(57)【要約】【課題】      耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  電解質層１２ｃ及び当該電解質層１２ｃの両側に設けられる電極層１２ｂ、１２ｄを備える電解質・電極構造体１２５と、セパレータ１２０とを積層した積層体を備え、過酸化水素分解性能を有するイオンが電解質・電極構造体１２５へと供給される、燃料電池システム１００とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層及び該電解質層の両側に設けられる電極層を備える電解質・電極構造体と、セパレータとを積層した積層体を備え、
過酸化水素分解性能を有するイオンが前記電解質・電極構造体へと供給されることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記イオンは、前記電解質・電極構造体へと供給される物質により、該電解質・電極構造体へと運ばれ、
前記電解質・電極構造体へと供給される前記物質を流通及び／又は貯蔵すべき流入ラインと、前記電解質・電極構造体へと供給される前記物質に前記イオンを添加すべきイオン添加手段とを備え、
該イオン添加手段は、前記流入ライン及び／又は前記セパレータに備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記イオン添加手段は、前記イオンを溶出させる単体及び／又は化合物と、該単体及び／又は化合物から溶出される前記イオンの溶出を促進するイオン溶出促進手段とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記イオン溶出促進手段は、前記イオンを溶出させる溶離剤を添加する溶離剤添加手段であることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記単体及び／又は化合物が、交換可能に配置されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記単体及び／又は化合物は、前記イオン添加手段の少なくとも重力方向下方を含む部位に備えられており、該部位に備えられている前記単体及び／又は化合物の単位面積当たりの量は、前記イオン添加手段の他の部位に備えられている前記単体及び／又は化合物の単位面積当たりの量よりも多いことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記単体及び／又は化合物の表面の少なくとも一部に、吸湿性材料が配設されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記イオン添加手段は、前記化合物と前記溶離剤添加手段とを備え、
前記化合物は金属酸化物であるとともに、前記溶離剤添加手段から添加される溶離剤は酸性を示すことを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記イオン添加手段は、前記イオンを含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段と、該イオン含有液体貯蔵手段内の液体を前記流入ライン及び／又は前記セパレータへと導入すべき導入手段とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記導入手段は、前記流入ライン及び／又は前記セパレータへと導入される、前記イオンを含有する液体の導入形態を制御する、制御手段を備えることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配置される電極（カソード及びアノード）とを備える膜電極接合体（以下において、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」と記述する。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、このＭＥＡの両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。この燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下において、「ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）」と記述する。）は、低温領域での運転が可能であり、５０〜１００℃の運転温度で使用されるのが一般的である。また、ＰＥＦＣは、５０〜６０％の高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。
【０００３】
ＰＥＦＣのユニットセルは、電解質膜、触媒層と拡散層とを備えるカソード及びアノード、並びに、セパレータを含み、その理論起電力は１．２３Ｖである。しかし、かかる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、ユニットセルを直列に積層した積層体の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。
【０００４】
他方、燃料電池の発電時にユニットセル内の触媒層で過酸化水素が生成され、この過酸化水素が起点となってＭＥＡの高分子電解質を劣化させていることが明らかになりつつある。かかる劣化は、燃料電池の発電性能低下の一因となるため、ＭＥＡ内の過酸化水素を低減することで上記劣化を抑制し、燃料電池の耐久性及び発電性能を向上させることが望まれている。
【０００５】
燃料電池の発電性能向上を目的とした技術は、これまでにいくつか開示されてきている。例えば、特許文献１には、Ｐｔを担持した担体にＣｅＯ２を担持させて成ることを特徴とする燃料電池用カソード触媒に関する技術が開示されており、かかる触媒を用いることで、カソードにおける酸素の還元反応速度を上昇させることが可能になるとしている。また、特許文献２には、カソード側の電極が、酸化物と触媒と固体高分子電解質材とからなる触媒・酸化物・高分子電解質薄層を含むことを特徴とする燃料電池に関する技術が開示されており、かかる燃料電池とすることで、クロスオーバーが抑制され、クロスオーバーによる発電性能の低下を防止することが可能になるとしている。
【特許文献１】特開２００３−１００３０８号公報
【特許文献２】特開２００３−８６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている技術により、ＣｅＯ２を備える触媒を予め触媒層に混入させたとしても、ＭＥＡは、外部から供給される反応ガスや内部にて生成される水等の各種物質が移動する環境であるため、上記触媒は当該物質によりＭＥＡの外へと排出されやすい。したがって、特許文献１に開示されている技術では、ＭＥＡ内においてＣｅＯ２の効果を維持することは難しく、燃料電池の耐久性を向上させることは困難であるという問題があった。また、特許文献２に開示されている技術によっても、燃料電池の耐久性を向上させることは困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項１に記載の発明は、電解質層及び当該電解質層の両側に設けられる電極層を備える電解質・電極構造体と、セパレータとを積層した積層体を備え、過酸化水素分解性能を有するイオンが電解質・電極構造体へと供給されることを特徴とする、燃料電池システムにより、上記課題を解決する。
【０００９】
ここに、本発明及び以下に示す発明において、過酸化水素分解性能を有するイオンの具体例としては、遷移金属イオン・希土類金属イオン等を挙げることができる。当該イオンを生じ得る物質としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｓｅ、Ｒｂ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｏｓ、Ｓｉ、Ｃ等からなる単体及び上記元素を含む化合物を挙げることができる。また、本発明において、過酸化水素分解性能を有するイオンが電解質・電極構造体へと供給されていれば、その供給形態は特に限定されるものではない。当該供給形態の具体例としては、イオンを供給する手段を介して上記イオンが電解質・電極構造体へと供給される形態や、上記イオンを含有する液体燃料が電解質・電極構造体へと供給される形態等を挙げることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、イオンは、電解質・電極構造体へと供給される物質により、当該電解質・電極構造体へと運ばれ、電解質・電極構造体へと供給される物質を流通及び／又は貯蔵すべき流入ラインと、電解質・電極構造体へと供給される当該物質にイオンを添加すべきイオン添加手段とを備え、当該イオン添加手段は、流入ライン及び／又はセパレータに備えられていることを特徴とする。
【００１１】
ここに、本発明及び以下に示す発明において、電解質・電極構造体へと供給される物質とは、アノードへと供給される水素含有物質（例えば、水素ガス等）、カソードへと供給される酸素含有物質（例えば、空気等）、及びこれらの物質を加湿する際等に使用される水蒸気等を含む概念である。また、本発明にかかる燃料電池システムが上記水素含有物質及び／又は酸素含有物質が循環される循環系である場合、流入ラインとは、当該循環系を形成するライン全体を含む概念である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、イオン添加手段は、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物と、当該単体及び／又は化合物から溶出される過酸化水素分解性能を有するイオンの溶出を促進するイオン溶出促進手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
ここに、本発明及び以下に示す発明において、イオン溶出促進手段は、過酸化水素分解性能を有するイオンの溶出を促進する機能を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。当該形態の具体例としては、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物を加湿することで上記イオンの溶出を促進する手段等を挙げることができる。このほか、本発明にかかる燃料電池システムが循環系の流入ラインを備える場合には、ＭＥＡ（例えば、ＰＥＦＣの場合にはＭＥＡの電解質膜）から溶出した酸（例えば、硫酸等）を用いて上記イオンの溶出を促進する手段等であっても良い。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、イオン溶出促進手段は、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる溶離剤を添加する溶離剤添加手段であることを特徴とする。
【００１５】
ここに、本発明において、溶離剤は過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させることが可能な物質であれば、その態様は特に限定されるものではなく、溶離剤の具体例としては、液体の溶離剤（溶離液）等を挙げることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の燃料電池システムにおいて、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物が、交換可能に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物は、イオン添加手段の少なくとも重力方向下方を含む部位に備えられており、当該部位に備えられている上記単体及び／又は化合物の単位面積当たりの量は、イオン添加手段の他の部位に備えられている上記単体及び／又は化合物の単位面積当たりの量よりも多いことを特徴とする。
【００１８】
ここに、本発明において、イオン添加手段の少なくとも重力方向下方を含む部位の具体例としては、当該イオン添加手段の少なくとも重力方向最下部を含む部位等を挙げることができる。また、当該イオン添加手段内における上記単体及び／又は化合物の配置形態例としては、イオン添加手段の重力方向下半分の部位における当該単体及び／又は化合物の単位面積当たりの平均質量が、当該イオン添加手段の重力方向上半分の部位における上記単体及び／又は化合物の単位面積当たりの平均質量よりも多い形態等を挙げることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物の表面の少なくとも一部に、吸湿性材料が配設されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項４〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、イオン添加手段は、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる化合物と溶離剤添加手段とを備え、当該化合物は金属酸化物であるとともに、溶離剤添加手段から添加される溶離剤は酸性を示すことを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、イオン添加手段は、過酸化水素分解性能を有するイオンを含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段と、当該イオン含有液体貯蔵手段内の液体を流入ライン及び／又はセパレータへと導入すべき導入手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の燃料電池システムにおいて、導入手段は、流入ライン及び／又はセパレータへと導入される、過酸化水素分解性能を有するイオンを含有する液体の導入形態を制御する、制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを、電解質・電極構造体（以下において、「ＭＥＡ」と記述する。）の外部からＭＥＡへと供給することが可能であるため、燃料電池発電時のＭＥＡの内部に当該イオンを常に存在させておくことも可能になる。すなわち、本発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを用いてＭＥＡ内の過酸化水素を分解することで、過酸化水素に起因する電解質成分の劣化を抑制することが可能になる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。なお、本発明にかかる燃料電池システムが、上記イオンを含有する液体燃料がＭＥＡへと供給される形態であっても、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、流入ライオン及び／又はセパレータに備えられているイオン添加手段によって、ＭＥＡに供給される物質がＭＥＡへと到達するまでの間に、過酸化水素分解性能を有するイオンを当該物質へと添加することが可能になる。したがって、請求項２に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンをＭＥＡへと供給することが容易になるので、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを容易に提供することが可能になる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、イオン添加手段に、単体及び／又は化合物から溶出される過酸化水素分解性能を有するイオンの溶出を促進する、イオン溶出促進手段が備えられているので、ＭＥＡへと供給される物質に上記イオンをより効果的に添加することが可能になる。したがって、請求項３に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンをＭＥＡへと供給することが一層容易になるので、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを一層容易に提供することが可能になる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる溶離剤を用いて、上記イオンを溶出させるので、当該イオンを所望のタイミングで溶出させることが可能な、燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物が交換可能であり、当該単体及び／又は化合物を少量ずつ混入することが可能になるので、当該単体及び／又は化合物を一度に大量に混入することに起因する発電性能の低下を防止することが可能になる。したがって、請求項５に記載の発明によれば、長期に亘って発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンの溶出を促進する物質が溜まりやすい重力方向下方に、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物が多く備えられている。したがって、過酸化水素分解性能を有するイオンを効率的に溶出させることが可能になるため、容易に耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる単体及び／又は化合物の表面に吸湿性材料が配設されているので、上記単体及び／又は化合物の表面に、上記イオンの溶出を促進する物質を効率的に集めることが可能になり、当該イオンの溶出を容易に促進させることが可能になる。したがって、請求項７に記載の発明によれば、耐久性を容易に向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、酸性の溶離剤を用いて金属酸化物から過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させるので、当該イオンを容易に溶出させることが可能になり、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが容易になる。
【００３１】
請求項９に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを含む液体がＭＥＡへと供給されるので、当該イオンによりＭＥＡ内の過酸化水素をより効果的に分解し得る、燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有するイオンを含む液体の導入形態を制御する制御手段が備えられているので、ＭＥＡへと供給される当該液体の量や、当該液体がＭＥＡへと供給されるタイミング等を制御することが可能になる。したがって、請求項１０に記載の発明によれば、上記イオン含有液体を無駄なく使用し得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
燃料電池の発電時には、触媒層で過酸化水素が生じることが知られており、この過酸化水素に起因するＯＨラジカルによってＭＥＡを構成する電解質層が劣化する。これまでに、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる化合物（例えば、ＣｅＯ２等）をＭＥＡ内に含む構成の燃料電池に関する技術は開示されているが、従来技術における当該化合物の適用は、カソードにおける反応性向上を目的としたものに留まっており、上記イオンをＭＥＡの外部からＭＥＡの内部へと供給し得る燃料電池システムに関する技術は未だ開示されていない。過酸化水素分解性能を有するイオンをＭＥＡの外部からＭＥＡの内部へと供給すれば、ＭＥＡ内で生じる過酸化水素を長期間に亘って分解することが可能になり、電解質層の劣化を長期間に亘って抑制することが容易になるため、燃料電池システムの耐久性を向上させることが可能になる。
【００３４】
本発明は、このような観点からなされたものであり、その要旨は、過酸化水素分解性能を有するイオンをＭＥＡへ供給可能とすることで、耐久性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することにある。
【００３５】
以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池システムについてさらに具体的に説明する。なお、特に断らない限り、本発明をＰＥＦＣに適用した場合について説明する。
【００３６】
図１は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システム１００は、水素含有物質（以下において、「水素」と記述する。）が循環供給される循環系のアノード流入ライン１１と、ＭＥＡとセパレータとが積層された積層体（不図示）を備える燃料電池スタック（以下において、「ＦＣスタック」と記述する。）１２と、酸素含有物質（以下において、「空気」と記述する。）が供給される非循環系のカソード流入ライン１３と、カソード排出ライン１４とを備え、アノード流入ライン１１には、イオン添加手段９０が備えられている。本実施形態にかかるイオン添加手段９０は、内周面全体にＣｅコートが施された、アノード流入ライン１１の一部を構成する配管であり、当該イオン添加手段９０（以下において、「配管９０」と記述することがある。）は、循環系のアノード流入ライン１１における上流側の一部を構成している。当該配管９０のＣｅコートは、重力方向下方に位置する部位に多く施されており、燃料電池の発電時にＦＣスタック内の電解質膜から溶出する酸（例えば、硫酸等）が上記配管９０の内周面に施されたＣｅコートと接触することにより、過酸化水素分解性能を有するＣｅ３＋が溶出する。そして、配管９０の内周面から溶出したＣｅ３＋が、循環系のアノード流入ライン１１を介してＦＣスタックのＭＥＡへと供給されることで、ＭＥＡ内の過酸化水素を分解し、電解質膜の劣化を抑制している。なお、図１及び本発明の燃料電池システムを示す図３以下の図において、矢印は、ＭＥＡへと供給される物質・ＭＥＡから排出される物質の進行方向を概略的に示している。
【００３７】
本発明の燃料電池システムに備えられるＦＣスタック１２の形態例を図２に概略的に示す。図２は、ＦＣスタック１２の一部分を拡大して概略的に示す断面図である。図示のＦＣスタック１２は、電解質・電極・拡散層構造体（以下において、「ＭＥＧＡ」と記述する。）１２６、１２６、…と、セパレータ１２０、１２０、…とを備え、ＭＥＧＡ１２６、１２６、…とセパレータ１２０、１２０、…とを備える積層体の両側に集電板等（不図示）が配置されることにより、スタック１２が形成されている。ＭＥＧＡ１２６は、電解質膜１２ｃ並びに当該電解質膜１２ｃの両側に設けられるカソード電極層１２ｂ及びアノード電極層１２ｄを備える電解質・電極構造体（ＭＥＡ）１２５と、当該ＭＥＡ１２５の両側に配置されるカソード拡散層１２ａ及びアノード拡散層１２ｅとを備えている。図示のように、ＭＥＧＡ１２６はセパレータ１２０、１２０に挟持されており、セパレータ１２０、１２０、…の拡散層１２ａ、１２ｅ側の面には、反応ガス供給路１２０ａ、１２０ａ、…、１２０ｅ、１２０ｅ、…がそれぞれ形成されている。さらに、当該セパレータ１２０、１２０、…には、ＭＥＧＡ１２６、１２６、…を冷却すべき冷却媒体が供給される冷却媒体供給路１２０ｆ、１２０ｆ、…が形成されている。
上記スタック１２において、アノード流入ライン１１から供給される水素は、反応ガス供給路１２０ｅ、１２０ｅ、…及びアノード拡散層１２ｅを介してアノード電極層１２ｄへと供給される一方、上記カソード流入ライン１３から供給される空気は、反応ガス供給路１２０ａ、１２０ａ、…及びカソード拡散層１２ａを介してカソード電極層１２ｂへと供給されている。
【００３８】
第１実施形態にかかる燃料電池システム１００では、アノード側からＣｅ３＋が供給されている。ＰＥＦＣにおいて使用される電解質膜は、陽イオン透過性を有しているため、アノードから供給され、電解質膜１２ｃへと達し過酸化水素を分解してなお残存するＣｅ３＋は、当該電解質膜１２ｃを通過してカソード側へと達する。したがって、本実施形態にかかる燃料電池システムによれば、アノード流入ライン１１を介してＣｅ３＋を供給することで、ＭＥＡ１２５の全体にＣｅ３＋を拡散させることが可能になるため、電解質膜１２ｃの劣化を効果的に抑制することが可能になる。
【００３９】
ここに、燃料電池の発電時に電解質膜から溶出する酸は、電解質膜の劣化を判断する際の１つの指標となり、電解質膜の劣化はＦＣスタックから排出される酸の有無によっても判断することができる。上述のように、本実施形態にかかる燃料電池システム１００では、イオン溶出促進手段として機能する、ＦＣスタック１２から排出された酸のみを用いて配管９０からＣｅ３＋を溶出させており、かかるＣｅ３＋を用いて電解質膜１２ｃの劣化を抑制している。すなわち、本実施形態にかかる燃料電池システム１００は、電解質膜１２ｃの劣化に起因して生ずる酸により溶出させたイオンを用いて電解質膜１２ｃの劣化を抑制する、自己修復型の機能を備えている。したがって、本実施形態によれば、発電時に劣化した電解質膜１２ｃを、その発電中のＰＥＦＣにおける電解質膜１２ｃの劣化度合いに応じて適宜修復し得る、燃料電池システム１００を提供することが可能になる。
【００４０】
図３（Ａ）は、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システム２００は、水素が供給される非循環系のアノード流入ライン２１及びアノード排出ライン２４と、ＦＣスタック１２と、空気が循環供給される循環系のカソード流入ライン２３とを備え、カソード流入ライン２３の上流側には、イオン添加手段９０が備えられている。なお、図３（Ａ）において、第１実施形態にかかる燃料電池システム１００の構成部位と同一の構成を採る部位には、図１の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００４１】
図３（Ａ）に示す第２実施形態にかかる燃料電池システム２００では、カソード側からＣｅ３＋が供給されている。カソード流入ライン２３を介してＣｅ３＋がＭＥＡ１２５へと供給される本形態によっても、ＭＥＡ１２５内に存在する過酸化水素を分解することが可能であるため、本実施形態にかかるシステム２００によれば、電解質膜１２ｃの劣化を抑制することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、耐久性を向上させ得る燃料電池システム２００を提供することが可能になる。
【００４２】
図３（Ｂ）は、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池システム３００は、水素が循環供給される循環系のアノード流入ライン１１と、ＦＣスタック１２と、空気が循環供給される循環系のカソード流入ライン２３とを備え、アノード流入ライン１１及びカソード流入ライン２３の上流側には、イオン添加手段９０、９０がそれぞれ備えられている。なお、図３（Ｂ）において、第１実施形態にかかる燃料電池システム１００又は第２実施形態にかかる燃料電池システム２００の構成部位と同一の構成を採る部位には、図１又は図３（Ａ）の各構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００４３】
図３（Ｂ）に示す第３実施形態にかかる燃料電池システム３００では、アノード側及びカソード側からＣｅ３＋が供給されている。したがって、本実施形態によれば、過酸化水素分解性能を有するＣｅ３＋をＭＥＡ１２５の両側（アノード側及びカソード側）から供給することが可能になるため、電解質膜１２ｃの劣化をより効果的に抑制することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、より効果的に耐久性を向上させ得る燃料電池システム３００を提供することが可能になる。
【００４４】
配管の内周面にＣｅコートが施されたイオン添加手段９０を備える上記実施形態の説明では、便宜上、循環系の流入ラインの上流側（供給側）に当該イオン添加手段９０が配置される形態について記述したが、イオン添加手段９０が備えられるべき部位は、循環系の流入ラインの上流側に限定されるものではなく、当該流入ラインの下流側（排出側）等、適当な部位を適宜選択することができる。
【００４５】
また、上記説明では、電解質膜１２ｃから溶出した酸を用いてＣｅ３＋を溶出させる形態のイオン添加手段９０について説明したが、イオン添加手段９０はかかる形態に限定されるものではなく、例えば、上記酸に加えて、外部から供給される溶離剤としての溶離液（例えば、硫酸等）を用いてＣｅ３＋を溶出させる形態であっても良い。図４に、当該形態を有するイオン添加手段を概略的に示す。なお、後述するように、以下に示すイオン添加手段は、電解質膜１２ｃから溶出した酸に代えて、外部から供給される溶離液（例えば、硫酸等）を用いてＣｅ３＋を溶出させる形態の燃料電池システムに適用することもできる。
【００４６】
図４（Ａ）に示すように、イオン添加手段９１は、溶離剤としての溶離液（例えば、硫酸等）を貯蔵すべき貯蔵手段９１ａと、内周面全体にＣｅコートが施された配管９１ｄへと溶離液を送液すべき送液ポンプ９１ｂと、送液される溶離液の量及びタイミングを制御可能な送液制御手段９１ｅと、これらの各構成要素間を接続する接続配管９１ｃとを備えている。そして、配管９１ｄは、循環系の上記アノード流入ライン及び／又は上記カソード流入ラインの一部を構成しており、貯蔵手段９１ａ、送液ポンプ９１ｂ、接続配管９１ｃ、及び送液制御手段９１ｅは、イオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）として機能している。一方、図４（Ｂ）に、接続配管９１ｃ及び配管９１ｄの一部を概略的に拡大して示すように、接続配管９１ｃ内を送られてきた溶離液は、例えば、当該配管９１ｃの端部に備えられるチップ状のノズル９１ｆ等を介して、Ｃｅコートが施された配管９１ｄ内へと均一に噴射されている。なお、配管９１ｄの内周面では、重力方向下方に位置するＣｅコート層の厚みが他の部位よりも厚くなるように、Ｃｅコートが施されている。
このように構成されるイオン添加手段９１によれば、溶離液を用いて配管９１ｄ内のコーティング層からＣｅ３＋を溶出させることも可能になるほか、重力の影響等により溶離液が重力方向下方に偏在した場合であっても、当該部位のＣｅコート層は厚く形成されているので、効果的にＣｅ３＋を溶出させ得るイオン添加手段９１とすることが可能になる。したがって、かかるイオン添加手段９１を備える燃料電池システムによっても、燃料電池の耐久性を向上させることが可能になる。
【００４７】
さらに、上記説明では、流入ラインの一部を構成する配管の内周面にＣｅコートが施されている形態のイオン添加手段について記述したが、本発明にかかる燃料電池システムが備え得るイオン添加手段は、かかる形態に限定されるものではなく、例えば、流入ラインを構成する配管の内周面全面にＣｅコートが施されている形態等であっても良い。
本発明にかかるイオン添加手段のさらに他の形態例を、図５に概略的に示す。
【００４８】
図５（Ａ）に示すイオン添加手段９２は、溶離剤としての溶離液（例えば、硫酸等）を貯蔵すべき貯蔵手段９２ａと、内周面にＣｅコートが施された取替え可能なコート部材９２ｄと、溶離液を当該コート部材９２ｄ及び流入ラインへと送液すべき送液ポンプ９２ｂと、送液される溶離液の量及びタイミングを制御可能な送液制御手段９２ｅと、これらの各構成要素間を接続する接続配管９２ｃとを備えている。そして、貯蔵手段９２ａ、送液ポンプ９２ｂ、接続配管９２ｃ、及び送液制御手段９２ｅは、イオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）として機能している。一方、図５（Ｂ）に、コート部材９２ｄと流入ラインとの間に配置される接続配管９２ｃ及び流入ラインの一部を概略的に拡大して示すように、接続配管９２ｃ内を送られてきた、Ｃｅ３＋を含有する溶離液は、例えば、当該配管９２ｃの端部に備えられるチップ状のノズル９２ｆ等を介して、流入ラインへと均一に噴射されている。
イオン添加手段９２がこのように構成されていれば、取替え可能なコート部材９２ｄを流入ラインの外部に配置しつつ、Ｃｅ３＋を含有する溶離液を流入ライン中へと噴射することで、当該流入ラインを介してＣｅ３＋をＭＥＡ１２５へと供給することが可能になる。したがって、かかるイオン添加手段９２を備えることで、耐久性を向上させ得る燃料電池システムのメンテナンス性を向上させることが可能になる。
【００４９】
これに対し、図５（Ｃ）に示すイオン添加手段９３は、溶離剤としての溶離液（例えば、硫酸等）を貯蔵すべき貯蔵手段９３ａと、内周面にＣｅコートが施された取替え可能なコート部材９３ｄと、貯蔵手段９３ａ内に貯蔵されている溶離液中に気体（例えば、空気等）を供給すべき供給配管９３ｂと、上記溶離液の蒸気や液滴等をコート部材９３ｄへと供給するとともにコート部材９３ｄを経た蒸気等を流入ラインへと供給すべき供給配管９３ｆとを備えている。このように構成される、バブラ形態のイオン添加手段９３によれば、供給配管９３ｂから供給される気体により溶離液中に気泡が生じ、溶離液水面から飛散した液滴等によってコート部材９３ｄからＣｅ３＋を溶出させることが可能になる。したがって、かかる形態のイオン添加手段９３を備える燃料電池システムとしても、耐久性を向上させることが可能になる。なお、本形態にかかるイオン添加手段９３では、貯蔵手段９３ａ、供給配管９３ｂ、及び供給配管９３ｆがイオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）として機能している。
【００５０】
他方、上記説明では、Ｃｅコートが施された配管又はコート部材を備えるイオン添加手段について記述したが、本発明にかかる燃料電池システムが備え得るイオン添加手段は、かかる形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池システムが備え得る、イオン添加手段の他の形態例を、図６に概略的に示す。
【００５１】
図６に示すイオン添加手段９４は、Ｃｅ３＋を含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段９４ａと、当該手段９４ａ内に貯蔵される上記液体を流入ラインへと導入すべき送液ポンプ９４ｂと、流入ラインへと導入される上記液体の導入量や導入タイミングを制御すべき制御手段９４ｅと、上記手段９４ａ、送液ポンプ９４ｂ、制御手段９４ｅ、及び流入ラインの間を接続する接続配管９４ｃとを備えている。そして、本形態にかかるイオン添加手段９４では、送液ポンプ９４ｂ、接続配管９４ｃ、及び制御手段９４ｅが、導入手段として機能している。本発明にかかる燃料電池システムが、このように構成されるイオン添加手段９４を備えていれば、例えば、燃料電池の運転停止時に、流入ラインを介して燃料電池スタック内にＣｅ３＋を含有する液体を供給することで、ＭＥＡ１２５内の過酸化水素を分解することが可能になる。また、イオン添加手段９４には制御手段９４ｅが備えられているので、Ｃｅ３＋含有液体を無駄なくＭＥＡ１２５内へと供給し得る、イオン添加手段９４とすることが可能になる。
さらに、本発明にかかるイオン添加手段の他の形態例としては、Ｃｅ３＋を含有する液体を貯蔵すべきイオン含有液体貯蔵手段と、当該イオン含有液体貯蔵手段内の液体に気体を供給すべき第１の供給配管と、イオン含有液体から飛散した液体等を流入ラインへと供給すべき第２の供給配管とを備える、バブラ形態のイオン添加手段等を挙げることもできる。かかる形態のイオン添加手段では、上記第１の供給配管及び第２の供給配管が導入手段として機能するため、このような形態であっても、Ｃｅ３＋含有液体をＭＥＡ１２５へと供給することが可能なイオン添加手段とすることができる。
【００５２】
なお、便宜上、内周面にＣｅコートが施されている配管を備えるイオン添加手段の説明では、Ｃｅコート層が重力方向下方に厚く形成されている形態について記述したが、本発明にかかるイオン添加手段に備えられるＣｅコート層の形態は、当該形態に限定されるものではなく、配管の内周面に均一の厚みで形成されていても良い。また、配管の内周面にＣｅコート層が重力方向下方に厚く形成されている場合には、溶離液が均一に噴射されない形態であっても良い。一方、配管の内周面にＣｅコート層が均一の厚みで形成されている場合には、溶離液が均一に噴射される形態であることが好ましい。かかる形態とすることで、Ｃｅ３＋を効果的に溶出させることが可能になる。
さらに、送液ポンプを備えるイオン添加手段の説明では、制御手段を備える形態について記述したが、本発明にかかる送液ポンプを備えるイオン添加手段は、制御手段を備える形態に限定されるものではなく、制御手段を備えない形態であっても良い。本発明にかかるイオン添加手段が制御手段を備える場合、送液される溶離液又はイオン含有液体の、当該制御手段による制御方法は特に限定されるものではない。制御方法の具体例としては、燃料電池システムの停止時に送液する方法、燃料電池システムの電圧低下時に送液する方法、又は、燃料電池の運転モードと電解質膜の劣化挙動との関係を予め調査しておき、実際の運転モードと当該調査結果とから送液すべきタイミングを判断したうえで上記溶離液又はイオン含有液体を送液する方法等を挙げることができる。
【００５３】
加えて、上記説明では、循環系の流入ラインを備える燃料電池システムについて記述したが、本発明を適用し得る燃料電池システムは、当該形態に限定されるものではなく、循環系の流入ラインを備えない形態の燃料電池システムにも本発明を好適に適用することができる。そこで、以下に、循環系の流入ラインを備えない形態の燃料電池システムに本発明を適用した場合について説明する。
【００５４】
図７は、第４実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第４実施形態にかかる本発明の燃料電池システム４００は、水素が供給される非循環系のアノード流入ライン２１及びアノード排出ライン２４と、空気が供給される非循環系のカソード流入ライン１３及びカソード排出ライン１４と、ＦＣスタック１２とを備え、非循環系のアノード流入ライン２１に、上記イオン添加手段９２が備えられている。本実施形態にかかる燃料電池システム４００が上記イオン添加手段９２を備えていれば、アノード流入ライン２１を介して、溶離液（例えば、硫酸等）を用いて溶出させたＣｅ３＋をＭＥＡ１２５へと供給することが可能になるため、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００５５】
なお、上述のように、循環系の流入ラインにイオン添加手段が備えられる場合には、当該循環系の流入ライン内であればＦＣスタックの排出側にもイオン添加手段を配置することが可能であった。しかし、循環系の流入ラインを備えない燃料電池システムにおいて、ＦＣスタックの排出側にイオン添加手段を配置すると、ＦＣスタック内のＭＥＡにＣｅ３＋を供給することが困難になる。そのため、循環系の流入ラインを備えない燃料電池システムでは、ＦＣスタックの排出側以外の部位にイオン添加手段を配置することが好ましい。
【００５６】
図８（Ａ）は、第５実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第５実施形態にかかる本発明の燃料電池システム５００は、非循環系のアノード流入ライン２１ではなく非循環系のカソード流入ライン１３にイオン添加手段９２が備えられていることを除いては、上記第４実施形態にかかる燃料電池システム４００と同じ構成を備えている。そのため、図８（Ａ）に示す燃料電池システム５００において、第４実施形態にかかる燃料電池システム４００の構成部位と同一の構成を採る部位には、図７の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００５７】
図８（Ａ）に示す第５実施形態にかかる燃料電池システム５００では、非循環系のカソード流入ライン１３を介してＣｅ３＋が供給されている。Ｃｅ３＋がカソード流入ライン１３を介してＭＥＡ１２５へと供給される本形態によっても、ＭＥＡ１２５内に存在する過酸化水素を分解することは可能である。したがって、本実施形態によっても、耐久性を向上させ得る燃料電池システム５００を提供することが可能になる。
【００５８】
図８（Ｂ）は、第６実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。図示のように、第６実施形態にかかる本発明の燃料電池システム６００は、水素が供給される非循環系のアノード流入ライン２１及びアノード排出ライン２４と、空気が供給される非循環系のカソード流入ライン１３及びカソード排出ライン１４と、ＦＣスタック１２とを備え、非循環系のアノード流入ライン２１及びカソード流入ライン１３に、上記イオン添加手段９２、９２が備えられている。なお、図８（Ｂ）に示す燃料電池システム６００において、第４実施形態にかかる燃料電池システム４００又は第５実施形態にかかる燃料電池システム５００の構成部位と同一の構成を採る部位には、図７又は図８（Ａ）の各構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００５９】
図８（Ｂ）に示す第６実施形態にかかる燃料電池システム６００では、アノード側及びカソード側からＣｅ３＋が供給されている。したがって、本実施形態によれば、過酸化水素分解性能を有するＣｅ３＋をＭＥＡの両側から供給することが可能になるため、電解質膜の劣化をより効果的に抑制することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、より効果的に耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００６０】
なお、便宜上、循環系の流入ラインを備えない形態の燃料電池システムに関する上記説明では、流入ラインに上記イオン添加手段９２が備えられている形態について記述したが、当該形態の燃料電池システムが備え得るイオン添加手段は、当該手段９２に限定されるものではなく、イオン添加手段９３やイオン添加手段９４等、他の形態であっても良い。
【００６１】
ここに、本発明にかかる燃料電池システムにおいて、流入ラインの配管内に供給される溶離液等は、当該配管内の重力方向下方に溜まりやすい。そのため、流入ラインの配管内にＣｅコートを施す場合には、重力方向下方以外の部位にも水蒸気、酸、溶離液等を行き渡らせることが可能にするという観点から、吸湿性材料で当該Ｃｅコート層の表面を覆うことが好ましい。かかる構成とすれば、重力方向下方以外の部位からＣｅ３＋を溶出させることが容易になるため、Ｃｅ３＋の溶出効率を向上させることが可能になる。
【００６２】
なお、吸湿性材料で当該Ｃｅコート層の表面を覆う場合、当該吸湿性材料の流出を防止するとともに、当該吸湿性材料とＣｅコート層との接触不良を抑制するという観点から、Ｃｅコート層が形成されている配管内に耐食性材料により形成された筒状のメッシュ部材等を配置し、当該メッシュ部材等と配管の内壁とにより、Ｃｅコート層及び吸湿性材料を挟んで固定する形態とすることが好ましい。
【００６３】
本発明の流入ライン配管内に備えられる吸湿性材料は、当該配管内の環境に耐え得る吸湿性材料であれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、セルロースや吸湿性樹脂等を挙げることができる。また、当該吸湿性材料の形態は、特に限定されるものではないが、Ｃｅコート層との接触面積を増加すると共にＣｅを効果的に利用しＣｅ３＋をＭＥＡ１２５へと供給可能にするという観点から、ハニカム構造等の形態を有していることが好ましく、ハニカム構造である場合には、当該構造の孔部にＣｅを配置させることが好ましい。一方、流入ラインの配管内に配置され得るメッシュ部材等の構成材料も、当該配管内の環境に耐え得る材料であれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、チタン合金等の高耐食性金属等を挙げることができる。
【００６４】
他方、上記説明では、ＦＣスタック１２へと接続される流入ラインにイオン添加手段が備えられる形態の燃料電池システムについて記述したが、本発明にかかる燃料電池システムにおいて、イオン添加手段が備えられ得る部位は、流入ラインに限定されるものではなく、例えば、加湿モジュールやＦＣスタック内のセパレータ等の部位に備えられていても良い。そこで、以下に、セパレータにイオン添加手段が備えられる形態の燃料電池システムについて説明する。
【００６５】
図９（Ａ）は、セパレータ表面の一部に配置されたイオン添加手段を備える、ＦＣスタック１２内のセパレータを概略的に示す正面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すセパレータのＩＸＢ−ＩＸＢ矢視断面、並びに、当該セパレータに当接されるべき拡散層（以下において、「ＧＤＬ」と記述する。）及びＭＥＡの一部を拡大して示す概略図である。図９（Ａ）に示すセパレータ１２０Ａは、流入ラインから供給される反応ガス（水素、空気）が通過すべき入口マニホールド８１と、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）と、当該反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）を経た反応ガスが通過すべき出口マニホールド８３とを備え、入口マニホールド８１と反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）との間の部位８４にＣｅ表面コートが施されている。なお、図９（Ａ）において、矢印は反応ガスの進行方向を概略的に示している。
【００６６】
入口マニホールド８１から供給される反応ガスが循環系の流入ラインから供給されている場合には、電解質膜１２ｃが劣化することにより発生した微量の酸（例えば、硫酸等）及び反応ガスが入口マニホールド８１を介して供給される。当該マニホールド８１から供給された上記酸と、イオン添加手段としての部位８４のＣｅとが接触すると、上記酸はイオン溶出促進手段として機能し、イオン添加手段８４からＣｅ３＋を溶出させる。そして、当該イオン添加手段８４から溶出したＣｅ３＋は、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）、及びＧＤＬ１２ａ（１２ｅ）を介してＭＥＡ１２５内へと供給され（図９（Ｂ）参照）、ＭＥＡ１２５内の過酸化水素を分解する。これに対し、入口マニホールド８１から供給される反応ガスが非循環系の流入ラインから供給されている場合には、例えば、溶離剤としての溶離液及び反応ガスが入口マニホールド８１から供給される。当該マニホールド８１から供給された溶離液は、イオン添加手段としての部位８４のＣｅと接触するとイオン溶出促進手段として機能し、イオン添加手段８４からＣｅ３＋を溶出させる。そして、当該イオン添加手段８４から溶出したＣｅ３＋は、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）及びＧＤＬ１２ａ（１２ｅ）を介してＭＥＡ１２５内へと供給され（図９（Ｂ）参照）、ＭＥＡ１２５内の過酸化水素を分解する。すなわち、流入ラインが循環系であるか否かに関係なく、本形態にかかるセパレータ１２０Ａを備えることで、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００６７】
なお、上記説明では、入口マニホールド８１と反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）との間に位置する部位８４にイオン添加手段としてのＣｅ表面コートが施されている形態のセパレータについて記述したが、入口マニホールド８１から供給される反応ガスが循環系の流入ラインを経ている場合、Ｃｅ表面コートが施され得る部位は、部位８４に限定されるものではない。流入ラインが循環系である場合、電解質膜から溶出し出口マニホールド８３から流入ラインへと排出された酸（例えば、硫酸等）は、再び入口マニホールド８１から供給され得るため、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）と出口マニホールド８３との間の部位８５にＣｅ表面コートが施されていても、ＭＥＡ１２５内へＣｅ３＋を供給することが可能になる。したがって、入口マニホールド８１から供給される反応ガスが循環系の流入ラインを経ている場合には、部位８４及び／又は部位８５にＣｅ表面コートを施すことでイオン添加手段８４及び／又は８５を備えるセパレータ１２０Ａとすることができる。これに対し、入口マニホールド８１から供給される反応ガスが非循環系の流入ラインを経ている場合には、上記部位８５にＣｅ表面コートを施しても、Ｃｅ３＋をＭＥＡ１２５内へと供給することは難しい。したがって、かかる場合には、部位８４及び部位８５、又は部位８４にＣｅ表面コートを施すことが好ましい。
【００６８】
図９（Ｃ）は、セパレータ表面の一部に配置されたイオン添加手段を備える、ＦＣスタック内のセパレータを概略的に示す正面図であり、図９（Ｄ）は、図９（Ｃ）に示すセパレータのＩＸＤ−ＩＸＤ矢視断面、並びに、当該セパレータに当接されるべきＧＤＬ及びＭＥＡの一部を拡大して示す概略図である。図９（Ｃ）に示すセパレータ１２０Ｂは、入口マニホールド８１、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）、及び出口マニホールド８３を備え、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の溝部及び側壁部には、イオン添加手段としてのＣｅ表面コートが施されている（図９（Ｄ）参照）。図９（Ｃ）において、矢印は反応ガスの進行方向を概略的に示している。
本発明の燃料電池システムに、セパレータ１２０Ｂが備えられていても、入口マニホールド８１から供給される酸及び／又は溶離液を用いて、セパレータ１２０Ｂの反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）表面に備えられているイオン添加手段（Ｃｅ表面コート）からＣｅ３＋を溶出させることが可能になるので、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００６９】
なお、上記説明では、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の溝部表面及び側壁部表面にのみイオン添加手段としてのＣｅコート層が形成されているセパレータ１２０Ｂについて説明したが、本形態にかかるセパレータの反応ガス流路表面に施されるコート材料が、Ｃｅのように導電性を有する材料である場合には、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の溝部表面及び側壁部表面に加え、ＧＤＬ１２ａ（１２ｅ）と当接する反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の凸部表面を含む反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の全面にイオン添加手段としてのコートが施されていても良い。当該形態にかかるセパレータを図９（Ｅ）及び（Ｆ）に示す。
【００７０】
図９（Ｅ）は、セパレータに形成された反応ガス流路の全面に配置されたイオン添加手段を備える、ＦＣスタック内のセパレータを概略的に示す正面図であり、図９（Ｆ）は、図９（Ｅ）に示すセパレータのＩＸＦ−ＩＸＦ矢視断面、並びに、当該セパレータに当接されるべきＧＤＬ及びＭＥＡの一部を拡大して示す概略図である。図９（Ｅ）に示すセパレータ１２０Ｃは、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の全面にイオン添加手段としてのＣｅ表面コートが施されており（図９（Ｆ）参照）、その他はセパレータ１２０Ｂと同じ構成を備えている。そのため、セパレータ１２０Ｃの各部位において、上記セパレータ１２０Ｂと同じ構成を採る部位には図９（Ｃ）及び（Ｄ）にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。なお、図９（Ｅ）において、矢印は反応ガスの進行方向を概略的に示している。また、セパレータ１２０Ｃの反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）全面にＣｅ表面コートが施されていることを表すため、図９（Ｅ）では、反応ガス流路の凸部に相当する部位（反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）内の直線；図９（Ａ）及び（Ｃ）参照）を省略して示している。
本発明の燃料電池システムが当該形態のセパレータ１２０Ｃを備えていても、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）の表面に備えられたイオン添加手段（Ｃｅ表面コート）から溶出したＣｅ３＋によってＭＥＡ１２５内の過酸化水素を分解することが可能になるので、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
このように、上記形態にかかるセパレータ１２０Ｂ、１２０Ｃでは、コート材料の導電性の有無に応じて、反応ガス流路に施すコート部位を、溝部、側壁部、及び凸部の中から適宜選択することができる。
【００７１】
また、上記説明では、反応ガス流路１２０ａ（１２０ｅ）が形成された形態のセパレータについて記述したが、本発明の燃料電池システムは、当該形態のセパレータを備える態様に限定されるものではなく、例えば、フラットタイプのセパレータ及び当該セパレータと当接すべき面に反応ガス流路が形成されたＧＤＬを備える形態等であっても良い。かかる形態の燃料電池システムの場合には、入口マニホールド近傍、出口マニホールド近傍、又は、ＧＤＬに形成された反応ガス流路に当接すべきセパレータ面の一部若しくは全面に形成されたイオン添加手段としてのＣｅ表面コート層を備えるセパレータを使用することができる。
【００７２】
さらに、上記説明では、イオン添加手段が燃料電池システム内の流入ライン又はセパレータ等に備えられる形態について記述したが、本発明にかかるイオン添加手段は、ＭＥＡに上記イオンを供給可能なように備えられていれば、燃料電池システム内の複数の箇所に備えられていても良く、例えば、流入ライン及びセパレータにイオン添加手段を備える燃料電池システムとしても良い。
【００７３】
以上、Ｃｅ３＋をＭＥＡの外からＭＥＡの内部へと供給することで電解質膜の劣化を抑制し、耐久性を向上させることを可能にする本発明の燃料電池システムについて記述したが、本発明においてＭＥＡの内部へと供給され得るイオンはＣｅ３＋に限定されるものではなく、過酸化水素分解性能を有していれば他のイオンであっても良い。過酸化水素分解性能を有するイオンの具体例としては、遷移金属イオン・希土類金属イオン等を挙げることができ、当該イオンを生じ得る物質としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｓｅ、Ｒｂ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｏｓ、Ｓｉ、Ｃ等からなる単体及びこれらの元素を含む化合物を挙げることができる。したがって、便宜上、上記説明では、Ｃｅ３＋を溶出させるＣｅコートが施されている配管・部位を備えるイオン添加手段について記述したが、本発明の燃料電池システムにかかる当該配管・部位に施されるコートは、上記具体例にかかる単体及び／又は化合物の少なくとも１以上を含むコートとすることができる。また、上記説明では、Ｃｅ３＋含有液体を備えるイオン添加手段についても記述したが、本発明の燃料電池システムが備えるイオン含有液体に含まれるイオンは、上記具体例にかかる単体及び／又は化合物から生じるイオンの少なくとも１以上とすることができる。
なお、上記説明では、Ｃｅコートが施されている配管・部位に電解質膜１２ｃから溶出した酸や流入ラインへと供給される溶離液を用いてＣｅ３＋を溶出させるイオン添加手段について記述したが、当該配管・部位に例えば純水を供給することでＣｅ３＋を溶出させることも可能であると考えられる。しかし、純水を供給することによって得られるＣｅ３＋のみでは、電解質膜の劣化を効果的に抑制することは難しい。そこで、電解質膜の劣化を効果的に抑制するという観点から、本発明にかかる燃料電池システムが過酸化水素分解性能を有するイオンを生じさせ得る配管・部位を備える場合には、電解質膜１２ｃから溶出した酸及び／又は溶離液を用いてＣｅ３＋を溶出させることが好ましい。
【００７４】
なお、上記説明では、燃料電池システムの流入ライン及び／又はセパレータにイオン添加手段を備える形態のＰＥＦＣについて記述したが、本発明を適用し得る燃料電池は、ＰＥＦＣに限定されるものではなく、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等にも適用することができる。ＤＭＦＣに本発明を適用する場合には、アノードへと供給されるメタノールに過酸化水素分解性能を有するイオン（例えば、Ｃｅ３＋等）を含有させる等の形態により、当該イオンをＭＥＡへと供給することが可能になり、かかる形態とすることで、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供することが可能になる。
【実施例】
【００７５】
Ｃｅイオン（Ｃｅ３＋）含有液体を供給することで、過酸化水素分解性能を有するイオンをＭＥＡの外部からＭＥＡ内へと供給可能としたＭＥＡ、を用いた耐久試験（実施例）、及び、Ｃｅイオンを内部に含まないＭＥＡを用いた耐久試験（比較例）を行い、これらのＭＥＡから回収した水の中に含まれるＦイオン量（Ｆ溶出量）をそれぞれ測定した。実施例及び比較例の結果を、図１０にあわせて示す。図１０の横軸は時間、縦軸はＦ溶出量である。図１０において、実線は実施例の結果を、破線は比較例の結果をそれぞれ表している。なお、実施例及び比較例にかかるＭＥＡは、何れも、フッ素系の樹脂を含む電解質膜を備えていた。また、フッ素系樹脂を含む電解質膜が劣化するとＦイオンが溶出するため、Ｆ溶出量は耐久性の指標となる。
【００７６】
図１０に示すように、比較例にかかるＭＥＡでは、時間が経過するにつれて多くのＦイオンが溶出したが、実施例にかかるＭＥＡでは、Ｆイオンの溶出量が大幅に低減した。したがって、本発明によれば、耐久性を向上させ得る燃料電池システムを提供可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。
【図２】ＦＣスタックの形態例を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の燃料電池システムの実施形態例を示す概略図である。
【図４】イオン添加手段の形態例を示す概略図である。
【図５】イオン添加手段の形態例を示す概略図である。
【図６】イオン添加手段の形態例を示す概略図である。
【図７】第４実施形態にかかる本発明の燃料電池システムを示す概略図である。
【図８】本発明の燃料電池システムの実施形態例を示す概略図である。
【図９】イオン添加手段を備えるセパレータの形態例を示す概略図である。
【図１０】耐久試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１１  アノード流入ライン（循環系）
１２  ＦＣスタック
１２ｂ  電極層（カソード）
１２ｃ  電解質層（電解質膜）
１２ｄ  電極層（アノード）
１３  カソード流入ライン（非循環系）
１４  カソード排出ライン
２１  アノード流入ライン（非循環系）
２４  アノード排出ライン
２３  カソード流入ライン（循環系）
８４、８５  イオン添加手段（Ｃｅ表面コート）
９０、９１、９２、９３、９４  イオン添加手段
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｅ  イオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｅ  イオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）
９３ａ、９３ｂ、９３ｆ  イオン溶出促進手段（溶離剤添加手段）
９４ａ  イオン含有液体貯蔵手段
９４ｂ、９４ｃ  導入手段
９４ｅ  制御手段（導入手段）
１００、２００、３００、４００、５００、６００  燃料電池システム
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ  セパレータ
１２５  電解質・電極構造体（ＭＥＡ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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