(57)【要約】【課題】特別な装置を必要とせず、燃料電池の活性化を可及的に短時間で終えることができ、そのためのコストを低減可能な方法を提供する。【解決手段】本発明は燃料電池をシステム動作電圧により発電させる前に行う活性化方法である。本発明の活性化方法は、アノード極２とカソード極３とをポテンシオガルバノスタット２０に接続し、第１工程として、燃料電池（セル）１０を定電位で発電させる。また、第２工程として、燃料電池（セル）１０の電位を変動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池をシステム動作電圧により発電させる前に行う活性化方法において、
前記燃料電池を定電位で発電させる第１工程と、
前記燃料電池の電位を変動させる第２工程とを備えていることを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項２】
前記第１工程は、前記燃料電池の電圧が０Ｖを超え、かつ前記システム動作電圧より低い請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項３】
前記第２工程は、発電をオンオフさせるか又は電位サイクルさせる請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の活性化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の性能を十分に発揮させるため、燃料電池に対して活性化方法を行う慣らし運転が行われ得る。例えば、燃料電池のセルについて言えば、アノード極とカソード極とをポテンシオガルバノスタット等の直流電源に接続し、アノード極に対するカソード極の電位を０．１Ｖから０．９Ｖの範囲で制御する。これにより、水素ガスが流れる水素雰囲気であるアノード極は電位が０Ｖ（標準電位）になり、カソード極の電位が０．１Ｖから０．９Ｖの範囲で掃引される。そして、６０秒かけて行う０．９Ｖから０．１Ｖへの変更と、３０秒かけて行う０．１Ｖから０．９Ｖへの変更とを１サイクルとし、それを複数回繰り返す。なお、特許文献１〜４には、他の活性化方法が開示されている。これらの活性化方法により、アノード極やカソード極の触媒金属微粒子が還元され、触媒金属微粒子の活性が上がると思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９０５０号公報
【特許文献３】特表２００７−５１７３５９号公報
【特許文献４】特開２００９−２７７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発明者らの試験結果によれば、上記従来の電位サイクルを行う活性化方法は、燃料電池が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまで、約１５０サイクルを行わなければならず、そのために約４時間を要してしまう。この場合、手間がかかるだけではなく、燃料電池に供給する水素ガス等のエネルギーの損失量も大きく、活性化のために多大なコストを要してしまう。
【０００５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、特別な装置を必要とせず、燃料電池の活性化を可及的に短時間で終えることができ、そのためのコストを低減可能な方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池の活性化方法は、燃料電池をシステム動作電圧により発電させる前に行う活性化方法において、
前記燃料電池を定電位で発電させる第１工程と、
前記燃料電池の電位を変動させる第２工程とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
発明者らの試験結果によれば、第１工程だけ、つまり燃料電池を定電位で発電させているだけでは、電流密度は徐々にしか高くならない。第２工程を行えば、つまり燃料電池の電位を変動させれば、電流密度は、第２工程を行う前よりも飛躍的に高くなる。このため、本発明の活性化方法によれば、燃料電池が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまでの時間が短くなる。このため、この活性化方法によれば、従来よりも手間が省け、燃料電池に供給する水素ガス等のエネルギーの損失量も小さくすることが可能である。
【０００８】
したがって、本発明の活性化方法によれば、特別な装置を必要とせず、燃料電池の活性化を可及的に短時間で終えることができ、そのためのコストを低減可能である。
【０００９】
第１工程は、燃料電池の電圧が０Ｖを超え、かつシステム動作電圧より低いことが好ましい（請求項２）。発明者らの試験結果によれば、この場合に第２工程後に電流密度が飛躍的に高くなる。また、この場合、燃料電池の電圧がシステム動作電圧より低いことから、より大きな電流を流すことができ、燃料電池の活性化に要する時間を短縮することができる。
【００１０】
第２工程は、発電をオンオフさせるか又は電位サイクルさせることが好ましい（請求項３）。発明者らの試験結果によれば、これらの場合に第２工程後に電流密度が飛躍的に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１〜４及び比較例１の活性化方法に用いた装置の構成図である。
【図２】実施例１及び比較例１の時間と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２及び比較例１の時間と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例３及び比較例１の時間と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５】実施例４及び比較例１の時間と電流密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した実施例１〜４を比較例１とともに図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１に示すように、燃料電池のセル１０とポテンシオガルバノスタット２０とを用意した。
【００１４】
セル１０は、高分子電解質膜１と、この高分子電解質膜１の一面に接合されたアノード極２と、高分子電解質膜１の他面に接合されたカソード極３とを有している。アノード極２には、水素ガスが供給される燃料室をもつセパレータ４が設けられている。カソード極３には、空気が供給される空気室をもつセパレータ５が設けられている。
【００１５】
第１工程として、セル１０を定電位で発電させる。すなわち、アノード極２とカソード極３とをポテンシオガルバノスタット２０に接続し、セル温度を６０°Ｃとし、相対湿度１００％ＲＨに加湿し、＋０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）に加圧した水素ガス及び空気をアノード極２及びカソード極３に流した状態で、アノード極２に対するカソード極３の電位をシステム動作電圧より低い０．２Ｖに制御することで、定電位発電を実施する。
【００１６】
２０分程度第１工程を行った後、第２工程として、発電をオフすることにより、セル１０の電位を変動させる。すなわち、ポテンシオガルバノスタット２０を制御することにより、アノード極２とカソード極３との接続を解除する。
【００１７】
７分程度第２工程を行った後、再び第１工程を行う。この際の時間（分）とセル１０の電流密度（Ａ／ｃｍ2）との関係を図２に示す。
【００１８】
上記従来の電位サイクルを行う活性化方法を比較例１とし、比較例１の結果も図２に示す。なお、図２では、比較例１の最大電流値のみをプロットしている。
【００１９】
図２からわかるように、比較例１では、セル１０が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまで、約４時間を要するのに対し、実施例１では、第２工程後に電流密度が飛躍的に高くなり、その時間が４０〜５０分程度である。比較例１では、カソード電極３にフラッディングが生じているものと思われる。
【００２０】
（実施例２）
第１工程として、アノード極２とカソード極３とをポテンシオガルバノスタット２０に接続し、セル温度を６０°Ｃとし、相対湿度１００％ＲＨに加湿し、＋０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）に加圧した水素ガス及び空気をアノード極２及びカソード極３に流した状態で、アノード極２に対するカソード極３の電位をシステム動作電圧より低い０．３５Ｖに制御することで、定電位発電を実施する。
【００２１】
２０分程度第１工程を行った後、ポテンシオガルバノスタット２０を制御することにより、第２工程として発電を瞬間的にオフした後、第１工程として発電を瞬間的にオンする。こうして、第１工程を行っている間、約２０分毎に第２工程を４回程度行う。この際の時間（分）とセル１０の電流密度（Ａ／ｃｍ2）との関係を図３に示す。図３には、比較例１の結果も示している。他の条件は実施例１と同様である。
【００２２】
図３からわかるように、実施例２では、セル１０が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまでの時間が１００〜１２０分程度である。実施例２は実施例１の場合より長い時間を要するが、これは設定電位が実施例１の０．２Ｖより高い０．３５Ｖであったためと考えられる。
【００２３】
（実施例３）
第１工程として、アノード極２とカソード極３とをポテンシオガルバノスタット２０に接続し、セル温度を６０°Ｃとし、相対湿度１００％ＲＨに加湿し、＋０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）に加圧した水素ガス及び空気をアノード極２及びカソード極３に流した状態で、アノード極２に対するカソード極３の電位をシステム動作電圧より低い０．２Ｖに制御することで、定電位発電を実施する。
【００２４】
この際の時間（分）とセル１０の電流密度（Ａ／ｃｍ2）との関係を図４に示す。図４には、比較例１の結果も示している。他の条件は実施例１と同様である。
【００２５】
図４からわかるように、実施例３では、セル１０が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまでの時間が１００分程度である。実施例３は実施例１の場合より長い時間を要するが、これは第１工程のみを実施し、第２工程を実施していないためと考えられる。
【００２６】
（実施例４）
アノード極２とカソード極３とをポテンシオガルバノスタット２０に接続した後、セル温度を６０°Ｃとし、相対湿度１００％ＲＨに加湿し、＋０．１ＭＰａＧ（ゲージ圧）に加圧した水素ガス及び空気をアノード極２及びカソード極３に流した状態で、初めに、ポテンシオガルバノスタット２０を制御することにより、第２工程として電位サイクルを行う。
【００２７】
次いで、第１工程として、アノード極２に対するカソード極３の電位をシステム動作電圧より低い０．２Ｖに制御することで、定電位発電を実施する。
【００２８】
３０分程度第１工程を行った後、第２工程として、発電をオフする。７分程度第２工程を行った後、再び第１工程を行う。
【００２９】
また、２０分程度第１工程を行った後、第２工程として、発電をオフする。７分程度第２工程を行った後、再び第１工程を行う。
【００３０】
この際の時間（分）とセル１０の電流密度（Ａ／ｃｍ2）との関係を図５に示す。図５には、比較例１の結果も示している。他の条件は実施例１と同様である。
【００３１】
図５からわかるように、実施例４では、セル１０が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまでの時間が８０分程度である。
【００３２】
以上のように、実施例１〜４の活性化方法によれば、セル１０が高い電流密度をほぼ飽和状態で出力するに至るまでの時間が比較例１よりも短くなっている。このため、これらの活性化方法によれば、従来よりも手間が省け、燃料電池に供給する水素ガス等のエネルギーの損失量も小さくすることが可能である。
【００３３】
したがって、実施例１〜４の活性化方法によれば、特別な装置を必要とせず、燃料電池の活性化を可及的に短時間で終えることができ、そのためのコストを低減可能である。
【００３４】
以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜４に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電気自動車等の移動用電源、屋外据え置き用電源、ポータブル電源等に用いる燃料電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…燃料電池（セル）
【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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