(57)【要約】【課題】燃料電池システム、および、触媒から不純物を除去する方法が提供される。【解決手段】燃料電池システムは、一対のエンドプレートと、少なくとも１つの単位セルとを備えている燃料電池スタックを備えている。単位セルは、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含むものである。前記少なくとも１つの単位セルは、前記エンドプレート間に積み重ねられている。この燃料電池システムは、電圧供給手段と、前記燃料電池スタックに前記電圧供給手段からの周期的に変化する電圧を印加する手段とを備えている。周期的に変化する電圧により、燃料電池スタック内の電極表面の触媒に付着する不純物が除去される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより発電する燃料電池システムであって、
一対のエンドプレートと、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備え、前記少なくとも１つの単位セルが前記エンドプレート間に積み重ねられている燃料電池スタックと、
電圧供給手段と、
前記燃料電池スタックに前記電圧供給手段からの周期的に変化する電圧を印加する手段とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記２つの電極が、燃料電極と酸化剤電極とを１つずつ備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電圧供給手段が、電池および発電機からなる群から選択される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記電池が、前記燃料電池スタックまたは発電機により充電される二次電池である、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記周期的に変化する電圧を印加する手段が、約−１．５Ｖから約１．５Ｖまでの範囲の間で前記燃料電池スタックの単位セルあたりの電圧を変化させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記周期的に変化する電圧を印加する手段が、約１ｍＶ／ｓから約１０００ｍＶ／ｓまでの速度で電圧を変化させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記周期的に変化する電圧が前記燃料電池スタックに印加されるときに前記燃料電池スタック内を流れる電流を測定する手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記周期的に変化する電圧が前記燃料電池スタックに印加される時間を計測する手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記周期的に変化する電圧が前記燃料電池スタックに印加されるサイクル数を計測する手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池システムを備える自動車両。
【請求項１２】
前記自動車両が自動車である、請求項１１に記載の自動車両。
【請求項１３】
一対のエンドプレートと、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備え、前記少なくとも１つの単位セルが前記エンドプレート間に積み重ねられている燃料電池スタックを設け、
電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記燃料電池スタックの両端に周期的に変化する電圧を印加することを含む、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１４】
前記燃料電池スタックが発電し始める前に、または前記燃料電池スタックが発電を止めた後に、前記燃料電池スタックに前記周期的に変化する電圧を印加する、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１５】
前記電圧供給手段が電池または発電機である、請求項１４に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１６】
前記燃料電池スタックにより発生された電気を用いて前記電池を充電することをさらに含む、請求項１５に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１７】
単位セルあたりの電圧を約−１．５Ｖと約１．５Ｖとの間で周期的に変化させるように電圧を制御することをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１８】
約１ｍＶ／ｓと約１０００ｍＶ／ｓとの間の速度で電圧が周期的に変化するように電圧を制御することをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項１９】
最低印加電圧と最高印加電圧との間で電圧が線形に変化するように電圧を制御することをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項２０】
前記燃料電池スタック内を流れる電流を測定することをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項２１】
前記測定された電流が所定のアンペア数を下回ったときに前記燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加することを止めることをさらに含む、請求項２０に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項２２】
前記燃料電池スタックに前記周期的に変化する電圧を印加する時間を計測し、所定の時間が経過したときに前記周期的に変化する電圧を印加することを止めることとをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項２３】
前記燃料電池スタックに前記周期的に変化する電圧を印加するサイクル数を計測し、所定の数のサイクルが経過したときに前記周期的に変化する電圧を印加することを止めることをさらに含む、請求項２０に記載の燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法。
【請求項２４】
燃料電池システム内の電極表面に付着する不純物を電気化学的に除去する方法であって、
一対のエンドプレートと、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備え、前記少なくとも１つの単位セルが前記エンドプレート間に積み重ねられている燃料電池スタックを設け、
電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記燃料電池スタックの両端に周期的に変化する電圧を印加して、前記電極の表面から前記不純物を取り除くようにすることを含む方法。
【請求項２５】
触媒に付着する不純物を電気化学的に除去する方法であって、
表面と、該表面に付着した不純物とを有する触媒を設け、
電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記触媒表面の両端に周期的に変化する電圧を印加して、前記触媒表面から前記不純物を取り除くようにすることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、特には自動車両用途で用いる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池が、電気車両等の自動車両用の代替電源として開発されてきた。燃料電池は、燃料電池の両端に課された負荷に応じて燃料電池が動作する、デマンド型電力系統である。通常、例えばガソリン、メタノール、ディーゼル油、ナフサ等の液体の水素含有燃料が、該燃料が水素を含むガス流に変換されたのち、燃料電池の燃料供給の働きをする。ガス流への変換は、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水蒸気、酸素、および未燃燃料等の他のガスを通常含む水素ガス流へと液体燃料を変換するために燃料を燃料改質器に通すことで通常は達成される。そしてこの水素は、車両のための発電における燃料として燃料電池に用いられる。
【０００３】
高分子電解質膜型燃料電池は、概して、図１に示すように、電極１２そしてガス拡散層１３の間で囲まれ、さらに燃料ガスおよび酸化剤ガス用の流路１４とセパレータ１５の間で囲まれた高分子電解質膜１１を備える単位セル７２のスタック１０からなる。スタック１０はエンドプレート１６によって固定されている。集電体をエンドプレートとスタックとの間に設けてもよいし、またはエンドプレート１６自体が集電体として機能してもよい。燃料ガスとして水素を用い、酸化剤ガスとして酸素を用いる場合、電極表面の触媒の反応サイトで起こる化学反応によって電子が放出される。水が次の反応により副生成物として形成される。
【０００４】
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
したがって、燃料電池は、地球環境になんらの悪影響もないエネルギー源であり、近年、自動車で用いるための多くの研究の的であった。
【０００５】
耐久性の観点からは、燃料電池内の金属イオンや有機物等の不純物の蓄積により、作動期間にわたり、燃料電池の発電性能は劣化する。不純物はさまざまな源から生じ、例えばそれらは、ガスまたは冷却液を燃料電池に供給するのに用いられる配管、または補助装置から抽出されうるものである。さらに、燃料ガスまたは酸化剤ガスに混ざった不純物もありうる。不純物を含まない材料を配管や補助装置に用いることにより、または燃料ガスおよび酸化剤ガスをフィルターにかけることにより、不純物の濃度を減少させることができる。しかし、長期間にわたって発電する場合、燃料電池内の不純物蓄積や、それに伴う燃料電池の性能劣化を防ぐことは難しい。燃料電池内部の不純物は、触媒の反応サイトに付着し、触媒の性能低下を引き起こす。
【０００６】
触媒に付着する不純物を電気化学的に除去することにより触媒を再活性化する方法が知られている。例えば、米国特許第６１８７４６４号には、５０％以上の酸素利用率で高分子電解質燃料電池モジュールで発電し、単位セルあたり０．３Ｖ以下の平均電圧を燃料電池モジュールに印加する方法が記載されている。特開２００１−８５０３７号には、通常の動作電流密度よりも１．５倍大きな電流密度で燃料電池を動作させることにより、または電流の方向を反転させることにより、燃料電池の性能を回復させる別の方法が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池技術においては、触媒の反応サイトに付着する不純物の量を減少させる燃料電池システムに対する必要性が存在する。燃料電池技術においては、燃料電池の発電の劣化を防ぐ必要性が存在する。燃料電池技術においては、触媒の反応サイトから不純物を除去する迅速かつ効率的な方法に対する必要性が存在する。
【０００８】
電気車両技術においては、必要時に迅速かつ効率的に発電する燃料電池により電力が供給される電気車両に対する必要性が存在する。電気車両技術においては、不純物の蓄積に起因する低い発電性能の難点がない燃料電池により電力が供給される電気車両に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらおよび他の必要性は、本発明のある実施形態によって満たされ、これらは、燃料電池スタックに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより発電する燃料電池システムであって、一対のエンドプレートと、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備える燃料電池スタックを備えている。前記少なくとも１つの単位セルは、前記エンドプレート間に積み重ねられている。この燃料電池システムは、電圧供給手段と、前記燃料電池スタックに前記電圧供給手段からの周期的に変化する電圧を印加する手段とをさらに備えている。
【００１０】
上記の必要性は、本発明のある実施形態によっても満たされ、これらは、燃料電池スタックに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより発電する燃料電池システムであって、一対のエンドプレートと、少なくとも１つの単位セルとを備える燃料電池スタックを備える燃料電池システムを備える自動車両を提供するものである。前記少なくとも１つの単位セルは、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成された膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含むものである。前記少なくとも１つの単位セルは、前記エンドプレート間に積み重ねられている。この燃料電池システムは、電圧供給手段と、前記燃料電池スタックに前記電圧供給手段からの周期的に変化する電圧を印加する手段とを備えている。
【００１１】
上記の必要性は、本発明のある実施形態によっても満たされ、これらは、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する方法であって、一対のエンドプレートと、膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備える燃料電池スタックを設けるステップを含む方法を提供するものである。前記膜電極アセンブリは、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成されている。前記少なくとも１つの単位セルは、前記エンドプレート間に積み重ねられている。電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記燃料電池スタックの両端に周期的に変化する電圧が印加される。
【００１２】
さらに、上記の必要性は、本発明のある実施形態によって満たされ、これらは、  燃料電池システム内の電極表面に付着する不純物を電気化学的に除去する方法であって、一対のエンドプレートと、膜電極アセンブリに接するガス拡散層を含む少なくとも１つの単位セルとを備える燃料電池スタックを設けるステップを含む方法を提供するものである。前記膜電極アセンブリは、２つの電極間で囲まれた高分子電解質膜で構成されている。前記少なくとも１つの単位セルは、前記エンドプレート間に積み重ねられている。前記電極の表面から前記不純物を取り除くように、電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記燃料電池スタックの両端に周期的に変化する電圧を印加する。
【００１３】
上記の必要性は、本発明のある実施形態によって満たされ、これらは、触媒に付着する不純物を電気化学的に除去する方法であって、表面と、該表面に付着した不純物とを有する触媒を設けるステップを含むものである。前記触媒表面から前記不純物を取り除くように、電圧供給手段により供給される電圧を用いて前記触媒表面の両端に周期的に変化する電圧を印加する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、燃料電池内の触媒に付着した不純物を迅速かつ効率的に除去する燃料電池システムに対する必要性に応えるものである。本発明はさらに、触媒に付着した不純物を迅速かつ効率的に除去する方法に対する必要性に応えるものである。本発明はまた、燃料電池の触媒表面に蓄積された不純物による燃料電池の作動期間にわたる性能劣化なしに発電する燃料電池システムを有する自動車両に対する必要性に応えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の上記および他の特徴、態様および利点は、添付の図面と併せて解釈すれば、本発明の以下の詳細な説明において明らかとなるであろう。
【００１６】
本発明は、触媒に付着した不純物を迅速かつ効率的に除去する燃料電池システムを提供するものである。本発明はまた、燃料電池の触媒上に蓄積される不純物に起因する経時的な性能劣化なしに発電する燃料電池システムを有する自動車両をも提供する。これらの利益は、周期的に変化する電圧を燃料電池スタックに印加することによりもたされる。
【００１７】
本発明のある実施形態に用いられる燃料電池スタック１０を図１に示す。燃料電池スタック１０は、２つの電極１２の間で囲まれた高分子電解質膜１１からなる膜電極アセンブリ７０と、ガス拡散層１３と、セパレータ１５とを備える少なくとも１つの単位セル７２を備えている。燃料ガスおよび酸化剤ガスはガス流路１４を通して各単位セルに供給され、各単位セル７２はエンドプレート１６の間で積み重ねられている。本発明のある実施形態に用いられる燃料電池スタック１１０の代替実施形態を図２に示す。この実施形態においては、ガス流路７４がセパレータ７５内に設けられている。
【００１８】
触媒に付着する不純物を電気化学的に除去する方法は、不純物と触媒との間の結合を断つか、もしくは不純物を分解することにより化学構造を変化させるか、または両方の組み合わせを必要とする。通常の発電方式とは異なる発電方法を用いるのみで不純物を完全に除去することは難しく、なぜなら、不純物と触媒との間の結合は発電により生じるからである。それゆえ、不純物を除去しようとする際の触媒が存在するところでの化学反応は、不純物を触媒に結びつけた化学反応とは違わない。しかし、燃料電池に電圧をかけることにより触媒と不純物との間の結合を断つことはでき、なぜなら、それが発電の反応と逆の反応を生じるからである。しかし、不純物はさまざまであるため、不純物と触媒との間に形成される結合もまたさまざまであり、単に一定の電圧をかけるのみでは触媒と不純物との間の全ての結合を断つことは可能ではないかもしれない。さらに、不純物と触媒との間の結合が断たれたとしても、発電が再開されたときに再び不純物が触媒と結合して、性能劣化を引き起こすかもしれない。
【００１９】
本発明のある実施形態においては、燃料電池システム９０は、燃料電極７６と酸化剤電極７８との間に高分子電解質膜１１を囲む構造の膜電極アセンブリ７０、ならびに、セパレータ１５と燃料ガスおよび酸化剤ガスのための流路１４との間に膜電極アセンブリ７０を囲む構造の単位セル７２で構成される燃料電池スタック２１を備えている。図３に示すように、燃料電池システム９０は、燃料電池スタック２１に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する手段８０，８２と、燃料電池スタック２１により充電される二次電池２２と、電池２２からの電力を利用して燃料電池スタック２１に周期的に変化する電圧を印加する手段２４とを備えている。周期的に変化する電圧を用いて、燃料電池の触媒の表面に付着するさまざまな不純物を除去することができる。触媒表面に付着する不純物は、さまざまな化学構造を有しており、その上、さまざまな結合特性を有している。このため、さまざまな結合特性に応じて、正負の電圧間で周期的に増加および減少する電圧を印加することによって、触媒へのさまざまな不純物の結合を断つことが可能である。不純物の化学構造は周期的に変化する電圧を印加することによって壊され、不純物は異なる化学構造を有する物質に変えられるため、壊された不純物は、発電が再開された後に、触媒の領域から燃料電池スタックの外側に容易に排出することができる。大量の不純物が存在したとしても、周期的に反復する印加電圧を印加することにより、それらを除去することができる。
【００２０】
本発明のある実施形態においては、電池２２は発電機により再充電することができる。本発明のある実施形態においては、電池２２は発電機で置き換えることができる。
【００２１】
本発明のある実施形態においては、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４は、燃料電池スタック２１が発電し始める前に、または燃料電池スタック２１が発電を止めた後に、燃料電池スタック２１に周期的に変化する電圧を印加して、燃料電池が発電しているときに触媒に不純物付着がないようにする。
【００２２】
本発明のある実施形態においては、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４は、約−１．５Ｖと約１．５Ｖとの間で燃料電池スタックの単位セルあたりの電圧を周期的に変化させて、さまざまな化学構造およびさまざまな結合特性を有する不純物を除去するように制御される。単位セルにつき約−１．５Ｖ未満の印加電圧では、触媒の劣化が促進されることがありうる。単位セルにつき約１．５Ｖを超える印加電圧では、不純物除去の効果が小さくなるであろう。
【００２３】
本発明のある実施形態においては、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４は、約１ｍＶ／ｓと約１０００ｍＶ／ｓとの間の速度で電圧を周期的に変化させるように制御される。この電圧は約１ｍＶ／ｓ未満の速度で変化させうるが、それは実際的ではなく、なぜなら、それにより処理時間が非常に長くされるであろうためである。また、約１０００ｍＶ／ｓを超える速度で電圧を変化させることも可能であるが、これにより不純物／触媒の結合への電気的作用の持続時間が短くされ、そのため電圧サイクル回数を増加させなければならなくなり、それにより処理時間が増加されるであろう。
【００２４】
本発明のある実施形態においては、燃料電池システムは、電圧が最低印加電圧と最高印加電圧との間で線形に変化して、触媒に結合された不純物を除去するように制御される、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４を備えている。
【００２５】
本発明のある実施形態においては、燃料電池システム９０は、周期的に変化する電圧を燃料電池スタック２１に印加する際に燃料電池スタック内を流れる電流を測定する手段２６を有している。周期的に変化する電圧は、特定の電圧で測定される電流が所定のアンペア数を下回った場合に印加されなくなるように制御される。こうして、特定の電圧で測定される電流が所定のアンペア数を下回った場合、触媒に付着した不純物が除去されたと判断することができる。特定の電圧でのどのような電流が、触媒に付着した不純物がない状態に対応するのかは、実験的に定めることができる。周期的に変化する電圧は、測定される電流が特定のアンペア数に達したときにオフにすることができる。理想的には、不純物が除去されたと判断するための基準である所定のアンペア数は０Ａであろう。しかし、完全な除去が、時間がかかるであろう場合や、燃料電池システムの動作を妨げるであろう場合には、この基準は必ずしも０Ａである必要はない。特定の電流は、発電を妨げないレベルにあるように実験的に定めることができる。
【００２６】
本発明のある実施形態においては、燃料電池システム９０は、燃料電池スタック内を流れる電流が単位セルあたり約０．３Ｖから約０．８Ｖまでの範囲の所定のアンペア数を下回り、ヒドロキシル基を有する不純物が実質的に完全に除去されたことを示した場合に、周期的に変化する電圧が印加されなくなるように制御される。理想的には、不純物が除去されたと判断するための基準である所定のアンペア数は０Ａであろう。しかし、完全な除去が、時間がかかるであろう場合や、燃料電池システムの動作を妨げるであろう場合には、所定のアンペア数が０Ａであることは必要ではない。
【００２７】
本発明のある実施形態においては、図４に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧が印加される時間を計測するための手段５６を備えている。燃料電池スタック５１に周期的に変化する電圧を印加する手段５４は、所定の時間が経過したときにスタックに電圧を印加しなくなるように制御される。不純物除去プロセスの最適時間は、燃料電池システム１００の動作状態および燃料電池スタック５１の発電性能の劣化の所定の度合いに対して、実験的に定めることができる。
【００２８】
本発明のある実施形態においては、燃料電池システム１２０は、図５に示すように、周期的に変化する電圧が燃料電池スタックに印加されるサイクル数を計測する手段９６を備えている。燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段５４は、所定の数のサイクルが経過したときにスタックに電圧を印加しなくなるように制御される。したがって、燃料電池システム１２０の動作状態および燃料電池スタック５１の発電性能の劣化の度合いを計算に入れて、不純物除去プロセスの実験的に定められる最適時間を設定することができる。
【００２９】
本発明のある実施形態においては、図６に示すような、自動車１３０等の自動車両が提供され、本明細書において前述のような燃料電池システムのいずれかを備えている。自動車１３０は、発電するのに燃料電池１３４が必要とする燃料を蓄えるために燃料タンク１３２を備えている。燃料電池１３４によって発生された電気は、１つ以上の電池１３６に蓄えられる。燃料電池によって発生された電気、および／または１つ以上の二次電池１３６に蓄えられた電気を利用してモーター１３８を動かす。そして今度はこのモーターにより、自動車１３０を動かす車輪１４０が回転される。
【実施例１】
【００３０】
図３は、実施例１に用いられる燃料電池システムの概略を示している。水素ガスが水素供給弁２８を通して燃料電池スタック２１に供給され、空気は空気供給弁２９を通して供給される。二次電池等の電池２２と燃料電池スタック２１とは、電池制御装置２３を介して接続される。燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４は、電池２２に接続され、また、燃料電池スタック２１に電圧を印加するためのスイッチ２５を介して燃料電池スタック２１に接続される。燃料電池スタック２１が発電している間、電池制御装置２３が接続され、燃料電池スタック２１に電圧を印加するためのスイッチ２５は遮断されている。燃料電池スタック２１が発電しなくなると、スイッチ２５が閉じられ、周期的に変化する電圧が燃料電池スタック２１に印加される。燃料電池スタック２１に印加される電流の強さは電流計２６により測定し、電圧は電圧計２７により測定する。電流計２６および電圧計２７の測定値は、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４にフィードバックされる。
【００３１】
図７は、周期的に変化する電圧の、燃料電池システムの制御のフローチャートを示している。ステップ４０で、水素および空気の燃料電池スタック２１への供給が止められ、窒素パージが開始される。ステップ４１で、負荷接続スイッチ３１が遮断される。そして、ステップ４２で、電池制御装置２３が遮断され、蓄電動作が止められる。ステップ４３で、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４が、燃料電池スタック２１に電圧を印加するためのスイッチ２５を入れ、電圧が燃料電池スタック２１に印加され始める。本発明のある実施形態においては、電圧は、約−０．２Ｖと約１．２Ｖとの間で、約５０ｍＶ／ｓの速度で変えられる。ステップ４４で、印加電圧が約０．３Ｖと約０．８Ｖとの間にあるか判断する。ステップ４５で、アンペア数が測定される。アンペア数が、電流密度に換算して１０μＡ／ｃｍ２以下であれば、不純物は除去されたと判断され、燃料電池スタックへの電圧印加がステップ４６で止められる。０．３Ｖと０．８Ｖとの間の電圧範囲で電流密度が１０μＡ／ｃｍ２以下でなければ、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段２４は、周期的に変化する電圧を印加し続ける。本発明のある実施形態においては、上記の電流密度１０μＡ／ｃｍ２は、実験的に定めた。燃料電池スタックを停止後に再始動させたとき、発電性能にいかなる劣化も見られなかった。
【実施例２】
【００３２】
図４は、実施例２に用いられる燃料電池システム１００の概略を示している。水素ガスが水素供給弁５７を通して燃料電池スタック５１に供給され、空気は空気供給弁５８を通して供給される。二次電池５２と燃料電池スタック５１とは、電池制御装置５３を介して接続される。燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段５４は、電池５２に接続され、また、燃料電池スタックに電圧を印加するためのスイッチ５５を介して燃料電池スタック５１にも接続される。燃料電池スタック５１が発電している間、電池制御装置５３が接続され、燃料電池スタック５１に電圧を印加するためのスイッチ５５は遮断されている。タイマー５６は、燃料電池スタック５１に電圧を印加する手段５４がスタック５１に電圧を印加されている時間の長さを計測する。タイマー５６が所定の時間に達すると、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段５４は、電圧印加を止めるように命令される。
【００３３】
本発明のある実施形態においては、電圧は、１００ｍＶ／ｓの速度で、０Ｖと１．２Ｖとの間で変化させた。タイマー５６は、１８００秒の周期的変化電圧持続時間の印加効果に設定した。
【００３４】
燃料電池スタック５１に印加される電流は電流計２６により測定され、電圧は電圧計２７により測定される。電流計２６および電圧計２７により測定される電流値および電圧値は、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段５４にフィードバックされる。
【００３５】
本発明のある実施形態においては、図５に示すように、燃料電池スタック５１に周期的に変化する電圧が印加されるサイクル数を計測する手段９６が設けられている。周期的に変化する電圧のサイクル数を計測するための手段９６は、所定のサイクル数を計測する。所定のサイクル数に達すると、燃料電池スタックに周期的に変化する電圧を印加する手段５４は、電圧印加を止めるように命令される。所定のサイクル数は実験的に定めることができる。
【００３６】
本開示において示した各実施形態は実例のためのものである。それらは特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。記述した燃料電池システムは、自動車のような電気車両に特に好適であるが、本燃料電池システムは、自動二輪車、バス、トラック、レクリエーション用車両、ならびに農業用および工業用機器を含む、本特許請求の範囲内に包まれる多種多様の自動車両に好適である。当業者には明らかなように、本開示は、本明細書中で具体的に示されていない多種多様な実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】燃料電池スタックの断面を概略的に示している。
【図２】燃料電池スタックの略図を概略的に示している。
【図３】実施例１で述べるような、本発明の一実施形態による燃料電池システムを示している。
【図４】実施例２で述べるような、本発明の一実施形態による燃料電池システムを示している。
【図５】本発明の一実施形態による燃料電池システムを示している。
【図６】本発明の一実施形態による燃料電池システムを有する自動車を示している。
【図７】燃料電池スタックに印加される周期的に変化する電圧を制御する手段の動作を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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