(57)【要約】【課題】簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することができる燃料電池の活性化方法及び活性化装置を提供する。【解決手段】燃料電池１６の活性化方法は、アノード電極２６にアノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極２８にカソード側ガスとして不活性ガスを供給することにより、アノード電極２６とカソード電極２８との間に電位差を生じさせた状態で、アノード電極２６とカソード電極２８との通電を行う通電工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられ、前記電解質膜の他方の面にカソード電極が設けられた燃料電池の活性化方法であって、
前記アノード電極にアノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、前記カソード電極にカソード側ガスとして不活性ガスを供給することにより、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電位差を生じさせた状態で水素濃淡電池を構成し、前記水素濃淡電池の電位差により前記アノード電極で生じた電子を外部負荷を介して前記カソード電極に送る通電工程を有することを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、
前記通電工程では、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させることを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、
前記通電工程では、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを一定にすることを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池の活性化方法において、
前記通電工程では、前記燃料電池の温度に比して、前記アノード側ガス及び前記カソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点を高くすることを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項５】
固体高分子からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられ、前記電解質膜の他方の面にカソード電極が設けられた燃料電池を活性化させる燃料電池の活性化装置であって、
前記アノード電極にアノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、前記カソード電極にカソード側ガスとして不活性ガスを供給することにより、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電位差を生じさせた状態で水素濃淡電池を構成するガス供給部と、
前記水素濃淡電池の電位差により前記アノード電極で生じた電子を外部負荷を介して前記カソード電極に送る通電部と、を備えることを特徴とする燃料電池の活性化装置。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池の活性化装置において、
前記通電部は、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させることが可能であることを特徴とする燃料電池の活性化装置。
【請求項７】
請求項５記載の燃料電池の活性化装置において、
前記通電部は、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを一定にすることが可能であることを特徴とする燃料電池の活性化装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載の燃料電池の活性化装置において、
前記ガス供給部は、前記通電部により前記カソード電極から前記アノード電極に電流を流す間、前記燃料電池の温度に比して、前記アノード側ガス及び前記カソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点を高くすることを特徴とする燃料電池の活性化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられ、他方の面にカソード電極が設けられた燃料電池の活性化方法及び活性化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示される燃料電池の活性化方法が知られている。この活性化方法では、燃料電池のアノード電極にメタノール水溶液等のアノード媒質を供給するとともに、カソード電極に空気等のカソード媒質を供給しつつ、両電極間に発電時における通電と同じ方向へ強制通電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０４０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の活性化方法では、実際の発電時と同等の大電流を両電極間に通電するための大掛かりな装置や大量のアノード媒質及びカソード媒質が必要になる。このため、活性化に要するコストが嵩むという問題がある。
【０００５】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することができる燃料電池の活性化方法及び活性化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、固体高分子からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられ、前記電解質膜の他方の面にカソード電極が設けられた燃料電池の活性化方法であって、前記アノード電極にアノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、前記カソード電極にカソード側ガスとして不活性ガスを供給することにより、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電位差を生じさせた状態で水素濃淡電池を構成し、前記水素濃淡電池の電位差により前記アノード電極で生じた電子を外部負荷を介して前記カソード電極に送る通電工程を有することを特徴とする。
【０００７】
この燃料電池の活性化方法では、水素ガスを供給したアノード電極と、不活性ガスを供給したカソード電極との水素濃度差を利用して、互いの間に電位差を生じさせることができる。この状態で、アノード電極とカソード電極とを電気的に接続することにより、実際の発電時よりも小さな電流及び少ないアノード側ガス及びカソード側ガスの供給量で両電極の通電を行うことが可能になる。
【０００８】
この際の電極反応によって生じた生成水を、アノード電極及びカソード電極に含まれる電極触媒や電解質膜に供給することができる。これによって、電解質膜を湿潤状態として良好なプロトン伝導性を発現させることや、燃料電池の発電時に反応サイトとなる電極触媒と電解質膜と燃料ガス又は酸化剤ガスとの３相界面に水を供給することができる。その結果、燃料電池を効果的に活性化することができる。
【０００９】
以上から、この燃料電池の活性化方法によれば、アノード電極及びカソード電極に大電流を通電するための大掛かりな装置や大量のアノード側ガス及びカソード側ガスを必要としない分、簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することができる。
【００１０】
上記の燃料電池の活性化方法において、前記通電工程の前に、前記アノード電極に前記アノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、前記カソード電極に前記カソード側ガスとして不活性ガスを供給しつつ、前記燃料電池に、所定の範囲で上昇及び下降するサイクルの電圧を印加する電圧印加工程をさらに有することが好ましい。電圧印加工程を行うことにより、アノード電極及びカソード電極に含まれる電極触媒の表面に付着した付着物を除去することができる。従って、その後の通電工程の際に、付着物に阻害されることなく電極触媒の表面に良好に水を供給することが可能になる。その結果、燃料電池を効果的に活性化することができる。
【００１１】
上記の燃料電池の活性化方法において、前記通電工程では、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させてもよいし、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを一定にしてもよい。何れの場合であっても、簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することができる。
【００１２】
上記の燃料電池の活性化方法において、前記通電工程では、前記燃料電池の温度に比して、前記アノード側ガス及び前記カソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点を高くすることが好ましい。この場合、通電工程において、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも何れか一方に含まれる水蒸気を燃料電池内で容易に結露させることができるため、電極触媒や電解質膜に一層良好に水を供給して、燃料電池を効果的に活性化することができる。
【００１３】
上記の燃料電池の活性化方法において、前記通電工程の際の前記燃料電池の温度を、前記電圧印加工程の際の前記燃料電池の温度以下にすることが好ましい。この場合、アノード側ガス及びカソード側ガスの露点を高精度に調整することなく、電圧印加工程では、燃料電池内の結露を生じ難くし、且つ通電工程では、燃料電池内の結露を生じ易くすることができる。これによって、電圧印加工程の際に燃料電池の全体で印加電圧がばらつくことを抑制しつつ、通電工程の際に電極触媒や電解質膜に良好に水を供給することができる。その結果、燃料電池を一層効果的に活性化することができる。
【００１４】
上記の燃料電池の活性化方法において、前記燃料電池に設けられた冷媒流路に温度を調整した伝熱媒体を供給することによって、前記燃料電池の温度を調整することが好ましい。この場合、燃料電池の既存の構成を用いて、燃料電池全体の温度を効率的且つ容易に調整することができる。
【００１５】
また、上記した燃料電池の活性化方法が適用された燃料電池の活性化装置もこの発明に含まれる。すなわち、本発明は、固体高分子からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が設けられ、前記電解質膜の他方の面にカソード電極が設けられた燃料電池を活性化させる燃料電池の活性化装置であって、前記アノード電極にアノード側ガスとして水素ガスを供給するとともに、前記カソード電極にカソード側ガスとして不活性ガスを供給することにより、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電位差を生じさせた状態で水素濃淡電池を構成するガス供給部と、前記水素濃淡電池の電位差により前記アノード電極で生じた電子を外部負荷を介して前記カソード電極に送る通電部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この燃料電池の活性化装置では、ガス供給部により、上記のようにアノード側ガス及びカソード側ガスを供給することで、アノード電極とカソード電極の間に水素濃度差を利用した電位差を生じさせることができる。この状態で、通電部により、両電極間を電気的に接続することで、実際の発電時よりも小さな電流及び少ないアノード側ガス及びカソード側ガスの供給量で両電極間の通電を行うことができる。その結果、アノード電極及びカソード電極に大電流を通電するための大掛かりな装置や大量のアノード側ガス及びカソード側ガスを必要とせず、簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することが可能になる。
【００１７】
上記の燃料電池の活性化装置において、前記燃料電池に所定の範囲で上昇及び下降するサイクルの電圧を印加する電圧印加部をさらに備えることが好ましい。この場合、電圧印加部により、上記のように電圧を印加することで、電極触媒の表面に付着した付着物を除去することができるため、燃料電池を一層効果的に活性化することが可能になる。
【００１８】
上記の燃料電池の活性化装置において、前記通電部は、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させることが可能であってもよいし、前記カソード電極から前記アノード電極に流れる電流の大きさを一定にすることが可能であってもよい。何れの場合であっても、簡素な構成により低コストで燃料電池を効果的に活性化することができる。
【００１９】
上記の燃料電池の活性化装置において、前記ガス供給部は、前記通電部により前記カソード電極から前記アノード電極に通電を行う間、前記燃料電池の温度に比して、前記アノード側ガス及び前記カソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点を高くすることが好ましい。この場合、通電部により両電極間の通電を行う際に、アノード側ガス又はカソード側ガスに含まれる水蒸気を燃料電池内で容易に結露させることができるため、電極触媒や電解質膜に一層良好に水を供給して、燃料電池を効果的に活性化することができる。
【００２０】
上記の燃料電池の活性化装置において、前記燃料電池の温度を調整する温度調整部をさらに備え、前記温度調整部は、前記通電部により前記カソード電極から前記アノード電極に電流を流す間の前記燃料電池の温度を、前記電圧印加部により前記電圧を印加する間の前記燃料電池の温度以下にすることが好ましい。
【００２１】
この場合、温度調整部による燃料電池の温度調整によって、前記電圧印加部による電圧印加中には、結露を生じ難くして、燃料電池の全体で印加電圧がばらつくことを抑制できる。一方、電圧印加後の通電部による通電中には、結露を生じ易くして、電極触媒や電解質膜に良好に水を供給することができる。その結果、アノード側ガス及びカソード側ガスの露点をガス供給部によって高精度に調整することなく、燃料電池を一層効果的に活性化することができる。
【００２２】
上記の燃料電池の活性化装置において、前記温度調整部は、前記燃料電池に設けられた冷媒流路に温度を調整した伝熱媒体を供給することによって、前記燃料電池の温度を調整することが好ましい。この場合、燃料電池の既存の構成を用いて、燃料電池全体の温度を効率的且つ容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アノード電極及びカソード電極に大電流を通電するための大掛かりな装置や、大量のアノード側ガス及びカソード側ガスを必要としない分、簡素な構成により低コストで燃料電池を活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の活性化装置の概略構成図である。
【図２】実施例１−１〜１−４及び比較例１のスタックについて、通電時間（サイクル電流）と、電圧比とを示す図表である。
【図３】実施例２−１〜２−４及び比較例１のスタックについて、通電時間（固定電流）と、電圧比とを示す図表である。
【図４】実施例３−１〜３−１０及び比較例２のスタックについて、通電電流値と、通電時の電圧と、電圧比とを示す図表である。
【図５】実施例４−１〜４−７のスタックについて、スタック温度と、アノード側ガスの露点と、カソード側ガスの露点と、スタック内相対湿度と、電圧比とを示す図表である。
【図６】実施例５−１〜５−３のスタックについて、アノード側ガス及びカソード側ガスの各々の流量と、電圧比とを示す図表である。
【図７】実施例６−１〜６−８のスタックについて、電圧印加工程の後の通電工程（サイクル電流）における通電時間と、電圧比とを示す図表である。
【図８】実施例７−１〜７−３のスタックについて、電圧印加時間と、通電時間（サイクル電流）と、電圧比とを示す図表である。
【図９】実施例８−１〜８−８のスタックについて、電圧印加工程の後の通電工程（固定電流）における通電時間と、電圧比とを示す図表である。
【図１０】実施例９−１〜９−３のスタックについて、電圧印加時間と、通電時間（固定電流）と、電圧比とを示す図表である。
【図１１】実施例１０−１〜１０−１０のスタックについて、電圧印加工程後の通電工程における通電電流値と、通電時の電圧と、電圧比とを示す図表である。
【図１２】実施例１１−１〜１１−９のスタックについて、電圧印加工程及び通電工程のそれぞれにおけるスタック温度と、アノード側ガスの露点と、カソード側ガスの露点と、スタック内相対湿度と、電圧比とを示す図表である。
【図１３】実施例１２−１〜１２−３のスタックについて、電圧印加工程後の通電工程におけるアノード側ガス及びカソード側ガスの各々の流量と、電圧比とを示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る燃料電池の活性化方法及び活性化装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池の活性化装置（以下、単に活性化装置ともいう）１０は、複数の発電セル１２（単位燃料電池）を積層したスタック１４の形態の燃料電池１６を活性化する。なお、活性化装置１０は、スタック１４の形態に限らず、１つの発電セル１２からなる形態の燃料電池（不図示）についても、同様にして活性化することができる。
【００２７】
発電セル１２は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１８が、第１セパレータ２０と第２セパレータ２２とにより挟持されて構成される。ＭＥＡ１８は、例えば、パーフルオロスルホン酸薄膜等の固体高分子からなる電解質膜２４と、電解質膜２４の一方の面に設けられるアノード電極２６と、電解質膜２４の他方の面に設けられるカソード電極２８とを有する。
【００２８】
アノード電極２６は、電解質膜２４の一方の面に臨む第１電極触媒層２６ａと、第１電極触媒層２６ａに積層される第１ガス拡散層２６ｂとを有する多孔質体である。カソード電極２８は、電解質膜２４の他方の面に臨む第２電極触媒層２８ａと、第２電極触媒層２８ａに積層される第２ガス拡散層２８ｂとを有する多孔質体である。
【００２９】
第１電極触媒層２６ａ及び第２電極触媒層２８ａのそれぞれは、例えば、カーボンブラック等のカーボン製の触媒担体に白金等の触媒金属を担持してなる触媒粒子（電極触媒）と、イオン伝導性高分子バインダとを含んで構成されている。なお、上記の電極触媒は、例えば、白金黒等の触媒金属のみからなり、触媒担体を含まなくてもよい。
【００３０】
電極触媒が白金からなる場合、該電極触媒の表面では、例えば、２Ｐｔ＋Ｈ2Ｏ＋１／２Ｏ2＋ｅ-→２Ｐｔ（ＯＨ-）、Ｐｔ（ＯＨ-）＋Ｈ3Ｏ+→Ｐｔ＋２Ｈ2Ｏ等の電極反応が生じる。この電極反応は、電極触媒の表面に水を供給して、３相界面に水を存在させることにより促進される。３相界面とは、スタック１４の実際の発電時に、反応サイトとなる電極触媒と電解質膜２４と燃料ガス又は酸化剤ガスとの界面である。なお、スタック１４の実際の発電時とは、アノード電極２６に水素ガス等の燃料ガスを供給するとともに、カソード電極２８に空気等の酸化剤ガスを供給して、スタック１４から実際に電力を得るとき等を指す。
【００３１】
第１ガス拡散層２６ｂ及び第２ガス拡散層２８ｂは、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなり、第１ガス拡散層２６ｂが第１セパレータ２０に臨み、第２ガス拡散層２８ｂが第２セパレータ２２に臨むようにそれぞれ配設される。第１セパレータ２０及び第２セパレータ２２としては、例えば、カーボンセパレータが使用されるが、これに代えて金属セパレータを用いてもよい。
【００３２】
第１セパレータ２０の第１ガス拡散層２６ｂに臨む面には、水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（不図示）と、該燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（不図示）とに連通する燃料ガス流路３０が設けられる。
【００３３】
第２セパレータ２２の第２ガス拡散層２８ｂに臨む面には、酸素含有ガス等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（不図示）と、該酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（不図示）とに連通する酸化剤ガス流路３２が設けられる。
【００３４】
発電セル１２を複数積層した際に第１セパレータ２０と第２セパレータ２２の互いに対向する面同士の間には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔（不図示）と、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔（不図示）とに連通する冷媒流路３４が一体的に形成されている。
【００３５】
次いで、活性化装置１０について説明する。活性化装置１０は、ガス供給部４０と、通電部４１と、電圧印加部４２と、温度調整部４４とを主に備える。ガス供給部４０は、燃料ガス流路３０を介してアノード電極２６にアノード側ガスとして水素ガスを供給する第１供給部４０ａと、酸化剤ガス流路３２を介してカソード電極２８にカソード側ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを供給する第２供給部４０ｂとからなる。
【００３６】
第１供給部４０ａは、アノード電極２６に供給するアノード側ガスの流量を調整することや、アノード側ガスに水蒸気を混合して、その露点を調整することが可能になっている。同様に、第２供給部４０ｂは、カソード電極２８に供給するカソード側ガスの流量を調整することや、カソード側ガスに水蒸気を混合して、その露点を調整することが可能になっている。
【００３７】
通電部４１は、第１供給部４０ａによりアノード側ガスが供給されたアノード電極２６と、第２供給部４０ｂによりカソード側ガスが供給されたカソード電極２８とを電気的に接続して、両電極間の通電を行う。つまり、通電部４１は、アノード電極２６とカソード電極２８の水素濃度差による電位差に基づき、カソード電極２８からアノード電極２６に電流を通す。この際、通電部４１は、両電極間に通電する電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させることや、該電流の大きさを一定に維持することが可能になっている。
【００３８】
電圧印加部４２は、スタック１４の積層方向の一端に配置された第１セパレータ２０と、該積層方向の他端に配置された第２セパレータ２２とを介してスタック１４に所定の範囲で上昇及び下降するサイクルの電圧を印加する。つまり、電圧印加部４２は、サイクリックボルタンメトリにおいていう電位の掃引と同様の制御によって印加電圧を経時変化させることや、該経時変化を繰り返すことができる。
【００３９】
これらの通電部４１及び電圧印加部４２は、例えば、両電極間の電流制御及び電位制御を行うことが可能なポテンショ／ガルバノスタット（Ｐ／Ｇスタット）４６や、該Ｐ／Ｇスタット４６の設定電流及び設定電位を時間とともに変化させることが可能なスイーパ４８等から構成することができる。
【００４０】
温度調整部４４は、冷媒流路３４に、所定の温度に調整した伝熱媒体を供給することによって、スタック１４の温度を調整する。温度調整部４４を上記の構成とすることで、スタック１４の既存の構成を用いて、スタック１４全体の温度を効率的且つ容易に調整することができる。
【００４１】
なお、温度調整部４４は、上記の構成に限らず、スタック１４の温度を調整することが可能な構成を備えていればよく、例えば、スタック１４を加熱することが可能なヒータ（不図示）等を備えてもよい。
【００４２】
また、ガス供給部４０及び温度調整部４４は、アノード側ガス、カソード側ガス、伝熱媒体のそれぞれをスタック１４との間で循環させてもよく、スタック１４に封じ込めてもよく、かけ流ししてもよい。
【００４３】
本実施形態に係る活性化装置１０は、基本的には以上のように構成される。次いで、活性化装置１０を用いた、本実施形態に係る燃料電池の活性化方法（以下、単に活性化方法ともいう）について説明する。
【００４４】
本実施形態では、組立直後のスタック１４に対して活性化処理を施す。このために先ず、スタック１４に通電部４１及び電圧印加部４２（Ｐ／Ｇスタット４６）を電気的に接続し、燃料ガス流路３０に第１供給部４０ａを接続し、酸化剤ガス流路３２に第２供給部４０ｂを接続し、冷媒流路３４に温度調整部４４を接続して、スタック１４を活性化装置１０にセットする。
【００４５】
次に、電圧印加工程を行う。電圧印加工程では、第１供給部４０ａにより、アノード電極２６に水素ガスを供給するとともに、第２供給部４０ｂにより、カソード電極２８に不活性ガスを供給する。また、電圧印加部４２により、スタック１４に所定の範囲で上昇及び下降するサイクルの電圧を印加する。すなわち、Ｐ／Ｇスタット４６は、電圧印加部４２として、アノード電極２６及びカソード電極２８間の電位制御を行う。
【００４６】
これによって、カソード電極２８及びアノード電極２６に含まれる電極触媒の表面に付着した残留溶媒（カーボン官能基）や酸化皮膜等の付着物を除去して、該表面を清浄化することができる。この電圧印加工程は、例えば、特開２０１３−３８０３２号公報に記載の方法と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
上記のように、カソード電極２８に不活性ガスを供給する電圧印加工程では、発電反応を生じさせることなく、電極触媒の表面を清浄化することができる。このため、例えば、カソード電極２８に酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせることによりスタック１４の活性化を行うような場合に比して、消費するガスの量を低減したり、必要な設備を簡素化したりすることができる。
【００４８】
また、電圧印加工程では上記の発電反応が生じない分、スタック１４の発熱量が小さい。このため、電圧印加工程における上記の清浄化を促進可能な温度となるように、温度調整部４４によってスタック１４の温度を調整してもよい。また、発電反応による生成水も生じないため、電解質膜２４が乾燥すること等を回避するべく、ガス供給部４０によって、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも何れか一方に水蒸気を含有させることが好ましい。
【００４９】
さらに、この際、スタック１４内でフラッディングが生じることと、電解質膜２４が乾燥することとの両方を抑制できる関係となるように、スタック１４の温度とガスの露点とを調整することが好ましい。なお、このフラッディングは、スタック１４内の液体の水の量が過剰となって、ガスの供給が妨げられること等をさす。
【００５０】
ここで、（アノード側ガス又はカソード側ガスの露点での飽和水蒸気量）／（スタック１４の温度での飽和水蒸気量）×１００＝スタック内相対湿度（％）…（式１）と定義した場合、例えば、このスタック内相対湿度を約１００％とすることで、上記の関係を満たすことが可能になる。このようにスタック１４の温度とガスの露点とを調整して、フラッディングを抑制することにより、スタック１４の全体で印加電圧がばらつくことを回避できるため、スタック１４全体の電極触媒を良好に清浄化することが可能になる。また、電解質膜２４の乾燥を抑制することにより、該電解質膜２４に損傷等が生じる懸念を払拭できる。
【００５１】
電圧印加部４２は、スタック１４に印加する電圧の範囲を０．０８〜１．００Ｖとすることが好ましい。０．０８Ｖ以上とすることで、電圧印加工程において、電極触媒（触媒金属）に水素の吸着脱離反応を繰り返させることが可能になる。これによって、電極触媒の表面を一層効果的に清浄化することが可能になる。一方、１．００Ｖ以下とすることで、電極触媒がカーボン製の触媒担体を含んでいた場合であっても、該触媒担体の劣化を回避することが可能になる。
【００５２】
電圧印加部４２によりスタック１４に印加する電圧のサイクル数（電圧印加工程を行う時間）は、該電圧の印加により得られる電圧−電流変化曲線（不図示）において、電極触媒の表面が十分に清浄化されたと判断されるピークが出現することを目安に設定することが好ましい。このようなピークの一例としては、電圧を下降させる際に０．８〜０．６Ｖの間に出現する還元ピークが挙げられる。この還元ピークが出現した後に、一層好適には、該還元ピークが出現してから所定時間が経過した後に、電圧印加部４２による電圧の印加を停止することで、過不足なく電圧印加工程を行うことができる。
【００５３】
なお、電圧印加工程において、例えば、０．０８Ｖから１．００Ｖまで４５秒をかけて電圧を上昇させた後、１．００Ｖから０．０８Ｖまで４５秒をかけて電圧を下降させることを１回のサイクルとした場合、このサイクルを２０回以上繰り返すこと、換言すると、電圧印加工程を３０分（０．５０時間）以上行うことが好ましい。これによって、電極触媒の表面に付着した付着物が十分に除去され、電極触媒の有効面積を表す指標値であるＱ値（クーロン）を十分な大きさとすることが可能になる。
【００５４】
電圧印加部４２による電圧の印加を停止した後も、ガス供給部４０によるガスの供給を行う。これによって、アノード側ガスとして水素ガスが供給されたアノード電極２６と、カソード側ガスとして不活性ガスが供給されたカソード電極２８との間に水素濃度差による電位差が生じる。このようにして電位差を生じさせた状態で、通電部４１によりアノード電極２６とカソード電極２８とを電気的に接続し、両電極間を通電する通電工程を行う。
【００５５】
つまり、通電工程では、Ｐ／Ｇスタット４６は、通電部４１として、アノード電極２６及びカソード電極２８間の電流制御を行う。この際、通電部４１は、カソード電極２８からアノード電極２６に通電する電流の大きさを所定の範囲で繰り返し上昇及び下降させてもよいし、該電流の大きさを一定としてもよい。
【００５６】
このようにして通電工程を行うことで、実際の発電時よりも小さな電流及び少ないアノード側ガス及びカソード側ガスの供給量で両電極間を通電することができる。この場合、アノード電極２６とカソード電極２８とによって水素濃淡電池が構成されるため、アノード電極２６では、Ｈ2＋２Ｈ2Ｏ→２Ｈ3Ｏ+＋ｅ-の電極反応が生じる。一方、カソード電極２８では、２Ｈ3Ｏ＋ｅ-→Ｈ2＋２Ｈ2Ｏの電極反応が生じる。従って、通電工程を行うことで、電極触媒や電解質膜２４に上記の反応の生成水を供給することができる。
【００５７】
その結果、スタック１４の実際の発電時に反応サイトとなる上記の３相界面に水を良好に供給すること、及び電解質膜２４を湿潤状態として良好なプロトン伝導性を発現させることができるため、スタック１４を効果的に活性化することができる。
【００５８】
以上から、この活性化方法によれば、アノード電極２６及びカソード電極２８に大電流を通電するための大掛かりな装置や大量のアノード側ガス及びカソード側ガスを必要としない分、簡素な構成により低コストでスタック１４を活性化することができる。
【００５９】
また、上記の通り、電圧印加工程を行って、電極触媒の表面に付着した付着物を除去した後に通電工程を行う。これによって、通電工程の際に、付着物に阻害されることなく電極触媒の表面に良好に水を供給することが可能になるため、スタック１４を効果的に活性化することができる。
【００６０】
さらに、通電工程では、温度調整部４４及びガス供給部４０によって、スタック１４の温度に比して、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも一方の露点が高くなるように調整することが好ましい。この場合、スタック１４の内部でアノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも一方に含まれる水蒸気を結露させ易くすることができる。このため、電極触媒の表面や電解質膜２４に水を一層良好に供給して、スタック１４を効果的に活性化することが可能になる。
【００６１】
また、温度調整部４４により、通電工程の際のスタック１４の温度を、電圧印加工程の際のスタック１４の温度以下となるように調整してもよい。これによって、電圧印加工程におけるスタック内相対湿度よりも、通電工程におけるスタック内相対湿度を容易に高くすることができる。その結果、ガス供給部４０によってアノード側ガス又はカソード側ガスの露点を高精度に調整することなく、電圧印加工程の際にスタック１４内で結露を生じ難くしてフラッディングを抑制できる。また、通電工程の際にスタック１４内で結露を生じ易くして電極触媒等に水を効果的に供給することが可能になる。
【００６２】
第１供給部４０ａは、電圧印加工程と通電工程とで同じ露点のアノード側ガス及びカソード側ガスをアノード電極２６及びカソード電極２８にそれぞれ供給してもよい。ここでの同じ露点には、略同じ露点も含まれる。この場合、電圧印加工程と通電工程との間に、アノード側ガス及びカソード側ガスの露点を調整する工程を設ける必要がなくなる分、スタック１４の活性化を効率的に行うことができる。
【００６３】
なお、通電工程では、アノード側ガスの露点よりも、カソード側ガスの露点を高くすることが好ましい。上記のようにして活性化を終えたスタック１４は、内部の水がパージされた状態で取り扱われる。この水をパージするパージガスとして、アノード側ガス及びカソード側ガスを、その露点を小さくして用いることができる。
【００６４】
つまり、アノード電極２６には、水素ガスをパージガスとして供給し、カソード電極２８には、水素ガスに比して安価に取り扱い可能な不活性ガスをパージガスとして供給することができる。このため、カソード側ガスの露点を高くして、カソード電極２８側で多くの結露させた水をスタック１４内に行き渡らせて活性化した後、該カソード電極２８側から大量のパージガスを供給してパージを行うことにより、コストの低減を図ることが可能になる。
【００６５】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば、上記の実施形態では、活性化装置１０が電圧印加部４２を備え、電圧印加工程を行うこととしたが、特にこれらは必須の構成要素ではない。活性化装置１０は、電圧印加部４２を備えていなくてもよい。すなわち、Ｐ／Ｇスタット４６に代えて、ガルバノスタットを備えてもよい。また、活性化方法では、電圧印加工程を行わずに通電工程を行ってもよい。この場合、スタック１４の活性化を、一層簡素な構成により低コストで行うことが可能になる。
【実施例】
【００６７】
［実施例１］
ＭＥＡ１８の発電有効面積が１００ｃｍ2である発電セル１２を１０個積層することでスタック１４を組み立てた。このスタック１４を活性化装置１０にセットして、通電工程を行った。通電工程では、温度調整部４４によりスタック１４の温度を４０℃にした。また、第１供給部４０ａにより、アノード電極２６にアノード側ガスとして７５℃の露点の水素ガスを５ＮＬ／分の流量で供給し、第２供給部４０ｂにより、カソード電極２８にカソード側ガスとして８０℃の露点の窒素ガスを２０ＮＬ／分の流量で供給した。
【００６８】
その後、カソード電極２８の平均セル電位が０．０６Ｖ付近で略一定となったことを確認してから、通電部４１により、アノード電極２６及びカソード電極２８を通電し、両電極間に通電する電流の大きさを０〜３Ａの範囲で上昇及び下降させた。すなわち、両電極間の通電電流をサイクル電流とした。具体的には、０Ａから３Ａまで４５秒をかけて電流を上昇させた後、３Ａから０Ａまで４５秒をかけて電流を下降させることを１回のサイクルとした。なお、このように電流の大きさを変動させることに伴い、両電極間の電圧（平均電圧）は、０．６０〜０．２５Ｖの間で上昇及び下降した。
【００６９】
両電極間を通電する時間（通電時間）を異ならせて、複数の実施例１のスタック１４を作製した。具体的には、通電時間を、図２に示す条件として、実施例１−１〜１−４のスタック１４を得た。
【００７０】
［比較例１］
組み立て直後のスタック１４を比較例１とした。すなわち、比較例１のスタック１４は、通電工程を行っておらず、通電時間が０．０時間である。
【００７１】
実施例１−１〜１−４及び比較例１のスタック１４のそれぞれについて、水をパージした後に、スタック１４の平均セル電圧を求めた。この際の出力電流密度は１．０Ａ／ｃｍ2とした。そして、比較例１のスタック１４の平均セル電圧に対する、実施例１のスタック１４のそれぞれの平均セル電圧の比を電圧比として算出した。つまり、比較例１のスタック１４の電圧比を１．０００とした。このようにして得た電圧比を図２に併せて示す。
【００７２】
図２に示す通り、通電工程を行った実施例１−１〜１−４のスタック１４は全て電圧比が１．０００以上であり、通電工程を行わない比較例１のスタック１４に比して平均セル電圧が大きくなった。このことから、通電工程を行うことによって、スタック１４の出力を向上させること、換言すると、スタック１４を活性化することが可能になるといえる。また、通電時間が長くなるほど、電圧比を大きくでき、スタック１４をより効果的に活性化できることが分かった。
【００７３】
［実施例２］
両電極間の通電電流を上記のサイクル電流に代え、３Ａで一定の固定電流とした以外は、実施例１と同様にして実施例２のスタック１４を作製した。すなわち、図３に示すように、固定電流の通電時間を異ならせて、実施例２−１〜２−４のスタック１４を得た。これらのスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した結果を図３に併せて示す。
【００７４】
図３に示すように、両電極間に通電する電流を固定電流とした実施例２−１〜２−４のスタック１４も、該電流をサイクル電流とした実施例１のスタック１４と略同様の電圧比が得られた。すなわち、実施例２−１〜２−４のスタック１４の何れも、通電工程を行わない比較例１のスタック１４に比して平均セル電圧が大きくなった。従って、固定電流を通電する通電工程を行うことによって、サイクル電流を通電する通電工程と同様に、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。また、通電時間が長くなるほど、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【００７５】
［実施例３］
両電極間に通電する固定電流の大きさ（通電電流値）を図４に示すように異ならせた以外は、実施例２と同様にして実施例３−１〜３−１０のスタック１４を作製した。これらの実施例３−１〜３−１０を総称して実施例３とする。なお、実施例３−６のスタック１４は、実施例２−１のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。
【００７６】
［比較例２］
比較のため、組み立て後のスタック１４の両電極間を通電することなく、実施例１〜３と同様の条件でアノード側ガス及びカソード側ガスを供給し、この状態を０．５０時間維持して比較例２のスタック１４とした。
【００７７】
実施例３及び比較例２のスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した。これによって得られた電圧比と、通電電流値に応じた通電時の両電極間の電圧とを図４に併せて示す。
【００７８】
図４に示すように、実施例３−１〜３−１０のスタック１４の何れも、アノード側ガス及びカソード側ガスを供給するのみで通電を行わない比較例２のスタック１４に比して電圧比が大きくなった。このことから、両電極間を通電することによって、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。また、通電電流値が大きいほど、電圧比が大きくなり、スタック１４をより効果的に活性化できることが分かった。さらに、電圧比が１．０５０に達した後は、それ以上通電電流値を上昇させても、電圧比の上昇率が小さくなることが分かった。
【００７９】
［実施例４］
スタック１４の温度と、アノード側ガスの露点と、カソード側ガスの露点とを図５に示す条件で変化させた以外、実施例２と同様にして実施例４−１〜４−７のスタック１４を作製した。これらの実施例４−１〜４−７を総称して実施例４とする。なお、実施例４−４のスタック１４は、実施例２−１のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。
【００８０】
これらのスタック１４のそれぞれについて、アノード側ガス及びカソード側ガスのうち高い方の露点での飽和水蒸気量と、スタック１４の温度での飽和水蒸気量から上記の（式１）に基づいてスタック内相対湿度を算出した。また、実施例１と同様にして電圧比を算出した。これらの結果を図５に併せて示す。
【００８１】
図５に示すように、実施例４−７のスタック１４では、スタック１４の温度に比して、アノード側ガス及びカソード側ガスの両方の露点を低くした。この場合であっても、電圧比を１以上とすることができ、スタック１４を活性化できた。一方、実施例４−１〜４−６のスタック１４は、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも一方の露点をスタック１４の温度以上とした。この場合、実施例４−７のスタック１４よりも電圧比を大きくすることができた。従って、スタック１４の温度に比して、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも一方の露点を高くすることによって、スタック１４を一層効果的に活性化できるといえる。
【００８２】
また、図５の実施例４−２と実施例４−４は、スタック１４の温度を除いて同じ条件で得たものである。これらの実施例を比較した結果、スタック１４の温度を４０℃とした実施例４−６のスタック１４は、スタック１４の温度を８０℃とした実施例４−２のスタック１４に比して、大きい電圧比が得られた。
【００８３】
このことから、通電工程の際のスタック１４の温度を小さくしてスタック内相対湿度を上昇させて、スタック１４内で生じる結露の量を増大させることによって、スタック１４を一層効果的に活性化できるといえる。
【００８４】
図５の実施例４−４と実施例４−５は、アノード側ガスの露点を除いて同じ条件で得たものである。これらを比較した結果、実施例４−４のスタック１４と実施例４−５のスタック１４との電圧比の差は０．４％程度であることが分かった。このことから、アノード側ガスの露点が実施例４−４よりも大幅に低い実施例４−５であっても、カソード側ガスの露点を十分に高くしてスタック内相対湿度を維持することにより、スタック１４を十分良好に活性化できることが分かった。
【００８５】
また、アノード側ガスの露点に代えてカソード側ガスの露点を大幅に低くしたスタック１４も、アノード側ガスの露点を高くしてスタック内相対湿度を維持することにより、上記のようにカソード側ガスの露点が低い場合と同様の結果が得られた。
【００８６】
従って、アノード電極２６及びカソード電極２８の何れか一方の電極に十分露点が大きいガスを供給することにより、他方の電極を加湿することも可能であるといえる。このため、通電工程において、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点をスタック１４の温度等に比して十分に大きくすることによって、スタック１４を良好に活性化できることが分かった。
【００８７】
図５の実施例４−４と実施例４−６は、アノード側ガスの露点及びカソード側ガスの露点を除いて同じ条件で得たものである。これらを比較した結果から、アノード側ガスの露点をカソード側ガスの露点より高くした場合と、カソード側ガスの露点をアノード側ガスの露点より高くした場合とで同等の電圧比が得られることが分かった。
【００８８】
［実施例５］
アノード側ガス及びカソード側ガスの各々の流量を変更した以外は、実施例２と同様にして実施例５のスタック１４を作製した。具体的には、図６に示す条件で、実施例５−１〜５−３のスタック１４を得た。これらの実施例５−１〜５−３を総称して実施例５とする。なお、実施例５−１のスタック１４は、実施例２−１のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。これらのスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した結果を図６に併せて示す。
【００８９】
図６から、実施例５−１〜５−３の全てのガスの流量において、電圧比を１．０００以上として、十分に大きくすることができた。このことから、実施例５−１〜５−３のようにガスの流量を変更しても、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【００９０】
［実施例６］
実施例１と同様にして組み立てた直後のスタック１４を活性化装置１０にセットして、電圧印加工程を行った。電圧印加工程では、温度調整部４４によりスタック１４の温度を８０℃にした。また、第１供給部４０ａにより、アノード電極２６にアノード側ガスとして７５℃の露点の水素ガスを５ＮＬ／分の流量で供給し、第２供給部４０ｂにより、カソード電極２８にカソード側ガスとして８０℃の露点の窒素ガスを２０ＮＬ／分の流量で供給した。
【００９１】
その後、カソード電極２８の平均セル電位が０．１Ｖ付近で略一定となったことを確認してから、０．０８〜１．００Ｖの範囲で上昇及び下降するサイクルの電圧をスタック１４に印加した。この際、０．０８Ｖから１．００Ｖまで４５秒をかけて電圧を上昇させた後、１．００Ｖから０．０８Ｖまで４５秒をかけて電圧を下降させることを１回のサイクルとし、このサイクルを２０回繰り返した。１回のサイクルは９０秒であるため、電圧印加工程を行った時間は０．５０時間である。
【００９２】
上記のようにして電圧印加工程を行った後、実施例１と同様にしてサイクル電流を通電する通電工程を行った。通電時間を、図７に示す条件として、実施例６−１〜６−８のスタック１４を得た。実施例６−１〜６−８を総称して実施例６とする。これらのスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した結果を図７に併せて示す。
【００９３】
図７から、電圧印加工程の後に通電工程（サイクル電流）を行った実施例６−１〜６−８の全てのスタック１４で、電圧比を１．０００以上とできた。また、通電時間を長くするほど電圧比を大きくできることが分かった。さらに、実施例６−１〜６−８のスタック１４では、通電工程のみを行った実施例１−１〜１−４のスタック１４よりもさらに良好に電圧比を大きくできることが分かった。
【００９４】
従って、電圧印加工程を行って、アノード電極２６及びカソード電極２８に含まれる電極触媒の表面に付着した付着物を除去した後に、通電工程を行うことで、該付着物に阻害されることなく電極触媒の表面に良好に水を供給することができ、これによって、スタック１４を一層効果的に活性化できるといえる。
【００９５】
［実施例７］
電圧印加工程においてスタック１４に電圧を印加した電圧印加時間と、通電工程において両電極間を通電した通電時間とを変更した以外は、実施例６と同様にして実施例７のスタック１４を作製した。具体的には、電圧印加時間と通電時間を図８に示す条件として、実施例７−１〜７−３のスタック１４を得た。なお、実施例７−２のスタック１４は、実施例６−２のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。また、実施例７では、電圧印加時間と通電時間との合計が１．００時間となるように設定し、その時間配分を変更した。
【００９６】
実施例７のスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出し、その結果を図８に併せて示す。図８から、実施例７−１〜７−３の全ての時間配分において、電圧比を１．０００以上とすることができ、しかも、通電工程（サイクル電流）のみを行った実施例１−１〜１−４のスタック１４よりもさらに良好に電圧比を大きくできることが分かった。このことから、実施例７−１〜７−３のように時間配分を変更しても、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【００９７】
また、実施例７では、電圧印加時間と通電時間とをそれぞれ０．５０時間ずつ行った実施例７−２のスタック１４の電圧比が最も大きくなり、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【００９８】
［実施例８］
通電工程の際の通電電流を上記のサイクル電流に代え、３Ａで一定の固定電流とした以外は、実施例６と同様にして実施例８のスタック１４を作製した。すなわち、実施例６と同様に電圧印加工程を行った後、図９に示すように、固定電流の通電時間を異ならせて、実施例８−１〜８−８のスタック１４を得た。これらのスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した結果を図９に併せて示す。
【００９９】
図９に示すように、電圧印加工程後の通電工程において通電電流を固定電流とした実施例８−１〜８−８のスタック１４も、該通電電流をサイクル電流とした実施例１のスタック１４と略同様の電圧比が得られた。従って、電圧印加工程の後に固定電流を通電する通電工程を行う場合も、電圧印加工程の後にサイクル電流を通電する通電工程を行う場合と同様に、スタック１４を一層効果的に活性化できることが分かった。また、通電時間が長くなるほど、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【０１００】
［実施例９］
電圧印加工程においてスタック１４に電圧を印加した電圧印加時間と、通電工程において両電極間を通電した通電時間とを変更した以外は、実施例８と同様にして実施例９のスタック１４を作製した。具体的には、電圧印加時間と通電時間を図１０に示す条件として、実施例９−１〜９−３のスタック１４を得た。なお、実施例９−２のスタック１４は、実施例８−２のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。また、実施例９では、電圧印加時間と通電時間との合計が１．００時間となるように設定し、その時間配分を変更した。
【０１０１】
実施例９のスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出し、その結果を図１０に併せて示す。図１０から、実施例９−１〜９−３の全ての時間配分において、電圧比を１．０００以上とすることができ、しかも、通電工程（固定電流）のみを行った実施例２−１〜２−４のスタック１４よりもさらに良好に電圧比を大きくできることが分かった。このことから、実施例９−１〜９−３のように時間配分を変更しても、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【０１０２】
また、実施例９では、電圧印加時間と通電時間とをそれぞれ０．５０時間ずつ行った実施例９−２のスタック１４の電圧比が最も大きくなり、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【０１０３】
［実施例１０］
通電電流値を図１１に示すように異ならせた以外は、実施例８と同様にして実施例１０−１〜１０−１０のスタック１４を作製した。これらの実施例１０−１〜１０−１０を総称して実施例１０とする。なお、実施例１０−６のスタック１４は、実施例８−２のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。
【０１０４】
実施例１０のスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した。これによって得られた電圧比と、通電電流値に応じた通電時の両電極間の電圧とを図１１に併せて示す。図１１から、通電電流値が大きい方が、電圧比が大きくなる傾向にあり、スタック１４をより効果的に活性化できることが分かった。
【０１０５】
［実施例１１］
実施例８の電圧印加工程のうち、アノード側ガスの流量を１０ＮＬ／分とし、カソード側ガスの流量を４０ＮＬ／分とするとともに、スタック１４の温度と、アノード側ガスの露点とを図１２に示す条件で変化させた。また、実施例８の通電工程のうち、スタック１４の温度と、アノード側ガスの露点と、カソード側ガスの露点とを図１２に示す条件で変化させた。それ以外、実施例８と同様にして実施例１１−１〜１１−９のスタック１４を作製した。これらの実施例１１−１〜１１−９を総称して実施例１１とする。なお、実施例１１−６のスタック１４は、実施例８−２のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。
【０１０６】
実施例１１のスタック１４のそれぞれについて、電圧印加工程及び通電工程の際のスタック内相対湿度を実施例４と同様にして算出した。また、実施例１と同様にして電圧比を算出した。これらの結果を図１２に併せて示す。なお、実施例１１−４、１１−５では、他の実施例に比して、電圧印加工程の際のスタック内相対湿度を高くしているため、上記のフラッディングが生じることを回避するべく、電圧印加工程におけるアノード側ガス及びカソード側ガスの流量を増やした。
【０１０７】
図１２に示すように、実施例１１−９のスタック１４では、スタック１４の温度に比して、アノード側ガス及びカソード側ガスの両方の露点を低くした。この場合であっても、電圧比を１．０００以上とすることができ、スタック１４を効果的に活性化できた。一方、実施例１１−１〜１１−８の全てのスタック１４は、スタック１４の温度に比して、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも一方の露点を高くした。この場合、実施例１１−９のスタック１４よりも電圧比を大きくすることができ、スタック１４を一層効果的に活性化できることが分かった。
【０１０８】
図１２の実施例１１−１〜１１−９では、通電工程の際のスタック１４の温度を、電圧印加工程の際のスタック１４の温度以下とした。これによって、電圧比を１．０００以上とすることができ、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【０１０９】
ここで、実施例１１−２のスタック１４と実施例１１−６のスタック１４は、通電工程の際のスタック１４の温度を除いて同じ条件で得たものである。つまり、電圧印加工程の際のスタック１４の温度は８０℃で共通とした。これらの実施例を比較した結果、通電工程の際のスタック１４の温度を４０℃とした実施例１１−６のスタック１４は、通電工程の際のスタック１４の温度を７０℃とした実施例１１−２のスタック１４に比して、約２％大きい電圧比が得られた。
【０１１０】
このことから、通電工程の際のスタック１４の温度を、電圧印加工程の際のスタック１４の温度よりも大幅に低下させることによって、通電工程の際にスタック１４内で生じる結露の量を増大させて、スタック１４を一層効果的に活性化できることが分かった。
【０１１１】
図１２の実施例１１−１のスタック１４と実施例１１−４のスタック１４は、電圧印加工程におけるスタック１４の温度と、アノード側ガス及びカソード側ガスの流量とを除いて同じ条件で得たものである。また、実施例１１−２のスタック１４と実施例１１−５のスタック１４についても同様である。これらの実施例を比較した結果、実施例１１−１、１１−２のスタック１４に比して、電圧印加工程の際のスタック１４の温度が小さく且つアノード側ガス及びカソード側ガスの流量が大きい実施例１１−４、１１−５のスタック１４では、電圧比が約１〜２％大きい。
【０１１２】
このことから、電圧印加工程において、スタック１４の温度が小さい（スタック内相対湿度が高い）ことと、アノード側ガス及びカソード側ガスの流量が多いことの少なくとも何れか一方の条件を満たすことによって、スタック１４を効果的に活性化することが可能になることが分かった。
【０１１３】
図１２の実施例１１−６と実施例１１−７のスタック１４は、電圧印加工程及び通電工程の各々におけるアノード側ガスの露点を除いて同じ条件で得たものである。これらを比較した結果、実施例１１−６のスタック１４と実施例１１−７のスタック１４とは同じ電圧比であった。このことから、電圧印加工程及び通電工程において、アノード側ガスの露点が実施例１１−６よりも大幅に低い実施例１１−７であっても、カソード側ガスの露点を十分に高くしてスタック内相対湿度を維持することにより、スタック１４を良好に活性化できることが分かった。
【０１１４】
また、アノード側ガスの露点に代えてカソード側ガスの露点を大幅に低くしたスタック１４も、アノード側ガスの露点を高くしてスタック内相対湿度を維持することにより、上記のようにカソード側ガスの露点が低い場合と同様の結果が得られた。従って、電圧印加工程を行った後の通電工程においても、アノード側ガス及びカソード側ガスの少なくとも何れか一方の露点をスタック１４の温度等に比して十分に大きくすることによって、スタック１４を良好に活性化できることが分かった。
【０１１５】
図１２の実施例１１−６と実施例１１−８のスタック１４は、通電工程におけるアノード側ガスの露点及びカソード側ガスの露点を除いて同じ条件で得たものである。これらを比較した結果から、電圧印加工程を行った後の通電工程においても、アノード側ガスの露点をカソード側ガスの露点より高くした場合と、カソード側ガスの露点をアノード側ガスの露点より高くした場合とで同等の電圧比が得られることが分かった。
【０１１６】
［実施例１２］
アノード側ガス及びカソード側ガスの各々の流量を変更した以外は、実施例８と同様にして実施例１２のスタック１４を作製した。具体的には、図１３に示す条件で、実施例１２−１〜１２−３のスタック１４を得た。これらの実施例１２−１〜１２−３を総称して実施例１２とする。なお、実施例１２−１のスタック１４は、実施例８−２のスタック１４と実質的に同様の条件で作製したものである。これらのスタック１４のそれぞれについて、実施例１と同様にして電圧比を算出した結果を図１３に併せて示す。
【０１１７】
図１３から、実施例１２−１〜１２−３の全てのガスの流量において、電圧比を１．０００以上として、十分に大きくすることができた。このことから、実施例１２−１〜１２−３のようにガスの流量を変更しても、スタック１４を効果的に活性化できることが分かった。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…活性化装置                            １２…発電セル
１４…スタック                              １６…燃料電池
２４…電解質膜                              ２６…アノード電極
２８…カソード電極                          ４０…ガス供給部
４１…通電部                                ４２…電圧印加部
４４…温度調整部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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