた。
【００９０】
本実施例のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のようにして製作した。窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａからから実施例１−１と同様の流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．８％となったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。また、窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａからから実施例１−１と同様の流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．８％となったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【００９１】
実施例１−１と同様の条件で、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を２週間保存した。そして、実施例１と同様の条件で定格運転を行った。
【００９２】
[実施例１−４]
本比較例のＰＥＦＣスタック２００は、実施例１−１と同様のものを用いた。
【００９３】
本比較例のＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のようにして作製した。窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが１．１％となったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。また、窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが１．１％となったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【００９４】
実施例１−１と同様の条件で、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を２週間保存した。そして、実施例１−１と同様の条件で定格運転を行った。
[定格運転による性能評価２]
定格運転における実施例１−４のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖは保存前と比較して７ｍＶ低下であり、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化が抑制された。これに対し、定格運転における実施例１−３のＰＥＦＣスタック２００の保存前後での平均セル電圧Ｖの低下量は２μＶであり、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化がさらに抑制された。
【００９５】
したがって、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００の保存期間が２週間以内の場合においては、酸素濃度Ｐが１％（１×１０4ｐｐｍ）以下であれば、電圧劣化に対する抑制効果が特に大きいことがわかった。
【００９６】
[実施例１−５]
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のようにして作製した。
【００９７】
実施例１−１と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いた。
【００９８】
窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％になったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。
【００９９】
窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％になったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【０１００】
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を温度５５℃、相対湿度３０％の雰囲気中に３ヶ月間保存した。ここでは、空調機によって温度と湿度とが制御された室内に保存した。
【０１０１】
保存後のＰＥＦＣスタック２００を用いて実施例１−１と同様の条件で定格運転を行った。
【０１０２】
[実施例１−６]
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、以下のようにして作製した。実施例１−１と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いた。
【０１０３】
窒素ガスを酸化剤流路入口部３０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、酸化剤流路出口部３０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％になったところで、酸化剤流路出口部３０ｂ及び酸化剤流路入口部３０ａを順に気密的に封止した。
【０１０４】
窒素ガスを還元剤流路入口部４０ａから実施例１−１と同様の流量で供給し、還元剤流路出口部４０ｂから排出される窒素ガスの酸素濃度Ｐが０．０８％になったところで、還元剤流路出口部４０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａを順に気密的に封止した。
【０１０５】
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を温度６５℃、相対湿度３０％の雰囲気中に３ヶ月間保存した。ここでは、空調機によって温度と湿度とが制御された室内に保存した。
保存後のＰＥＦＣスタック２００を用いて実施例１−１と同様の条件で定格運転を行った。
[定格運転による性能評価３]
図７は、定格運転における実施例１−５及び実施例１−６のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の経時的変化を示す図である。定格運転における実施例１−６のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは５．４μＶ／ｈであり、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化が抑制された。これに対し、定格運転における実施例１−５のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは１．４μＶ／ｈであり、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化がさらに抑制された。これは、実施例１−５においては、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００の温度が６０℃以下、つまり、ＰＥＦＣスタック２００が白金触媒の活性化温度未満に維持されていたので、アルコールの酸化反応がＰＥＦＣスタック２００の性能劣化に及ぼす影響を軽減することができたものと考えられる。
【０１０６】
また、ＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖも実施例１−５の方が実施例１−６よりも高い電圧となった。これは、保存期間（３ヶ月）中に、実施例１−５においては、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３の残留溶媒の酸化による被毒の影響がより十分に抑制されていたことによって、電池性能の低下もより十分に抑制できたものと考えられる。
【０１０７】
さらに、図８は、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００の保存時の温度をパラメータとして、実施例１−５あるいは実施例１−６と同様の条件下で実施した定格運転におけるＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の電圧降下率の変化を示す図である。図に示すように、保存時の温度Ｘが低いほど、平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは低減した。特に、保存時の温度Ｘが６０℃以下では、平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒが２μＶ／ｈ以下に比較的安定化した。
【０１０８】
なお、保存時の温度Ｘが２５℃以下であると、酸化剤流路及び還元剤流路に残存する酸素による、酸化剤流路及び還元剤流路に残存する有機溶媒成分の部分酸化反応、脱水縮合反応（有機溶媒成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、有機溶媒成分と部分酸化物との反応を含む）がより確実に防止できるのでより好適である。また、保存時の温度Ｘが０℃より高いと、低温下でのＭＥＡ１０の機械的損傷をより容易かつより十分に防止できるようになる。したがって、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００は、０℃より高く２５℃以下に維持して保存するとよい。
【０１０９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、置換ガスの代わりに、水が酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に充填される実施形態である。
【０１１０】
すなわち、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３１０は、ＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に、水が充填され、酸化剤流路の入口部３０ａ及び出口部３０ｂ並びに還元剤流路の入口部４０ａ及び出口部４０ｂが封止栓６０によってそれぞれ封止されている。ここでは、水には蒸留水を用いている。
【０１１１】
また、本発明の第２実施形態のＰＥＦＣスタック３１０の保存方法は、図４のステップＳ１において、ＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に水を充填する。ここでは、ＰＥＦＣスタック２００の酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａより蒸留水を供給する。そして、図４のステップＳ２において、水が充填されている酸化剤流路３０及び前記還元剤流路４０の入口３０ａ，４０ａ及び出口３０ｂ、４０ｂを封止ユニットによって液密的に封止する。ここでは、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂを液密的に封止し、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内に蒸留水を充填したところで、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを液密的に封止する。このように、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に水を充填することにより、酸化剤流路及び還元剤流路中の酸素濃度を大気中の酸素濃度未満に容易に保つことができる。また、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に水を充填することにより、触媒層中の残留有機溶媒成分のうちの水溶性成分を触媒層外に溶かしだし、希釈することができるので、触媒層中における水溶性成分の部分酸化反応、脱水縮合反応（水溶性成分同士の反応、部分酸化物同士の反応、水溶性成分と部分酸化物との反応を含む）等を十分に防止できるため、本発明の効果がより確実に得られる。
【０１１２】
以下、本発明の第２実施形態を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１１３】
[実施例２]
ＰＥＦＣスタックの保存処理体３１０は、以下のようにして作製した。実施例１−１と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いた。酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に蒸留水を供給し、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂを封止し、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内が蒸留水で充填したところで、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを封止した。これによって、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内から大気を排除して蒸留水を充填した。
【０１１４】
実施例１−１と同様の条件で、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００を３ヶ月間保存した。そして、実施例１−１と同様の条件で定格運転を行った。
[定格運転による性能評価４]
図９は、定格運転における実施例２のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の経時的変化を示す図である。定格運転における本実施例のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒは１．３μＶ／ｈであり、実施例１−１（同電圧降下率Ｒは４．６μＶ／ｈ）に比べ、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化が抑制された。これは、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内では、水の充填により酸素が欠乏し、酸化剤側電極触媒層２及び還元剤側電極触媒層３の残留溶媒の酸化による被毒が抑制されたことから、発電中に生じるこれら電極触媒層の不活性化の影響が小さく発現するためであるものと考えられる。
【０１１５】
（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【０１１６】
図に示すように、本発明の第３実施形態は、酸化剤流路入口部３０ａあるいは出口部３０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａあるいは出口部４０ｂに、封止栓６０の代わりに、酸素除去剤容器５０を装着して気密的に封止する実施形態である。すなわち、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３２０においては、封止栓６０と酸素除去剤容器５０とが封止ユニットを構成している。また、本実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、図４に示す第１実施形態と同様である。
【０１１７】
したがって、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３２０及びＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、酸素除去剤容器５０以外は第１実施形態と同様である。そこで、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３２０については、図１０において図１に示した構成要素と同一の構成要素には各々同一の符号を付してその説明を省略し、相違点である酸素除去剤容器５０のみを説明する。また、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法の説明も省略する。
【０１１８】
酸素除去剤容器５０は、本体部５０ａと本体部５０ａに設けられた接続部５０ｂとで構成されている。接続部５０ｂは、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａに簡易に脱着可能であって、装着時には酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを気密的に封止するように構成されている。例えば、図１０に示すように、接続部５０ｂにスクイーズドパッキン８０が配設され、スクイーズドパッキン８０が酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口４０ａと接続部５０ｂとの間隙をシールすることによって封止するように構成されている。本体部５０ａには、酸素除去剤が収容されている。酸素除去剤としては、三菱ガス化学株式会社製「エージレス」、三菱ガス化学株式会社製「ＰＲシステム」、ニッソー樹脂株式会社製「セキュール」、鉄系の除去剤、マグネシウム系の除去剤、有機系の除去剤、アルカリ土類系の除去剤等などを用いることができる。これによって、酸素除去剤容器５０は、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の酸素を継続的に除去するので、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内の酸素濃度Ｐの低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【０１１９】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【０１２０】
図に示すように、本発明の第４実施形態は、酸化剤流路入口部３０ａあるいは出口部３０ｂ及び還元剤流路入口部４０ａあるいは出口部４０ｂに、封止栓６０の代わりに、置換ガス容器５１を装着して気密的に封止する実施形態である。すなわち、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３３０においては、封止栓６０と置換ガス容器５０とが封止ユニットを構成している。また、本実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、図４に示す第１実施形態と同様である。
【０１２１】
したがって、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３３０及びＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、置換ガス容器５１以外は第１実施形態と同様である。そこで、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３３０については、図１１において図１に示した構成要素と同一の構成要素には各々同一の符号を付してその説明を省略し、相違点である置換ガス容器５１のみを説明する。また、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法の説明も省略する。
【０１２２】
図１２は、置換ガス容器を模式的に示す図である。図に示すように、置換ガス容器５１は、本体部５１ａが中空直方体の耐圧性のボンベとなっており、本体部５１ａの接続部５１ｂは公知の減圧弁５１ｅを有して構成されている。接続部５１ｂは、酸素除去剤容器５０の接続部５０ｂと同様にして、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａに簡易に脱着可能であって、装着時には酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを気密的に封止するように構成されている。これにより、置換ガス容器５１は、減圧弁５１ｅの動作により酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の圧力に応じて置換ガスを略自動的かつ断続的に噴出することができる。すなわち、置換ガス容器５１は、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の置換ガスの減圧を防止するので、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内への酸素の侵入を抑制することができる。したがって、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【０１２３】
（第５実施形態）
図１３は、本発明の第５実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【０１２４】
図に示すように、本発明の第３実施形態は、酸化剤流路入口部３０ａ及び出口部３０ｂならびに還元剤流路入口部４０ａ及び出口部４０ｂに、封止栓６０の代わりに、それぞれ酸素除去剤容器５０及び置換ガス容器５１を装着して気密的に封止する実施形態である。すなわち、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３４０においては、二対の酸素除去剤容器５０と置換ガス容器５１とが封止ユニットを構成している。また、本実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法は、図４に示す第１実施形態と同様である。
【０１２５】
したがって、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３４０は、第３実施形態と第４実施形態とを組合せた実施形態であるので、ＰＥＦＣスタックの保存処理体の構造及びＰＥＦＣスタックの保存方法の説明は省略する。また、図１３の構成要素には、図１、図１０及び図１１に示した構成要素と同一の構成要素には各々同一の符号を付して、その説明を省略する。このように構成することによって、酸素除去剤容器５０は、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の酸素を継続的に除去し、かつ置換ガス容器５１は酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内の置換ガスの減圧を防止するので、酸化剤流路３０内及び還元剤流路４０内への酸素の侵入を抑制することができる。したがって、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内の酸素濃度の低減をさらに長期に亘って維持することが可能となる。
【０１２６】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態は、第１実施形態乃至第５実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体、すなわち封止ユニットが装着されたＰＥＦＣスタック２００を気密的に梱包する実施形態である。
【０１２７】
まず、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０について説明する。
【０１２８】
図示しないが、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０は包材により気密的に梱包される。
【０１２９】
包材に可撓性の包材が用いられる場合には、該包材同士の接合によって封止ユニットが装着されたＰＥＦＣスタック２００が気密的に梱包されている。ここで、包材には、高密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン−ビニルアルコールのフィルム、あるいはこれらのフィルムにアルミニウムを蒸着若しくはアルミニウム箔をラミネートしたフィルム等を用いることができる。これら包材はシート状あるいは袋状であってもよい。そして、包材同士の接合は、熱融着、あるいはクリップなどで該包材の開口部が封口されるように接合される。
【０１３０】
なお、袋内に酸素検知剤、例えばシリカゲル、三菱ガス化学社製「エージレスアイ」等、をＰＥＦＣスタック２００と一緒に封入しておくと好適である。これにより、袋内の酸素状態を検知することが可能となるので、ＰＥＦＣスタックの保存処理体の保管に便利である。特に、透視可能な包材である場合には、開梱することなく、外部より袋内の酸素状態を検知することが可能となるので、ＰＥＦＣスタックの保存処理体をより適切に保存することが可能となる。
【０１３１】
また、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０の部材に本体部及び蓋からなる剛性体容器が用いられる場合には、該本体部と蓋との接合によって封止ユニットが装着されたＰＥＦＣスタック２００が気密的に梱包されている。ここで、剛性体容器には、アルミニウム、ジュラルミンからなる剛性体容器を用いることができる。そして、該本体部と蓋との接合は、該本体部と蓋との接合部がシール剤によって封止される。剛性体容器を用いることによって、ＰＥＦＣスタックの保存処理体の運搬時等における損傷を防止することができ、かつ容器の再利用も可能となる。
【０１３２】
なお、ＰＥＦＣスタックの保存処理体梱包後に梱包内部の空気が排気されるとよい。これによって、ＰＥＦＣスタック２００内への酸素の侵入の可能性をより一層減少させることができる。
【０１３３】
さらに、酸素透過性の低い包材を用いると好適である。酸素透過性の低い包材としては、本発明の効果が得られる程度に酸素透過量及び透湿度の低いフィルムからなる包材であることが好ましく、特に、酸素透過量が０．０１ｍＬ／（ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ）以下のフィルムフィルムからなる包材であることが好ましい。具体的には、Ｋコート（ポリ塩化ビニリデンコート）フィルムを含むラミネートフィルムからなる包材、ＥＶＯＨなどの酸素透過量の低いフィルムを含むラミネートフィルムからなる包材、アルミ箔からなるフィルムを含むラミネートフィルムからなる包材があげられる。これによって、保存状態時におけるＰＥＦＣスタック２００内の高分子電解質膜１の損傷を抑制することができる。すなわち、保存状態時にＰＥＦＣスタックの保存処理体の内部の湿度が変化すると、高分子電解質膜１の含水率が変化して高分子電解質膜１の膨張収縮が起こるので、高分子電解質膜１が損傷するおそれがある。しかしながら、酸素透過性が低い包材は水分の透過性も低いので、ＰＥＦＣスタック２００内部の湿度変化を抑制し、高分子電解質膜１の損傷を抑制することができる。
【０１３４】
次に、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法について説明する。
【０１３５】
図１４は、本発明の第６実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。図に示すように、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法は、まず、第１実施形態乃至第５実施形態と同様にして、ステップＳ１乃至ステップＳ２を行う。そして、ステップＳ２の後にステップ（梱包ステップ）Ｓ３において、酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の入口３０ａ，４０ａ及び出口３０ｂ，４０ｂが封止されたＰＥＦＣスタック２００を包材によって気密的に梱包する。
【０１３６】
以上、本実施形態によって、ＰＥＦＣスタック２００の周囲から酸化剤流路３０及び還元剤流路４０内に侵入する酸素を抑制することができるので、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化をさらに抑制することができる。
【０１３７】
以下、本発明の第３実施形態乃至第６実施形態を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１３８】
［実施例３］
実施例３では第３実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３２０が以下のように作製された。
【０１３９】
実施例１と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いた。
【０１４０】
置換ガスには窒素ガスを用いた。
【０１４１】
酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａからの窒素ガスの供給は、それぞれ１０００ｃｃ／ｍｉｎ、３０ｍｉｎとした。
【０１４２】
酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂには封止栓６０、６０を装着して、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａには酸素除去剤容器５０，５０を装着して気密的に封止した。酸素除去剤容器５０の本体部５０ａには、三菱ガス化学株式会社製「エージレス」を充填しておいた。
【０１４３】
封止直後、および封止から常温（２５℃）下、５０００時間経過後のＰＥＦＣスタック２００内の残留酸素量を測定したところ、封止直後では０．１％以下であったが、５０００時間経過後には６％程度にまで残留酸素量が増加していた。なお、残留酸素量は、酸化剤流路入口部３０ａ、還元剤流路入口部４０ａ、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂにおいて測定した。
【０１４４】
［比較例３］
比較例３として、実施例３と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いて、ＰＥＦＣスタック２００内から酸素を除去せずに、梱包をしていない状態のまま保存した。
【０１４５】
［実施例６−１］
実施例６−１では第６実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０が、実施例３のＰＥＦＣスタックの保存処理体３２０が包材によって気密的に梱包されて製作された。包材には三菱ガス化学株式会社製「ガスバリアＡｌ袋」を用いた。
【０１４６】
そして、梱包直後、および梱包から常温（２５℃）下、５０００時間経過後のＰＥＦＣスタック２００内の残留酸素量を実施例３と同様に測定したところ、両者とも０．１％以下であり、ほぼ同じ値であった。
【０１４７】
ここで、実施例３，実施例６−１及び比較例３のＰＥＦＣスタックの保存処理体を常温（２５℃）下において、それぞれ５０００時間保存した。そして、保存後、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に保持し、露点６５℃に加湿した還元剤物質を６５℃に加温して還元剤流路４０に供給し、露点７０℃に加湿した空気を７０℃に加温して酸化剤流路３０に供給し、ＰＥＦＣスタック２００の定格運転を行った。ＰＥＦＣスタック２００の定格運転は、燃料利用率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．３ｍＡ／ｃｍ2とした。
[定格運転による性能評価５]
図１５は、定格運転における実施例３，実施例６−１及び比較例３のＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の経時変化を示す図である。図に示すように、比較例３に比して、実施例３は長時間運転しても各セルの平均電圧の低下は抑制されている。また、実施例６−１は、各セルの平均電圧はほとんど低下していない。このようにして、第３実施形態及び第６実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法によってＰＥＦＣスタックの耐久性能の劣化が抑制されることが確認された。
【０１４８】
［実施例６−２］
本実施例では第６実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０が、第５実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３４０が気密的に梱包されて作製された。具体的には、実施例３と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いて、ＰＥＦＣスタック２００内のガスを、実施例３と同様に窒素ガスで置換した。その後、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂを酸素除去剤容器５０によって封止し、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａを置換ガス容器５１によって気密的に封止した。
【０１４９】
置換ガス容器５１、５１には、窒素を充填したガスボンベを用いた。
【０１５０】
酸素除去剤容器５０には、実施例３と同様、三菱ガス化学株式会社製「エージレス」を充填したカートリッジを用いた。
【０１５１】
そして、実施例６−１と同様にして、包材によってＰＥＦＣスタックの保存処理体３４０を気密的に梱包した。
【０１５２】
梱包直後、及び梱包後５０００時間経過したＰＥＦＣスタック２００内の残留酸素量を実施例３と同様に測定したところ、何れも０．１％以下であり、ほぼ同じ値であった。
【０１５３】
また、本実施例のＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０をそれぞれ常温下（２５℃）下、及び高温（６０℃）下において、５０００時間保存した。そして、実施例３と同様にして、定格運転を行った。
[定格運転による性能評価６]
図１６は、定格運転における実施例６−２及び比較例３のＰＥＦＣスタックの各セルの平均電圧の経時変化を示す図である。図に示すように、実施例６−２は長時間運転しても各セルの平均電圧はほとんど低下していない。これにより、第６実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法によって、ＰＥＦＣスタック２００の耐久性能の劣化が抑制されることが確認された。
【０１５４】
［実施例６−３］
実施例６−３では第６実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３５０が、第４実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３３０が包材によって気密的に梱包されて製作された。具体的には、実施例３と同型のＰＥＦＣスタック２００を用いて、ＰＥＦＣスタック２００内のガスを、実施例３と同様に窒素ガスで置換した。その後、酸化剤流路出口部３０ｂ及び還元剤流路出口部４０ｂには封止栓６０、６０を装着して、酸化剤流路入口部３０ａ及び還元剤流路入口部４０ａには置換ガス容器５１，５１を装着して気密的に封止した。
置換ガス容器５１には、窒素を充填したガスボンベを用いた。
【０１５５】
そして、実施例６−１と同様にして、包材によってＰＥＦＣスタックの保存処理体３３０を気密的に梱包した。
【０１５６】
本実施例のＰＥＦＣスタックの保存処理体を常温（２５℃）下において５０００時間保存した。そして、実施例３と同様にして、定格運転を行った。
[定格運転による性能評価７]
図１７は、定格運転における実施例６−３及び比較例３のＰＥＦＣスタックの各セルの平均電圧の経時変化を示す図である。図に示すように、実施例６−３のＰＥＦＣスタック２００は長時間運転しても各セル１００の平均電圧はほとんど低下していない。これによって、第６実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法によってＰＥＦＣスタック２００の耐久性能の劣化が抑制されることが確認された。
【０１５７】
なお、実施例３，実施例６−１、実施例６−２、実施例６−３及び比較例３において、置換ガスに、ヘリウム、アルゴンを用いても同様の効果が得られた。また、これら実施例において置換ガスに非酸化性ガスである水素を用いても同様の効果が得られた。
【０１５８】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態は、ＰＥＦＣスタック２００が発電処理された後に第１実施形態乃至第６実施形態と同様にして、ステップＳ１及びステップＳ２を行う実施の形態である。すなわち、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３６０の構成は、第１実施形態乃至第６実施形態と同様である。そこで、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体３６０の構成の説明を省略し、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を説明する。
【０１５９】
図１８は、本発明の第７実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。図に示すように、本実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法では、ステップ（発電処理ステップ）Ｓ０において、未設置状態のＰＥＦＣスタック２００を所定の電流密度において所定の発電継続時間の間継続して発電させる。そして、第１実施形態乃至第６実施形態と同様にして、ステップＳ１乃至ステップＳ３を行う。
【０１６０】
ここで、ステップＳ０においては、具体的には、ＰＥＦＣスタック２００を作動温度に維持し、集電板４１，４１間に電力負荷を電気的に接続し、かつアノード側に還元剤物質を、カソード側に酸化剤物質をそれぞれ供給することによって、ＰＥＦＣスタック２００における電気化学反応を引き起こす。電気化学反応は所定の電流密度Ｉにおいて所定の発電継続時間Ｔ継続させる。
【０１６１】
本実施形態のＰＥＦＣスタック２００の保存方法によって、ＭＥＡの触媒細孔中等ＰＥＦＣスタック内に残留している溶媒や金属等の異物を、発電処理における電気化学反応による生成水とともにＰＥＦＣスタック２００外へ排出させることができるので、ＰＥＦＣスタック２００の性能の劣化をより確実に抑制することができる。
【０１６２】
また、発電処理における電流密度Ｉは、ＭＥＡ１０の触媒層２，３の面積あたり０．１Ａ／ｃｍ2以上、０．４Ａ／ｃｍ2以下が好適である。この程度の電流密度であると、ＭＥＡ１０における電気化学反応による水の生成が均一になるものと思われる。
【０１６３】
また、発電処理の発電継続時間Ｔは少なくとも３時間あると好適である。これは、溶媒及び異物が生成水とともにＰＥＦＣスタック２００から排出するにはある程度の時間を要するからである。
【０１６４】
また、発電処理時における発電継続時間Ｔは、発電処理終了時における１セルあたりの電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が２ｍＶ／ｈ以下に低下するまでの時間に設定すると好適である。溶媒及び異物の除去によって電圧が安定するものと考えられるので、電圧変化の低下によってＰＥＦＣスタック２００からの溶媒及び異物の除去を判断することができるからである。
【０１６５】
また、発電処理の時期は、ＰＥＦＣスタック２００製造後３００時間以内が好適である。溶媒及び異物による触媒の劣化進行、および／あるいは高分子電解質膜１と電極触媒層２，３との接合状態の劣化進行を考慮すると、発電処理の時期はＰＥＦＣスタック製造後早い時期が好ましい。具体的には、ＰＥＦＣスタック製造後３００時間以内であれば、ＰＥＦＣスタック２００の性能劣化の進行を未然に抑制することができるからである。
【０１６６】
また、発電処理における酸化剤物質及び還元剤物質の露点は、発電処理時におけるＭＥＡ１０の温度の−１０℃以上、＋１０℃以下の範囲内が好適である。このような露点とすることにより、ＭＥＡ１０には過不足のない水分が供給され、かつ水による酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の閉塞、いわゆるフラッディング現象を抑制することができるので、全てのＭＥＡ１０において均一な電気化学反応を確保することができる。つまり、全てのＭＥＡ１０において溶媒及び異物の排出を円滑に行うことが可能となるので、ＰＥＦＣスタックの性能の劣化をより確実に抑制することができる。
【０１６７】
以下、本発明の第７実施形態のステップＳ０を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明のステップＳ０は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１６８】
なお、以下の実施例及び比較例においては、発電処理において、還元剤物質には水素ガス、酸化剤物質には空気を用いた。また、発電処理は、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に保持し、加温及び加湿された水素ガスおよび空気をそれぞれ酸化剤流路３０及び還元剤流路４０に供給し、還元剤物質利用率が７０％、酸化剤物質利用率が４０％となるように酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の供給を調節した。さらに、発電処理後に、ステップＳ１を経て８週間常温常湿で保存している。この保存期間（８週間）は、本発明の、溶媒及び異物の影響により高分子電解質膜１の性能が劣化する期間としての一例である。
【０１６９】
［実施例７−１］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとした。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１７０】
［比較例７−１］
実施例７−１と同時期に製造されたＰＥＦＣスタック２００を、常温常湿にて保存し続けた。すなわち、実施例７−１のＰＥＦＣスタック２００の製造後から発電処理後の保存期間満了までの期間を常温常湿で保存した。
【０１７１】
［比較例７−２］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して３時間供給した。供給終了後、常温常湿で８週間保存した。この間発電処理は行わなかった。
【０１７２】
実施例７−１、比較例７−１及び比較例７−２のＰＥＦＣスタック２００について、ＰＥＦＣスタックの温度を７０℃に保持して、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温してそれぞれ還元剤流路４０及び酸化剤流路３０に供給し、燃料ガス利用率を７０％、酸化ガス利用率を４０％、電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2にして１０００時間定格運転を継続した。表１に、定格運転における実施例７−１、比較例７−１及び比較例７−２の電圧低下量ΔＶを示す。
【０１７３】
【表１】
2006032323.tif 000003
【０１７４】
表１から明らかなように、実施例７−１は、比較例７−１及び比較例７−２と比較すると、電圧低下量ΔＶが小さいことがわかる。この結果から、発電処理により、ＰＥＦＣスタックの性能の劣化をより確実に抑制することができることを確認できた。
【０１７５】
［実施例７−２］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．１Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝１２ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１７６】
［比較例７−３］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．５Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝１２ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１７７】
［比較例７−４］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．５Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１７８】
［比較例７−５］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝２ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１７９】
実施例７−２ならびに比較例７−３、７−４及び７−５のＰＥＦＣスタック２００について、実施例７−１と同様にして、ＰＥＦＣスタックの温度を７０℃に保持して、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温してそれぞれ還元剤流路４０及び酸化剤流路３０に供給し、燃料ガス利用率を７０％、酸化ガス利用率を４０％、電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2にして１０００時間定格運転を継続した。
【０１８０】
表２に、実施例７−１、実施例７−２，比較例７−３、比較例７−４及び比較例７−５の発電処理時の電流密度Ｉ及び発電継続時間Ｔ、発電処理終了時の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）、ならびに定格運転における電圧低下量ΔＶを示す。
【０１８１】
【表２】
2006032323.tif 000004
【０１８２】
実施例７−１と比較例７−４との比較、及び実施例７−２と比較例７−３との比較から明らかなように、実施例７−１および実施例７−２は、比較例７−３および比較例７−４と比較すると、電圧低下量ΔＶが小さい。したがって、発電処理時の電流密度範囲は０．１Ａ／ｃｍ2〜０．４Ａ／ｃｍ2が好適である。これは、この電流密度の電気化学反応であれば、ＭＥＡ１０における電気化学反応による水の生成が均一になるものと思われる。
【０１８３】
また、実施例７−１および実施例７−２は、比較例７−３、比較例７−４および比較例７−５と比較すると、発電処理終了時の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が１．５ｍＶ／ｈ以下にまで低下している。これは、この電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）は、ＰＥＦＣスタック２００内、特に電極触媒層２，３内の細孔中にある溶媒及び異物を、電気化学反応による生成水とともにＰＥＦＣスタック２００外へ排出する際に発生するので、電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が１．５ｍＶ／ｈ程度以下にまで低下した場合には、ＰＥＦＣスタック２００内の溶媒及び異物の排出が十分にできているものと考えられる。
【０１８４】
また、実施例７−１と比較例７−５との比較から明らかなように、実施例７−１は、比較例７−５と比較すると、電圧低下量ΔＶが小さい。したがって、発電処理時の発電継続時間Ｔは３時間以上が好適である。これは、溶媒及び異物が生成水とともにＰＥＦＣスタック２００から排出するには少なくとも３時間は要することが原因と思われる。
【０１８５】
［実施例７−３］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を３００時間、すなわち２週間程度保存した。ここでは発電処理前期間Ｗ（ｗｅｅｋ）＝２と表記した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１８６】
［比較例７−６］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を５００時間、すなわち約３週間保存した。ここでは、発電処理前期間Ｗ（ｗｅｅｋ）＝３と表記した。そして、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１８７】
実施例７−３及び比較例７−６のＰＥＦＣスタック２００について、実施例７−１と同様にして、ＰＥＦＣスタックの温度を７０℃に保持して、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温してそれぞれ還元剤流路４０及び酸化剤流路３０に供給し、燃料ガス利用率を７０％、酸化ガス利用率を４０％、電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2にして１０００時間定格運転を継続した。
【０１８８】
表３に、実施例７−１、実施例７−３及び比較例７−６の発電処理前期間Ｗ、発電処理時の電流密度Ｉ及び発電継続時間Ｔ、発電処理終了時の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）、ならびに定格運転における電圧低下量ΔＶを示す。なお、前述したように、実施例１では、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を約１週間、正確には１５０時間保存した。実施例１の発電処理前期間Ｗ（ｗｅｅｋ）は、Ｗ＝１と表記した。
【０１８９】
【表３】
2006032323.tif 000005
【０１９０】
実施例７−１及び実施例７−３と比較例７−６との比較から明らかなように、実施例７−１および実施例７−３は、比較例７−６と比較すると、電圧低下量ΔＶが小さい。したがって、発電処理前期間Ｗ＝２以内が好適である。つまり、発電処理はＰＥＦＣスタック２００製造後３００時間以内に実施することが望ましい。
【０１９１】
［実施例７−４］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、発電処理時には、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に維持しながら、露点６０℃に加湿された水素ガスおよび空気を６０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のＰＥＦＣスタック２００を基準としたＰＥＦＣスタック２００と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔＳを−１０℃とした。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１９２】
［実施例７−５］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、発電処理時には、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に維持しながら、露点８０℃に加湿された水素ガスおよび空気を８０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のＰＥＦＣスタック２００を基準としたＰＥＦＣスタック２００と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔＳを＋１０℃とした。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１９３】
［比較例７−７］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、発電処理時には、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に維持しながら、露点５０℃に加湿された水素ガスおよび空気を５０℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のＰＥＦＣスタック２００を基準としたＰＥＦＣスタック２００と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔＳを−２０℃とした。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１９４】
［比較例７−８］
ＰＥＦＣスタック２００製造後、常温常湿にてＰＥＦＣスタック２００を１週間保存した。そして、発電処理時には、ＰＥＦＣスタック２００を７０℃に維持しながら、露点８５℃に加湿された水素ガスおよび空気を８５℃に加温して供給し、電流密度Ｉ＝０．４Ａ／ｃｍ2で発電継続時間Ｔ＝３ｈとして発電処理を行った。つまり、発電処理時のＰＥＦＣスタック２００を基準としたＰＥＦＣスタック２００と酸化剤物質および還元剤物質との温度差ΔＳを＋１５℃とした。発電処理後、ステップＳ１を経て常温常湿で８週間保存した。
【０１９５】
実施例７−４、実施例７−５、比較例７−７及び比較例７−８のＰＥＦＣスタック２００について、ＰＥＦＣスタックの温度を７０℃に保持して、露点７０℃に加湿された水素ガスおよび空気を、７０℃に加温してそれぞれ還元剤流路４０及び酸化剤流路３０に供給し、燃料ガス利用率を７０％、酸化ガス利用率を４０％、電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2にして１０００時間定格運転を継続した。表４に、実施例７−４、実施例７−５、比較例７−７及び比較例７−８の発電処理時の電流密度Ｉ、発電継続時間Ｔおよび温度差ΔＳ、発電処理終了時の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）、ならびに定格運転における電圧低下量ΔＶを示す。
【０１９６】
【表４】
2006032323.tif 000006
【０１９７】
表４から明らかなように、実施例７−４および実施例７−５は、比較例７−７及び比較例７−８と比較すると、電圧低下量ΔＶが小さいことがわかる。したがって、発電処理時においては、温度差ΔＳが＋１０℃乃至―１０℃の範囲内であると好適である。これは、温度差ΔＳが＋１０℃乃至―１０℃の範囲より拡大している場合には、ＰＥＦＣスタック２００内において水分の過不足が生じて、ＭＥＡ１０における電気化学反応が不均一になり、ＰＥＦＣスタック２００内、特に電極触媒層２，３内の細孔中にある溶媒および異物をＰＥＦＣスタック２００外へ十分には排出させることができなかったものと考えられる。
【０１９８】
なお、表４から明らかなように、実施例７−４および実施例７−５の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）は２．０ｍＶ／ｈ以下であり、比較例７−７および比較例７−８の電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）は２．０ｍＶ／ｈを上回る。前述の表２の結果及びこの結果から、電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が２．０ｍＶ／ｈ程度以下にまで低下した場合には、ＰＥＦＣスタック２００内の溶媒及び異物の排出が十分にできているものと考えられる。したがって、発電処理は、電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が２．０ｍＶ／ｈ以下となるまで継続することが望ましいことがわかる。
【０１９９】
以上に説明したように、本発明のＰＥＦＣスタックの保存方法及びＰＥＦＣスタックの保存処理体は、酸化剤側電極触媒層及び還元剤側電極触媒層に接触する酸素が欠乏し、これら電極触媒層に残存する残留溶媒の酸化が抑制されるので、未設置状態のＰＥＦＣスタックの性能の劣化を抑制することができる。また、未設置状態のＰＥＦＣスタックを発電処理することによって、ＰＥＦＣスタックの性能の劣化をさらに抑制することができる。
【０２００】
なお、本発明のＰＥＦＣスタックの保存方法及びＰＥＦＣスタックの保存処理体は、ここで記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から様々なＰＥＦＣスタックの保存方法及びＰＥＦＣスタックの保存処理体に容易に置換することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明は、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を抑制する高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法として有用である。また、本発明は、未設置状態から設置場所に設置され使用されるまでの期間における高分子電解質型燃料電池スタックの性能の劣化を十分に防止できる高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体にふくまれるＰＥＦＣスタックの構造を示す分解斜視図である。
【図３】セルの基本構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。
【図５】定格運転における実施例１−１及び実施例１−２のＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の経時的変化を示す図である。
【図６】酸化剤流路の酸素濃度をパラメータとして、実施例１−１あるいは実施例１−２と同様の条件下で実施した定格運転におけるＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の電圧降下率の変化を示す図である。
【図７】定格運転における実施例１−５及び実施例１−６のＰＥＦＣスタック２００の平均セル電圧の経時的変化を示す図である。
【図８】ＰＥＦＣスタックの保存処理体の保存時の温度をパラメータとして、実施例１−５あるいは実施例１−６と同様の条件下で実施した定格運転におけるＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の電圧降下率の変化を示す図である。
【図９】定格運転における実施例２のＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の経時的変化を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【図１１】本発明の第４実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【図１２】置換ガス容器を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態のＰＥＦＣスタックの保存処理体の模式図である。
【図１４】本発明の第６実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。
【図１５】定格運転における実施例３，実施例６−１及び比較例３のＰＥＦＣスタックの平均セル電圧の経時変化を示す図である。
【図１６】定格運転における実施例６−２及び比較例３のＰＥＦＣスタックの各セルの平均電圧の経時変化を示す図である。
【図１７】定格運転における実施例６−３及び比較例３のＰＥＦＣスタックの各セルの平均電圧の経時変化を示す図である。
【図１８】本発明の第７実施形態のＰＥＦＣスタックの保存方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２０３】
１  高分子電解質膜
２  酸化剤側電極触媒層
３  還元剤側電極触媒層
４  酸化剤側拡散電極層
５  還元剤側拡散電極層
１０  ＭＥＡ
１５  カソードセパレータ
２０  アノードセパレータ
３０  酸化剤流路
３０ａ  酸化剤流路入口部
３０ｂ  酸化剤流路出口部
４０  還元剤流路
４０ａ  還元剤流路入口部
４０ｂ  還元剤流路出口部
４１  集電板
４２  絶縁板
４３  端板
４５  冷却剤流路
４５ａ  冷却剤流路入口部
４５ｂ  冷却剤流路出口部
５０  酸素除去剤容器
５１  置換ガス容器
５０ａ、５１ａ  本体部
５０ｂ、５１ｂ  接続部
５１ｅ  減圧弁
６０  封止栓
８０  スクイーズドパッキン
１００  セル
２００  ＰＥＦＣスタック
３００、３１０、３２０，３３，３４０，３５０  ＰＥＦＣスタックの保存処理体
Ｖ  平均セル電圧
Ｈ  運転時間
Ｒ  電圧降下率
Ｘ  温度
Ｐ  酸素濃度
【図１】
2006032323.tif 000007
【図２】
2006032323.tif 000008
【図３】
2006032323.tif 000009
【図４】
2006032323.tif 000010
【図５】
2006032323.tif 000011
【図６】
2006032323.tif 000012
【図７】
2006032323.tif 000013
【図８】
2006032323.tif 000014
【図９】
2006032323.tif 000015
【図１０】
2006032323.tif 000016
【図１１】
2006032323.tif 000017
【図１２】
2006032323.tif 000018
【図１３】
2006032323.tif 000019
【図１４】
2006032323.tif 000020
【図１５】
2006032323.tif 000021
【図１６】
2006032323.tif 000022
【図１７】
2006032323.tif 000023
【図１８】
2006032323.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月26日(2005.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記低減ステップにおいて、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１×１０3ｐｐｍ以下の範囲に低減する、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックと、
酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止栓あるいは容器からなる封止ユニットと、を有する、高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度が１０ｐｐｍ以上１×１０3ｐｐｍ以下の範囲に低減されている、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
前記封止ユニットが装着された前記高分子電解質型燃料電池スタックを気密的に梱包する包材を有する、請求項１９に記載の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第３の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存方法は、前記低減ステップにおいて、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１×１０3ｐｐｍ以下の範囲に低減するとよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
第１９の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、入口及び出口を有しカソードを経由する酸化剤流路と入口及び出口を有しアノードを経由する還元剤流路とを有し、前記酸化剤流路の入口より酸化剤物質が供給され、前記還元剤流路の入口より還元剤物質が供給され、前記酸化剤物質及び前記還元剤物質が前記アノード及び前記カソードにおいて電気化学反応をして、発電を行うように構成された未設置状態の高分子電解質型燃料電池スタックと、酸素濃度が低減されている前記酸化剤流路の入口及び出口、並びに、酸素濃度が低減されている前記還元剤流路の入口及び出口を封止する封止栓あるいは容器からなる封止ユニットと、を有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明の効果をより確実に得る観点から、第２０の本発明の高分子電解質型燃料電池スタックの保存処理体は、前記酸化剤流路及び前記還元剤流路の酸素濃度が１０ｐｐｍ以上１×１０3ｐｐｍ以下の範囲に低減されているとよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
特に、酸素濃度Ｐを０．１％（１×１０3ｐｐｍ）以下にまで低減すると、平均セル電圧Ｖの電圧降下率Ｒが２μＶ／ｈ以下に比較的安定化することを見出した。したがって、上述の高純度の置換ガスの調達コストから酸素濃度の下限値を考慮すれば、上限をも考慮すれば、ＰＥＦＣスタックの保存処理体３００の酸化剤流路３０及び還元剤流路４０の酸素濃度は１０ｐｐｍ以上１×１０3ｐｐｍ以下の範囲に低減されていると好適である。