(57)【要約】【課題】アイオノマーを含む電極を備える燃料電池において、メンテナンスコストを抑制する。【解決手段】燃料電池のメンテナンス工程は、定期点検時に燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第１の最大出力検査工程（ステップＳ１００）と、第１の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）以下である場合に（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、燃料電池に対して熱処理を施す熱処理工程（ステップＳ１２０）と、熱処理工程を経た燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第２の最大出力検査工程（ステップＳ１３０）と、第２の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力が規定値Ｗｍａｘの６０（％）よりも大きいか否かを判断する工程（ステップＳ１４０）と、を備える。【選択図】図１
2013122815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイオノマーを含む電極を備える燃料電池のメンテナンス方法であって、
定期点検時に前記燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第１の最大出力検査工程と、
前記第１の最大出力検査工程によって、前記最大出力が規定値の６０（％）以下である場合に、前記燃料電池に対して熱処理を施す熱処理工程と、
前記熱処理工程を経た前記燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第２の最大出力検査工程と、
前記第２の最大出力検査工程によって、前記最大出力が前記規定値の６０（％）よりも大きいか否かを判断する工程と、
を備えるメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイオノマーを含む電極を備える燃料電池のメンテナンス方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスと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。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、固体高分子型燃料電池において、電極は、電解質膜の表面に、触媒を担持したカーボン粒子とアイオノマーとを含む触媒インクを塗布して乾燥させることによって形成される。あるいは、固体高分子型燃料電池において、電極は、基材シート上に触媒インクを塗布して乾燥させることによって作製された電極層を、電解質膜の表面に熱圧着することによって形成される。この電極の作製時には、電極に含まれるアイオノマーの結晶度を高めるために、電極に対して熱処理が施される場合もある（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６１８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池では、発電によって水（生成水）が生成される。そして、電極に含まれるアイオノマーは、燃料電池の長期間の使用に伴い、生成水を吸水して膨潤する。そして、アイオノマーが膨潤すると、電極、特に、生成水が生成されるカソードの拡散抵抗が増大して、燃料電池の最大出力（最大負荷を掛けたときの出力）の低下を招く。これは、電極の作製時に、電極に対して熱処理が施されている場合（上記特許文献１参照）であっても同様である。このように最大出力が低下した燃料電池は、従来、劣化により継続使用不能と判断されて、新品と交換されていた。そして、この燃料電池の交換は、メンテナンスコストの増大を招いていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、アイオノマーを含む電極を備える燃料電池において、メンテナンスコストを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
アイオノマーを含む電極を備える燃料電池のメンテナンス方法であって、
定期点検時に前記燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第１の最大出力検査工程と、
前記第１の最大出力検査工程によって、前記最大出力が規定値の６０（％）以下である場合に、前記燃料電池に対して熱処理を施す熱処理工程と、
前記熱処理工程を経た前記燃料電池の最大出力を検出する検査を行う第２の最大出力検査工程と、
前記第２の最大出力検査工程によって、前記最大出力が前記規定値の６０（％）よりも大きいか否かを判断する工程と、
を備えるメンテナンス方法。
【０００８】
本願発明者は、燃料電池において、電極に含まれるアイオノマーが膨潤して最大出力が低下した場合に、燃料電池に対して熱処理を施すことによって、電極に含まれるアイオノマーの結晶構造が膨潤前の状態に回復し、燃料電池の最大出力も回復することを見出した。
【０００９】
適用例１のメンテナンス方法では、定期点検時の第１の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力（最大負荷を掛けたときの出力）が規定値の６０（％）以下である場合に、電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因して燃料電池の最大出力が低下した可能性があると判断する。そして、燃料電池に対して熱処理を施す。この熱処理によって、燃料電池の最大出力の低下が電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因するものである場合に、電極に含まれるアイオノマーの結晶構造を膨潤前の状態に回復させ、燃料電池の最大出力も回復させることができる。そして、熱処理工程後の第２の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力が規定値の６０（％）よりも大きくなったか否かを判断し、大きくなった場合には、燃料電池を交換することなく継続使用する。したがって、燃料電池のメンテナンスコストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池のメンテナンス工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池のメンテナン工程を示す説明図である。なお、本実施例における燃料電池は、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池である。そして、この燃料電池の電極は、触媒を担持したカーボン粒子とアイオノマーとを含んでいる。また、この電極の作製時には、電極に含まれるアイオノマーの結晶度を高めるために、電極に対して熱処理が施されている。本実施例では、電極に対して、１４５（℃）、３０（分）の熱処理条件で熱処理が施されているものとした。
【００１２】
まず、定期点検時に、燃料電池の最大出力（最大負荷を掛けたときの出力）を検出する最大出力検査を行う（ステップＳ１００）。本実施例では、５分間のアイドル運転の後に、最大出力検査を行うものとした。この工程は、［課題を解決するための手段］における第１の最大出力検査工程に相当する。
【００１３】
そして、検出された最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）よりも大きい場合には（ステップＳ１１０：ＮＯ）、燃料電池は継続使用可能であると判断して、メンテナンスを終了する。
【００１４】
一方、ステップＳ１１０において、最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）以下である場合には（ステップＳＳ１１０：ＹＥＳ）、電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因して燃料電池の最大出力が低下した可能性があると判断して、燃料電池に対して熱処理を施す（ステップＳ１２０）。本実施例では、燃料電池を恒温槽に入れて、電極の作製時と同じ熱処理条件、すなわち、１４５（℃）、３０（分）の熱処理条件で、燃料電池に対して熱処理を施すものとした。燃料電池において、電極に含まれるアイオノマーが膨潤して最大出力が低下した場合には、燃料電池に対して熱処理を施すことによって、電極に含まれるアイオノマーの結晶構造が膨潤前の状態に回復し、燃料電池の最大出力も回復する。なお、ステップＳ１２０における熱処理条件は、適宜、変更可能である。
【００１５】
次に、再度、ステップＳ１００と同様にして、燃料電池の最大出力検査を行う（ステップＳ１３０）。この工程は、［課題を解決するための手段］における第２の最大出力検査工程に相当する。
【００１６】
そして、検出された最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１４０）。最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）以下である場合には（ステップＳ１４０：ＮＯ）、燃料電池の最大出力の低下は、電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因するものではないと判断して、燃料電池の最大出力の低下の原因を究明するための他の検査を行う（ステップＳ２００）。そして、必要に応じて、燃料電池の交換を行う等のメンテナンスを行う。
【００１７】
一方、ステップＳ１４０において、最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）よりも大きい場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、燃料電池の最大出力が回復し、継続使用可能であると判断して、メンテナンスを終了する。
【００１８】
以上説明した本実施例の燃料電池のメンテナンス工程では、定期点検時の第１の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力Ｗが規定値Ｗｍａｘの６０（％）以下である場合に、電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因して燃料電池の最大出力が低下した可能性があると判断する。そして、燃料電池に対して熱処理を施す。この熱処理によって、燃料電池の最大出力の低下が電極に含まれるアイオノマーが膨潤したことに起因するものである場合に、電極に含まれるアイオノマーの結晶構造を膨潤前の状態に回復させ、燃料電池の最大出力も回復させることができる。そして、熱処理工程後の第２の最大出力検査工程によって、燃料電池の最大出力が規定値の６０（％）よりも大きくなったか否かを判断し、大きくなった場合には、燃料電池を交換することなく継続使用する。したがって、燃料電池のメンテナンスコストを抑制することができる。
【図１】
2013122815.tif 000003