(57)【要約】      （修正有）【課題】損傷した固体電解質膜を再生することができる電気化学装置の再生方法および固体電解質膜が損傷しにくい電気化学装置を提供する。【解決手段】固体電解質膜１と、上記固体電解質膜１の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層２およびガス拡散層３が設けられたアノード４と、上記固体電解質膜１の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層５およびガス拡散層６が設けられたカソード７とを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノード４に第１の物質を供給しかつ上記カソード７に上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノード４または上記カソード７の少なくとも一方の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記アノード側から第１の物質を供給しかつ前記カソード側から前記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、前記アノードおよび前記カソードの少なくとも一方の前記触媒層中の触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項２】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、
前記アノードおよび前記カソードの少なくとも一方の電極の側から前記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、前記アノードおよび前記カソードの少なくとも一方の前記触媒層中の触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項３】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記アノードおよび前記カソードのいずれか一方の電極の前記触媒層および前記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、
前記アノードおよび前記カソードのうち前記第１の物質を含有していない電極の側から前記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、前記アノードおよび前記カソードのうち前記第１の物質を含有している電極の前記触媒層中の触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項４】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記アノードおよび前記カソードのいずれか一方の電極の側から第１の物質を供給し、
前記アノードおよび前記カソードのうち前記第１の物質を供給しなかった電極の側から、前記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、
前記重合用触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項５】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、
前記アノードおよび前記カソードの少なくとも一方の電極の側から前記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、
前記重合用触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項６】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、
前記アノードおよび前記カソードのいずれか一方の電極の前記触媒層および前記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、
前記アノードおよび前記カソードのうち前記第１の物質を含有していない電極の側から前記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、
前記重合用触媒により前記第１の物質と前記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、前記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項７】
前記電気化学装置は、燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法。
【請求項８】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、前記固体電解質膜の他面に接合され前記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置であって、
固体電解質膜に存在する開孔部が重合体樹脂により閉塞されていることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法および固体電解質膜を備えた電気化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学装置の一種であって燃料電池自動車等に搭載される燃料電池は、例えば固体電解質膜がアノードとカソードとで挟み込まれ、さらにその外側が一対のセパレータで挟持された構造を有する燃料電池セルを積み重ねて構成される。このような燃料電池においては、アノードに燃料ガスとして水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスとして酸素を含む空気が供給され、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが固体電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして電気が発生する。
【０００３】
この種の燃料電池においては、発電停止時に燃料電池内に残留するアノード側の水素ガスが固体電解質膜を透過してカソード側へ移動し、カソード側の空気中の酸素ガス等が固体電解質膜を透過してアノード側へ移動するといういわゆるクロスリークが発生することが知られている。このクロスリークが発生すると、固体電解質膜近傍で水素と酸素との燃焼反応が発生するため、固体電解質膜が損傷し、開孔部が生じるおそれがあった。
【０００４】
そこで、この種の燃料電池においては、固体電解質膜を保護するため、発電停止時に窒素ガス等の不活性ガスを供給することにより燃料電池内の水素および空気を排出させる等して、クロスリークの発生を防止する方法が採用されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、燃料電池の発電停止時に、燃料電池のカソードから排出される排出ガスをコンプレッサで再循環してカソードに供給し、排出ガス中の残留酸素により発電を継続して、発電電圧が所定値以下になったときに発電を停止することにより、クロスリークが発生しても水素と酸素との反応はほとんど発生しないことが記載されている。
【０００６】
しかしながら、例えわずかであっても水素と酸素との反応が発生すれば固体電解質膜は損傷して開孔部が生じ、燃料電池の性能低下を招き、燃料電池が機能停止に至ることもある。また、固体電解質膜は、酸素と水素との化学反応に限らず、それ以外の化学的損傷、機械的損傷、熱的損傷等を受けるため、固体電解質膜が受ける損傷の程度を小さくすることはできても損傷自体をなくすことはできない。さらに、損傷を受けて生じた開孔部はさらに損傷を受けることにより拡大するおそれもある。
【０００７】
一方、電気化学装置の一種である水電解装置は、上記燃料電池と同様に、例えば、固体電解質膜がアノードとカソードとで挟み込まれ、さらにその外側が一対のセパレータで挟持された構造を有する。このような水電解装置においては、アノードおよびカソードに電圧が印加され、カソードにおいて触媒反応により水から酸素が生成されると同時に水素イオンが発生し、アノードにおいて電気化学反応を起こして水素が発生する。このような水電解装置においても、上記燃料電池と同様に、装置停止後にクロスリーク等により固体電解質膜が損傷するという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１５３１７号公報
【特許文献２】特開平９−１０６８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、損傷した固体電解質膜を再生することができる電気化学装置の再生方法および固体電解質膜が損傷しにくい電気化学装置を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノード側から第１の物質を供給しかつ上記カソード側から前記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００１２】
本発明はまた、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００１３】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００１４】
また、カソードのガス拡散層は、通常、外気に対して開放してあるので、カソード側から第２の物質を供給するようにすれば新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることもできる。さらに、アノード側に第１の物質を含有させれば、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の性能低下を抑制できるといった利点も有する。
【００１５】
本発明はさらに、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の上記触媒層および上記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有していない電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有している電極の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００１７】
また、カソードのガス拡散層は、通常、外気に対して開放してあるので、カソード側から第２の物質を供給するようにすれば新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることもできる。さらに、アノード側に第１の物質を含有させれば、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の性能低下を抑制できるといった利点も有する。
【００１８】
また本発明は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の側から第１の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を供給しなかった電極の側から、上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００２０】
また、重合用触媒を用いているため重合反応を短時間で終了させることができる。さらに、触媒層の近傍だけでなく重合用触媒が供給される箇所で重合反応が生じるため、固体電解質膜の開孔部を重合体樹脂により深部まで閉塞させることができる。したがって、重合体樹脂による閉塞部分の強度を向上させることができるといった利点を有する。
【００２１】
さらに本発明は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００２２】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００２３】
また、重合用触媒を用いているため重合反応を短時間で終了させることができる。さらに、触媒層の近傍だけでなく重合用触媒が供給される箇所で重合反応が生じるため、固体電解質膜の開孔部を深部まで閉塞させることができる。したがって、重合体樹脂による閉塞部分の強度を向上させることができるといった利点を有する。
【００２４】
また、カソードのガス拡散層は、通常、外気に対して開放してあるので、カソード側から第２の物質を供給するようにすれば新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることもできる。さらに、アノード側に第１の物質を含有させれば、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の性能低下を抑制できるといった利点も有する。
【００２５】
さらにまた、本発明は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の上記触媒層および上記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有していない電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法を提供する。
【００２６】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合されてなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置を再生することができる。再生された電気化学装置は、損傷を受けやすい場所が上記重合体樹脂により閉塞されているので、長寿命化を図ることができる。
【００２７】
また、重合用触媒を用いているため重合反応を短時間で終了させることができる。さらに、触媒層の近傍だけでなく重合用触媒が供給される箇所で重合反応が生じるため、固体電解質膜の開孔部を深部まで閉塞させることができる。したがって、重合体樹脂による閉塞部分の強度を向上させることができるといった利点を有する。
【００２８】
また、カソードのガス拡散層は、通常、外気に対して開放してあるので、カソード側から第２の物質を供給するようにすれば新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることもできる。さらに、アノード側に第１の物質を含有させれば、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の性能低下を抑制できるといった利点も有する。
【００２９】
上記発明においては、上記固体電解質膜を備えた電気化学装置は、燃料電池であることが好ましい。上記発明によれば、燃料電池の発電性能、燃費等の劣化を効果的に抑制することができるからである。
【００３０】
さらに本発明は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置であって、固体電解質膜に存在する開孔部が重合体樹脂により閉塞されていることを特徴とする固体電解質膜を備えた電気化学装置を提供する。
【００３１】
本発明によれば、開孔部が重合体樹脂により閉塞されていることから固体電解質膜をガスが透過することがなく、電気化学装置としての機能を長期間維持することができる。また、固体電解質膜の開孔部は元々損傷を受けやすい場所であるので、この開孔部が重合体樹脂により閉塞されることにより損傷を受けにくくなり、電気化学装置の長寿命化を図ることができるといった利点を有する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、その開孔部を塞ぐことにより、固体電解質膜を備えた電気化学装置の機能を長期間維持し、電気化学装置の長寿命化を図ることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の固体電解質膜を備えた電気化学装置の再生方法（以下、「本発明の再生方法」と称する場合がある。）および固体電解質膜を備えた電気化学装置について詳細に説明する。
【００３４】
Ａ．電気化学装置の再生方法
本発明の再生方法には、第１の物質および第２の物質の投入方法、触媒の使用方法等により６つの態様がある。以下、それぞれの態様について説明する。
【００３５】
１．第１の態様
まず、本発明の再生方法の第１の態様について説明する。
本発明の再生方法の第１の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードの側から第１の物質を供給しかつ上記カソードの側から上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【００３６】
このような本発明の再生方法の第１の態様について図面を用いて説明する。図１は、本発明の再生方法の第１の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、電気化学装置１０においては、固体電解質膜１の一面にアノード４が接合され、固体電解質膜１の他面にカソード７が接合される。アノード４は、固体電解質膜１側から順にアノード側触媒層２およびアノード側ガス拡散層３が設けられた構造を有する。カソード７は、固体電解質膜１側から順にカソード側触媒層５およびカソード側ガス拡散層６が設けられた構造を有する。固体電解質膜１には、クロスリーク等により生じた開孔部８が存在する。
【００３７】
アノード側ガス拡散層３に第１の物質を供給すると、第１の物質はアノード側ガス拡散層３およびアノード側触媒層２を透過して固体電解質膜１に到達する。一方、カソード側ガス拡散層６に第１の物質と重合する第２の物質を供給すると、第２の物質はカソード側ガス拡散層６およびカソード側触媒層５を透過して固体電解質膜１に到達する。固体電解質膜１に到達した第１の物質および第２の物質は、固体電解質膜１の開孔部８に到達し、アノード側触媒層２またはカソード側触媒層５の近傍においてアノード側触媒層２またはカソード側触媒層５中の触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により固体電解質膜１の開孔部８を閉塞することができる。
【００３８】
このように、本発明の再生方法の第１の態様を用いれば、固体電解質膜に開孔部が存在しても、第１の物質と第２の物質とが重合してなる重合体樹脂により開孔部を塞ぐことにより、電気化学装置の性能低下や機能停止を防止することができ、電気化学装置を再生することができるといった効果を奏する。
【００３９】
また、固体電解質膜の開孔部は元々損傷を受けやすい場所であるので、この開孔部が上記重合体樹脂により閉塞されることにより、電気化学装置の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
さらに、本発明の再生方法の第１の態様を用いれば、開孔部が存在する箇所でのみ第１の物質と第２の物質との重合反応が起こり、他の部位では反応が生じないことから、触媒層、ガス拡散層等の他の構成物に悪影響を与えることなく、電気化学装置を再生することができるといった利点も有する。
【００４１】
さらにまた、開孔部が生じた場合でも容易にこれを塞いで、電気化学装置を再生できるので、電気化学装置の固体電解質膜を予め開孔部が発生しにくい構成にする必要がなく、電気化学装置の製造方法の簡略化が図れる結果、コストダウンを図ることができる。また、開孔部が発生しないように固体電解質膜に他の化学物質を添加したり、固体電解質膜を特殊な触媒層構造とする必要がないことから、電気化学装置のリサイクルが容易になるといった利点もある。
【００４２】
以下、本発明の再生方法の第１の態様について、詳細に説明する。
本発明の再生方法の第１の態様の特徴は、重合することにより重合体樹脂となり、固体電解質膜の開孔部を閉塞する第１の物質と第２の物質とをそれぞれアノード側およびカソード側から供給する点にある。まず、この第１の物質および第２の物質について説明し、次に他の構成について説明する。
【００４３】
ａ．第１の物質および第２の物質
本態様に用いられる第１の物質および第２の物質は、重合することにより重合体樹脂を形成し、固体電解質膜の開孔部を塞ぐことのできるものであれば特に限定されない。例えば、重合性モノマー、重合性オリゴマーおよび重合性ポリマーなどの重合性官能基を有する化合物が挙げられる。
【００４４】
本態様に用いられる第１の物質および第２の物質の組み合わせとしては、２液硬化型樹脂の主原料となる組み合わせであれば特に限定されない。２液硬化型樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などを挙げることができる。
【００４５】
また、例えば、固体電解質膜として、上記パーフルオロスルホン酸ポリマー樹脂を用いる場合は、第１の物質および第２の物質が重合してなる重合体樹脂は、耐酸性を有することが好ましい。特に、強酸性下で固体電解質膜と同程度の強度を有するものが好ましい。
【００４６】
本態様においては、中でも、第１の物質および第２の物質を重合してなる重合体樹脂が不飽和ポリエステル樹脂となることが好ましく、第１の物質および第２の物質として、この不飽和ポリエステル樹脂の主原料となる物質を用いることが好ましい。不飽和ポリエステル樹脂は、物理的強度が高く、また、ガス遮断性に優れており、クロスリークの発生を効果的に防止することができるからである。例えば、第１の物質としてテレフタル酸を用い、第２の物質としてエチレングリコールを用いることができる。この場合、重合後にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が生成される。
【００４７】
なお、本発明においては、上記２液硬化型樹脂の主原料となる物質のうち、いずれを第１の物質または第２の物質として用いることもできる。
【００４８】
第１の物質および第２の物質の供給方法は、これらの物質を固体電解質膜に存在する開孔部に供給できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、燃料電池の場合は、第１の物質および第２の物質を、通常、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためのそれぞれの流路に、ポンプ等を用いて供給する方法等を挙げることができる。
【００４９】
また、第１の物質および第２の物質の供給形態も特に限定はされなく、例えば、第１の物質および第２の物質としてそれぞれテレフタル酸およびエチレングリコールを用いる場合は、エチレングリコールはそのままの状態で供給することができるが、テレフタル酸は水またはメタノールに溶解して供給することが好ましい。
【００５０】
第１の物質および第２の物質は、それぞれアノードまたはカソード側から供給した後、一定時間が経過すると、固体電解質膜の開孔部に到達し、該開孔部において、アノードおよびカソードのいずれか一方または両方の触媒層中の触媒により重合し、重合体樹脂を形成する。なお、第１の物質と第２の物質との重合反応は、これらの物質の供給を継続させながら進行させてもよい。
【００５１】
第１の物質と第２の物質との重合反応は常温で進行するが、重合反応を速やかに終了させたい場合は電気化学装置を加熱することが好ましい。ただし、固体電解質膜として上記パーフルオロスルホン酸ポリマー樹脂などの耐熱性の低い材料を用いる場合は、固体電解質膜が熱的損傷を受けやすいため、１００℃以下に加熱することが好ましく、６０℃〜８０℃程度に加熱することがより好ましい。なお、電気化学装置を燃料電池として使用した際の発電により発生した熱を利用することもできる。
【００５２】
上記第１の物質と第２の物質との重合反応が終了した後は、水、アルコール、ガス等によって電気化学装置を洗浄することが好ましい。中でも、洗浄後に乾燥させる必要がなく、後処理が簡便であることから、水で洗い流すことが好ましい。なお、第１の物質または第２の物質を供給する際にアルコールを用いた場合は、水で洗い流さずに乾燥させることによりアルコールを除去してもよい。
【００５３】
ｂ．固体電解質膜
本発明に用いられる固体電解質膜は、水素イオン伝導性を有する固体高分子からなる電解質である。この固体電解質膜は、水素イオン伝導性があれば特に限定されず、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマー樹脂（例えばゴア社製「Ｇｏｒｅ−ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、スチレンジビニルベンゼンスルホン酸ポリマーのイオン交換樹脂等）等を用いることができる。
【００５４】
本発明の再生方法の第１の態様により閉塞させることのできる固体電解質膜の開孔部の大きさは特に限定されるものではない。開孔部が大きい場合は、第１の物質と第２の物質の供給量を増量させることにより、該開孔部を塞ぐことが可能である。ただし、開孔部が存在する固体電解質膜が水素イオン伝導性等の機能を維持するためには、直径１ｍｍ以内であることが好ましい。また、開孔部の直径が１０μｍ以下であれば固体電解質膜の水素漏れの検出が難しい。したがって、特に限定されるものではないが、一般に開孔部の直径が１０μｍ〜１ｍｍの範囲内であるものは、本態様の再生方法により閉塞されるものであるといえる。
【００５５】
ｃ．アノードおよびカソード
本発明に用いられるアノードおよびカソードは、固体電解質膜の一面および他面に接合され固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたものである。
【００５６】
ガス拡散層は、ガス透過性を有し、かつ発生した電気を集電できるものであれば特に限定されるものではなく、一般に燃料電池等の電気化学装置に用いられてきたガス拡散層を用いることができる。一般的には、カーボン繊維から成るカーボンクロスやカーボンペーパーなどの多孔体が好適に用いられる。
【００５７】
本発明に用いられる触媒層についても特に限定されるものではなく、一般に電気化学装置に用いられてきた通常のものを使用できる。触媒層中に含有される触媒は、上記第１の物質と上記第２の物質との重合を促進することができるものであれば特に限定されるものではない。このような触媒層としては、例えば、カーボン粉末上に白金や白金のアロイを分散させた触媒を用いることができる。また、この触媒をそのままの状態で、もしくは結着剤等と混合して電解質膜表面で製膜することで触媒層を形成することができる。
【００５８】
２．第２の態様
次に、本発明の再生方法の第２の態様について説明する。
【００５９】
本発明の再生方法の第２の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードまたは上記カソードの少なくとも一方の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【００６０】
このような本発明の再生方法の第２の態様について図面を用いて説明する。図２は、本発明の再生方法の第２の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、電気化学装置２０においては、固体電解質膜１１の一面にアノード１４が接合され、固体電解質膜１１の他面にカソード１７が接合される。アノード１４は、固体電解質膜１１側から順にアノード側触媒層１２およびアノード側ガス拡散層１３が設けられた構造を有する。カソード１７は、固体電解質膜１１側から順にカソード側触媒層１５およびカソード側ガス拡散層１６が設けられた構造を有する。固体電解質膜１１には、クロスリーク等により生じた開孔部１８が存在する。また、固体電解質膜１１には、第１の物質を予め含有させてある。
【００６１】
カソード側ガス拡散層１６に第２の物質を供給すると、第２の物質はカソード側ガス拡散層１６およびカソード側触媒層１５を透過して固体電解質膜１１に到達し、固体電解質膜１１の開孔部１８に到達する。その後、開孔部１８に到達した第２の物質と固体電解質膜１１に予め含有させてある第１の物質とがアノード側触媒層１２またはカソード側触媒層１５の近傍においてアノード側触媒層１２またはカソード側触媒層１５中の触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により固体電解質膜１１の開孔部１８を閉塞することができる。
【００６２】
本発明の再生方法の第２の態様を用いれば、上記電気化学装置の第１の再生方法と同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、図２においては、カソード側から第２の物質を供給する場合を例示しているが、本発明の再生方法の第２の態様においては、第２の物質をアノード側から供給することもでき、またカソード側とアノード側の両方から供給することもできる。アノード側から第２の物質を供給する場合は、アノード側ガス拡散層１２に第２の物質を供給すればよい。
【００６４】
以下、本発明の再生方法の第２の態様について、詳細に説明する。
本発明の再生方法の第２の態様の特徴は、固体電解質膜の開孔部を閉塞する重合体樹脂の原料である第１の物質を予め固体電解質膜に含有させ、他方の第２の物質をアノード側およびカソード側の少なくとも一方の電極から供給する点にある。
【００６５】
なお、本態様に用いられる第１の物質、第２の物質、アノードおよびカソードは、上記第１の態様において述べたものと同じものを使用できるので、ここでの説明は省略する。以下、本態様に用いられる固体電解質膜について説明する。
【００６６】
ａ．固体電解質膜
本態様に用いられる固体電解質膜は、上記第１の態様の固体電解質膜に第１の物質を含有してなることを特徴とする。
【００６７】
固体電解質膜中の第１の物質の含有量は、通常、０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましく、１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることがより好ましく、２ｗｔ％〜５ｗｔ％であることがさらに好ましい。第１の物質の含有量が少なすぎると、重合反応が速やかに進行しない場合があり、逆に多すぎると、固体電解質膜の性能低下を招くおそれがある。
【００６８】
固体電解質膜中の第１の物質は、固体電解質膜中に溶解もしくは分散されていればよい。また、固体電解質膜中における第１の物質は、液状でも固体粒子状であってもよい。例えば、固体電解質膜内にテレフタル酸の粉末を分散させたものであってもよい。上記固体電解質膜は、形成する際に、第１の物質を添加することにより得ることができる。
【００６９】
ｂ．その他
上述したように、本態様に用いられる第２の物質は、上記第１の態様で述べたものと同じものを使用することができる。
【００７０】
本態様において、上記第２の物質は、アノード側およびカソード側の少なくとも一方の電極から供給することができる。第２の物質の供給方法としては、上記第１の態様における第１の物質および第２の物質の供給方法と同様の方法を用いることができる。中でも、第２の物質をカソード側のガス拡散層から供給することが好ましい。通常の電気化学装置においてはカソード側のガス拡散層は外気に対して開放されているため、カソード側のガス拡散層に第２の物質を供給すれば電気化学装置に新たに供給システムを追加する必要がないことから、コストダウンを図ることができるからである。
【００７１】
３．第３の態様
次に、本発明の再生方法の第３の態様について説明する。
【００７２】
本発明の再生方法の第３の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の上記触媒層および上記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有していない電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有している電極の上記触媒層中の触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【００７３】
このような本発明の再生方法の第３の態様について図面を用いて説明する。図３は、本発明の再生方法の第３の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、電気化学装置３０においては、固体電解質膜２１の一面にアノード２４が接合され、固体電解質膜２１の他面にカソード２７が接合される。アノード２４は、固体電解質膜２１側から順にアノード側触媒層２２およびアノード側ガス拡散層２３が設けられた構造を有する。カソード２７は、固体電解質膜２１側から順にカソード側触媒層２５およびカソード側ガス拡散層２６が設けられた構造を有する。固体電解質膜２１には、クロスリーク等により生じた開孔部２８が存在する。また、触媒層２２には、第１の物質を予め含有させてある。
【００７４】
カソード側ガス拡散層２６に第２の物質を供給すると、第２の物質はカソード側ガス拡散層２６およびカソード側触媒層２５を透過して固体電解質膜２１に到達し、固体電解質膜２１の開孔部２８に到達する。その後、開孔部２８に到達した第２の物質とアノード側触媒層２２に予め含有させてある第１の物質とがアノード側触媒層２２の近傍においてアノード側触媒層２２の触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により、固体電解質膜２１の開孔部２８を閉塞することができる。
【００７５】
本発明の再生方法の第３の態様を用いれば、上記電気化学装置の第２の再生方法と同様の効果が得られる。
【００７６】
なお、図３においては、第１の物質をアノード側触媒層２２に含有させた場合を例示しているが、第１の物質はアノード側ガス拡散層２３に含有させることもでき、またはその両方に含有させることもできる。
【００７７】
また、第１の物質をアノードではなく、カソード側触媒層２５およびカソード側ガス拡散層２６の少なくとも一方に含有させてもよい。この場合、第２の物質はアノード側から供給すればよい。
【００７８】
以下、本発明の再生方法の第３の態様について、詳細に説明する。
本発明の再生方法の第３の態様の特徴は、固体電解質膜の開孔部を閉塞する重合体樹脂の原料である第１の物質を予めアノードおよびカソードのいずれか一方の電極の触媒層およびガス拡散層の少なくとも一方の層に含有させ、他方の第２の物質をアノードおよびカソードのうち第１の物質を含有していない電極の側から供給する点にある。
【００７９】
なお、本態様に用いられる第１の物質、第２の物質および固体電解質膜は、上記第１の態様において述べたものと同じものを使用できるので、ここでの説明は省略する。以下、本態様に用いられるアノードおよびカソードについて説明する。
【００８０】
ａ．アノードおよびカソード
本態様に用いられるアノードおよびカソードのいずれか一方の電極には、第１の物質が含有される。第１の物質は、アノードまたはカソードの触媒層およびガス拡散層の少なくとも一方の層に含有されていればよく、これらの両方に含有されていてもよい。なお、第１の物質を含有させるアノードおよびカソードは、上記第１の態様で説明したものと同じものを使用できる。本態様において、このように触媒層またはガス拡散層に含有させた第１の物質は、各層を透過して固体電解質膜１に到達し、さらに固体電解質膜１の開孔部２８に到達し、供給された第２の物質と重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により開孔部２８を塞ぐことができる。
【００８１】
触媒層またはガス拡散層に第１の物質を含有させる場合は、これらの層を形成する際に、第１の物質を添加することにより第１の物質を含有させることができる。第１の物質を含有させてある触媒層またはガス拡散層中の第１の物質の含有量は、通常、０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましく、１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることがより好ましく、２ｗｔ％〜５ｗｔ％であることがさらに好ましい。この含有量が少なすぎると、重合反応が速やかに進行しない場合があり、逆に多すぎると、触媒層またはガス拡散層の性能低下を招くおそれがある。
【００８２】
触媒層またはガス拡散層中における第１の物質は、これらの層中に溶解もしくは分散されていればよい。また、触媒層またはガス拡散層中における第１の物質は、液状でも固体粒子状であってもよい。例えば、触媒層および／またはガス拡散層内にテレフタル酸の粉末を分散させたものであってもよい。
【００８３】
また、上記第１の物質は、触媒層またはガス拡散層の全体にわたって均一に溶解もしくは分散されている必要はない。例えば、上記第１の物質がガス拡散層中の固体電解質膜との界面近傍以外に溶解もしくは分散されていることにより、第１の物質が固体電解質膜に与える影響を小さくすることができ、電気化学装置の機能をさらに長期間維持することが可能となる。
【００８４】
本態様においては、アノードおよびカソードのいずれに第１の物質を含有させてもよいが、アノード側に第１の物質を含有させることが好ましい。アノード側に含有させると、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の機能低下を抑制することができるからである。また、通常の電気化学装置においてはカソード側のガス拡散層は外気に対して開放してあるので、アノード側に第１の物質を含有させてカソード側に第２の物質を供給するようにすれば、新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることができるからである。
【００８５】
ｂ．その他
本態様においては、上記第２の物質は、アノードおよびカソードのうち第１の物質を含有していない電極の側から供給する。第２の物質の供給方法としては、上記第１の態様における第１の物質および第２の物質の供給方法と同様の方法を用いることができる。供給された第２の物質は、固体電解質膜の開孔部に到達し、該開孔部において第１の物質と重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により該開孔部を閉塞することができる。
【００８６】
４．第４の態様
次に、本発明の再生方法の第４の態様について説明する。
【００８７】
本発明の再生方法の第４の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の側から第１の物質を供給し、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を供給しなかった電極の側から、上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【００８８】
このような本発明の再生方法の第４の態様について図面を用いて説明する。図４は、本発明の再生方法の第４の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図４に示すように、電気化学装置４０においては、固体電解質膜３１の一面にアノード３４が接合され、固体電解質膜３１の他面にカソード３７が接合される。アノード３４は、固体電解質膜３１側から順にアノード側触媒層３２およびアノード側ガス拡散層３３が設けられた構造を有する。カソード３７は、固体電解質膜３１側から順にカソード側触媒層３５およびカソード側ガス拡散層３６が設けられた構造を有する。固体電解質膜３１には、クロスリーク等により生じた開孔部３８が存在する。
【００８９】
アノード側ガス拡散層３３に第１の物質を供給すると、第１の物質はアノード側ガス拡散層３３およびアノード側触媒層３２を透過して固体電解質膜３１に到達し、固体電解質膜３１の開孔部３８に到達する。カソード側ガス拡散層３６に第２の物質および重合用触媒を供給すると、第２の物質および重合用触媒はカソード側ガス拡散層３６およびカソード側触媒層３５を透過して固体電解質膜３１に到達し、固体電解質膜３１の開孔部３８に到達する。その後、開孔部３８に到達した第１の物質と第２の物質とが重合用触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により、固体電解質膜３１の開孔部３８を深部まで閉塞することができる。
【００９０】
本発明の再生方法の第４の態様を用いれば、上記第１の態様と同様の効果が得られる。また、重合用触媒を用いているため、用いられる第１の物質および第２の物質に応じた触媒を適宜選択することができ、重合反応を短時間で終了させることができる。さらに、触媒層の近傍だけでなく重合用触媒が供給される箇所で重合反応が生じるため、固体電解質膜の開孔部を重合物質により深部まで閉塞させることができる。したがって、重合体樹脂による閉塞部分の強度を向上させることができるといった利点を有する。
【００９１】
なお、図４においては、第１の物質をアノード側から供給し、第２の物質および重合用触媒をカソード側から供給した場合を例示しているが、これらは逆であってもよく、第１の物質をカソード側から供給し、第２の物質および重合用触媒をアノード側から供給してもよい。
【００９２】
以下、本発明の再生方法の第４の態様について、詳細に説明する。
本発明の再生方法の第４の態様の特徴は、重合することにより重合体樹脂となり、固体電解質膜の開孔部を閉塞する第１の物質と第２の物質とを、それぞれアノード側およびカソード側から供給する際に、第２の物質と共に重合用触媒を供給する点にある。
【００９３】
なお、本態様に用いられる第１の物質、第２の物質、アノード、カソードおよび固体電解質膜は、上記第１の態様と同じものを使用できるので、ここでの説明は省略する。以下、本態様に用いられる重合用触媒について説明する。
【００９４】
ａ．重合用触媒
本態様に用いられる重合用触媒は、第１の物質と第２の物質とを重合させることができるものであれば特に限定されるものではなく、第１の物質および第２の物質の種類に応じて適宜決定すればよい。例えば、第１の物質としてエチレンを用い、第２の物質として１−ブテンを用いた場合は、チーグラー触媒が好適に用いられる。
【００９５】
重合用触媒の使用量は、用いられる重合用触媒の種類によって大きく異なるものではあるが、一般に、第１の物質と第２の物質とを効率的に重合できる範囲であれば特に限定されるものではなく、第１の物質と第２の物質との合計量に対し、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲内で用いられる。この範囲内で使用することにより効率的に重合反応を進行させることができるからである。重合用触媒の使用量が少なすぎると重合反応が短時間で終了せず重合用触媒を添加する効果が得られない場合があり、逆に多すぎると他の層に悪影響を及ぼすことがあり、またコスト上も好ましくない。
【００９６】
上記重合用触媒は、上記第１の態様において説明した第１の物質および第２の物質の供給方法と同様、第２の物質と同時にポンプ等により供給することができる。
【００９７】
なお、本態様においては、上記重合用触媒は第２の物質と共に供給されるが、さらに第１の物質と共に供給してもよい。
【００９８】
５．第５の態様
次に、本発明の再生方法の第５の態様について説明する。
【００９９】
本発明の再生方法の第５の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記固体電解質膜に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードの少なくとも一方の電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【０１００】
このような本発明の再生方法の第５の態様について図面を用いて説明する。図５は、本発明の再生方法の第５の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図５に示すように、電気化学装置５０においては、固体電解質膜４１の一面にアノード４４が接合され、固体電解質膜４１の他面にカソード４７が接合される。アノード４４は、固体電解質膜４１側から順にアノード側触媒層４２およびアノード側ガス拡散層４３が設けられた構造を有する。カソード４７は、固体電解質膜４１側から順にカソード側触媒層４５およびカソード側ガス拡散層４６が設けられた構造を有する。固体電解質膜４１には、クロスリーク等により生じた開孔部４８が存在する。また、固体電解質膜４１には、第１の物質を予め含有させてある。
【０１０１】
カソード側ガス拡散層４６に第２の物質および重合用触媒を供給すると、第２の物質および重合用触媒はカソード側ガス拡散層４６およびカソード側触媒層４５を透過して固体電解質膜４１に到達し、固体電解質膜４１の開孔部４８に到達する。その後、開孔部４８に到達した第２の物質と固体電解質膜４１に予め含有させてある第１の物質とが重合用触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により固体電解質膜４１の開孔部４８を閉塞することができる。
【０１０２】
このような本発明の再生方法の第５の態様を用いれば、上記第４の態様と同様の効果が得られる。また、カソードのガス拡散層は、通常、外気に対して開放してあるので、カソード側から第２の物質を供給するようにすれば新たな供給システムを設ける必要がないことから、コストダウンを図ることもできる。さらに、アノード側に第１の物質を含有させれば、第１の物質が酸化することがなく、電気化学装置の性能低下を抑制できるといった利点も有する。
【０１０３】
なお、図５においては、第２の物質をカソード側から供給する場合を例示しているが、第２の物質はアノード側から供給することもでき、またはその両方から供給することもできる。
【０１０４】
このように本発明の再生方法の第５の態様の特徴は、固体電解質膜の開孔部を閉塞する重合体樹脂の原料である第１の物質を予め固体電解質膜に含有させ、他方の第２の物質を重合用触媒と共に供給する点にある。
【０１０５】
本態様に用いられる第１の物質、第２の物質アノードおよびカソードは、上記第１の態様で述べたものと同じものを使用することができる。また、本態様に用いられる固体電解質膜は、上記第２の態様に用いられる固体電解質膜と同様のものを用いることができる。また、本態様に用いられる重合用触媒は、上記第４の態様において述べたものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１０６】
６．第６の態様
次に、本発明の再生方法の第６の態様について説明する。
【０１０７】
本発明の再生方法の第６の態様は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置の再生方法であって、上記アノードおよび上記カソードのいずれか一方の電極の上記触媒層および上記ガス拡散層の少なくとも一方の層に第１の物質を含有させてあり、上記アノードおよび上記カソードのうち上記第１の物質を含有していない電極の側から上記第１の物質と重合する第２の物質および重合用触媒を供給し、上記重合用触媒により上記第１の物質と上記第２の物質とを重合させて重合体樹脂を形成し、上記固体電解質膜に存在する開孔部を閉塞させることを特徴とする。
【０１０８】
このような本発明の再生方法の第６の態様について図面を用いて説明する。図６は、本発明の再生方法の第６の態様の工程の一例を示す概略断面図である。図６に示すように、電気化学装置６０においては、固体電解質膜５１の一面にアノード５４が接合され、固体電解質膜５１の他面にカソード５７が接合される。アノード５４は、固体電解質膜５１側から順にアノード側触媒層５２およびアノード側ガス拡散層５３が設けられた構造を有する。カソード５７は、固体電解質膜５１側から順にカソード側触媒層５５およびカソード側ガス拡散層５６が設けられた構造を有する。固体電解質膜５１には、クロスリーク等により生じた開孔部５８が存在する。また、触媒層５２には、第１の物質を予め含有させてある。
【０１０９】
カソード側ガス拡散層５６に第２の物質および重合用触媒を供給すると、第２の物質および重合用触媒は、カソード側ガス拡散層５６およびカソード側触媒層５５を透過して固体電解質膜５１に到達し、固体電解質膜５１の開孔部５８に到達する。その後、開孔部５８に到達した第２の物質と触媒層５２に予め含有させてある第１の物質とが触媒層５２の近傍において重合用触媒により重合して重合体樹脂を形成し、この重合体樹脂により固体電解質膜５１の開孔部５８を閉塞することができる。
【０１１０】
本発明の再生方法の第６の態様を用いれば、上記第５の態様と同様の効果が得られる。
【０１１１】
なお、図６においては、第１の物質をアノードの触媒層５２に含有させた場合を例示しているが、第１の物質はアノードのガス拡散層５３に含有させることもでき、またはその両方に含有させることもできる。また、第１の物質をアノードではなく、カソード側触媒層５５およびカソード側ガス拡散層５６の少なくとも一方に含有させてもよい。この場合、第２の物質および重合用触媒はアノード側から供給すればよい。
【０１１２】
このように本発明の再生方法の第６の態様の特徴は、固体電解質膜の開孔部を閉塞する重合体樹脂の原料である第１の物質を予めアノードおよびカソードのいずれか一方の電極の触媒層およびガス拡散層の少なくとも一方の層に含有させ、他方の第２の物質を重合用触媒と共に供給する点にある。
【０１１３】
本発明の再生方法の第６の態様においては、第１の物質、第２の物質および固体電解質膜は、上記第１の態様と同じものを使用できる。また、本態様に用いられる第１の物質を含有させたアノードおよびカソードは、上記第３の態様において説明したものと同じものを使用できる。さらに、本態様に用いられる重合用触媒は、上記第４の態様において説明したものと同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１１４】
７．固体電解質膜を備えた電気化学装置
上述した本発明の第１の態様から第６の態様の再生方法により再生される固体電解質膜を備えた電気化学装置は、燃料電池または水電解装置であることが好ましい。
【０１１５】
中でも、燃料電池であることが好ましい。本発明の再生方法によれば、発電性能、燃費等の劣化を効果的に抑制して燃料電池を再生することができるからである。なお、燃料電池については、後述する「Ｂ．電気化学装置」において詳しく述べるので、ここでの説明は省略する。
【０１１６】
８．本発明の再生方法の利用態様
このような本発明の再生方法は、種々の用途の燃料電池を再生する方法として有用である。例えば、燃料電池を搭載した燃料電池自動車において、上記燃料電池から水素ガスを検出した場合に、上記燃料電池を修理する方法として好適に用いることができる。
【０１１７】
例えば、上記燃料電池を自動車に取り付けた状態で、第１の物質および第２の物質、さらには必要であれば重合用触媒を供給することにより燃料電池を再生することができる。本発明の再生方法は、このように燃料電池を取り付けた状態で行うことができるので、作業が簡便であるという利点を有する。
【０１１８】
また、上記燃料電池を自動車から取り外した状態で本発明の再生方法を用いてもよい。このように燃料電池を取り外して行うことにより、より安全に燃料電池を再生することができる。
【０１１９】
さらに、本発明の再生方法は、上記燃料電池自動車において、一定期間経過後のメンテナンスとして用いることもできる。例えば、車検ごとに自動車に搭載されている燃料電池を再生することにより、燃料電池の発電性能の低下や燃費等の劣化を未然に防止することができるので、より安全で快適に燃料電池自動車を利用することができる。
【０１２０】
Ｂ．電気化学装置
次に、本発明の固体電解質膜を備えた電気化学装置について説明する。
【０１２１】
本発明の電気化学装置は、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の一面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたアノードと、上記固体電解質膜の他面に接合され上記固体電解質膜側から順に触媒層およびガス拡散層が設けられたカソードとを備えた電気化学装置であって、固体電解質膜に存在する開孔部が重合体樹脂により閉塞されていることを特徴とする。
【０１２２】
このような本発明の電気化学装置の一例として、燃料電池について図面を用いて説明する。図７は、本発明の燃料電池の最小発電単位である燃料電池セルの一例を示す概略断面図である。図７に示すように、燃料電池セル７０においては、固体電解質膜６１の一面にアノード６４が接合され、固体電解質膜６１の他面にカソード６７が接合される。さらにその両側にはガス流路７２を備えたセパレータ７１が配される。アノード６４は、固体電解質膜６１側から順にアノード側触媒層６２およびアノード側ガス拡散層６３が設けられた構造を有する。カソード６７は、固体電解質膜６１側から順にカソード側触媒層６５およびカソード側ガス拡散層６６が設けられた構造を有する。固体電解質膜６１には、クロスリーク等により生じた開孔部６８が存在するが、重合体樹脂６９により閉塞されている。また、図示しないが、セパレータ７１には、通常、それぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するためのガス供給装置が接続されている。
【０１２３】
本発明の電気化学装置においては、このように開孔部が重合体樹脂により閉塞されていることから固体電解質膜をガスが透過することがなく、電気化学装置の性能低下や機能停止を防止することができ、電気化学装置としての機能を長期間維持することができるといった利点を有する。
【０１２４】
また、固体電解質膜の開孔部は元々損傷を受けやすい場所であることから、この開孔部が重合体樹脂により閉塞されることにより損傷を受けにくくすることができるので、本発明の電気化学装置の長寿命化を図ることができる。
【０１２５】
本発明における固体電解質膜、アノードおよびカソードは、上記本発明の再生方法の第１の態様から第６の態様において説明したものと同じものを用いることができる。また、本発明における重合体樹脂は、上記第１の態様において説明した第１の物質と第２の物質とを重合してなる重合体樹脂と同じものを使用できる。このような本発明の電気化学装置は、上記本発明の再生方法により形成することができる。
【０１２６】
また、上記燃料電池に用いられるセパレータとしては、通常用いられる公知のものを使用することができる。セパレータの材質としては特に限定されるものではなく、従来用いられてきたカーボンや金属等を用いることができる。
【０１２７】
このような本発明の固体電解質膜を備えた電気化学装置としては、燃料電池および水電解装置を挙げることができる。水電解装置としては、通常公知の構成を有するものであれば特に限定されるものではない。
【０１２８】
本発明においては、中でも、燃料電池であることが好ましい。発電性能、燃費等の劣化を効果的に抑制することができるからである。
【０１２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１３０】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【０１３１】
（実施例１）
下記の固体電解質膜、アノード側ガス拡散層、アノード側触媒層、カソード側ガス拡散層、カソード側触媒層、およびセパレータから構成される、図７に示す構造を有する燃料電池セルを製造した。
【０１３２】
上記燃料電池セルの固体電解質膜に、直径１００μｍの開孔部を形成した後、常温で、燃料ガスを供給するためのガス流路から第１の物質として水に溶解したテレフタル酸を供給し、一方、酸化剤ガスを供給するためのガス流路から第２の物質としてエチレングリコールを供給した。第１の物質および第２の物質の供給を十分に行った後、上記ガス流路を水で十分に洗浄した。
【０１３３】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、ポリエチレンテレフタレートが検出された。
【０１３４】
本実施例に用いた燃料電池セルの構成材料は以下のとおりである。
（１）固体電解質膜：デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ１１５
（２）アノード側ガス拡散層：東レ社製ＴＧＰＨ０３０
（３）アノード側触媒層：Ｐｔ担持カーボンとＮａｆｉｏｎ１１５の混合ペースト
（４）カソード側ガス拡散層：東レ社製ＴＧＰＨ０３０
（５）カソード側触媒層：Ｐｔ担持カーボンとＮａｆｉｏｎ１１５の混合ペースト
（６）セパレータ：カーボンセパレータ
【０１３５】
（実施例２）
下記の固体電解質膜を用いたことを除いては、実施例１と同様にして固体電解質膜に開孔部を有する燃料電池セルを製造した。
【０１３６】
上記燃料電池セルに、常温で、酸化剤ガスを供給するための流路から第２の物質としてエチレングリコールを供給した。第２の物質の供給を十分に行った後、上記流路を水で十分に洗浄した。
【０１３７】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、ポリエチレンテレフタレートが検出された。
【０１３８】
本実施例に用いた燃料電池セルの構成材料は以下のとおりである。
・固体電解質膜：Ｎａｆｉｏｎ１１５溶液にテレフタル酸を５ｗｔ％混合し、キャストした膜
【０１３９】
（実施例３）
下記のアノード側触媒層を用いたことを除いては、実施例１と同様にして固体電解質膜に開孔部を有する燃料電池セルを製造した。
【０１４０】
上記燃料電池セルに、常温で、酸化剤ガスを供給するためのガス流路から第２の物質としてエチレングリコールを供給した。第２の物質の供給を十分に行った後、上記ガス流路を水で十分に洗浄した。
【０１４１】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、ポリエチレンテレフタレートが検出された。
【０１４２】
本実施例に用いた燃料電池セルの構成材料は以下のとおりである。
・アノード側触媒層：Ｐｔ担持カーボンと５ｗｔ％のテレフタル酸を含有するＮａｆｉｏｎ１１５の混合ペースト
【０１４３】
（実施例４）
実施例１と同様にして固体電解質膜に開孔部を有する燃料電池セルを製造した。
上記燃料電池セルに、常温で、燃料ガスを供給するためのガス流路から第１の物質としてエチレンを供給し、一方、酸化剤ガスを供給するためのガス流路から第２の物質として１−ブテンおよび重合用触媒としてチーグラー触媒を供給した。第１の物質、第２の物質および重合用触媒の供給を十分に行った後、上記ガス流路を水で十分に洗浄した。
【０１４４】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、真密度ポリエチレンが検出された。
【０１４５】
（実施例５）
下記の固体電解質膜を用いたことを除いては、実施例１と同様にして固体電解質膜に開孔部を有する燃料電池セルを製造した。
【０１４６】
上記燃料電池セルに、常温で、酸化剤ガスを供給するためのガス流路から第２の物質として１−ブテンおよび重合用触媒としてチーグラー触媒を供給した。第２の物質および重合用触媒の供給を十分に行った後、上記流路を水で十分に洗浄した。
【０１４７】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、真密度ポリエチレンが検出された。
【０１４８】
本実施例に用いた燃料電池セルの構成材料は以下のとおりである。
・固体電解質膜：デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ１１５溶液に１−ブテンを５ｗｔ％混合し、キャストした膜
【０１４９】
（実施例６）
下記のアノード側触媒層を用いたことを除いては、実施例１と同様にして固体電解質膜に開孔部を有する燃料電池セルを製造した。
【０１５０】
上記燃料電池セルに、常温で、酸化剤ガスを供給するためのガス流路から第２の物質として１−ブテンおよび重合用触媒としてチーグラー触媒を供給した。第２の物質および重合用触媒の供給を十分に行った後、上記ガス流路を水で十分に洗浄した。
【０１５１】
この燃料電池セルを用いて発電させたところ、水素ガスは検出されなかった。なお、固体電解質膜からは、真密度ポリエチレンが検出された。
【０１５２】
本実施例に用いた燃料電池セルの構成材料は以下のとおりである。
・アノード側触媒層：Ｐｔ担持カーボンと５ｗｔ％の１−ブテンを含有するＮａｆｉｏｎ１１５の混合ペースト
【０１５３】
上記実施例１〜６で得られた燃料電池セルを用いて以下の評価を行った。圧力降下法によるガスリークチェックの結果は、穴あき前と同様の降下率であった。また、発電性能の低下は、穴あき前と比較して２％以内であった。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の電気化学装置の再生方法の第１の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の電気化学装置の再生方法の第２の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の電気化学装置の再生方法の第３の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の電気化学装置の再生方法の第４の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の電気化学装置の再生方法の第５の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の電気化学装置の再生方法の第６の態様の工程の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の燃料電池の最小発電単位である燃料電池セルの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１  …  固体電解質膜
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２  …  アノード側触媒層
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３  …  カソード側ガス拡散層
４，１４，２４，３４，４４，５４，６４  …  アノード
５，１５，２５，３５，４５，５５，６５  …  カソード側触媒層
６，１６，２６，３６，４６，５６，６６  …  カソード側ガス拡散層
７，１７，２７，３７，４７，５７，６７  …  カソード
８，１８，２８，３８，４８，５８，６８  …  開孔部
１０，２０，３０，４０，５０，６０  …  電気化学装置
６９  …  重合体樹脂
７０  …  燃料電池セル
７１  …  セパレータ
７２  …  ガス流路
【図１】
2005285665.tif 000003
【図２】
2005285665.tif 000004
【図３】
2005285665.tif 000005
【図４】
2005285665.tif 000006
【図５】
2005285665.tif 000007
【図６】
2005285665.tif 000008
【図７】
2005285665.tif 000009