(57)【要約】【課題】燃料電池のＭＥＡにおいて、触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させる技術を提供すること。【解決手段】燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池は、電解質膜と、電解質を含み、電解質膜の片面に形成される第１触媒電極層と、電解質膜の片面の反対面に形成される第２触媒電極層と、を備え、燃料電池システムは、通常運転時において、第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、第２触媒電極層に燃料ガスを供給することで、第１触媒電極層をカソードとして、第２触媒電極層をアノードとして発電を行わせると共に、通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、第１触媒電極層に燃料ガスを供給し、第２触媒電極層に酸化ガスを供給することで、第１触媒電極層をアノードとして、第２触媒電極層をカソードとして発電を行わせるガス供給部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
電解質膜と、
電解質を含み、前記電解質膜の片面に形成される第１触媒電極層と、
前記電解質膜の前記片面の反対面に形成される第２触媒電極層と、
を備え、
前記燃料電池システムは、
通常運転時において、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第２触媒電極層に燃料ガスを供給することで、前記第１触媒電極層をカソードとして、前記第２触媒電極層をアノードとして発電を行わせると共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給し、前記第２触媒電極層に酸化ガスを供給することで、前記第１触媒電極層をアノードとして、前記第２触媒電極層をカソードとして発電を行わせるガス供給部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第４経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し前記第１経路に前記燃料ガスを流し、前記第４経路を遮断し前記第３経路に前記酸化ガスを流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１経路を遮断し前記第２経路に前記酸化ガスを流し、前記第３経路を遮断し前記第４経路に前記燃料ガスを流す経路切り替え部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
電解質膜と、
電解質を含み、前記電解質膜の片面に形成される第１触媒電極層と、
前記電解質膜の前記片面の反対面に形成される第２触媒電極層と、
を備え、
前記燃料電池システムは、
通常運転時において、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第２触媒電極層に燃料ガスをそれぞれ供給することで、前記第１触媒電極層をカソードとして、前記第２触媒電極層をアノードとして発電を行わせると共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給するガス供給部と、
前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層が陽極、前記第２触媒電極層が陰極となるように前記第１触媒電極層−第２触媒電極層間に電流を流す電流供給部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し、前記第１経路に前記燃料ガスを、前記第３経路に前記酸化ガスをそれぞれ流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも前記第２経路に前記燃料ガスを流し、前記第３経路を遮断する経路切り替え部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給すると共に、前記第２触媒電極層にプロトンと電気化学的に反応しない不活性ガスを供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記不活性ガス供給部から供給される前記不活性ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第４経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し前記第１経路に前記燃料ガスを流し、前記第４経路を遮断し前記第３経路に前記酸化ガスを流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも、前記第２経路に前記燃料ガスを流し、前記第３経路を遮断し前記第４経路に前記不活性ガスを流す経路切り替え部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記通常運転時以外の所定のタイミングとは、前記通常運転終了後であって、前記燃料電池システムの駆動停止前であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の一方の面に、電解質を含み、通常運転時においてカソードとして利用される第１触媒電極層が、他方の面に、前記通常運転時においてアノードとして利用される第２触媒電極層が、それぞれ形成される膜電極接合体を用意する工程と、
前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給すると共に、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第１触媒電極層をアノードとして、前記第２触媒電極層をカソードとして発電を行わせる工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の一方の面に、電解質を含み、通常運転時においてカソードとして利用される第１触媒電極層が、他方の面に、前記通常運転時においてアノードとして利用される第２触媒電極層が、それぞれ形成される膜電極接合体を用意する工程と、
前記第１触媒電極層が陽極、前記第２触媒電極層が陰極となるように前記第１触媒電極層−第２触媒電極層間に電流を流す工程と、
電流流通状態において、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給し、前記第１触媒電極層、および、前記第２触媒電極層で電気化学反応を生じさせる工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質を含むカソードと、アノードとから成る燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、電解質膜の両面に触媒電極層が形成された膜電極接合体（以下では、「ＭＥＡ」（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ）を備える。この燃料電池では、触媒電極層であるアノードおよびカソードに、それぞれ、水素を含有する燃料ガスおよび酸素を含有する酸化ガスを供給することで電気化学反応を生じさせ、発電を行うようにしている。
【０００３】
アノードやカソードは、一般的に、電解質を含んでおり、アノードに燃料ガス、カソードに酸化ガスを流した場合、プロトンは、アノードの電解質から、電解質膜を介して、カソードの電解質へと移動する。そのため、燃料電池のＭＥＡにおいて、電解質膜と、アノード及びカソード（の各電解質）との密着性が高いほど、プロトンの移動抵抗が低くなり、燃料電池の性能向上が期待できる。
【０００４】
ところで、上記ＭＥＡのアノード側では、プロトンの移動に伴い電解質が電解質膜側に移動するので、アノードと電解質膜との密着性はある程度確保できるが、カソード側では、プロトンの移動に伴い電解質が電解質膜側の反対方向に移動するので、カソードと電解質膜との密着性が確保できないおそれがあった。
【０００５】
このような問題を解決するため、燃料電池において、相対湿度６０％以上で加湿した酸化ガスをカソード側に長時間流して発電させ、カソードから電解質膜への水の浸透を促進させ、その水の移動に乗じてカソードの電解質を電解質膜側に移動させることにより、カソードと電解質膜との密着性の向上を図る技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５９５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のように、燃料電池において、カソードから電解質膜への水の移動に乗じてカソードと電解質膜との密着性の向上を図る技術において、カソードの電解質が、水の移動に乗じて電解質膜側へ移動する移動性は低く、それ故、カソードと電解質膜との密着性の向上が期待できないおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池のＭＥＡにおいて、触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムは、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
電解質膜と、
電解質を含み、前記電解質膜の片面に形成される第１触媒電極層と、
前記電解質膜の前記片面の反対面に形成される第２触媒電極層と、
を備え、
前記燃料電池システムは、
通常運転時において、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第２触媒電極層に燃料ガスを供給することで、前記第１触媒電極層をカソードとして、前記第２触媒電極層をアノードとして発電を行わせると共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給し、前記第２触媒電極層に酸化ガスを供給することで、前記第１触媒電極層をアノードとして、前記第２触媒電極層をカソードとして発電を行わせるガス供給部と、
を備えることを要旨とする。
【００１０】
上記構成の燃料電池システムによれば、第１触媒電極層及び第２触媒電極層と、電解質膜との密着性をそれぞれ向上させることができる。
【００１１】
上記燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第４経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し前記第１経路に前記燃料ガスを流し、前記第４経路を遮断し前記第３経路に前記酸化ガスを流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１経路を遮断し前記第２経路に前記酸化ガスを流し、前記第３経路を遮断し前記第４経路に前記燃料ガスを流す経路切り替え部と、
を備えるようにしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、通常発電時において、第２触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができ、通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００１３】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池システムは、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
電解質膜と、
電解質を含み、前記電解質膜の片面に形成される第１触媒電極層と、
前記電解質膜の前記片面の反対面に形成される第２触媒電極層と、
を備え、
前記燃料電池システムは、
通常運転時において、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第２触媒電極層に燃料ガスをそれぞれ供給することで、前記第１触媒電極層をカソードとして、前記第２触媒電極層をアノードとして発電を行わせると共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給するガス供給部と、
前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層が陽極、前記第２触媒電極層が陰極となるように前記第１触媒電極層−第２触媒電極層間に電流を流す電流供給部と、
を備えることを要旨とする。
【００１４】
上記構成の燃料電池システムによれば、第１触媒電極層及び第２触媒電極層と、電解質膜との密着性をそれぞれ向上させることができる。
【００１５】
上記燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し、前記第１経路に前記燃料ガスを、前記第３経路に前記酸化ガスをそれぞれ流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも前記第２経路に前記燃料ガスを流し、前記第３経路を遮断する経路切り替え部と、
を備えるようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、通常発電時において、第２触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができ、通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００１７】
上記燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給すると共に、前記第２触媒電極層にプロトンと電気化学的に反応しない不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、不活性ガスが第２触媒電極層に供給されるので、第２触媒電極層において、電気化学反応によりプロトンから生じる水素ガスを、不活性ガスによって、排除することが可能となる。そのため、第２触媒電極層での水素ガスの発生が促進され、すなわち、第１触媒電極層から第２触媒電極層へのプロトンの移動が促進され、それに伴い、第１触媒電極層の電解質が電解質膜側へ移動し、その結果、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００１９】
上記燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給部は、
前記酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第１経路と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第２経路と、
前記酸化ガス供給部から供給される前記酸化ガスを前記第１触媒電極層に導くための前記第３経路と、
前記不活性ガス供給部から供給される前記不活性ガスを前記第２触媒電極層に導くための前記第４経路と、
前記通常運転時において、前記第２経路を遮断し前記第１経路に前記燃料ガスを流し、前記第４経路を遮断し前記第３経路に前記酸化ガスを流すと共に、前記通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、少なくとも、前記第２経路に前記燃料ガスを流し、前記第３経路を遮断し前記第４経路に前記不活性ガスを流す経路切り替え部と、
を備えるようにしてもよい。
【００２０】
このようにすれば、通常運転時以外の所定のタイミングにおいて、不活性ガスが第２触媒電極層に供給されるので、第２触媒電極層において、電気化学反応によりプロトンから生じる水素ガスを、不活性ガスによって、排除することが可能となる。そのため、第２触媒電極層での水素ガスの発生が促進され、すなわち、第１触媒電極層から第２触媒電極層へのプロトンの移動が促進され、それに伴い、第１触媒電極層の電解質が電解質膜側へ移動し、その結果、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００２１】
上記燃料電池システムにおいて、
前記通常運転時以外の所定のタイミングとは、前記通常運転終了後であって、前記燃料電池システムの駆動停止前であることが好ましい。
【００２２】
このようにすれば、次回の通常運転時において、第１触媒電極層と電解質膜との密着性が向上した状態で発電を行うことができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００２３】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池の製造方法は、
燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の一方の面に、電解質を含み、通常運転時においてカソードとして利用される第１触媒電極層が、他方の面に、前記通常運転時においてアノードとして利用される第２触媒電極層が、それぞれ形成される膜電極接合体を用意する工程と、
前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給すると共に、前記第１触媒電極層に酸化ガスを供給し、前記第１触媒電極層をアノードとして、前記第２触媒電極層をカソードとして発電を行わせる工程と、
を備えることを要旨とする。
【００２４】
上記燃料電池の製造方法によれば、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００２５】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池の製造方法は、
燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の一方の面に、電解質を含み、通常運転時においてカソードとして利用される第１触媒電極層が、他方の面に、前記通常運転時においてアノードとして利用される第２触媒電極層が、それぞれ形成される膜電極接合体を用意する工程と、
前記第１触媒電極層が陽極、前記第２触媒電極層が陰極となるように前記第１触媒電極層−第２触媒電極層間に電流を流す工程と、
電流流通状態において、前記第１触媒電極層に燃料ガスを供給し、前記第１触媒電極層、および、前記第２触媒電極層で電気化学反応を生じさせる工程と、
を備えることを要旨とする。
【００２６】
上記燃料電池の製造方法によれば、第１触媒電極層と電解質膜との密着性を向上させることができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記した燃料電池システムに限られず、他の装置発明の態様で実現することも可能である。また、上記した燃料電池の製造方法に限られず、他の方法発明の態様で実現することも可能である。さらには、それら装置や方法を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【００２８】
また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１０００の構成：
Ａ２．密着性向上処理：
Ａ３．実験結果：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１０００Ａの構成：
Ｂ２．密着性向上処理：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：
【００３０】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１０００の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１０００は、主に、燃料電池１００と、水素タンク２０と、ブロワ３０と、三方弁４０，５０と、負荷６０と、水素遮断弁２００と、レギュレータ２２０と、パージ弁２４０と、水素循環ポンプ２５０と、制御回路４００と、を備えている。
【００３１】
この燃料電池システム１０００は、燃料電池システム１０００の外部から電力要求があった場合には、まず、燃料電池システム１０００の駆動開始処理を行う。この駆動開始処理は、燃料電池システム１０００の各部の暖機処理や燃料ガスや酸化ガスの供給のために、ブロワ３０の駆動や水素遮断弁２００の開弁などの処理が含まれる。その後、発電量が定常的になると、通常運転となる。そして、電力要求がなくなると、通常運転を終了し、燃料電池システム１０００の駆動停止処理を行う。この駆動停止処理は、燃料電池システム１０００の掃気運転などの処理が含まれる。燃料電池システム１０００の通常運転時には、後述する第２触媒電極層に燃料ガスが供給され、後述する第１触媒電極層に酸化ガスが供給される。
【００３２】
また、この燃料電池システム１０００は、駆動停止処理中であって、掃気運転前において、後述する密着性向上処理を行う。この密着性向上処理は、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させるための処理である。
【００３３】
燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池であり、単セル１０と、エンドプレート３００と、インシュレータ３３０と、ターミナル３４０とを備えている。単セル１０は、インシュレータ３３０およびターミナル３４０を挟んで、２枚のエンドプレート３００によって挟持される。すなわち、燃料電池１００は、単セル１０が、複数個積層された層状構造を有している。また、燃料電池１００は、テンションプレート（図示せず）がボルト（図示せず）によって各エンドプレート３００に結合されることによって、各単セル１０を、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。
【００３４】
図２は、単セル１０の概略構成を表わす断面模式図である。この単セル１０は、電解質膜２１と、電解質膜２１の両面に形成される触媒電極層（第１触媒電極層２２および第２触媒電極層２３）とから成るＭＥＡ２４を備える。この第１触媒電極層２２および第２触媒電極層２３は、通常発電時において、それぞれカソードおよびアノードとして機能する。また、単セル１０は、ＭＥＡ２４の外側に第１ガス拡散層３１，３２を備え、さらに、その外側に第２ガス拡散層３３，３４を備えている。
【００３５】
電解質膜２１は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。
【００３６】
第１触媒電極層２２、および、第２触媒電極層２３は、触媒金属である白金（Ｐｔ）を担持したカーボン（以下では、白金担持カーボンとも呼ぶ）と、電解質とから構成される。
【００３７】
第１ガス拡散層３１，３２は、導電性を有するカーボン製の多孔質部材であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。また、第２ガス拡散層３３，３４は、導電性を有し、第１ガス拡散層３１，３２よりも比較的大きな細孔からなる多孔質部材であり、例えば、カーボンペーパ等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属などの金属多孔質体によって形成することができる。
【００３８】
セパレータ３５，３６は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。セパレータ３５，３６の表面には、単セル１０に供給された燃料ガスあるいは酸化ガスの流路を形成するための凹凸形状が形成されている。すなわち、第１触媒電極層側の第２ガス拡散層３３とセパレータ３５との間には、通常運転時において、第１触媒電極層２２で電気化学反応に供される酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路３７が形成されている。また、第２触媒電極層側の第２ガス拡散層３４とセパレータ３６との間には、通常運転時において、第２触媒電極層２３で電気化学反応に供される燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路３８が形成されている。なお、図２のセパレータ３５，３６は、平行な複数の溝からなる凹凸形状を有しているが、異なる形状としても良く、セパレータ３５，３６とＭＥＡ２４との間に、ガスの流路を形成するための空間を形成可能であればよい。
【００３９】
単セル１０の外周部には、単セル内酸化ガス流路３７および単セル内燃料ガス流路３８におけるガスシール性を確保するための図示しないシール部材が配設されている。また、本実施例の燃料電池は、単セル１０を複数積層したスタック構造を有しているが、このスタック構造の外周部には、単セル１０の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている（図示せず）。
【００４０】
このマニホールドのうち、後述の酸化ガス供給流路８２、および、各単セル１０の単セル内酸化ガス流路３７とそれぞれ接続されるマニホールドを酸化ガス供給マニホールドＭｓ１とも呼び、後述の燃料ガス供給流路７２、および、各単セル１０の単セル内燃料ガス流路３８とそれぞれ接続されるマニホールドを、燃料ガス供給マニホールドＭｎ１とも呼ぶ。また、このマニホールドのうち、後述の酸化ガス排出流路８４、および、単セル内酸化ガス流路３７とそれぞれ接続されるマニホールドを酸化ガス排出マニホールドＭｓ２とも呼び、燃料ガス排出流路７４、および、単セル内燃料ガス流路３８とそれぞれ接続されるマニホールドを燃料ガス排出マニホールドＭｎ２とも呼ぶ。
【００４１】
通常運転時において、酸化ガス供給マニホールドＭｓ１を流れる酸化ガスは、各単セル１０に分配され、第２ガス拡散層３３および第１ガス拡散層３１を拡散しＭＥＡ２４（第１触媒電極層２２）にて電気化学反応に供されつつ、各単セル内酸化ガス流路３７内を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドＭｓ２に集合し、酸化ガス排出流路８４に排出される。同様に、通常運転時において、燃料ガス供給マニホールドＭｎ１を流れる燃料ガスは、各単セル１０に分配され、第２ガス拡散層３４および第１ガス拡散層３２を拡散しＭＥＡ２４（第２触媒電極層２３）にて電気化学反応に供されつつ、各単セル内燃料ガス流路３８内を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドＭｎ２に集合し、燃料ガス排出流路７４に排出される。
【００４２】
このように、燃料電池１００では、通常運転時において、各単セル１０の第１触媒電極層２２に酸素を含有する酸化ガスを供給し、第２触媒電極層２３に水素を含有する燃料ガスを供給することで、第１触媒電極層２２および第２触媒電極層２３が、それぞれカソードおよびアノードとして機能し、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。図１に示すように、燃料電池１００は、生じた電力を、ターミナル３４０を介して負荷６０に供給する。
【００４３】
なお、この負荷６０は、内部において陽極、陰極が切り替え可能となっており、状態に応じて適宜、陽極、陰極の切り替えが行われる。例えば、この負荷６０は、燃料電池システム１０００において、通常運転時では、第１触媒電極層２２側のターミナル３４０と接続される側の極が陽極となり、第２触媒電極層２３側のターミナル３４０と接続される側の極が陰極となるが、後述の密着性向上処理時では、第１触媒電極層２２側のターミナル３４０と接続される側の極が陰極となり、第２触媒電極層２３側のターミナル３４０と接続される側の極が陽極となる。この負荷６０としては、例えば、二次電池やモータや燃料電池システム１０００の各駆動部（ブロワ３０など）などがある。
【００４４】
また、燃料電池１００としては、触媒電極層（第１触媒電極層２２または第２触媒電極層２３）に電解質を含んでいる燃料電池であればよく、上記した固体高分子型燃料電池の他、固体高分子型燃料電池電解質型や溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００４５】
水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給流路７２を介して燃料電池１００（燃料ガス供給マニホールドＭｎ１）に接続されている。燃料ガス供給流路７２上において、水素タンク２０から近い順番に、水素遮断弁２００と、レギュレータ２２０、三方弁５０とが設けられている。水素タンク２０、三方弁５０とも後述する制御回路４００によって制御される。
【００４６】
三方弁５０は、バイパス流路７８とも接続され、このバイパス流路７８は、三方弁５０と接続される側とは反対の端部が後述する酸化ガス供給流路８２（三方弁４０と燃料電池１００との間）と接続されている。三方弁５０は、流体をＱ方向またはＲ方向（図１参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。すなわち、通常運転時において、水素遮断弁２００が開弁された状態で、三方弁５０がＱ方向に流体を流すように開弁制御されると、水素タンク２０からの水素ガスが燃料ガスとして、燃料ガス供給流路７２を介して燃料電池１００（燃料ガス供給マニホールドＭｎ１）へ供給される。一方、後述する密着性向上処理において、水素遮断弁２００が開弁された状態で、三方弁５０がＲ方向に流体を流すように開弁制御されると、水素タンク２０からの燃料ガスが、バイパス流路７８を介して、酸化ガス供給流路８２へ供給される。
【００４７】
燃料電池１００の燃料ガス排出マニホールドＭｎ２は、燃料ガス排出流路７４と接続され、この燃料ガス排出流路７４上には、パージ弁２４０が設けられている。燃料電池システム１０００の通常発電中において、パージ弁２４０を定期的に開弁することで、第２触媒電極層２３で電気化学反応に供された後の燃料ガスは、定期的に、燃料ガス排出流路７４、パージ弁２４０を介し外部へ排出される。
【００４８】
燃料ガス排出流路７４において、パージ弁２４０と燃料電池１００との間の位置から、燃料ガス供給流路７２へ接続されるガス循環流路７６が設けられている。このガス循環流路７６上には、水素循環ポンプ２５０が設けられる。水素循環ポンプ２５０は、燃料ガス排出流路７４を流れる燃料ガスを、ガス循環流路７６を介して勢いよく燃料ガス供給流路７２に送りだす。このようにガス循環流路７６は、燃料ガスを循環する役割を担っている。このようにして、燃料ガスに含まれる水素ガスは、循環して、燃料ガスとして再び発電に使用される。
【００４９】
ブロワ３０は、酸化ガス供給流路８２を介して燃料電池１００の酸化ガス供給マニホールドＭｓ１に接続される。酸化ガス供給流路８２上には、三方弁４０が設けられている。ブロワ３０、三方弁４０は、後述の制御回路４００によって制御される。
【００５０】
三方弁４０は、バイパス流路８８とも接続され、このバイパス流路８８は、三方弁４０と接続される側とは反対の端部が燃料ガス供給流路７２（三方弁５０と燃料電池１００との間）に接続されている。三方弁４０は、流体をＰ方向またはＯ方向（図１参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。すなわち、通常運転時において、三方弁４０がＯ方向に流体を流すように開弁制御されると、ブロワ３０から送風される空気が酸化ガスとして、酸化ガス供給流路８２を介して燃料電池１００（酸化ガス供給マニホールドＭｓ１）へ供給される。一方、後述する密着性向上処理において、三方弁４０がＰ方向に流体を流すように開弁制御されると、ブロワ３０から送風される酸化ガスが、バイパス流路８８を介して、燃料ガス供給流路７２へ供給される。
【００５１】
燃料電池１００の酸化ガス排出マニホールドＭｓ２は、酸化ガス排出流路８４と接続される。燃料電池システム１０００の通常運転時では、第１触媒電極層２２で電気化学反応に供された後の酸化ガスは、酸化ガス排出流路８４を介して外部に排出される。
【００５２】
なお、本実施例の燃料電池システム１０００では、ラジエータ（図示せず）などからなる冷却系装置（図示せず）を備えており、その冷却系装置から、各単セル１０間に設けられる冷媒流路（図示せず）に冷媒が流され、燃料電池１００の内部温度を調節するようになっている。
【００５３】
制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備え、燃料電池１００の発電に伴い、上記した各部、すなわち、ブロワ３０、三方弁４０、三方弁５０、水素遮断弁２００、パージ弁２４０、および、水素循環ポンプ２５０等に対して種々の制御を行う。
【００５４】
また、制御回路４００は、経路切り替え制御部４１０としても機能し、後述の密着性向上処理を行う。
【００５５】
Ａ２．密着性向上処理：
図３は、本実施例の燃料電池システム１０００が行う密着性向上処理を示すフローチャートである。制御回路４００は、通常発電を終了すると、この密着性向上処理を開始する。この処理では、まず、経路切り替え制御部４１０は、三方弁４０をＰ方向に切り替え制御すると共に（ステップＳ１０）、三方弁５０をＲ方向に切り替え制御する（ステップＳ２０）。
【００５６】
このようにすると、水素タンク２０から、燃料ガスが、バイパス流路７８、酸化ガス供給流路８２、および、酸化ガス供給マニホールドＭｓ１を介して、各単セル１０の第１触媒電極層２２に供給されると共に、ブロワ３０から、酸化ガスが、バイパス流路８８、燃料ガス供給流路７２、および、燃料ガス供給マニホールドＭｎ１を介して、各単セル１０の第２触媒電極層２３に供給される。
【００５７】
図４は、通常運転時と密着性向上処理時におけるプロトンや電解質などの移動方向の違いを説明するための説明図である。各単セル１０において、通常運転時では、図４（Ａ）に示すように、第１触媒電極層２２および第２触媒電極層２３が、それぞれカソードおよびアノードとして機能し、第２触媒電極層２３で、燃料ガス中の水素が、電気化学反応により、電子を放出しプロトンとなり、電解質膜２１を介して第１触媒電極層２２（の電解質）へ移動し、第１触媒電極層２で電気化学反応により、酸化ガス中の酸素と結合し水となる。
【００５８】
一方、上述のように、各単セル１０において、第１触媒電極層２２に燃料ガスが、第２触媒電極層２３に酸化ガスが供給されると、図４（Ｂ）に示すように、第１触媒電極層２２がアノードとして機能し、第１触媒電極層２２において、燃料ガス中の水素が電気化学反応により電子を放出しプロトンとなり、電解質膜２１を介して第２触媒電極層２３（の電解質）へ移動する。そして、第２触媒電極層２３がカソードとして機能し、第２触媒電極層２３において、移動してきたプロトンが電気化学反応により酸化ガス中の酸素と結合し水となる。この際、第１触媒電極層２２から第２触媒電極層２３へのプロトンの移動に伴い、第１触媒電極層２２の電解質も第２触媒電極層２３側へ移動する。その結果、電解質膜２１と第１触媒電極層２２との間に生じていた非密着部分（図４（Ａ）参照）に、第１触媒電極層２２の電解質が移動し、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性が向上する。すなわち、以上のようにすれば、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させることができる。
【００５９】
その後、経路切り替え制御部４１０は、所定時間経過するまで上述の状態で待機し（ステップＳ３０：Ｎｏ）、所定時間経過すると（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、次の通常発電に備えるため、三方弁４０をＯ方向に切り替え制御すると共に（ステップＳ４０）、三方弁５０をＱ方向に切り替え制御し（ステップＳ５０）、この密着性向上処理を終了する。
【００６０】
Ａ３．実験結果：
図５は、上記密着性向上処理を行った燃料電池１００の実験結果を表わす図である。詳しくは、本実施例の燃料電池システム１０００が上記密着性向上処理を行った燃料電池１００（以下では、単に実施例とも呼ぶ。）と、上記密着性向上処理を行っていない比較例の燃料電池（以下では、単に比較例とも呼ぶ。）とを用いて比較した実験結果を示す。なお、実施例と比較例との相違は、実施例の方が上記密着性向上処理を行ったことのみであり、実施例と比較例の燃料電池（単セル）の構造や用いる材料等は、同様である。
【００６１】
実際の燃料電池は、単セルを複数積層した構造を有しているが、図５に示す実験結果は、実施例、および、比較例とも、単セルの状態で発電を行なわせた場合の結果である。また、実施例では、単セル１０のセル温度８０［℃］、燃料ガス、酸化ガス共に相対湿度７０［％］で加湿する共に、負荷を２．０［Ａ／ｃｍ2］として、上記密着性向上処理を行った。
【００６２】
実験に伴う発電の際には、燃料ガスとしては純度の高い水素ガスを５００［ｃｃ／ｍｉｎ］用い、酸化ガスとしては空気を２０００［ｃｃ／ｍｉｎ］用いた。このとき、セル温度は、８０［℃］とし、燃料ガスおよび酸化ガスは、それぞれ、相対湿度が１００％となるように加湿した。発電は、負荷［Ａ／ｃｍ2］を、変動させて行い、実施例と比較例のセル電圧［Ｖ］を測定した。
【００６３】
図５に示すように、比較例に比べて実施例の方が、全般的に発電特性がよいという結果が得られた。このことから、実施例において、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性が向上していると考えられる。
【００６４】
なお、本実施例の燃料電池システム１０００において、水素タンク２０は、請求項における燃料ガス供給部に該当し、ブロワ３０は、請求項における酸化ガス供給部に該当し、経路切り替え制御部４１０、三方弁４０、および、三方弁５０は、請求項における経路切り替え部に該当する。また、燃料ガス供給流路７２は、請求項における第１経路の少なくとも一部に該当し、バイパス流路７８は、請求項における第２経路の少なくとも一部に該当し、酸化ガス供給流路８２は、請求項における第３経路の少なくとも一部に該当し、バイパス流路８８は、請求項における第４経路の少なくとも一部に該当する。さらに、第１触媒電極層２２が、請求項における第１触媒電極層に該当し、第２触媒電極層２３が、請求項における第２触媒電極層に該当する。
【００６５】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１０００Ａの構成：
図６は、第２実施例としての燃料電池システム１０００Ａの構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１０００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１０００と比較して、以下の点で相違する。
【００６６】
すなわち、本実施例の燃料電池システム１０００Ａは、電流供給装置５００と、窒素タンク６００と、遮断弁４０Ａと、遮断弁４０Ｂと、バイパス流路８９とを備えており、また、三方弁４０、および、バイパス流路８８を備えていない。窒素タンク６００は、プロトンと電気化学的に反応しにくい不活性ガスである窒素を貯蔵するタンクであり、バイパス流路８９を介して、燃料ガス供給流路７２（三方弁５０と燃料電池１００との間）に接続される。遮断弁４０Ｂは、バイパス流路８９上に設けられる。また、遮断弁４０Ａは、酸化ガス供給流路８２上（バイパス流路７８と酸化ガス供給流路８２との接続部と、ブロワ３０との間）に設けられる。電流供給装置５００は、第１触媒電極層側が陽極、第２触媒電極層側が陰極となるように各ターミナル３４０と接続され、ＭＥＡ２４における第１触媒電極層２２−第２触媒電極層２３間に第１触媒電極層２２が陽極、第２触媒電極層２３が陰極となるように電流を流すことが可能となっている。
【００６７】
本実施例の燃料電池システム１０００Ａは、以下のごとく、第１実施例の燃料電池システム１０００が行う密着性向上処理とは異なる密着性向上処理を行う。
【００６８】
Ｂ２．密着性向上処理：
図７は、本実施例の燃料電池システム１０００Ａが行う密着性向上処理を示すフローチャートである。制御回路４００は、通常発電を終了すると、この密着性向上処理を開始する。この処理では、まず、経路切り替え制御部４１０は、遮断弁４０Ａを閉弁制御すると共に（ステップＳ１００）、三方弁５０をＲ方向に切り替え制御する（ステップＳ１１０）。さらに、経路切り替え制御部４１０は、遮断弁４０Ｂを開弁制御し（ステップＳ１２０）、電流供給装置５００を駆動し（ステップＳ１３０）、第１触媒電極層２２−第２触媒電極層２３間に第１触媒電極層２２が陽極、第２触媒電極層２３が陰極となるように電流を流す。
【００６９】
このようにすると、水素タンク２０から、燃料ガスが、燃料ガス供給流路７２、バイパス流路７８、酸化ガス供給流路８２、および、酸化ガス供給マニホールドＭｓ１を介して、各単セル１０の第１触媒電極層２２に供給されると共に、窒素タンク６００から、不活性ガスとしての窒素ガスが、バイパス流路８９、燃料ガス供給流路７２、および、燃料ガス供給マニホールドＭｎ１を介して、各単セル１０の第２触媒電極層２３に供給される。
【００７０】
図８は、密着性向上処理時におけるプロトンや電解質などの移動方向を説明するための説明図である。そして、上述のように、各単セル１０において、第１触媒電極層２２に燃料ガスが、第２触媒電極層２３に不活性ガスとしての窒素ガスが供給されると共に、第１触媒電極層２２−第２触媒電極層２３間に電流が流されると、図８に示すように、第１触媒電極層２２において、燃料ガス中の水素が電気化学反応により電子を放出しプロトンとなり、電解質膜２１を介して第２触媒電極層２３（の電解質）へ移動する。そして、第２触媒電極層２３において、移動してきたプロトンが電気化学反応により水素ガス（Ｈ2）となり、窒素ガスによって燃料ガス排出マニホールドＭｎ２を介して排出される。この際、第１触媒電極層２２から第２触媒電極層２３へのプロトンの移動に伴い、第１触媒電極層２２の電解質も第２触媒電極層２３側へ移動する。その結果、電解質膜２１と第１触媒電極層２２との間に生じていた非密着部分（図４（Ａ）参照）に、第１触媒電極層２２の電解質が移動し、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性が向上する。
【００７１】
すなわち、以上のようにすれば、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させることができる。また、以上のようにすれば、第２触媒電極層２３において、プロトンから生じた水素ガスを窒素ガスによって排除することができ、それにより、第２触媒電極層２３で水素ガスの発生が促進され、すなわち、第１触媒電極層２２から第２触媒電極層２３へのプロトンの移動が促進され、その結果、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させることができる。
【００７２】
その後、経路切り替え制御部４１０は、所定時間経過するまで上述の状態で待機し（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、所定時間経過すると（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、次の通常発電に備えるため、電流供給装置５００の駆動を停止すると共に（ステップＳ１５０）、遮断弁４０Ｂを閉弁制御する（ステップＳ１６０）。さらに、経路切り替え制御部４１０は、遮断弁４０Ａを開弁制御する共に（ステップＳ１７０）、三方弁５０をＱ方向に切り替え制御し（ステップＳ１８０）、この密着性向上処理を終了する。
【００７３】
なお、本実施例の燃料電池システム１０００Ａにおいて、水素タンク２０は、請求項における燃料ガス供給部に該当し、ブロワ３０は、請求項における酸化ガス供給部に該当し、窒素タンク６００は、請求項における不活性ガス供給部に該当し、電流供給装置５００は、請求項における電流供給部に該当し、経路切り替え制御部４１０、遮断弁４０Ａ、遮断弁４０Ｂ、および、三方弁５０は、請求項における経路切り替え部に該当する。また、燃料ガス供給流路７２は、請求項における第１経路の少なくとも一部に該当し、バイパス流路７８は、請求項における第２経路の少なくとも一部に該当し、酸化ガス供給流路８２は、請求項における第３経路の少なくとも一部に該当する。
【００７４】
Ｃ．第３実施例：
上記第１実施例および第２実施例では、燃料電池システムが行う密着性向上処理において、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させるようにしていたが、本実施例では、燃料電池（以下では、燃料電池Ａとも呼ぶ）の製造時において、第１触媒電極層（以下では、第１触媒電極層２２Ａと呼ぶ）と電解質膜（以下では、電解質膜２１Ａとも呼ぶ）との密着性を向上させるようにしている。以下に、図９を用いて、燃料電池Ａの製造方法を説明する。
【００７５】
図９は、本実施例の燃料電池Ａの製造方法を示すフローチャートである。まず、電解質膜２１Ａを用意し、その片面に、第１触媒電極層２２Ａが、反対面に第２触媒電極層（以下では、第２触媒電極層２３Ａと呼ぶ）が形成されたＭＥＡ（以下では、ＭＥＡ２４ａと呼ぶ）を用意する（ステップＳ２００）。
【００７６】
次に、所定の負荷（以下では、負荷６０Ａと呼ぶ）を介して、第１触媒電極層２２Ａと第２触媒電極層２３Ａとを接続する（ステップＳ２１０）。
【００７７】
そして、このような負荷接続状態において、第１触媒電極層２２Ａに燃料ガスを供給すると共に、第２触媒電極層２３Ａに酸化ガスを供給する（ステップＳ２２０）。
【００７８】
所定時間経過後、第１触媒電極層２２Ａおよび第２触媒電極層２３Ａのそれぞれに、第１ガス拡散層、第２ガス拡散層の順にそれらを形成し（ステップＳ２３０）、そのアセンブリをさらにセパレータで挟持して燃料電池Ａを製造する（ステップＳ２４０）。
【００７９】
以上のように、本実施例における燃料電池Ａの製造方法では、ステップＳ２２０の工程において、負荷接続状態で、第１触媒電極層２２Ａに燃料ガスを供給すると共に、第２触媒電極層２３Ａに酸化ガスを供給するようにしている。この際、第１触媒電極層２２Ａがアノードとして機能し、第１触媒電極層２２Ａにおいて、燃料ガス中の水素が電気化学反応により電子を放出しプロトンとなり、電解質膜２１Ａを介して第２触媒電極層２３Ａ（の電解質）へ移動する。そして、第２触媒電極層２３Ａがカソードとして機能し、第２触媒電極層２３Ａにおいて、移動してきたプロトンが電気化学反応により酸化ガス中の酸素と結合し水となる。この場合、第１触媒電極層２２Ａから第２触媒電極層２３Ａへのプロトンの移動に伴い、第１触媒電極層２２Ａの電解質も第２触媒電極層２３Ａ側へ移動する。その結果、電解質膜２１Ａと第１触媒電極層２２Ａとの間に生じていた非密着部分（図４（Ａ）参照）に、第１触媒電極層２２Ａの電解質が移動し、第１触媒電極層２２Ａと電解質膜２１Ａとの密着性が向上する。従って、以上のようにすれば、燃料電池Ａにおいて、第１触媒電極層２２Ａと電解質膜２１Ａとの密着性を向上させることができる。
【００８０】
なお、このようにして製造した燃料電池Ａを、上記燃料電池システムに用いるようにしてもよい。
【００８１】
Ｄ．第４実施例：
上記第１実施例および第２実施例では、燃料電池システムが行う密着性向上処理において、第１触媒電極層２２と電解質膜２１との密着性を向上させるようにしていたが、本実施例では、燃料電池（以下では、燃料電池Ｂとも呼ぶ）の製造時において、第１触媒電極層（以下では、第１触媒電極層２２Ｂと呼ぶ）と電解質膜（以下では、電解質膜２１Ｂとも呼ぶ）との密着性を向上させるようにしている。以下に、図１０を用いて、燃料電池Ｂの製造方法を説明する。
【００８２】
図１０は、本実施例の燃料電池Ｂの製造方法を示すフローチャートである。まず、電解質膜２１Ｂを用意し、その片面に、第１触媒電極層２２Ｂが、反対面に第２触媒電極層２３Ｂが形成されたＭＥＡ２４ｂを用意する（ステップＳ３００）。
【００８３】
次に、第１触媒電極層２２Ｂが陽極、第２触媒電極層２３Ｂが陰極となるように第１触媒電極層２２Ｂ−第２触媒電極層２３Ｂ間に電流を流す（ステップＳ３１０）。
【００８４】
そして、この電流流通状態において、第１触媒電極層２２Ｂに燃料ガスを供給すると共に、第２触媒電極層２３Ｂに不活性ガスとしての窒素ガスを供給する（ステップＳ３２０）。
【００８５】
所定時間経過後、第１触媒電極層２２Ｂおよび第２触媒電極層２３Ｂのそれぞれに、第１ガス拡散層、第２ガス拡散層の順にそれらを形成し（ステップＳ３３０）、そのアセンブリをさらにセパレータで挟持して燃料電池Ｂを製造する（ステップＳ３４０）。
【００８６】
以上のように、本実施例における燃料電池Ｂの製造方法では、ステップＳ３２０の工程において、電流流通状態で、第１触媒電極層２２Ｂに燃料ガスを供給すると共に、第２触媒電極層２３Ｂに窒素ガスを供給するようにしている。この際、第１触媒電極層２２Ｂにおいて、燃料ガス中の水素が電気化学反応により電子を放出しプロトンとなり、電解質膜２１Ｂを介して第２触媒電極層２３Ｂ（の電解質）へ移動する。そして、第２触媒電極層２３Ｂにおいて、移動してきたプロトンが電気化学反応により水素ガス（Ｈ2）となり、窒素ガスによってＭＥＡ２４ｂの外部に排出される。この場合、第１触媒電極層２２Ｂから第２触媒電極層２３Ｂへのプロトンの移動に伴い、第１触媒電極層２２Ｂの電解質も第２触媒電極層２３Ｂ側へ移動する。その結果、電解質膜２１Ｂと第１触媒電極層２２Ｂとの間に生じていた非密着部分（図４（Ａ）参照）に、第１触媒電極層２２Ｂの電解質が移動し、第１触媒電極層２２Ｂと電解質膜２１Ｂとの密着性が向上する。すなわち、以上のようにすれば、第１触媒電極層２２Ｂと電解質膜２１Ｂとの密着性を向上させることができる。
【００８７】
なお、このようにして製造した燃料電池Ｂを、上記燃料電池システムに用いるようにしてもよい。
【００８８】
Ｅ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００８９】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池システムは、密着性向上処理（図３または図７）を、通常発電後であって、駆動停止処理中であって、掃気処理前に行うようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。密着性向上処理を行うタイミングは、燃料電池システムの通常運転中以外であればいつでもよく、例えば、上記実施例の燃料電池システムは、燃料電池システムの駆動処理時に行ってもいいし、駆動停止処理中であって、掃気運転後に行うようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【００９０】
また、上記実施例の燃料電池システムにおいて、密着性向上処理を、所定条件を満たす燃料電池システムの通常運転中以外のタイミングで行うようにしてもよい。この所定条件としては、例えば、「燃料電池システムの通常運転を予め定められる回数行うこと」であったり、「予め定められる期間が経過したこと」であったりとすればよい。このようにすれば、燃料電池システムの駆動中において、通常運転以外の処理中に密着性向上処理を常時することを抑制することができるので、燃料電池システムの総駆動時間を短縮することができる。
【００９１】
Ｅ２．変形例２：
上記第２実施例の燃料電池システム１０００Ａでは、密着性向上処理（図７）において、第２触媒電極層２３に窒素ガスを供給するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。この密着性向上処理において、第２触媒電極層２３には、プロトンと反応しない不活性ガスを供給すればよく、例えば、窒素ガスの代わりに、アルゴンやネオンガスなどを供給するようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】単セル１０の概略構成を表わす断面模式図である。
【図３】本実施例の燃料電池システム１０００が行う密着性向上処理を示すフローチャートである。
【図４】通常運転時と密着性向上処理時におけるプロトンや電解質などの移動方向の違いを説明するための説明図である。
【図５】上記密着性向上処理を行った燃料電池１００の実験結果を表わす図である。
【図６】第２実施例としての燃料電池システム１０００Ａの構成を示すブロック図である。
【図７】本実施例の燃料電池システム１０００Ａが行う密着性向上処理を示すフローチャートである。
【図８】密着性向上処理時におけるプロトンや電解質などの移動方向を説明するための説明図である。
【図９】第３実施例の燃料電池Ａの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】第４実施例の燃料電池Ｂの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
２０…水素タンク
２１…電解質膜
２２…第１触媒電極層
２３…第２触媒電極層
３０…ブロワ
３５，３６…セパレータ
３７…単セル内酸化ガス流路
３８…単セル内燃料ガス流路
４０…三方弁
４０Ａ…遮断弁
４０Ｂ…遮断弁
５０…三方弁
６０…負荷
１００，Ａ，Ｂ…燃料電池
３４０…ターミナル
４００…制御回路
４１０…経路切り替え制御部
５００…電流供給装置
６００…窒素タンク
１０００，１０００Ａ…燃料電池システム
Ｍｎ１…燃料ガス供給マニホールド
Ｍｎ２…燃料ガス排出マニホールド
Ｍｓ１…酸化ガス供給マニホールド
Ｍｓ２…酸化ガス排出マニホールド
【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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