(57)【要約】  【課題】燃料電池運転時の高分子電解質の劣化現象を事前に把握して、燃料電池の性能を保証するための高分子電解質型燃料電池の試験方法と、この試験方法を用いた信頼性の高い高分子電解質型燃料電池を提供すること。  【解決手段】燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、定格運転時よりも低い電流密度で運転するステップと、低い電流密度で運転する際に、排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量を検出するステップとを備えた、高分子電解質型燃料電池の試験方法を用いる。【選択図】図２
2005310509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、定格運転時よりも低い電流密度で運転するステップと、
前記低い電流密度で運転する際に、排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量を検出するステップとを備えた、高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項２】
前記低い電流密度を０とする、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項３】
前記低い電流密度は、定格運転時の１／ｎ倍（ｎ＞１）の電流密度であり、
さらに、前記分解生成物の量が、基準の燃料電池の定格運転時における分解生成物の量の所定倍未満であれば、前記燃料電池を良品と判定するステップを備えた、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項４】
前記基準の燃料電池は、複数のロットの燃料電池のそれぞれの定格運転時における排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量のうち、最も量が少ないロットの燃料電池とする、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項５】
前記所定倍は、１．５βｎ倍（βは運転条件によって決まる定数）である、請求項４に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項６】
前記電流密度を低くすればするほど、前記燃料電池を良品と判定するための閾値とする分解生成物の量を大きくして判定する、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項７】
前記高分子電解質膜の分解生成物は、フッ素イオンである、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池の試験方法。
【請求項８】
高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極、および酸素極で構成された電解質膜電極接合体に、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスが供給され、電気化学反応により電力を発生する高分子電解質型燃料電池において、
電流密度を定格運転時の１／ｎ倍（ｎ＞１）にして運転したときの前記高分子電解質型燃料電池から排出されるオフガス中の前記高分子電解質膜の分解生成物の量が、基準の燃料電池の定格運転時に排出される分解生成物の量の、（１）式で示されるＹ倍未満であり、前記基準の燃料電池は、複数のロットの燃料電池のそれぞれの定格運転時における排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量のうち、最も量が少ないロットの燃料電池とする、高分子電解質型燃料電池。
Ｙ ＝ αβｎ      …………（１）
α＝１．５
β：運転条件によって決まる定数
【請求項９】
前記分解生成物は、フッ素イオンである、請求項８に記載の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質型燃料電池の試験方法、およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池に関するものである。例えば、携帯機器用電源、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用される高分子電解質型燃料電池の加速試験方法、およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させ、発電を行うものである。このような高分子電解質型燃料電池の一般的な構成を図１に示した。
【０００３】
図１に於いて、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜３の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２が密着して配置されている。さらに触媒反応層２の外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた一対の拡散層１が、触媒反応層２に密着して配置されている。この拡散層１と触媒反応層２により電極９が構成される。そして、高分子電解質膜３と、その両面に配置された電極９で、電極電解質接合体（以下、ＭＥＡとする）１０が形成されている。
【０００４】
電極９の外側には、ＭＥＡ１０を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ１０同士を互いに電気的に直列に接続する導電性セパレータ板４ａおよび４ｂが配置されている。そして、導電性セパレータ板４ａおよび４ｂのそれぞれの一方の面には、電極９に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路５が形成されている。ガス流路５は、セパレータ板４ａおよび４ｂと別に設けることもできるが、セパレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。
【０００５】
セパレータ板４ａおよび４ｂのそれぞれの他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却水流路７が設けられている。このように冷却水を循環させることにより、反応により発生した熱エネルギーを、温水などの形で利用することができる。
【０００６】
また、水素や空気が電池外にリークしたり、互いに混合したりしないように、さらには冷却水が電池外にリークしないように、電極９の周囲には高分子電解質膜３を挟んでガスシール材１３やＯリング１４が配置されている。
【０００７】
周知の如く、燃料電池は長期間運転を行うと経時的に劣化することが知られている。劣化部位としては、電極触媒、高分子電解質膜、ガス拡散層などがある。リン酸型燃料電池では、電極触媒の粒径増大や、電極部の濡れ性の変化が劣化原因として考えられている。また、高分子電解質型燃料電池の場合、高分子電解質膜が劣化することでも電池性能が低下する。高分子電解質膜の劣化メカニズムは十分に解明されていないが、電極触媒反応の副反応で生成する過酸化水素などの過酸化物が、ラジカル化して電解質膜を浸食し劣化を促進すると考えられている。
【０００８】
高分子電解質膜としては、通常パーフルオロカーボンスルホン酸膜（例えば、米国デュポン社製、商品名：ナフィオン膜）を用いるのが一般的である。このようなフッ素系電解質膜は耐酸化性に優れた材料と考えられているが、近年このような膜であってもラジカル反応により劣化することが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。また、フッ素系の電解質膜よりも安価な炭化水素系電解質膜も開発されているが、一般的にはフッ素系電解質膜よりも耐酸化性が低くなると考えられている。
【０００９】
高分子電解質膜に欠陥等があり、このような劣化が加速進行した場合には、短時間で高分子電解質膜が致命的なダメージを受け、電池運転が不能になる危険性がある。燃料電池を長期間作動させる時には、このような電池性能の低下や電解質膜の破損などの危険を、電池運転前に適切に検査しておくことが必要である。また、高分子電解質膜の劣化現象を短時間で的確に判断し、燃料電池としての性能を予め保証しておくことは、燃料電池の品質を保証する上で必須である。
【００１０】
これまで高分子電解質型燃料電池の電池性能を保証する方法としては、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路等にヘリウムガスを注入して、ガスもれ量を事前に的確に検知する方法があった（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
この方法を用いれば、燃料電池のガスもれ量の把握が出来るため、ガスシール性の良否を事前に判断することが出来る。このように、燃料電池の供給ガス流路にヘリウムガス等を注入して、燃料電池のガスもれ量を事前に判断することは、品質保証の観点からも重要である。また、この方法は、燃料電池に用いられる各種シール材のガスシール性の評価や、ＭＥＡの物理的欠陥等による初期もれ量を判断する方法としても有効である。
【特許文献１】特開２００２−３３４７１３号公報
【非特許文献１】ＦＣＤＩＣシンポジウム委員会、「第１０回燃料電池シンポジウム予稿集」、燃料電池開発情報センター、２００３年５月１３日、p.261−p.264
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される方法でガスもれ検知を行うためには、ヘリウムガスやリークディテクタ等の特別な検査装置が必要である。また、発電状態ではない検査方法を用いているため、電池運転時の高分子電解質膜の劣化に関する品質保証を行うことは困難である。
【００１３】
以上のことから、燃料電池運転時の高分子電解質膜の劣化を模擬した加速試験方法、またこのような劣化現象を事前に把握して燃料電池の性能を保証するための燃料電池の試験方法、およびこれを用いた信頼性の高い燃料電池が望まれている。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、運転時の高分子電解質膜の劣化現象を事前に把握して燃料電池の性能を保証できる、高分子電解質型燃料電池の試験方法、および高分子電解質型燃料電池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】
【００１５】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、定格運転時よりも低い電流密度で運転するステップと、
前記低い電流密度で運転する際に、排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量を検出するステップとを備えた、高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００１６】
第２の本発明は、
前記低い電流密度を０とする、第１の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００１７】
第３の本発明は、
前記低い電流密度は、定格運転時の１／ｎ倍（ｎ＞１）の電流密度であり、
さらに、前記分解生成物の量が、基準の燃料電池の定格運転時における分解生成物の量の所定倍未満であれば、前記燃料電池を良品と判定するステップを備えた、第１の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００１８】
第４の本発明は、
前記基準の燃料電池は、複数のロットの燃料電池のそれぞれの定格運転時における排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量のうち、最も量が少ないロットの燃料電池とする、第３の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００１９】
第５の本発明は、
前記所定倍は、１．５βｎ倍（βは運転条件によって決まる定数）である、第４の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００２０】
第６の本発明は、
前記電流密度を低くすればするほど、前記燃料電池を良品と判定するための閾値とする分解生成物の量を大きくして判定する、第３の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００２１】
第７の本発明は、
前記高分子電解質膜の分解生成物は、フッ素イオンである、第１の本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法である。
【００２２】
第８の本発明は、
高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極、および酸素極で構成された電解質膜電極接合体に、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスが供給され、電気化学反応により電力を発生する高分子電解質型燃料電池において、
電流密度を定格運転時の１／ｎ倍（ｎ＞１）にして運転したときの前記高分子電解質型燃料電池から排出されるオフガス中の前記高分子電解質膜の分解生成物の量が、基準の燃料電池の定格運転時に排出される分解生成物の量の、（１）式で示されるＹ倍未満であり、前記基準の燃料電池は、複数のロットの燃料電池のそれぞれの定格運転時における排出されるオフガスに含まれる高分子電解質膜の分解生成物の量のうち、最も量が少ないロットの燃料電池とする、高分子電解質型燃料電池である。
【００２３】
Ｙ ＝ αβｎ      …………（１）
α＝１．５
β：運転条件によって決まる定数
第９の本発明は、
前記分解生成物は、フッ素イオンである、第８の本発明の高分子電解質型燃料電池である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、運転時の高分子電解質膜の劣化現象を事前に把握して燃料電池の性能を保証できる、高分子電解質型燃料電池の試験方法、および高分子電解質型燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２を用いて、本発明の実施の形態１の高分子電解質型燃料電池の試験方法について説明する。図１は、一般的な高分子電解質型燃料電池の構成を示しており、図２は、本実施の形態１の高分子電解質型燃料電池の試験方法を行う際の燃料電池システムの構成を示している。
【００２７】
図２では、燃料電池１５を運転する際のアノードおよびカソード排ガスが、それぞれ、アノードドレインタンク１６およびカソードドレインタンク１７で採取できるようになっている。そして、アノードドレインタンク１６内のアノードドレイン水が、ポンプ１８によってカソードドレインタンク１７に送られ、採取した合計のドレイン水中のフッ素イオン量が経時的に測定できるようになっている。
【００２８】
なお、燃料電池１５を運転する際のアノードおよびカソード排ガスが、本発明の、排出されるオフガスの一例である。
【００２９】
まず初めに、図１に示した燃料電池を用いて、定格運転（条件Ａ）、および定格運転時に対して電流密度を低くした条件（条件Ｂ〜Ｄ）で電池運転を行った。定格運転は、１０セル積層の燃料電池を用い、電池温度７０℃、燃料極に水素ガス（燃料利用率８０％、ガス露点７０℃）、空気極に空気（空気利用率４０％、ガス露点７０℃）を流し、電流密度０．８Ａ／ｃｍ２で行った。基準となる定格運転（条件Ａ）での電流密度を１としたとき、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄは、各々電流密度が、１／２倍、１／５倍、１／１０倍となるように設定した。
【００３０】
そして、図２の燃料電池システムで経時的に測定したドレイン水中のフッ素イオン量から、各条件における時間当たりのフッ素イオン量を算出した。表１は、定格条件（条件Ａ）で、１０００ｈ当たりのフッ素イオン量を１と規格化した場合の、他条件（条件Ｂ〜Ｄ）におけるフッ素イオン量を示している。
【００３１】
なお、ここで測定したドレイン中のフッ素イオンが、本発明の、高分子電解質膜の分解生成物の一例である。
【００３２】
【表１】
2005310509.tif 000003
この結果より、条件Ａ（定格運転）に対して電流密度を低くした条件Ｂ、Ｃ、Ｄでは、フッ素イオン量が増加することが分かった。これは、電流密度を低くすることにより、燃料電池運転で生じる生成水量が減少することから、これが高分子電解質膜の劣化に影響を及ぼしていると考えられる。
【００３３】
ここで、条件Ａでの１０００ｈまでの積算総フッ素イオン溶出量と同じ積算量になるまでの各条件での時間は、条件Ｂで約３００ｈ、条件Ｃで約１２０ｈ、条件Ｄで約６０ｈとなっていた。これより、条件Ｂ〜Ｄの試験を行うことにより、より短時間でフッ素イオン溶出をさせることが可能になる。
【００３４】
また、定格条件での電流密度とフッ素イオン溶出量を１と規格化したときの、電流密度の逆数とフッ素イオン溶出量の関係を図３に示した。図３より、フッ素イオン溶出量は電流密度の逆数に比例することが分かった。この時のグラフの傾きは約１．７であったことから、電流密度を（１／ｎ）倍した各条件でのフッ素イオン溶出量は１．７ｎ倍になることが分かった。
【００３５】
さらに、電流密度を０にした条件（条件Ｅ）でも同様に試験を行ったところ、定格運転時のフッ素イオン溶出量を１としたとき、２５というフッ素イオン溶出量の値が得られた。これは、電流密度を定格運転時の１／１０倍にした条件Ｄのときの値よりも、さらに大きい値となっている。電流密度が０、つまり開回路時においては、燃料電池運転による生成水が全く発生しないことから、さらに高分子電解質膜の劣化が加速されたと考えられる。これより、開回路時においても定格運転時の加速試験が行えることが分かった。
【００３６】
ここでは、電流密度条件を１／２〜１／１０倍に設定したが、これ以外の設定にすることもでき、本発明の適用範囲内、つまり電流０〜規格運転未満の電流であればどんな条件でも構わないが、実用的には電流密度１／２〜１／５０程度が望ましい。
【００３７】
また、本実施の形態１では、電流密度を１／ｎ倍したときのフッ素イオン溶出量は１．７ｎ倍となったが、定格条件の電流密度値が異なったり、運転温度や加湿条件等が異なる場合には、この１．７という係数は変化するため、定格運転時の運転条件によって係数を調べた上で任意に設定する。
【００３８】
以上のことから、
本実施の形態１の高分子電解質型燃料電池の試験方法を用いて、電流密度を定格条件よりも低く設定することで、燃料電池の高分子電解質膜の劣化を加速させることができる。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態１の高分子電解質型燃料電池の試験方法を用いた高分子電解質型燃料電池について述べる。
【００４０】
実施の形態１で使用した条件Ａ（定格運転）に対して電流密度を１／５倍にした条件Ｃを用いて、作製ロットの異なる１０種類のＭＥＡ（ａ〜ｊ）を試験評価した。このうち、実施の形態１で使用したＭＥＡロットはａである。また、各々のＭＥＡ（ａ〜ｊ）について、定格運転の条件Ａについても試験を行った。
【００４１】
この時の条件Ａと条件Ｃの各電池から排出されるフッ素イオン溶出量の関係を図４に示した。図４では、条件Ｃにおけるフッ素イオン溶出量が最も少なかった作製ロットａのＭＥＡを基準の燃料電池とし、条件Ａで作製ロットａのＭＥＡを用いた場合のフッ素イオン量を１として、各々の条件およびＭＥＡ（ａ〜ｊ）におけるフッ素イオン量の関係を示している。
【００４２】
図４より、条件Ｃでのフッ素イオン量が１２．７以上のＭＥＡ（ロットｂ、ｃ、ｆ、ｈ、ｉ）を用いた場合には、条件Ａ（定格運転時）でのフッ素イオン量が１．０５以上となっており、条件Ａでのフッ素イオン量も増加することが分かった。実施の形態１より、作製ロットａのＭＥＡを用いた場合、条件Ａ（定格運転）に対して電流密度を１／５倍にした条件Ｃのフッ素イオン溶出量は、５×１．７で約８．５倍となる。これを、図４より条件Ａ（定格運転）でのフッ素イオン溶出量が多くなったときの条件Ｃでのフッ素イオン溶出量１２．７と比較してみると約１．５倍となることが分かった。この１．５倍という数値が、本発明の所定倍の一例である。
【００４３】
これより、条件Ｃでのフッ素イオン量が、基準のＭＥＡの定格運転時におけるフッ素イオン量の１２．７倍より小さいＭＥＡを使用することが、品質保証の観点から最適であることが分かった。
【００４４】
同様に、実施の形態１で行った条件Ｂ、Ｄについても作製ロットの異なる１０種類のＭＥＡ（ａ〜ｊ）について評価したところ、電流密度を条件Ａ（定格運転）の１／ｎ倍にしたときのフッ素イオン量が、概ね１．５×１．７×ｎ倍以上の場合に、定格条件でのフッ素イオン量が増大することがわかった。つまり、電流密度条件を変えた条件ＢやＤでも、フッ素イオン溶出量が、基準とする作製ロットａのＭＥＡの場合の１．５倍より小さいＭＥＡを使用することが、品質保証の観点からは最適であることが分かった。なお、本実施の形態２における、この１．７という数値が、本発明の、運転条件によって決まる定数βの一例である。
【００４５】
したがって、電流密度を低くした運転条件におけるフッ素イオン量が、基準とするＭＥＡの定格運転時におけるフッ素イオン量の１．５βｎ倍未満のＭＥＡは、その高分子電解質膜は劣化していないと判断できることになる。つまり、基準とするＭＥＡの定格運転時におけるフッ素イオン量の１．５βｎ倍のフッ素イオン量を閾値として、フッ素イオン量がその閾値よりも少ないか否かによって、そのＭＥＡが良品であるか否かを判別できる。
【００４６】
ここでは、高分子電解質の分解生成物としてフッ素イオンに着目したが、フッ素系以外の高分子電解質膜を用いた場合にはこの限りではなく、使用する材料にあわせて変更することもできる。例えば、炭化水素系の膜を用いた場合には、フッ素イオンの代わりにこれらの分解生成物を指標とすることが出来る。
【００４７】
高分子電解質型燃料電池は、ヒドロキシラジカルの攻撃を受け高分子電解質膜が劣化すると、膜を構成する主要成分のフッ素がオフガス中のドレイン水に溶出すると考えられる。本発明は、新しく見出した、高分子電解質型燃料電池の電流密度が、オフガス中から排出されるフッ素イオン溶出量に影響を与えるという関係を用いた、高分子電解質型燃料電池の試験方法および高分子電解質型燃料電池に関するものである。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
【００４９】
（実施例１）
まず、高分子電解質膜（デュポン製、ナフィオン膜、厚み５０μｍ）に、ガス拡散層を備えた触媒層付き電極を取り付け、ＭＥＡを作製した。
【００５０】
このＭＥＡを、その両面から、気密性を有するカーボン製のセパレータ板とシリコンゴム性のガスシール材で挟み込んで単電池の構成とした。以上の単電池を２セル積層し電池構成単位を得て、図１に示すような構成で燃料電池の積層体を作成した。積層した単電池は全部で１０セルで、両端部に金メッキを行った銅製の集電板と電気絶縁材料でできた絶縁板、さらにエンドプレートを順に配して積層電池を作製した。
【００５１】
作製した燃料電池の積層体のそれぞれについて、燃料極には水素ガスを、空気極には酸化剤ガスとして空気を流し、冷却水入口温度を７５℃、燃料利用率を８０％、空気利用率を４０％、ガス加湿は水素ガスを７５℃、空気を７５℃の露点になるように調整して、電流密度０．８Ａ／ｃｍ２で燃料電池（積層電池）を運転した。この条件を定格条件とした。
【００５２】
この時、アノードおよびカソード排ガスを、図２に示すような構成のアノードドレインタンク１６およびカソードドレインタンク１７に流通させ、ドレイン水を採取した。フッ素イオン濃度の測定には、イオンクロマトグラム（日本ダイオネクス社製、ＩＣＳ−９０）を用いた。このドレイン水中のフッ素イオン濃度から、単位電池あたりのフッ素イオン溶出量（速度）を算出した。
【００５３】
次に、定格条件よりも電流密度を低くした、表２に示す条件で試験を行った。このとき、電流密度以外の条件は定格条件と同じになるようにして試験を行った。
【００５４】
【表２】
2005310509.tif 000004
条件１〜３における単位時間あたりのフッ素イオン溶出量を、定格条件と比較して図５に示した。図６には、各条件での電流密度の逆数とフッ素イオン溶出量の関係を示した。また、定格条件での電流密度とフッ素イオン溶出量を１と規格化したときの、電流密度の逆数とフッ素イオン溶出量の関係を図７に示した。
【００５５】
これらの結果より、定格条件に対して電流密度を低く設定した条件１、２、３では、フッ素イオン量が多くなり、これらの量は各条件での電流密度の逆数にほぼ比例することが分かった。また、図７のグラフの傾きが約１．３となっていることから、電流密度を（１／ｎ）倍にしたときのフッ素イオン溶出量は１．３ｎ倍になることが分かった。ここでは、電流密度を定格条件の１／２倍、１／４倍、１／１０倍で行ったが、これら以外の電流密度で行うことも可能である。
【００５６】
さらに、定格運転の条件設定のままで電流密度のみを０にした開回路の状態で、同様に試験を行ったところ、フッ素イオン溶出速度は１１．５μｇ／ｈとなった。これより、開回路状態においても、定格の運転状態よりもフッ素イオン溶出量が多くなることが明らかとなった。
【００５７】
本実施例１では、上記のような運転条件で試験を行ったが、定格条件の設定や試験条件について、本実施例１の設定に限るものではなく、本発明が適用できるのであればどんな方法を用いても構わない。
【００５８】
以上のことから、定格運転時よりも低い電流密度で運転することにより、高分子電解質膜の劣化を加速させる試験方法を提供できる。
【００５９】
（実施例２）
次に、実施例１で用いた試験条件１（定格運転の１／１０の電流密度）で、作製条件等は同じであるが製造ロットの異なるＭＥＡ１〜ＭＥＡ５について、実施例１と同様の試験を行った。実施例１と同様に、各ＭＥＡを組み込み燃料電池を構成して、それぞれについて表２に示す条件１で電池試験を行った。なお、ＭＥＡ１は、実施例１で使用したものと同じロットのＭＥＡである。
【００６０】
図８に、この電池試験時の各ＭＥＡにおけるフッ素イオン量を比較して示した。図８中の破線は、ＭＥＡ１の試験条件１におけるフッ素イオン量の１．５倍のフッ素イオン量を示している。
【００６１】
図８の結果より、ＭＥＡ３が最もフッ素イオン量が多くなることが分かった。そこで、ＭＥＡ３について実施例１の定格条件（条件Ａ）での試験を行い、フッ素イオン溶出量を調べたところ、ＭＥＡ１に比べてフッ素イオン量が多くなることが分かった。また、この他のＭＥＡ２、ＭＥＡ４、ＭＥＡ５についても定格条件での試験を行ったが、フッ素イオン量は、いずれもＭＥＡ１とほぼ同じ量になった。これより、試験条件１におけるフッ素イオン量から、定格条件における特性低下を判断できることが分かった。
【００６２】
本実施例２では、加速試験条件として電流密度を定格条件の１／１０倍にして行ったが、これ以外の電流密度で行ってもよい。また、定格条件も本実施例２に限るものではなく、定格運転試験時に比べて、電流密度を１／ｎ倍にしたときのフッ素イオン量が１．５βｎ倍未満であれば良い。βは本実施例では１．３であるが、試験条件によって変化するため任意に設定することが出来る。
【００６３】
また、本実施例２ではフッ素系高分子電解質膜を用いたため、高分子電解質の分解生成物としてフッ素イオン量を指標としたが、例えば炭化水素系の膜を用いた場合にはフッ素イオンの代わりに、これらの分解生成物を指標とすることが出来る。また、電流密度以外の燃料ガス組成や電池温度、加湿条件なども本実施例２の設定に限るものではない。
【００６４】
以上に説明したように、本発明の高分子電解質型燃料電池の試験方法を用いて、定格運転時に比べて燃料電池の電流密度を低くする、または０にすることにより、燃料電池運転時の高分子電解質膜の劣化を加速模擬した試験が行える。また、この試験方法を用いることにより、信頼性の高い燃料電池を提供することが出来る。
【００６５】
本発明を用いることにより、例えば製造ロット毎に数ＭＥＡを抜き取り、このような加速試験を行うことで、予め燃料電池の信頼性を事前に評価出来る。それとともに、加速試験をクリアできなかったＭＥＡを排除することで信頼性の高い燃料電池を構成することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる高分子電解質型燃料電池の試験方法および高分子電解質型燃料電池は、携帯機器用の電源やポータブル機器用電源としての、高分子電解質型燃料電池の試験方法および燃料電池として利用可能である。また、燃料電池自動車用あるいは家庭用燃料電池コージェネレーションシステム等の、燃料電池の試験方法および燃料電池にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】高分子電解質型燃料電池の一般的な構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる高分子電解質型燃料電池の運転試験時の燃料電池システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態１の高分子電解質型燃料電池の試験方法における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の高分子電解質型燃料電池の試験方法における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【図５】本発明の実施例１における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【図６】本発明の実施例１における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【図７】本発明の実施例１における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【図８】本発明の実施例２における、高分子電解質型燃料電池の電池特性を示す図
【符号の説明】
【００６８】
１  拡散層
２  触媒反応層
３  高分子電解質膜
４ａ、４ｂ  セパレータ板
５  ガス流路
７  冷却水流路
９  電極
１０  ＭＥＡ
１３  ガスシール材
１４  Ｏリング
１５  燃料電池
１６  アノードドレインタンク
１７  カソードドレインタンク
１８  ポンプ
【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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