(57)【要約】【課題】固体高分子型燃料電池の運転中における負荷サイクル発生に伴う触媒の劣化を抑制する。【解決手段】固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転方法であって、前記一対の電極間の電圧から単セル電圧を取得する（Ｓ３１０〜Ｓ３３０）段階と、取得した前記単セル電圧に基づいて、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させる段階（Ｓ３５０〜Ｓ３７０）と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転方法であって、
前記一対の電極間の電圧から単セル電圧を取得する段階と、
取得した前記単セル電圧に基づいて、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させる段階と、
を含むことを特徴とする固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項２】
前記取得した単セル電圧が所定の電圧範囲に含まれるか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項３】
前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させる段階は、
前記取得した単セル電圧が所定の電圧範囲に含まれる場合は、固体高分子型燃料電池の運転温度を低下させる段階であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項４】
前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させる段階は、
前記取得した単セル電圧が所定の電圧範囲より低い電圧範囲に含まれる場合には、固体高分子型燃料電池の運転温度を昇温させる段階であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項５】
前記所定の電圧範囲での前記固体高分子型燃料電池の運転温度をＸ℃とし、前記所定電圧範囲より低い電圧範囲での前記固体高分子型燃料電池の運転温度をＹ℃とした場合、Ｘ℃に対するＹ℃の比が、
０．２≦Ｘ／Ｙ≦０．８
を満たすように前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項６】
前記所定の電圧範囲は、前記電極に含まれる触媒の酸化が促進される領域、または、還元が促進される領域であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項７】
前記電極の触媒の酸化が促進される前記単セルの電圧領域は、０．７５ボルトから０．９５ボルトの間の領域であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項８】
前記所定の電圧範囲より低い電圧範囲での前記固体高分子型燃料電池の運転温度は、６０℃から１３０℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項９】
前記所定の電圧範囲より低い電圧範囲での前記固体高分子型燃料電池の運転温度は、６０℃から９０℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の運転方法。
【請求項１０】
固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転装置であって、
前記一対の電極間の電圧から単セル電圧を取得する単セル電圧取得手段と、
前記固体高分子型燃料電池の運転温度を検出する運転温度検出手段と、
取得した前記単セル電圧に基づいて、前記固体高分子型燃料電池の目標運転温度を演算する目標運転温度演算手段と、
検出された前記固体高分子型燃料電池の運転温度および演算された前記固体高分子型燃料電池の目標運転温度に基づいて前記固体高分子型燃料電池の運転温度を制御する運転温度制御手段と、
を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１１】
前記目標運転温度演算手段は、
前記固体高分子型燃料電池の単セル電圧が所定の電圧範囲に含まれる場合には、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を低下させることを特徴とする請求項１０に記載の固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１２】
前記目標運転温度演算手段は、
前記固体高分子型燃料電池の単セル電圧が所定の電圧範囲より低い電圧範囲に含まれる場合には、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を上昇させることを特徴とする請求項１０または１１に記載の固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１３】
固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転装置であって、
前記固体高分子型燃料電池は、
所定の電圧範囲のみの運転領域で運転することを目的として設けられた第１固体高分子型燃料電池と前記所定の電圧範囲より低い電圧範囲での運転領域で運転することを目的として設けられた第２固体高分子型燃料電池とから構成され、
第１固体高分子型燃料電池または第２固体高分子型燃料電池の負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、
検出された前記負荷が所定値以上のときには、第１固体高分子型燃料電池を選択する一方、検出された前記負荷が所定値よりも小さいときには、第２固体高分子型燃料電池を選択する選択手段と、
を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１４】
前記第１固体高分子型燃料電池の運転温度は、前記第２固体高分子型燃料電池の運転温度よりも低いことを特徴とする請求項１３に記載の固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１５】
前記第１固体高分子型燃料電池の運転電圧は、前記第２固体高分子型燃料電池の運転電圧よりも高いことを特徴とする請求項１３または１４に記載の固体高分子型燃料電池の運転装置。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池の運転装置を搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が注目されている。特に、イオン導電性の高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、１００℃以下の低い温度で作動可能なことから、車両用駆動源や定置型電源として期待され、実用化に向けて開発が進められている。固体高分子型燃料電池が車両用駆動源や定置型電源として実用化されるためには、長期間に渡る耐久性を備えることが必要である。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の構成は、一般的には、膜−電極接合体（以下、「ＭＥＡ」と称する）をセパレータで挟持した構造となっている。ＭＥＡは、一般的には、カソードガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質膜、アノード触媒層、アノードガス拡散層が順に積層した構造を有する。電池反応は、触媒、触媒を担持する担体、およびイオン導電性高分子からなる触媒層において進行する。このため、触媒層の劣化を抑制することは、固体高分子型燃料電池の耐久性を高める上で重要な課題となっている。
【０００４】
固体高分子型燃料電池の運転中は、固体高分子型燃料電池が負荷器に供給する電力の変動によって、固体高分子型燃料電池の出力電圧（以下、「運転電圧」と称する）が周期的、または、非周期的に変動する現象（以下、「負荷サイクル」と称する）が発生する。負荷サイクルの発生は、触媒層を構成する触媒の酸化、還元反応を頻繁に反復させる。
【０００５】
触媒（例えば、白金）は、高電位であっても一定の電位に保持されていれば触媒表面は安定しており、触媒の固体高分子電解質膜への溶出はわずかである。ところが、触媒の酸化・還元を伴うような負荷サイクルの発生時となると、触媒の電位が変動することから、触媒の溶出は著しくなる。触媒が溶出、劣化すると、固体高分子型燃料電池の発電性能の低下、固体高分子型燃料電池の耐久性低下の原因となる。そこで、触媒の劣化を抑制する技術の開発が望まれている。
【０００６】
触媒の劣化を抑制する従来技術としては、例えば、燃料電池の運転停止時に、燃料電池の運転電圧を０．６ボルトから０．８ボルトに制御する燃料電池の運転装置（特許文献１）や、燃料電池の運転停止時に、運転電圧が０．９ボルト以上になっている時間を１０分以内に制限する燃料電池の運転装置（特許文献２）が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１７２１０５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２１０６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、これらの技術は、いずれも固体高分子型燃料電池の起動、または、停止時に触媒の劣化を抑制するための技術であり、固体高分子型燃料電池の運転中の負荷サイクルによる触媒の劣化を抑制するための技術ではない。
【０００８】
本発明は、従来では着目すらされていなかった固体高分子型燃料電池における運転中の触媒の劣化抑制を可能にするために成されたものであり、負荷サイクルの発生に応じて固体高分子型燃料電池の運転温度を制御する、固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための固体高分子型燃料電池の運転方法は、固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転方法であって、前記一対の電極間の電圧から単セル電圧を取得する段階と、取得した前記単セル電圧に基づいて、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を変化させる段階と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための固体高分子型燃料電池の運転装置は、固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転装置であって、前記一対の電極間の電圧から単セル電圧を取得する単セル電圧取得手段と、前記固体高分子型燃料電池の運転温度を検出する運転温度検出手段と、取得した前記単セル電圧に基づいて、前記固体高分子型燃料電池の目標運転温度を演算する目標運転温度演算手段と、検出された前記固体高分子型燃料電池の運転温度および演算された前記固体高分子型燃料電池の目標運転温度に基づいて前記固体高分子型燃料電池の運転温度を制御する運転温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記目的を達成するための固体高分子型燃料電池の運転装置は、固体高分子電解質膜が触媒を含む一対の電極で挟まれてなる単セルを少なくとも一つ含む固体高分子型燃料電池の運転装置であって、前記固体高分子型燃料電池は、酸化領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた第１固体高分子型燃料電池と還元領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた第２固体高分子型燃料電池とから構成され、第１固体高分子型燃料電池または第２固体高分子型燃料電池の負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、検出された前記負荷が所定値以上のときには、第２固体高分子型燃料電池を選択する一方、検出された前記負荷が所定値よりも小さいときには、第１固体高分子型燃料電池を選択する選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように構成された本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転方法および固体高分子型燃料電池の運転装置によれば、触媒の酸化領域と触媒の還元領域とを繰り返す場合、固体分子型燃料電池の運転温度を変化させることが可能となる。また、固体高分子型燃料電池を酸化領域、または、還元領域のいずれかの領域で運転させることが可能となるので、負荷サイクルの発生に伴う触媒の劣化を抑制することができることから、固体高分子型燃料電池の初期の発電性能を長期間にわたって維持することができ、固体高分子型燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置について、第１実施形態および第２実施形態に分けて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
これらの実施形態の説明をする前に、本発明の理解を容易なものとするために、固体高分子型燃料電池スタックの全体構成、固体高分子型燃料電池の発電原理、および後述する燃料電池の運転温度を変化させる基準となる運転電圧の決定方法について簡単に説明しておく。
【００１５】
図１は、固体高分子型燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図２は、固体高分子型燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図であり、図３は、固体高分子型燃料電池の触媒に用いられる白金（Ｐｔ）のサイクリックボルタモグラフの概略図である。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、アノードガスとカソードガスの反応により起電力を生じる単位電池としての単セル２を所定数だけ積層した積層体３とされ、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、積層体３の内部にナット（図示は省略する）を螺合させることで構成されている。
【００１７】
この燃料電池スタック１においては、アノードガス、カソードガス、および冷却水をそれぞれ各単セル２のセパレータ（図示は省略する）に形成された流路溝に流通させるためのアノードガス導入口８、アノードガス排出口９、カソードガス導入口１０、カソードガス排出口１１、冷却水導入口１２および冷却水排出口１３を、一方のエンドプレート６に形成している。
【００１８】
アノードガスは、アノードガス導入口８により導入されてセパレータに形成されたアノードガス供給用の流路溝を流れ、アノードガス排出口９より排出される。カソードガスは、カソードガス導入口１０より導入されてセパレータに形成されたカソードガス供給用の流路溝を流れ、カソードガス排出口１１より排出される。冷却水は、冷却水導入口１２より導入されてセパレータに形成された冷却水供給用の流路溝を流れ、冷却水排出口１３より排出される。
【００１９】
単セル２は、図２に示すように、ＭＥＡ１４と、このＭＥＡ１４の両面にそれぞれ配置されるセパレータ１５とから構成される。以下、ＭＥＡ１４のアノード側に配置されるセパレータ１５を、アノードセパレータ１５Ａと称し、カソード側に配置されるセパレータ１５をカソードセパレータ１５Ｂと称する。
【００２０】
ＭＥＡ１４は、例えば、水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜１４１と、アノード触媒層１４２Ａとガス拡散層１４３Ａからなるアノードとしてのアノード電極１４４Ａと、カソード触媒層１４２Ｂとガス拡散層１４３Ｂからなるカソードとしてのカソード電極１４４Ｂとからなる。ＭＥＡ１４は、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂによって、固体高分子電解質膜１４１をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。
【００２１】
セパレータ１５は、導電性を有する材料により形成される。セパレータ１５は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域（ＭＥＡ１４と接する中央部分の領域）に、凸条部１６と凹条部１７を交互に形成した凹凸形状（いわゆる、コルゲート形状）を有している。
【００２２】
ＭＥＡ１４のアノード電極１４４Ａ側に接して配置されるアノードセパレータ１５Ａの凸部１６Ａと凹部１７Ａは、ＭＥＡ１４との間にアノードガス（水素；Ｈ２を含むガス）を流通させる流路溝となりアノードガス流路（アノード流路）１８を形成する。一方、ＭＥＡ１４のカソード電極１４４Ｂ側に接して配置されるカソードセパレータ１５Ｂの凸部１６Ｂと凹部１７Ｂは、ＭＥＡ１４との間にカソードガス（酸素；Ｏ２を含むガス）を流通させる流路溝となりカソードガス流路（カソード流路）１９を形成する。アノードガス流路１８に水素を含むガスを、カソードガス流路１９に酸素を含むガスを、それぞれ流通させると、アノードガス中に含まれる水素はアノード触媒層１４２Ａの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜１４１を通過する。カソード触媒層１４２Ｂでは固体高分子電解質膜１４１を通過してきた水素イオンと外部回路（図示は省略する）を経由してきた電子がカソードガス中に含まれる酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極１４４Ａがマイナスに、カソード電極１４４Ｂがプラスになり、図２に示すように、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間で直流電圧が発生する。この直流電圧は単セル電圧取得手段として機能する単セル電圧計２０によって検出される。
【００２３】
図３は、固体高分子型燃料電池の触媒に用いられている白金（Ｐｔ）のサイクリックボルタモグラムの概略図である。サイクリックボルタモグラムとは、電位電圧値に対して酸化電流および還元電流がどのように流れるのかを示したグラフである。本発明では、後述する実施形態において触媒に白金（Ｐｔ）を用いているので、Ｐｔ触媒を例にとって説明する。
【００２４】
アノード側に水素ガスをカソード側に不活性ガスとして窒素を流し置換した状態で測定した固体高分子型燃料電池単セル２のサイクリックボルタモグラムは、縦軸が単セル２に流れる電流値、横軸は標準水素電極（ＳＨＥ）に対する電位を示している。ここで、Ｐｔ触媒を用いた固体高分子型燃料電池では、アノード電極１４４Ａ側の電位が標準水素電極の電位とほぼ同じ電位となるので、カソード電極１４４Ｂ側の電位は標準水素電極に対する電位と一致する。
【００２５】
図３を参照すれば、Ｐｔの酸化は、およそ０．７５ボルトから開始している。Ｐｔの酸化を回避するためには、最悪でも単セル電圧が０．７５ボルト以上にならないようにすることが必要である。一方、酸化されたＰｔの還元は、およそ０．８ボルトを中心とする近傍の電圧領域で促進されている（還元のピークとなっている）。酸化されたＰｔの還元領域は、およそ０．５ボルトから０．９５ボルトの間の電圧である。なお、触媒の酸化・還元が促進される電圧領域は、触媒層を構成する触媒の材質によって異なるので、上記電圧領域は一意に決まるものではない。
【００２６】
上記のように、およそ０．７５ボルト以上の電圧では触媒の酸化が促進され、酸化白金（ＰｔＯまたはＰｔＯＨ、ＰｔＯ２）が生成される。この酸化白金は触媒活性を低下させる原因となるが、高電位から低電位側に電位を変化させると、酸化白金が還元され、触媒活性が復活する。
【００２７】
しかしながら、触媒の酸化・還元を伴うような激しい負荷サイクルを受けると触媒活性の回復が遅れ、酸化白金の溶出が促進され触媒が劣化する。このような触媒の劣化は、燃料電池の発電性能を低下させるばかりではなく、燃料電池の寿命にも大きな影響を与える。
【００２８】
発明者の研究によると、燃料電池の運転電圧に応じて運転温度を変化させると触媒の酸化、還元による劣化の程度が異なり、燃料電池の運転温度を制御することにより触媒の劣化を抑制できることを突き止めた。
【００２９】
そこで、本発明では燃料電池の運転領域が触媒の酸化領域または還元領域に基づき燃料電池の運転温度を低下または上昇させて運転させ、燃料電池の運転中における負荷サイクルの発生に伴う触媒の劣化を抑制するようにしている。
【００３０】
以下に、第１実施形態および第２実施形態に分けて、本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置を具体的に説明する。
【００３１】
[第１実施形態]
図４から図６は、本発明の第１実施形態に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置の説明に供する図である。図４は、本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池の運転装置の概略構成を示すブロック図を、図５および図６は図４に示した運転装置の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の運転方法の手順に相当するものである。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態に係る燃料電池の運転装置１００は、燃料電池スタック１、単セル電圧計２０、運転温度検出部１１３、制御温度演算部１１４、運転温度制御部１１５を備えている。
【００３３】
燃料電池スタック１には、単セル電圧計２０、運転温度検出部１１３、制御温度演算部１１４、運転温度制御部１１５、および外部負荷１１６が接続されている。なお、外部負荷１１６は、燃料電池スタック１と電気的に並列に接続される。
【００３４】
燃料電池スタック１は、燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）の供給によって電力を発生する。燃料電池スタック１は、上記のように、固体高分子電解質膜を両側から一対の電極で挟持して成る単セル２を少なくとも一つ備え、複数の単セル２を備えている場合にはそれらの単セル２は積層されている。
【００３５】
燃料電池スタック１の電極は、触媒を含む触媒層とガス拡散層とから構成される。触媒には、具体的には、カソード電極１４４Ｂのカソード触媒層１４２Ｂ（図２参照）に白金（Ｐｔ）が用いられている。
【００３６】
単セル電圧計２０は、燃料電池スタック１の単セル２の電圧を検出し、検出した単セル電圧を制御温度演算部１１４に送信するものであり、単セル電圧取得手段として機能する。検出する単セル２の電圧は、アノードセパレータ１５Ａとカソードセパレータ１５Ｂとの間に現れる電圧（以下、「単セル電圧」と称する）である。
【００３７】
上記のように単セル電圧を検出するのではなく、燃料電池スタック１の全体の電圧を検出するようにしても良いが、燃料電池スタック１の全体の電圧を検出する場合は、燃料電池スタック１の両端部に位置される単セル２ａと単セル２ｂとの間の電圧を検出することになる。この場合、その中間に位置される単セルの抵抗値にばらつきがあると、各単セルの正確な単セル電圧を検出できない可能性がある。したがって、より正確な単セル電圧の検出を行うためには、上記のように、単セル２ごとの単セル電圧を個別に検出することが望ましい。
【００３８】
運転温度検出部１１３は、単セル２に取り付けられた温度センサによって単セル２内の運転温度を検出し、検出した温度を制御温度演算部１１４へ送信するものであり、燃料電池スタック１の運転温度を検出する運転温度検出手段として機能する。温度センサとしては、例えば、サーミスタ、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、または熱電対などの温度検出素子を使用することができる。
【００３９】
運転温度の検出は、燃料電池から排出される燃料ガスまたは酸化剤ガスの排ガス温度を検出することによって行うか、後述する温度制御手段として熱交換器を用いた場合は、燃料電池スタック１に循環させる冷却媒体（例えば、冷却水）の温度を検出することによって行われる。より正確な運転温度の検出を行うためには、単セル２ごとの運転温度を検出することが望ましい。
【００４０】
制御温度演算部１１４は、単セル電圧計２０からの電圧信号および運転温度検出部１１３からのおよび温度信号を受信し、受信されたこれらの信号に基づいて運転温度を変化させることが必要であるか否かを判断したり、目標の運転温度（以下、「制御温度」と称する）を演算したりするものであり、制御温度演算手段として機能する。
【００４１】
制御温度演算部１１４は、図示はしていないが、中央演算処理装置および演算に必要なデータを記憶する記憶装置を備えている。中央演算処理装置は、各種演算処理などを実行するものである。記憶装置は、受信した電圧信号および温度信号を一時的に記憶するために用いられる領域、あるいは、制御温度を演算するための演算プログラムを記憶するための領域、運転温度制御部１１５を制御するためのプログラムを記憶するための領域などが設定されている。
【００４２】
運転温度制御部１１５は、制御温度演算部１１４で演算された制御温度に基づいて、燃料電池スタック１の運転温度を制御温度に調節するための運転温度制御手段として機能する。運転温度制御部１１５は、燃料電池スタック１の運転温度を上昇または低下させる熱交換器などの装置を含む。
【００４３】
運転温度を上昇または低下させるための装置は、燃料電池スタック１の運転温度を上昇または低下させることができるものであれば多様な手段を用いることができる。運転温度を上昇させる昇温装置としては、例えば、燃料電池スタック１に設けられている冷却水導入口１２からセパレータに形成された冷却水供給用の流路溝に温媒（例えば、温水）を循環させる熱交換装置、燃料電池スタック１の近傍に配置される熱源によって上昇させる加熱装置（例えば、電気ヒーター）などを用いることができる。運転温度を低下させる降温装置としては、例えば、燃料電池スタック１に設けられている冷却水導入口１２からセパレータに形成された冷却水供給用の流路溝に冷却水を循環させる熱交換装置、空冷式による冷却装置（例えば、冷却ファン）などを用いることができる。
【００４４】
外部負荷１１６は、燃料電池スタック１が発電した電力を消費するものである。外部負荷１１６としては、例えば、車両を駆動させるための駆動モータなどの車載装置が該当する。
【００４５】
以上のように構成される本実施の形態に係る燃料電池の運転装置では、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域または還元領域へ変化する場合に燃料電池の運転温度を低下または上昇させて運転させることにより、触媒の劣化を抑制するようにしている。
【００４６】
より具体的には、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域内にあるか否かを判断し、前記単セル電圧が前記触媒の酸化領域内にあれば燃料電池スタック１の運転温度を低下させる。
【００４７】
また、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域より低電位側にあるか否かを判断し、前記単セル電圧が前記触媒の酸化領域よりも低ければ燃料電池スタック１の運転温度を上昇させる。
【００４８】
次に、図５および図６を参照して、本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転装置の運転方法について詳細に説明する。
【００４９】
図５は、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域内にある場合における運転装置１００の処理内容を示すフローチャートである。
【００５０】
燃料電池スタック１は、水素ガスと酸化剤ガスが供給された状態で運転されている（Ｓ３００）。既に述べたように、燃料電池スタック１の運転中は、外部負荷１１６に供給する電力が変動することにより、燃料電池スタック１の運転電圧も変動する。
【００５１】
次に、運転温度検出部１１３の温度センサにより、燃料電池スタック１の運転温度が検出される（Ｓ３１０）。検出された運転温度は、制御温度演算部１１４に送信される。
【００５２】
次に、単セル電圧計２０により、単セル２の単セル電圧が検出される（Ｓ３２０）。検出された単セル電圧は、制御温度演算部１１４に送信される。より正確な燃料電池スタック１の運転温度を制御するためには、燃料電池スタック１の運転温度および単セル電圧は、同時に検出されることが望ましい。
【００５３】
次に、制御温度演算部１１４は、検出された単セル電圧が予め定められた電圧範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ３３０）。検出された単セル電圧が予め定められた電圧範囲外の場合（Ｓ３３０：ＮＯ）、通常運転を続け、予め定められた電圧範囲内と判断されるまでステップＳ３００以下の処理を繰り返す。
【００５４】
そして、検出された単セル電圧が予め定められた電圧範囲内と判断した場合（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、制御温度演算部１１４により、制御温度を演算する（Ｓ３４０）。
【００５５】
ここで、予め定められた電圧範囲は、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域
か判断するために設定される電圧であり、燃料電池スタック１の運転温度を変化させる基準となる電圧範囲である。予め定める電圧範囲は、Ｐｔ触媒を用いた固体高分子型燃料電池の場合、Ｐｔ触媒の酸化が促進される単セル２の電圧領域に位置する電圧であることが望ましい。本実施の形態では、予め設定する電圧範囲を０．７５〜０．９５ボルトに設定した場合を説明しているが、これに限らず、下限電圧を０．７５ボルトよりも低い電圧に設定することによって複数の電圧範囲を設定することもできる。この場合には、例えば、０．７０ボルトに達したときに制御温度を演算し燃料電池スタック１の運転温度を７０℃に制御するようにしたり、さらに、単セル電圧が高くなり０．７３ボルトに達したときには、再度、制御温度を演算し燃料電池スタック１の運転温度を６０℃に制御するようにしたりすることもできる。
【００５６】
また、制御温度の演算方法は一般的な演算方法、例えば、単セル電圧計２０および運転温度検出部１１３からの信号に基づいてあらかじめ用意された単セル電圧と運転温度との関係に基づく変換テーブルなどを用いて制御温度を演算することができる。
【００５７】
次に、降温装置（運転温度制御部１１５）が作動し（Ｓ３５０）、燃料電池スタック１の運転温度が制御温度に達するまで当該運転温度を低下させる（Ｓ３６０：ＮＯ）。そして、燃料電池スタック１の運転温度が制御温度に達すると処理を終了（Ｓ３６０：ＹＥＳ）し、燃料電池スタック１は運転を継続する（Ｓ３７０）。
【００５８】
既に述べたように、昇温装置および降温装置は、制御温度演算部１１４により制御されるが、この制御は、一般的な自動制御方法（例えば、フィードバック制御、ＰＩＤ制御などを用いた自動制御方法など）により制御される。具体的には、制御温度演算部１１４は、燃料電池スタック１に設けられている冷却水導入口１２に流入する冷却水の量を流量調節器（図示は省略する）によって冷却水の流量を調節しながら燃料電池スタック１の運転温度を制御温度に到達させるように制御する。
【００５９】
以上のように、図５に示す処理によれば、燃料電池スタック１の単セル電圧が所定の電圧範囲に含まれる場合には、燃料電池スタック１の運転温度を低下させる。このような処理を行うことにより、固体高分子型燃料電池の運転中における負荷サイクルの発生に伴う触媒の劣化を抑制することができるので、固体高分子型燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００６０】
図６は、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域外にある場合における運転装置１００の処理内容を示すフローチャートである。なお、図５に示した処理内容と同一の処理内容は重複記載を避けるために省略する。
【００６１】
ステップＳ４００からステップＳ４２０までは、図５で既に説明したステップＳ３００からＳ３２０の処理内容と同じであるので詳細な説明は省略する。以下、ステップＳ４３０から説明する。
【００６２】
制御温度演算部１１４は、検出された単セル電圧が予め定められた電圧範囲より低い電圧にある否かを判断する（Ｓ４３０）。ここで、予め定められた電圧範囲より低い電圧とは、燃料電池スタック１の運転領域が触媒の酸化領域以外の電圧範囲であり、燃料電池スタック１の運転温度を変化させる基準となる電圧範囲である。Ｐｔ触媒を用いた固体高分子型燃料電池の場合、Ｐｔ触媒の還元が促進される単セル２の電圧領域に位置する電圧範囲である。本実施形態では所定の電圧範囲を０．７５〜０．９０ボルトに設定している。なお、図５のステップＳ３４０で既に述べたように、所定の電圧範囲を複数設けることもできる。
【００６３】
検出された単セル電圧が予め設定された電圧範囲内にある場合（Ｓ４３０：ＮＯ）、電圧範囲外と判断されるまでステップＳ３００以下の処理を繰り返す。検出された単セル電圧が電圧範囲より低い電圧と判断された場合（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、制御温度演算部１１４は、制御温度を演算する（Ｓ４４０）。
【００６４】
次に、制御温度にするように昇温装置（運転温度制御部１１５）が作動し（Ｓ４５０）、燃料電池スタック１の運転温度が制御温度に達するまで当該運転温度を上昇させる（Ｓ４６０：ＮＯ）。そして、運転温度が制御温度に達すると処理を終了し（Ｓ４６０：ＹＥＳ）、燃料電池スタック１は運転を継続する（Ｓ４７０）。
【００６５】
以上のように、図６に示す処理によれば、燃料電池スタック１の単セル電圧が所定の電圧範囲外に含まれる場合には、燃料電池スタック１の運転温度を上昇させる。このような処理を行うことにより、このような処理を行うことにより、固体高分子型燃料電池の運転中における負荷サイクルの発生に伴う触媒の劣化を抑制することができるので、固体高分子型燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００６６】
ところで、燃料電池の運転温度を急激に変化させると、ＭＥＡにおける電気化学反応を大きく阻害し、発電自体に影響を及ぼす可能性がある。したがって、運転温度の変化量は所定の電圧範囲内での燃料電池スタック１の運転温度をＸ℃とし、所定の電圧範囲より低い電圧での燃料電池スタック１の運転温度をＹ℃とした場合、Ｘ℃に対するＹ℃の比が、０．２≦Ｘ／Ｙ≦０．８を満たすように燃料電池スタック１の運転温度を変化させることが望ましい。
【００６７】
また、燃料電池は、極度な高温、または、低温で運転させると発電自体に影響を及ぼす可能性がある。したがって、燃料電池の発電性能を確保するために、所定の電圧範囲より低い電圧での燃料電池スタック１の運転温度は、６０℃から１３０℃、より好ましくは、６０℃から９０℃であることが望ましい。
【００６８】
このように変化させる運転温度の範囲を決めることで、触媒の劣化を抑制するとともに、燃料電池の発電性能を最大限に活用することができ、固体高分子型燃料電池の耐久性をより向上させることができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態では、燃料電池の単セル電圧に基づいて燃料電池の運転温度を変化させることで触媒の劣化を抑制する。さらに、変化させる運転温度の範囲を制限することで、燃料電池の発電性能を最大限に活用しつつ、燃料電池の運転中に発生する負荷サイクル時の触媒の劣化を抑制し、より耐久性を向上させることができる。
【００７０】
［第２の実施形態］
図７および図８は、本発明の第２実施形態に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置の説明に供する図である。図７は本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池の運転装置の概略構成を示すブロック図を、図８は図７に示した運転装置の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の固体高分子型燃料電池の運転方法の手順に相当するものである。
【００７１】
第１実施形態と第２実施形態とでは、図７において、二つの燃料電池スタック１Ａ、燃料電池スタック１Ｂ、電流計２１、および電池選択部２２６が設けられている点だけが異なっている。その他の構成要素は図４と全く同じであるのでそれらの構成要素の説明は省略する。また、図７において、図４と異なる構成要素を設けたことにより各制御部の機能が異なる点は、その異なる点のみ説明する。
【００７２】
図７に示すように、本実施の形態における燃料電池の運転装置２００は、燃料電池スタック１Ａ、燃料電池スタック１Ｂ、単セル電圧計２０Ａ、電流計２１、運転温度検出部２２３、制御温度演算部２２４、運転温度制御部２２５、および電池選択部２２６を備えている。
【００７３】
燃料電池スタック１Ａ、１Ｂは、単セル電圧計２０Ａ、電流計２１、運転温度検出部２２３、制御温度演算部２２４、運転温度制御部２２５、電池選択部２２６および外部負荷２２７がそれぞれ接続されている。外部負荷２２７は、燃料電池スタック１Ａおよび燃料電池スタック１Ｂと電気的に直列に接続されている。
【００７４】
燃料電池スタック１Ａは、触媒の酸化領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた燃料電池スタックであり、燃料電池スタック１Ｂは、触媒の非酸化領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた燃料電池スタックである。燃料電池スタック１Ａの運転温度は燃料電池スタック１Ｂの運転温度よりも低い温度で運転され、燃料電池スタック１Ａの運転電圧は燃料電池スタック１Ｂの運転電圧より高い電圧で運転されている。
【００７５】
なお、本実施の形態では、燃料電池スタックの運転電圧は燃料電池スタックの単セル電圧を意味する。また、本実施の形態では、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂについてのみ説明するが、これに限らず、非酸化領域のみの運転領域で運転する複数の燃料電池と酸化領域のみの運転領域で運転する複数の燃料電池を並列に接続して成る燃料電池群を用いることもできる。
【００７６】
電流計２１は、外部負荷２２７が燃料電池に要求する負荷の大きさを検出し、検出した電流値を制御温度演算部２２４に送信するものであり、負荷検出手段として機能する。
【００７７】
制御温度演算部２２４は、検出された電流値に基づいて燃料電池スタック１Ａ，１Ｂのどちらから外部負荷２２７に電力を供給するべきかを判断し、判断した結果に基づいて電池選択部２２６を制御するものである。
【００７８】
電池選択部２２６は、制御温度演算部２２４の判断に基づき、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂのいずれか一方を外部負荷２２７に接続する選択手段として機能する。電池選択部２２６は、スイッチ２２６ａを含み、スイッチ２２６ａは、燃料電池スタック１Ａ、１Ｂと外部負荷２２７との電気的接続を選択的に切り換えるものである。
【００７９】
図８は、本発明の第２実施形態における燃料電池の運転装置の処理内容を示すフローチャートである。図８において、図５および図６に示した処理内容と同一の処理内容は重複記載を避けるため省略する。以下、初期において外部負荷２２７と接続されている燃料電池スタックは、酸化領域用である燃料電池スタック１Ａと仮定して説明する。
【００８０】
燃料電池スタック１Ａおよび燃料電池スタック１Ｂは、所定の運転温度および運転電圧で運転が開始されている（Ｓ５００）。燃料電池スタック１Ａは酸化領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた燃料電池スタックであるので、例えば、運転温度を６０℃、単セル電圧を０．９ボルト、で運転させ、燃料電池スタック１Ｂは非酸化領域のみの運転領域で運転することを目的として設けられた燃料電池スタックであるので、例えば、運転温度を９０℃、単セル電圧を０．６ボルトで運転させ、これを運転初期状態とする。  次に、電流計２１によって外部負荷２２７に供給されている電流値を検出する（Ｓ５１０）。検出された電流値は、制御温度演算部２２４に送信される。
【００８１】
次に、制御温度演算部１１４は、検出された電流値が予め定められた所定値であるか否かを判断する。検出された電流値が所定値未満の場合（Ｓ５２０：ＮＯ）、所定値以上と判断されるまでステップＳ５００以下の処理を繰り返す。
【００８２】
そして、検出された電流値が所定値に達したと判断された場合（Ｓ５２０：ＹＥＳ）、制御温度演算部１１４により、外部負荷２２７との接続を燃料電池スタック１Ｂに切り換える（Ｓ５３０）。つまり、負荷が大きい場合には燃料電池スタック１Ｂを選択し、負荷が小さい場合には燃料電池スタック１Ａを選択する。
【００８３】
このとき、外部負荷２２７に電力を供給している最中に、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂの運転温度および運転電圧が多少変化するが、本実施の形態では、運転温度および運転電圧は変化させないように運転している。ただ、実際には、第１実施形態で既に述べたように燃料電池スタック１Ａ，１Ｂの単セル電圧に基づき運転温度を変化させて運転させることが望ましい。
【００８４】
次に、外部負荷２２７との接続が切断されている燃料電池スタック１Ａの運転温度および運転電圧を検出する（Ｓ５４０）。そして、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂの運転状態を運転初期状態になるまで運転温度および運転電圧を制御する（Ｓ５５０：ＮＯ）。運転温度および運転電圧を制御するのは、外部負荷２２７に電力を供給している最中に、燃料電池スタックの運転温度および運転電圧が変動するからである。具体的には、運転電圧は、燃料電池スタックに供給するガスの量を変化させることによって、または、二次電池などの負荷器（図示は省略する）を燃料電池スタックに接続し、燃料電池スタックに変動的、または、定常的な負荷を与えたりすることによって、運転初期状態にする。運転温度は、熱交換器の作動によって温媒（または冷却水）を循環させることによって運転初期状態する。これらの制御は、制御温度演算部２２４によって行われることができる。
【００８５】
そして、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂの運転状態が運転初期状態になれば処理を終了し（Ｓ５５０：ＹＥＳ）、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂは運転を継続する（Ｓ５６０）。
【００８６】
このように燃料電池スタック１Ａ，１Ｂを運転初期状態に制御する理由は、燃料電池スタック１Ａ，１Ｂの運転領域を所定の電圧領域（例えば、触媒の酸化が促進される電圧領域を除く領域）に留まり続けさせるように運転温度を制御することによって、触媒表面を安定化させるためである。
【００８７】
このように、負荷の大きさに基づいて、負荷に接続される燃料電池スタックを選択することによって、それぞれの燃料電池スタックの運転領域を酸化領域または非酸化領域に留まらせ続けることができるため、負荷サイクルの発生に迅速に対応できるようになり、触媒の劣化をさらに抑制することができる。
【００８８】
以上のように構成された本実施の形態によれば、複数の燃料電池スタックをそれぞれ異なる運転温度および運転電圧で運転させ、負荷の大きさに基づいて適切な燃料電池スタックを選択しているので、より迅速に負荷サイクルの発生に対応することができ、固体高分子型燃料電池の発電性能を確保しつつ、固体高分子型燃料電池の運転中における負荷サイクルの発生に伴う触媒の劣化を抑制できる。したがって、固体高分子型燃料電池の初期の発電性能を長期間にわたって維持することができ、固体高分子型燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【実施例】
【００８９】
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその運転装置を一実施例に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解を容易にするために記載したものであって、本発明の技術的範囲はこの実施例の記載に限定されるものではない。
【００９０】
（１）燃料電池の製作
本実施例では、以下の手順に従って固体高分子型燃料電池を作製した。
【００９１】
はじめに、ガス拡散性および電気伝導性を備えたガス拡散層基材として導電性材料である多孔質基材を市販のカーボンペーパ（例えば、東レ株式会社製カーボンペーパＴＧＰ−Ｈ−０６０）を５ｃｍ角に打ち抜いたガス拡散層を準備した。本実施例では、多孔質基材としてカーボンペーパを用いているが、カーボンクロス、カーボン不織布であっても良い。
【００９２】
次に、準備したガス拡散層に撥水処理を行なうため、撥水剤として所定の濃度に調整したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系水性ディスパージョン溶液（例えば、ダイキン工業製  Ｄ−１Ｅと純水の混合溶液）で撥水処理溶液を作製し、準備したガス拡散層を撥水処理溶液中に５分浸漬後、撥水処理溶液中からガス拡散層を引き上げて液切りを行なった。
【００９３】
そして、浸漬したガス拡散層を乾燥させるために、大気中または窒素雰囲気中で乾燥させた。乾燥温度は、１００℃以下であることが好ましいが、本実施例では、６０℃の大気中で３０分間乾燥させた。
【００９４】
次に、導電性撥水層を作成するため、炭素粒子としてカーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社製ＶＵＬＣＡＮ  ＸＣ−７２Ｒ）、ＰＴＦＥ分散液、および純水を、ホモジナイザーを用いて３時間混合分散し、スラリー化し、撥水処理されたガス拡散層の表面に導電性撥水層を形成するために、作製したスラリーを撥水処理されたガス拡散層の一方の表面にドクターブレード法を用いて均一に塗布を行った。スラリーを塗布したガス拡散層を、上記と同様に大気中で乾燥させた後、撥水剤を溶着、固定化させるために３５０℃、３０分間焼成し、導電性撥水層が形成されたガス拡散層を作製した。
【００９５】
次に、触媒層を作製するため、白金担持カーボン（田中貴金属工業社製  ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、白金含量４６．５ｗｔ％）１０ｇ、ナフィオン／イソプロピルアルコール溶液（デュポン社製、ナフィオン５ｗｔ％含有、イオン交換基当量重量１１００ｇ／ｍｏｌ）９０ｇ、純水２５ｇ、イソプロピルアルコール（和光純薬工業社製  特級試薬）１０ｇを、２０℃で保持するよう設定したウォーターバス中のガラス容器の中で、ホモジナイザーを用いて３時間混合分散し、電極触媒インクを作製し、スクリーンプリンターを用いてテフロンシート上に塗布した。 その後、オーブン中で、１００℃、３０分間乾燥させた後、一辺が５０ｍｍの正方形に切り出すことにより電極触媒層を得た。
【００９６】
次に、作製した各電極触媒層２枚を固体高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２（１００ｍｍ角、厚さ約５０μｍ））の両側に配置した後、ホットプレス法により１３０℃、２．０ＭＰａで、１０分間ホットプレスして接合体とし、テフロンシートを剥がし、固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層を転写して電極触媒層付き電解質膜とした。
【００９７】
次に、電極触媒層付き電解質膜の両面に、先に準備した撥水処理済みガス拡散層を導電性撥水層が電極触媒層と接するように配置し、ＭＥＡとした。
【００９８】
そして、この作製したＭＥＡの両面にシール材、ガス流路付きガスセパレータを配置し、所定の面圧になるように締め付けることによって、固体高分子型燃料電池の単セルを製作した。
【００９９】
本実施例では、以下のように燃料電池の運転装置を作製した。
【０１００】
燃料電池の燃料極側、空気極側のそれぞれに、水素ガスおよび酸化剤ガス通過させるガス供給管、排出配管を配置した。また、燃料電池の単セルには、運転電圧を検出する電圧計、運転温度を検出する熱電対、運転温度制御手段として冷却水供給管および排出管、運転温度および運転電圧より燃料電池の運転温度を演算する演算器、外部負荷として、燃料電池から外部へ取り出す負荷を制御する外部負荷装置を配置し、本実施例の燃料電池の運転装置とした。
【０１０１】
（２）燃料電池の運転装置の運転および性能評価
実施例１
作製した固体高分子型燃料電池の単セルの運転は、以下の方法により実施し、本実施例における燃料電池の運転装置の性能を評価した。
【０１０２】
まず、燃料電池の単セルを８０℃に温調し、燃料電池の燃料極側に燃料ガスとして水素を、空気極側に酸化剤として空気を、それぞれ利用率７０％、４０％で供給し、燃料電池の排気側圧力は大気圧とした。
【０１０３】
この状態で単セルの運転電圧が０．６ボルトとなるように外部負荷を制御し、１分間発電を行った後、単セルの運転温度を７０℃に低下させるように制御し、単セルの運転電圧が０．９ボルトとなるように外部負荷を制御し、同じく１分間発電を行った。
【０１０４】
その後、単セルの運転温度を再び８０℃に設定し、単セルの運転電圧が０．６ボルトとなるように外部負荷を制御し１分間発電を行った。
【０１０５】
以下、同様の単セルの運転温度および運転電圧の制御を５０００サイクル繰り返して運転を行った。
【０１０６】
この燃料電池の負荷サイクル運転前後において、サイクリックボルタンメトリによる空気極側触媒層の電気化学的有効表面積（ＥＣＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）を求め、有効表面積の変化量により燃料電池の耐久性を評価した。
【０１０７】
実施例２
実施例１と同様の燃料電池の単セルを使用し、単セルの運転電圧が０．９ボルト時の制御温度を６０℃とした以外は、実施例１と同様の制御を行った。本実施例においても、単セルの運転温度および運転電圧の制御を５０００サイクル実施した前後での電気化学的有効表面積の変化量を評価した。
【０１０８】
実施例３
実施例１と同様の燃料電池の単セルを使用し、単セルの運転電圧０．６ボルト時の制御温度を９０℃とし、０．９ボルト時の制御温度を６０℃とした以外は、実施例１と同様の制御を行った。本実施例においても、単セルの運転温度および運転電圧の制御を５０００サイクル実施した前後での電気化学的有効表面積の変化量を評価した。
【０１０９】
参考例１
実施例１と同様の燃料電池の単セルを使用し、単セルの運転温度を常時８０℃にとした以外は、実施例１と同様の制御を行った。本参考例においては、単セルの運転電圧の制御を５０００サイクル実施した前後での電気化学的有効表面積の変化量を評価した。
【０１１０】
参考例２
実施例１と同様の燃料電池の単セルを使用し、単セルの運転温度を常時９０℃とした以外は、実施例１と同様の制御を行った。本参考例においては、単セルの運転電圧の制御を５０００サイクル実施した前後での電気化学的有効表面積の変化量を評価した。
【０１１１】
実施例１から３で得られた電気化学的有効表面積の変化量を表１に示す。
【０１１２】
【表１】
2007157554.tif 000003
【０１１３】
表１を参照すれば、燃料電池の単セルの運転電圧に応じて運転温度を変化させた場合（実施例１から３）の方が、単セルの運転電圧にかかわらず一定の運転温度で運転させた場合（参考例１から２）よりも、ＥＣＡの変化量は小さい。この結果から言えることは、単セルの運転電圧の変動に応じて運転温度を変化させた方が、触媒表面の反応面積の低下が抑えられ、燃料電池性能が低下しにくいということである。
【０１１４】
したがって、本発明に係る固体高分子型燃料電池の運転方法およびその装置では、燃料電池の運転中における負荷サイクルによる触媒の劣化を効果的に抑制でき、従来よりも耐久性に優れた燃料電池を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、車両用駆動源や定置型電源など、長期間に渡り耐久性が求められる固体高分子型燃料電池に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】固体高分子型燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】固体高分子型燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の触媒に用いられる白金（Ｐｔ）のサイクリックボルタモグラムの概略図である
【図４】第１実施形態に係る固体高分子型燃料電池の運転装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示した運転装置の動作フローチャートである。
【図６】図４に示した運転装置の動作フローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る固体高分子型燃料電池の運転装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示した運転装置の動作フローチャートである。
【符号の説明】
【０１１７】
１    燃料電池スタック、
１Ａ    燃料電池スタック、
１Ｂ    燃料電池スタック、
２    単セル
２ａ    単セル、
２ｂ    単セル、
３    積層体、
４    集電板、
５    絶縁板、
６    エンドプレート、
８    アノードガス導入口、
９    アノードガス排出口、
１０    カソードガス導入口、
１１    カソードガス排出口、
１２    冷却水導入口、
１３    冷却水排出口、
１５    セパレータ、
１５Ａ    アノードセパレータ、
１５Ｂ    カソードセパレータ、
１６    凸条部、
１６Ａ    凸部、
１６Ｂ    凸部、
１７    凹条部、
１７Ａ    凹部、
１７Ｂ    凹部、
１８    アノードガス流路、
１９    カソードガス流路、
２０    単セル電圧計、
２０Ａ    単セル電圧計、
２１    電流計、
１００    運転装置、
１１３    運転温度検出部、
１１４    制御温度演算部、
１１５    運転温度制御部、
１１６    外部負荷、
１４１    固体高分子電解質膜、
１４２Ａ    アノード触媒層、
１４２Ｂ    カソード触媒層、
１４３Ａ    ガス拡散層、
１４３Ｂ    ガス拡散層、
１４４Ａ    アノード電極、
１４４Ｂ    カソード電極、
２００    運転装置、
２２３    運転温度検出部、
２２４    制御温度演算部、
２２５    運転温度制御部、
２２６    電池選択部、
２２６ａ    スイッチ、
２２７    外部負荷。
【図１】
2007157554.tif 000004
【図２】
2007157554.tif 000005
【図３】
2007157554.tif 000006
【図４】
2007157554.tif 000007
【図５】
2007157554.tif 000008
【図６】
2007157554.tif 000009
【図７】
2007157554.tif 000010
【図８】
2007157554.tif 000011