(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の出荷前の検査工程における燃料電池の状態判定方法であって、
前記燃料電池の出荷後の通常運転時に発電を行うために必要な加湿以上にアノードガス及びカソードガスを加湿して前記燃料電池に供給すると共に、前記燃料電池に供給する冷却水の温度を７０〜９０℃に設定する加湿運転を行う第１工程と、
前記燃料電池から生じる生成水のｐＨを測定する第２工程と、
前記測定で得られたｐＨが酸性を示す所定値以下のものについて前記加湿運転を再度行う第３工程と、を有し、
前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程を、前記燃料電池の性能検査前に行うことにより前記燃料電池が不良か否かを判定する、
燃料電池の状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の一形態として固体高分子電解質型の燃料電池が知られている。固体高分子電解質型燃料電池は、他の形態の燃料電池と比較して作動温度が低く、低コスト、コンパクト化が可能なことから、自動車の動力源等として期待されている。
【０００３】
このような固体高分子電解質型の燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ）を主要な構成要素とし、それを空気（酸素）ガス流路および燃料（水素）ガス流路が形成されたセパレータで挟持して、単セルと呼ばれる１つの燃料電池を形成しており、これらを複数積層させることにより燃料電池スタックを形成している。
【０００４】
そして、膜電極接合体は、イオン交換膜である電解質膜と、電解質膜の一方の側であるカソード側には、触媒層と拡散層を積層したカソード電極と、他方の側であるアノード側には、触媒層と拡散層を積層したアノード電極と、を有している。
【０００５】
ところで、固体高分子電解質型の燃料電池は、セルの組み立て後において、プロトン伝導パスが充分に形成されていなことから、発電特性が低く不安定である。そこで、セル組み立て後に、エージングと呼ばれる電池電圧が飽和するまで初期馴らし運転（予備運転）を行い、燃料電池の発電を行って、発電特性の安定化を図っている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００６】
下記特許文献１には、膜電極接合体中のプロトン伝導パスの形成を促進させると共に、カソード電極に付着した有機物等の不純物を効率的に除去することができる燃料電池のエージング方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９９８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された燃料電池のエージング方法によっても、燃料電池スタック内の不純物を完全に除去することはできず、例えばアニオンイオン等の不純物が燃料電池スタック内に混入することがある。アニオンイオンが燃料電池スタック内に混入すると、発電中に生じる生成水のｐＨが下がってしまう。生成水のｐＨが下がり、生成水が強酸性になると、金属カチオンイオンが溶出することとなる。金属カチオンイオンが溶出すると、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力が低下するおそれがあった。
【０００９】
上述した燃料電池スタックの出力低下の問題を解決することを意図して、燃料電池の出荷時の出力検査により、燃料電池スタックの出力低下を判別するという考え方もある。しかしながら、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下は、燃料電池車両の運転後、数百〜数千ｋｍの走行距離で表れてくるものであるため、出荷時の出力検査では上述した要因による燃料電池スタックの出力低下の兆候が表れず、判別することができなかった。
【００１０】
このように従来では、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下を抑制することが困難であった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下を抑制することができる燃料電池の製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池の製造方法は、燃料電池の出荷前検査時に、アノードガス及びカソードガスを加湿して前記燃料電池に供給する加湿運転を行う工程と、前記燃料電池から発生する生成水のｐＨを測定する工程と、前記測定で得られたｐＨが酸性を示す所定値以下のものについて前記加湿運転を再度行う工程と、を有する。
【００１３】
本発明に係る燃料電池の製造方法では、燃料電池の出荷前検査時に加湿運転を行い、燃料電池から生じる生成水のｐＨを測定して不良か否かを判定し、不良と判断された場合に、再度加湿運転を行う。このように、燃料電池の出荷前検査時に加湿運転を行うことで、生成水のｐＨを下げる要因となるアニオンイオンを除去することができる。また、生成水のｐＨを測定して、生成水のｐＨが酸性を示す所定値以下のものについて再度加湿運転を行うため、より確実にアニオンイオンを除去することができる。アニオンイオンを除去することにより、燃料電池の出荷後における生成水のｐＨ低下を抑制することができるため、生成水が強酸性（低ｐＨ）になると溶出する金属カチオンイオンを抑制することができる。その結果、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下を抑制することができる燃料電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態としての燃料電池の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態としての燃料電池の製造工程を示すフローチャートである。尚、図示は省略するが、燃料電池は、電解質膜、アノード電極、カソード電極及びセパレータ等を備えたセルを複数積層した燃料電池スタックとして構成される。この燃料電池スタックは、例えば、車両等の移動体に搭載されて、移動体の動力源として利用される。燃料電池は、水素（アノードガス）と酸素（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。
【００１８】
燃料電池内の電気化学反応としては次式で表される。以下の電気化学反応において明らかなように、燃料電池内には発電によって生成水が生成される。
〔化１〕
アノード側：Ｈ２→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード側：１／２Ｏ２＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ２Ｏ
全反応 ：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００１９】
図１を参照しながら燃料電池の製造工程について説明する。燃料電池の製造工程では、まず燃料電池の出荷前検査時に、アノードガス及びカソードガスを加湿して燃料電池に供給する加湿運転を行う（ステップＳ１００）。本実施形態における加湿運転とは、高温・過加湿発電を伴う運転（以下、「過加湿運転」とも称する）であって、燃料電池を良好に運転可能な温度領域において、上限値近傍の温度（場合によっては上限値以上の温度）になるような制御と、通常運転時において良好な発電を行うために必要な加湿以上の加湿を行い（もしくは必要な加湿が所定の範囲をもっている場合はその上限値付近における加湿を行い）、燃料電池から生成される生成水の量を増加させて生成水のｐＨを下げるような運転を含む。
【００２０】
次に、過加湿運転を行った燃料電池に対して、燃料電池内に生成された生成水のｐＨを測定し、不良か否か判定する（ステップＳ１１０）。生成水のｐＨが酸性を示す所定値より大きい場合には（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、良品と判定し、燃料電池の出荷性能確認に進む。生成水のｐＨが酸性を示す所定値以下の場合には（ステップＳ１１０：ＮＯ）、不良品と判定し、ステップＳ１００に戻る。なお、酸性を示す所定値としては例えばｐＨが６であることが好適である。
【００２１】
不良品と判定された燃料電池に対しては、再度過加湿運転を行う（ステップＳ１００）。このように、測定で得られたｐＨが酸性を示す所定値以下のものについて再度過加湿運転を行う。再度の過加湿運転の後、生成水のｐＨが酸性を示す所定値より大きいか否かの再度の判定を行う（ステップＳ１１０）。このように、生成水のｐＨが酸性を示す所定値より大きくなるまで、過加湿運転（ステップＳ１００）と不良か否かの判定（ステップＳ１１０）とが繰り返される。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、燃料電池の出荷前検査時において、過加湿運転を行う。過加湿運転を行うことで、燃料電池内に生じる生成水の量を増加させ、燃料電池の製造工程中にｐＨを下げる要因となるアニオンイオンを生成水により洗い流すことで除去することができる。アニオンイオンを除去することで、燃料電池の出荷後における生成水のｐＨ低下を抑えることができ、生成水が強酸性（低ｐＨ）になると溶出する金属カチオンイオンを抑制することができる。
【００２３】
また本実施形態では、燃料電池から生じる生成水のｐＨを管理する。具体的には、生成水のｐＨが酸性を示す所定値以下であれば、その燃料電池は出荷性能確認のステップに進まずに、再度高温・過加湿発電を伴う運転を行う。このように、生成水のｐＨを管理することで、生成水が強酸性（低ｐＨ）の状態で燃料電池が出荷されることを防止することができる。このため、生成水が強酸性になると溶出する金属カチオンイオンを抑制することができ、金属カチオンイオンによるコンタミネーションに起因する燃料電池スタックの出力低下を抑制することができる。また、燃料電池車両に例えば生成水成分測定器等を搭載して生成水の管理を行う場合には、燃料電池車両のコストが増加してしまうが、上述したように、本実施形態では燃料電池の出荷前検査時に生成水の管理を行うため、燃料電池車両に生成水成分測定器等を搭載することを不要としながら生成水の管理を行うことができ、燃料電池車両コストの増加を抑えることができる。
【００２４】
上述した過加湿運転（ステップ１００）において、電流密度は任意の値に設定することが可能であるが、特に電流密度が１〜２Ａ／ｃｍ２であることが好ましい。また冷却水の温度は任意の値に設定することが可能であるが、冷却水の温度が特に７０℃〜９０℃であれば、生成水のｐＨが低下しないので好ましい。また生成水の回収は、アノード電極及びカソード電極で行い、アノード電極及びカソード電極の両極とも生成水のｐＨが酸性を示す所定値より大きい値であれば、良品（ＯＫ）と判定することが好ましい。また過加湿運転を行う時間は、任意の値に設定することが可能であるが、例えば２時間に設定することが好ましい。
【００２５】
尚、上述した燃料電池の製造工程では、最初に高温・過加湿発電を伴う運転を行った後、燃料電池の生成水のｐＨを測定していたが、最初に生成水のｐＨを測定しても良い。この場合の燃料電池の製造工程を以下に説明する。
【００２６】
まず、燃料電池の出荷前検査において、生成水のｐＨを管理する。そして、生成水のｐＨが酸性を示す所定値（例えばｐＨが６）より大きい場合には、良品と判定し、出荷性能確認に進む。生成水のｐＨが酸性を示す所定値以下の場合には、アノード電極及びカソード電極の両極で高温・過加湿発電を伴う運転を行い、生成水のｐＨが３以下にならないように運転をする。
【００２７】
次に、高温・過加湿発電を伴う運転を行い、数時間後、生成水のｐＨを分析する。生成水のｐＨを分析後、生成水のｐＨが酸性を示す所定値以下であれば、再度、高温・過加湿発電を伴う運転を行う。この高温・過加湿発電を伴う運転をする際、冷却水温度を７５℃以上で運転する。
【００２８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２９】
Ｓ１００：高温・過加湿発電
Ｓ１１０：生成水分析
【図１】
0006471889.tif 000002