(57)【要約】【課題】発電性能に優れる燃料電池を、短時間で得ることができる燃料電池の前処理方法を提供すること。【解決手段】電解質層４と、電解質層４を挟んで対向配置され、燃料が供給されるアノード電極２、および、酸素が供給されるカソード電極３とを備える燃料電池１を、定常的に発電させる定常運転の前に、アノード電極２側に供給される液体燃料がカソード電極３側に対して漏出する割合を、定常運転時のそれよりも増加させるように、前処理発電させ、燃料電池１を前処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、液体燃料が供給されるアノード電極、および、酸素が供給されるカソード電極とを備える燃料電池の前処理方法であって、
前記燃料電池を定常的に発電させる定常運転の前に、前記燃料電池を前処理発電させる前処理運転工程を備え、
前記前処理運転工程では、
前記アノード電極側に供給される前記液体燃料が前記カソード電極側に対して漏出する割合を、前記定常運転時のそれよりも増加させる
ことを特徴とする、燃料電池の前処理方法。
【請求項２】
前記前処理運転時の液体燃料の濃度を、前記定常運転時のそれよりも増加させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池の前処理方法。
【請求項３】
前記前処理運転時において、前記アノード電極に対する圧力を、前記カソード電極に対する圧力よりも高くすることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池として、アルカリ形（ＡＦＣ）、固体高分子形（ＰＥＦＣ）、リン酸形（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）、固体電解質形（ＳＯＦＣ）など、各種燃料電池が知られている。これらの燃料電池は、例えば、自動車用途など、各種用途での使用が検討されている。
【０００３】
例えば、固体高分子形燃料電池は、燃料が供給される燃料側電極（アノード触媒層）と、酸素が供給される酸素側電極（カソード触媒層）とを備えており、これらの電極は、固体高分子膜からなる電解質層を挟んで対向配置されている。
【０００４】
このような固体高分子形燃料電池として、具体的には、例えば、電解質膜と、電解質膜を挟んで対向配置される燃料極および酸素極とを備える燃料電池が知られており、また、そのような燃料電池と、燃料極に燃料としてヒドラジン類を供給する燃料供給手段と、酸素極に酸素を供給する酸素供給手段と、酸素極側から排出されるヒドラジン類を含有する排出物を溜めるための貯留部と、酸素供給手段から供給される酸素を貯留部に供給して、貯留部に溜められる排出物を無害化する無害化手段とを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このような燃料電池システムでは、燃料極に燃料が供給され、また、酸素極に酸素が供給されることにより、定常運転される。
【０００６】
また、このような発電電池システムにおいては、一般に、定常運転前（出荷前）に前処理として定常運転と同様に運転され、発電効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２４２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、このような燃料電池としては、さらなる発電性能の向上や、前処理時間の短縮が要求されている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、発電性能に優れる燃料電池を、短時間で得ることができる燃料電池の前処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の前処理方法は、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、液体燃料が供給されるアノード電極、および、酸素が供給されるカソード電極とを備える燃料電池の前処理方法であって、前記燃料電池を定常的に発電させる定常運転の前に、前記燃料電池を前処理発電させる前処理運転工程を備え、前記前処理運転工程では、前記アノード電極側に供給される前記液体燃料が前記カソード電極側に対して漏出する割合を、前記定常運転時のそれよりも増加させることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の燃料電池の前処理方法では、前記前処理運転時の液体燃料の濃度を、前記定常運転時のそれよりも増加させることが好適である。
【００１２】
また、本発明の燃料電池の前処理方法では、前記前処理運転時において、前記アノード電極に対する圧力を、前記カソード電極に対する圧力よりも高くすることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池の前処理方法では、前処理運転工程において、アノード電極側に供給される液体燃料がカソード電極側に対して漏出（クロスリーク）する割合を、定常運転時にクロスリークする割合よりも増加させるため、前処理運転時にクロスリークされた液体燃料によってカソード電極が活性化される。
【００１４】
その結果、このような燃料電池の前処理方法によれば、より短時間で、発電性能に優れる燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の燃料電池の前処理方法の一実施形態に用いられる燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１および比較例１の燃料電池の発電性能を示すグラフである。
【００１６】
【図３】図３は、実施例２および比較例２の燃料電池の発電性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．燃料電池の全体構成
図１において、燃料電池１は、固体高分子形燃料電池であって、複数の燃料電池セルＳを備えており、これらの燃料電池セルＳが積層されたスタック構造（セル積層体１５（後述））として形成されている。
【００１８】
なお、図１においては、図解しやすいように１つの燃料電池セルＳを取り出して示している。
【００１９】
燃料電池セルＳは、電解質層４と、電解質層４を挟んで対向配置され、燃料（後述）が供給されるアノード電極２、および、酸素が供給されるカソード電極３とを備えている。
【００２０】
電解質層４は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、具体的には、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００２１】
アニオン交換膜としては、アニオン成分（例えば、水酸化物イオン（ＯＨ−）など）が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、４級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜（アニオン交換樹脂）が挙げられる。
【００２２】
アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子膜などが挙げられる。
【００２３】
また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。
【００２４】
このようなアニオン交換膜は、特に制限されないが、例えば、特開２０１０−１６５４５９号公報に記載の方法などによって、得ることができる。
【００２５】
また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン（旭硝子社製）、ネオセプタ（アストム社製）などが挙げられる。
【００２６】
また、電解質層４の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２７】
アノード電極２は、例えば、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、アノード電極２として形成してもよい。
【００２８】
触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素（ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ））、鉄族元素（鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ））などの周期表（ＩＵＰＡＣ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｔａｂｌｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ｖｅｒｓｉｏｎ  ｄａｔｅ  ２２  Ｊｕｎｅ  ２００７）に従う。以下同じ。）第８〜１０（ＶIII）族元素や、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの周期表第１１（ＩＢ）族元素、さらには亜鉛（Ｚｎ）などの金属単体や、それらの合金などが挙げられる。
【００２９】
これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３０】
触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。
【００３１】
触媒の触媒担体に対する担持量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。
【００３２】
アノード電極２の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００３３】
カソード電極３は、例えば、上記したアノード電極２と同様に、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、カソード電極３として形成してもよい。
【００３４】
また、カソード電極３では、電極材料として、例えば、錯体形成有機化合物および／または導電性高分子とカーボンとからなる複合体（以下、この複合体を「カーボンコンポジット」という。）に、遷移金属が担持されている触媒を用いることもできる。
【００３５】
遷移金属としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ランタン（Ｌａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、銀、コバルトが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３６】
錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロール、フェナントロリン、サルコミンが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３７】
導電性高分子としては、上記錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３８】
カソード電極３の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００３９】
また、燃料電池セルＳは、さらに、燃料供給部材５と酸素供給部材６とを備えている。
【００４０】
燃料供給部材５は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、アノード電極２における電解質層４と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この燃料供給部材５には、アノード電極２の全体に燃料を接触させるための燃料側流路７が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この燃料側流路７は、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材５を貫通する燃料供給口８および燃料排出口９がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部（図１における紙面下側）に燃料供給口８が形成され、下流側端部（図１における紙面上側）に燃料排出口９が形成されている。
【００４１】
また、酸素供給部材６も、燃料供給部材５と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、カソード電極３における電解質層４と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この酸素供給部材６にも、カソード電極３の全体に酸素（空気）を接触させるための酸素側流路１０が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この酸素側流路１０にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材６を貫通する酸素供給口１１および酸素排出口１２がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部（図１における紙面上側）に酸素供給口１１が形成され、下流側端部（図１における紙面下側）に酸素排出口１２が形成されている。
【００４２】
そして、この燃料電池１は、上述したように、燃料電池セルＳが、複数積層されるスタック構造として形成されている。そのため、燃料供給部材５および酸素供給部材６は、図示されていないが、両面に燃料側流路７および酸素側流路１０が形成されるセパレータとして構成（兼用）される。
【００４３】
なお、図１には表われていないが、燃料電池１には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、燃料電池１で発生した起電力は、集電板に備えられた端子から外部に取り出される。
【００４４】
また、試験的（モデル的）には、燃料供給部材５と酸素供給部材６とを、外部回路１３によって接続し、その外部回路１３に電圧計１４を介在させることにより、燃料電池１で発生する電圧を計測することもできる。
【００４５】
また、図示しないが、セル積層体１５においては、必要に応じて、燃料供給部材５および酸素供給部材６とともに、公知のガス拡散層などを積層することができ、また、必要に応じて、ガスケットなどを設けることもできる。
【００４６】
また、このような燃料電池１には、セル積層体１５の積層方向における両端部に、一対のカバーＣを備えている。
【００４７】
１対のカバーＣは、セパレータとして兼用される燃料供給部材５および酸素供給部材６と同じ大きさの略矩形平板形状に形成されている。また、積層方向一方側（以下、前側）のカバーＣには、燃料供給部１６、燃料排出部１７、酸素供給部１８および酸素排出部１９が備えられている。
【００４８】
燃料供給部１６は、燃料電池セルＳの燃料側流路７に燃料を供給するために、前側のカバーＣの左右方向一方側（以下、右側）および上下方向一方側（以下、下側）端部に配置されている。燃料供給部１６は、前側のカバーＣを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
【００４９】
燃料排出部１７は、燃料電池セルＳの燃料側流路７から燃料を排出させるために、前側のカバーＣの左右方向他方側（以下、左側）および上下方向他方側（以下、上側）端部に配置されている。燃料排出部１７は、前側のカバーＣを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
【００５０】
酸素供給部１８は、燃料電池セルＳの酸素側流路１０に酸素を供給するために、前側のカバーＣの右上側端部に配置されている。酸素供給部１８は、前側のカバーＣを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
【００５１】
酸素排出部１９は、燃料電池セルＳの酸素側流路１０から酸素を排出させるために、前側のカバーＣの左下側端部に配置されている。酸素排出部１９は、前側のカバーＣを積層方向に貫通するように、略円筒形状に形成されている。
【００５２】
また、このような燃料電池１では、必要により、各燃料電池セルＳを冷却するための冷却媒体用流路（図示せず）を、燃料供給部材５および／または酸素供給部材６に設けることができる。また、そのような場合には、前側のカバーＣの左右方向中央に、冷却媒体を冷却媒体用流路に供給するための冷却媒体供給部、および、冷却媒体用流路から冷却媒体を排出されるための冷却媒体排出部を備えることができる（破線参照）。
２．燃料電池の定常運転
上記の燃料電池１は、カソード電極３に空気（酸素）が供給されるとともに、アノード電極２に液体燃料が供給されることにより、発電される。より具体的には、燃料電池１では、酸素供給部１８から酸素側流路１０に空気が供給されるとともに、燃料供給部１６から燃料側流路７に、燃料化合物を含む液体燃料が供給されることによって、定常的に発電される（定常運転）。
【００５３】
この燃料電池１において、燃料側流路７に供給される液体燃料としては、例えば、燃料化合物としてヒドラジン類を含む液体燃料などが挙げられ、液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン類（例えば、無水ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、トリアザン（ＮＨ２ＮＨＮＨ２）、テトラザン（ＮＨ２ＮＨＮＨＮＨ２）など）などが挙げられる。
【００５４】
また、液体燃料は、通常、上述した燃料化合物が、水および／または有機溶媒（例えば、燃料化合物としてヒドラジン類が用いられる場合には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコールなど）に溶解された溶液として、供給される。
【００５５】
このような場合、液体燃料の濃度（すなわち、液体燃料（溶液）中の燃料化合物の濃度）は、燃料化合物の種類によっても異なるが、定常運転時には、例えば、５質量％以上、好ましくは、１０質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。
【００５６】
また、液体燃料には、添加剤として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物などが添加することができる。添加剤の添加量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。
【００５７】
そして、燃料電池１における発電を、より具体的に説明すると、酸素供給部材６の酸素側流路１０に酸素（空気）を供給しつつ、燃料供給部材５の燃料側流路７に上記した燃料を供給すれば、カソード電極３においては、次に述べるように、アノード電極２で発生し、外部回路１３を介して移動する電子（ｅ−）と、水（Ｈ２Ｏ）と、酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）を生成する。生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）は、アニオン交換膜からなる電解質層４を、カソード電極３からアノード電極２へ移動する。そして、アノード電極２においては、電解質層４を通過した水酸化物イオン（ＯＨ−）と、燃料とが反応して、電子（ｅ−）が生成する。生成した電子（ｅ−）は、燃料供給部材５から外部回路１３を介して酸素供給部材６に移動され、カソード電極３へ供給される。このようなアノード電極２およびカソード電極３における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。
【００５８】
例えば、燃料としてメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を用いた場合には、上記反応は、アノード電極２、カソード電極３および全体として、次の反応式（１）〜（３）で表すことができる。
（１）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  （燃料側電極）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （酸素側電極）
（３）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ  （全体）
また、例えば、燃料としてヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）を用いた場合には、上記反応は、アノード電極２、カソード電極３および全体として、次の反応式（４）〜（６）で表すことができる。
（４）  ＮＨ２ＮＨ２＋４ＯＨ−→４Ｈ２Ｏ＋Ｎ２＋４ｅ−  （燃料側電極）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （酸素側電極）
（６）  ＮＨ２ＮＨ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋Ｎ２  （全体）
このような電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池１全体として、上記式（３）または（６）で示される反応が生じて、燃料電池１に起電力が発生する。
【００５９】
また、このような定常運転時には、アノード電極２に対して付与される圧力は、カソード電極３に対して付与される圧力よりも、低くなるように設定されている。
【００６０】
より具体的には、このような燃料電池１では、液体燃料が所定の流量で圧力輸送されているため、液体燃料がアノード電極２に供給されるときには、そのアノード電極２に対して圧力が付与される。
【００６１】
定常運転時において、アノード電極２に対する液体燃料の流量は、燃料電池セルＳ１枚あたりの流量として、例えば、０．０５Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上、好ましくは、０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上であり、例えば、０．５Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下、好ましくは、０．４Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下である。
【００６２】
また、液体燃料の輸送における背圧は、例えば、１ｋＰａ以上、好ましくは、２ｋＰａ以上であり、例えば、１５ｋＰａ以下、好ましくは、１０ｋＰａ以下である。
【００６３】
このような場合、アノード電極２に対する圧力は、例えば、１ｋＰａ以上、好ましくは、５ｋＰａ以上であり、例えば、１５ｋＰａ以下、好ましくは、１０ｋＰａ以下である。
【００６４】
なお、液体燃料の流量や、アノード電極２に対する圧力は、例えば、燃料供給部１６および／または燃料排出部１７に公知の絞り弁（図示せず）を設け、その開度を調節することによって、設定することができる。
【００６５】
また、このような燃料電池１では、空気が所定の流量で圧力輸送されているため、空気がカソード電極３に供給されるときには、そのカソード電極３に対して圧力が付与される。
【００６６】
定常運転時において、カソード電極３に対する空気の流量は、燃料電池セルＳ１枚あたりの流量として、例えば、２．０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上、好ましくは、５．０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上であり、例えば、２０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下、好ましくは、１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下である。
【００６７】
また、このような空気の輸送における背圧は、例えば、５ｋＰａ以上、好ましくは、１０ｋＰａ以上であり、例えば、６０ｋＰａ以下、好ましくは、２０ｋＰａ以下である。
【００６８】
このような場合、カソード電極３に対する圧力は、アノード電極２に対する圧力よりも大きく、例えば、１０ｋＰａ以上、好ましくは、１５ｋＰａ以上であり、例えば、６０ｋＰａ以下、好ましくは、２０ｋＰａ以下である。
【００６９】
なお、空気の流量や、カソード電極３に対する圧力は、例えば、酸素供給部１８および／または酸素排出部１９に公知の絞り弁（図示せず）を設け、その開度を調節することによって、設定することができる。
【００７０】
そして、定常運転時において、アノード電極２に対する圧力と、カソード電極３に対する圧力との差は、例えば、４ｋＰａ以上、好ましくは、１０ｋＰａ以上であり、例えば、４５ｋＰａ以下、好ましくは、２０ｋＰａ以下である。
【００７１】
また、燃料電池１の運転温度は、特に限定されないが、例えば、燃料電池セルＳの温度が３０〜１００℃、好ましくは、６０〜９０℃として設定される。
３．燃料電池の前処理
上記した燃料電池１は、上記のような定常運転に供される前に活性化処理（前処理）されることによって、発電効率の向上が図られる。以下において、燃料電池の前処理方法について、詳述する。
【００７２】
この方法では、上記した定常運転の前（例えば、出荷前）に、燃料電池１を前処理発電させる（前処理運転工程）。
【００７３】
前処理運転工程では、上記の定常運転と同様に、酸素供給部１８から酸素側流路１０に空気を供給するとともに、燃料供給部１６から燃料側流路７に、燃料化合物を含む液体燃料を供給し、燃料電池１を発電させる。
【００７４】
また、この方法において、前処理運転工程では、アノード電極２側に供給される液体燃料がカソード電極側に対して漏出（以下、クロスリークと称する。）する割合（以下、液体燃料のクロスリーク割合と称する。）を、上記した定常運転時のそれよりも増加させるように、発電させる。
【００７５】
液体燃料のクロスリーク割合を増加させる方法としては、特に制限されないが、例えば、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させる方法が挙げられる。
【００７６】
すなわち、この方法では、定常運転時において用いられる液体燃料よりも高濃度の液体燃料を、前処理運転時において用いる。
【００７７】
前処理運転時の液体燃料の濃度（すなわち、液体燃料（溶液）中の燃料化合物の濃度）は、例えば、１５質量％以上、好ましくは、２０質量％以上であり、例えば、４０質量％以下、好ましくは、３０質量％以下である。
【００７８】
また、前処理運転時における液体燃料の濃度の増加割合は、定常運転時の液体燃料の濃度に対して、例えば、５０％以上、好ましくは、１００％以上であり、通常、２００％以下である。
【００７９】
このように、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させることにより、アノード電極２側とカソード電極３側との間における濃度勾配が大きくなるため、液体燃料がクロスリークし易くなる。
【００８０】
その結果、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも増加させることができる。
【００８１】
また、液体燃料のクロスリーク割合を増加させる方法としては、上記の方法の他、例えば、前処理運転時において、アノード電極２に対する圧力を、カソード電極３に対する圧力よりも高くする方法が挙げられる。
【００８２】
具体的には、この方法では、例えば、燃料供給部１６および／または燃料排出部１７に公知の絞り弁（図示せず）を設け、その開度を調節することによって、液体燃料の流量を調整するとともに、アノード電極２に対する圧力を調整する。
【００８３】
前処理運転時において、アノード電極２に対する液体燃料の流量は、燃料電池セルＳ１枚あたりの流量として、例えば、０．０５Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上、好ましくは、０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上であり、例えば、０．５Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下、好ましくは、０．４Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下である。
【００８４】
また、液体燃料の輸送における背圧は、例えば、１０ｋＰａ以上、好ましくは、２０ｋＰａ以上であり、例えば、６０ｋＰａ以下、好ましくは、４０ｋＰａ以下である。
【００８５】
このような前処理運転時において、アノード電極２に対する圧力は、例えば、１０ｋＰａ以上、好ましくは、２０ｋＰａ以上であり、例えば、６０ｋＰａ以下、好ましくは、４０ｋＰａ以下である。
【００８６】
また、この方法では、例えば、酸素供給部１８および／または酸素排出部１９に公知の絞り弁（図示せず）を設け、その開度を調節することによって、空気の流量を調整するとともに、カソード電極３に対する圧力を調整する。
【００８７】
前処理運転時において、カソード電極３に対する空気の流量は、燃料電池セルＳ１枚あたりの流量として、例えば、２Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上、好ましくは、５Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以上であり、例えば、２０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下、好ましくは、１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌ以下である。
【００８８】
また、空気の輸送における背圧は、例えば、１ｋＰａ以上、好ましくは、２ｋＰａ以上であり、例えば、１０ｋＰａ以下、好ましくは、５ｋＰａ以下である。
【００８９】
このような前処理運転時において、カソード電極３に対する圧力は、アノード電極２に対する圧力よりも小さく、例えば、１ｋＰａ以上、好ましくは、５ｋＰａ以上であり、例えば、２０ｋＰａ以下、好ましくは、１０ｋＰａ以下である。
【００９０】
そして、前処理運転時において、アノード電極２に対する圧力と、カソード電極３に対する圧力との差は、例えば、１０ｋＰａ以上、好ましくは、１５ｋＰａ以上であり、例えば、６０ｋＰａ以下、好ましくは、４０ｋＰａ以下である。
【００９１】
このように、前処理運転時において、アノード電極２に対する圧力を、カソード電極３に対する圧力よりも高くすることにより、その圧力に従って、液体燃料がクロスリークし易くなる。
【００９２】
その結果、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも増加させることができる。
【００９３】
また、好ましくは、前処理運転時において、上記した２つの方法を併用する。すなわち、前処理運転時には、前処理運転時の液体燃料の濃度を、定常運転時の液体燃料の濃度よりも増加させ、かつ、アノード電極２に対する圧力を、カソード電極３に対する圧力よりも高くする。
【００９４】
これにより、前処理運転時に液体燃料がクロスリークする割合を、定常運転時に液体燃料がクロスリークする割合よりも、とりわけ効率よく増加させることができる。
【００９５】
そして、この燃料電池１の前処理方法では、燃料電池１を所定時間（例えば、１０〜３０時間）上記の条件で前処理発電させ、前処理運転することによって、液体燃料を、アノード電極２側からカソード電極３側へクロスリークさせる。
【００９６】
液体燃料がアノード電極２側からカソード電極３側へクロスリークすると、カソード側電極３が湿潤処理される。また、液体燃料における燃料化合物の種類や、添加物（例えば、アルカリ金属水酸化物など）の種類によっては、カソード側電極３がアルカリ処理される。
【００９７】
そして、このように、定常運転の前に前処理運転し、カソード電極３を処理（湿潤処理、アルカリ処理など）することにより、カソード電極３を活性化させることができ、その結果、発電性能の向上を図ることができる。
【００９８】
そして、上記のように前処理された燃料電池１から、必要に応じて、クロスリークされた液体燃料を酸素側流路１０から排出させた後、その酸素側流路１０に空気を供給するとともに、燃料側流路７に燃料化合物を含む液体燃料を供給することにより、発電（定常運転）させることができる。
【００９９】
なお、詳述しないが、必要に応じて、上記した前処理発電工程の前に、例えば、燃料供給路７や酸素供給路１０に水などを供給し、アノード電極２およびカソード電極３を湿潤処理することもできる。
４．作用効果
上記の前処理方法により前処理された燃料電池１は、優れた発電性能を備えている。
【０１００】
つまり、燃料電池１における液体燃料のクロスリークは本来望ましいものではないため、定常運転時の発電条件は、クロスリークを抑制できる条件である。
【０１０１】
そして、従来の燃料電池の前処理方法では、定常運転前に前処理発電させる場合にも、その発電条件は定常運転時と同様の条件である。そのため、従来の前処理方法では、液体燃料のクロスリークが抑制されており、カソード電極３の活性化が不十分である。
【０１０２】
一方、上記した燃料電池１の前処理方法では、前処理運転工程において、アノード電極２側に供給される液体燃料がカソード電極３側に対して漏出（クロスリーク）する割合を、定常運転時にクロスリークする割合よりも増加させるため、前処理運転時にクロスリークされた液体燃料によってカソード電極３が活性化される。
【０１０３】
その結果、このような燃料電池１の前処理方法によれば、より短時間で、発電性能に優れる燃料電池１を得ることができる。
【０１０４】
そして、このような燃料電池１の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。
【実施例】
【０１０５】
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。以下に示す実施例の数値は、実施形態において記載される数値（すなわち、上限値または下限値）に代替することができる。
【０１０６】
製造例１
＜アノード電極インクの調製＞
電子天秤にて、非担持金属触媒（ＮｉＺｎ合金（Ｎｉ：Ｚｎ＝８７：１３（モル比））、Ｃａｂｏｔ社製）３ｇ、溶媒（１−プロパノールとテトラヒドロフランとの混合溶媒（質量比１：１））２８．８ｇ（１４．４ｇ＋１４．４ｇ）、アイオノマー（分子末端に４級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製）１６．６ｇを秤量し、混合した。
【０１０７】
次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー（タイテック製、ＶＰ−０５０）を出力約３５％で稼動させることにより、約１０分間攪拌し、分散液（スラリー）として、アノード電極インクを得た。
＜カソード電極インクの調製＞
電子天秤にて、金属錯体触媒（化合物名コバルトポリピロールカーボン、品番Ｄ８Ｌ００１、北興化学工業社製）２．２ｇ、溶媒（１−プロパノールとテトラヒドロフランとの混合溶媒（質量比１：１））３６．０ｇ（１８．０ｇ＋１８．０ｇ）、アイオノマー（分子末端に４級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製）３６．２ｇを秤量し、混合した。
【０１０８】
次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー（タイテック製、ＶＰ−０５０）を出力約４０％で稼動させることにより、約３分間攪拌し、分散液（スラリー）として、カソード電極インクを得た。
＜燃料電池セルの作製＞
ハンドスプレーガンを用いて、電解質層（分子末端に４級アンモニウム基を有する炭化水素系アニオン交換樹脂、トクヤマ社製）の一方側面にアノード電極インクを吹き付け、また、他方側面にカソード電極インクを吹き付け、乾燥後（溶媒揮発後）の触媒の担持量が、アノード電極で２．５ｍｇ／ｃｍ２、カソード電極で１．０ｍｇ／ｃｍ２となるよう均一に塗布した。
【０１０９】
その後、２５℃において３０分間乾燥させることにより、電解質層の一方側面に燃料側電極を、他方側面に酸素側電極をそれぞれ形成し、燃料電池セルを得た。
＜組み立て＞
６０枚の燃料電池セルを、燃料供給部材および酸素供給部材を介して積層し、セル積層体として燃料電池を形成した。
【０１１０】
実施例１
製造例１において得られた燃料電池の燃料側流路に液体燃料（水加ヒドラジン２０質量％＋１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ）を０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌで供給することにより、燃料電池を発電させた。
【０１１１】
また、このときのアノード電極側における背圧を２０ｋＰａとし、アノード電極に対する圧力を２５ｋＰａとした。また、カソード電極側における背圧を５ｋＰａとし、カソード電極に対する圧力を１０ｋＰａとした。
【０１１２】
この条件において、燃料電池を３０時間発電させた。
【０１１３】
次いで、液体燃料および空気の供給を停止させることにより、発電を停止させた。
【０１１４】
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図２に示す。
【０１１５】
比較例１
製造例１において得られた燃料電池の燃料側流路に液体燃料（水加ヒドラジン１０質量％＋１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ）を０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌで供給することにより、燃料電池を発電させた。
【０１１６】
また、このときのアノード電極側における背圧を２ｋＰａとし、アノード電極に対する圧力を５ｋＰａとした。また、カソード電極側における背圧を１０ｋＰａとし、カソード電極に対する圧力を１５ｋＰａとした。
【０１１７】
この条件において、燃料電池を３０時間発電させた。
【０１１８】
次いで、液体燃料および空気の供給を停止させることにより、発電を停止させた。
【０１１９】
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図２に示す。
【０１２０】
実施例２および比較例２
＜前処理条件１＞
製造例１において得られた燃料電池の燃料側流路に液体燃料（水加ヒドラジン２０質量％＋１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ）を０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌで供給することにより、燃料電池を発電させた。
【０１２１】
また、このときのアノード電極側における背圧を２ｋＰａとし、アノード電極に対する圧力を５ｋＰａとした。また、カソード電極側における背圧を１０ｋＰａとし、カソード電極に対する圧力を１５ｋＰａとした。
【０１２２】
この条件において、燃料電池を２０時間発電させた。
＜前処理条件２＞
その後、燃料電池の燃料側流路に液体燃料（水加ヒドラジン１０質量％＋１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ）を０．１Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌの流量で供給し、一方、酸素供給路に空気を１０Ｌ／ｍｉｎ／ｃｅｌｌで供給することにより、燃料電池を発電させた。
【０１２３】
また、このときのアノード電極側における背圧を２０ｋＰａとし、アノード電極に対する圧力を２５ｋＰａとした。また、カソード電極側における背圧を５ｋＰａとし、カソード電極に対する圧力を１０ｋＰａとした。
【０１２４】
この条件において、燃料電池を２０時間発電させた。
【０１２５】
次いで、液体燃料および空気の供給を停止させることにより、発電を停止させた。
【０１２６】
これにより、前処理発電された燃料電池を得た。また、前処理発電中の発電性能を評価した。その結果を、図３に示す。
【符号の説明】
【０１２７】
１      燃料電池
２      アノード電極
３      カソード電極
４      電解質層
１５    セル積層体
Ｓ      燃料電池セル
【図１】
2015141819.tif 000003
【図２】
2015141819.tif 000004
【図３】
2015141819.tif 000005