(57)【要約】【課題】検査時間を短くする燃料電池の検査方法を提供する。【解決手段】燃料電池の検査方法は、電解質膜と電解質膜の一方の側に配置されたアノード側触媒層と電解質膜の他方の側に配置されたカソード側触媒層とを含む発電体に第１の期間に第１の電圧値の直流電圧を印加する第１の工程と、発電体に第１の期間の後の第２の期間に第１の電圧値よりも低い第２の電圧値の直流電圧を印加すると共に、発電体に流れる電流値を検出する第２の工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の検査方法であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノード側触媒層と、前記電解質膜の他方の側に配置されたカソード側触媒層と、を含む発電体に、第１の期間に、第１の電圧値の直流電圧を印加する第１の工程と、
前記発電体に、前記第１の期間の後の第２の期間に、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値の直流電圧を印加すると共に、前記発電体に流れる電流値を検出する第２の工程と、を備える、燃料電池の検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池の検査方法であって、さらに、
前記検出した電流値と所定の閾値とを比較する判定工程を備える、燃料電池の検査方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第１の期間の長さは、０．５秒以上２．５秒以下である、燃料電池の検査方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第１の期間の長さと、前記第１の電圧値を前記第２の電圧値で除して算出した係数と、を乗じた値は、０．４以上４．０以下である、燃料電池の検査方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記電流値の検出は、前記第２の期間の開始から所定の時間経過した時に行われる、燃料電池の検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記所定の時間は、１秒以上５秒以下である、燃料電池の検査方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第２の電圧値は、０．５ボルト以下である、燃料電池の検査方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第２の期間は、前記第１の期間の終了と同時に始まる期間である、燃料電池の検査方法。
【請求項９】
燃料電池の検査装置であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノード側触媒層と、前記電解質膜の他方の側に配置されたカソード側触媒層と、を含む発電体に、第１の期間には、第１の電圧値の直流電圧を印加し、前記第１の期間の後の第２の期間には、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値の直流電圧を印加する電圧印加部と、
前記第２の期間に、前記発電体に流れる電流値を検出する検出部と、を備える、燃料電池の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を一対の電極（アノードおよびカソード）で挟んで作製した膜電極接合体（以下「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」とも呼ぶ）にそれぞれ反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
【０００３】
ＭＥＡは、プロトン伝導性向上のため、薄膜化等の検討がなされている。それに伴い、ＭＥＡのガス拡散電極との界面への異物混入、およびハンドリング上のキズ等で、ＭＥＡに求められるガス・電子の遮蔽機能が低下したＭＥＡの発生確率が上がることが懸念されている。それらは燃料電池の性能を低下させるものであり、電気リークおよびガスリーク（以下、「リーク」とも呼ぶ）に対するＭＥＡの検査により判定できる。従来、ＭＥＡに直流の一定電圧を印加し、ＭＥＡから検出される定常電流値から、ＭＥＡに生じたリークを検査する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８６１３０号公報
【特許文献２】特開２００６−１１４４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記検査方法では、ＭＥＡにおけるリークを検査できるものの、ＭＥＡに直流電圧を印加したときに流れる電流が定常電流値になるのに時間がかかってしまい、燃料電池の検査時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
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、燃料電池の検査時間を短くすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］燃料電池の検査方法であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノード側触媒層と、前記電解質膜の他方の側に配置されたカソード側触媒層と、を含む発電体に、第１の期間に、第１の電圧値の直流電圧を印加する第１の工程と、
前記発電体に、前記第１の期間の後の第２の期間に、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値の直流電圧を印加すると共に、前記発電体に流れる電流値を検出する第２の工程と、を備える、燃料電池の検査方法。
【０００９】
この燃料電池の検査方法では、発電体に、第１の期間に、第１の電圧値の直流電圧を印加し、第１の期間の後である第２の期間に、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値を印加すると共に、発電体に流れる電流値を検出する。そのため、電流値を検出するときに、発電体における電気二重層の形成が完了しているため、発電体におけるリークの有無を検査することができる。よって、この燃料電池の検査方法では、発電体の検査を短時間で行うことができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池の検査方法であって、さらに、
前記検出した電流値と所定の閾値とを比較する判定工程を備える、燃料電池の検査方法。
【００１１】
この燃料電池の検査方法では、検出した電流値と予め定めた閾値とを比較し、発電体におけるリークの有無について判定する。そのため、閾値を予め定めておけば、発電体のリークの有無をより簡便に判定することができる。
【００１２】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第１の期間の長さは、０．５秒以上２．５秒以下である、燃料電池の検査方法。
【００１３】
この燃料電池の検査方法では、発電体に直流電圧を印加したときに流れる電流が定常電流値のときに検出することができ、発電体におけるリークの有無の検査時間を短くし、かつ読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１または適用例２に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第１の期間の長さと、前記第１の電圧値を前記第２の電圧値で除して算出した係数と、を乗じた値は、０．４以上４．０以下である、燃料電池の検査方法。
【００１５】
この燃料電池１００の検査方法では、発電体に直流電圧を印加したときに流れる電流が定常電流値のときに検出することができ、発電体におけるリークの有無の検査時間を短くし、かつ読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。
【００１６】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記電流値の検出は、前記第２の期間の開始から所定の時間経過した時に行われる、燃料電池の検査方法。
【００１７】
この燃料電池の検査方法では、発電体に印加する直流電圧が第１の電圧値から第２の電圧値へ変化するのに伴い、電気二重層の形成が完了していない電流値を検出することがないので、読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。
【００１８】
［適用例６］適用例５に記載の燃料電池の検査方法であって、
前記所定の時間は、１秒以上５秒以下である、燃料電池の検査方法。
【００１９】
この燃料電池の検査方法では、発電体に印加する直流電圧が第１の電圧値から第２の電圧値へ変化するのに伴い、電気二重層の形成が完了していない電流値を検出することがない。また、電流値の検出が第２の期間の開始から５秒以内に行われると、発電体の電気二重層の形成が完了した後、速やかに電流値を検出する。よって、この燃料電池の検査方法では、発電体の検査をより短時間で、かつ高精度に行うことができる。
【００２０】
［適用例７］適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第２の電圧値は、０．５ボルト以下である、燃料電池の検査方法。
【００２１】
この燃料電池の検査方法では、発電体に印加する電圧値と検出される電流値とは、略比例関係になるので、発電体のサンプル間でのばらつきを小さくすることができる。
【００２２】
［適用例８］適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池の検査方法であって、
前記第２の期間は、前記第１の期間の終了と同時に始まる期間である、燃料電池の検査方法。
【００２３】
この燃料電池の検査方法では、第１の期間と第２の期間との間に余分な工程を含まず、発電体の検査を最短で行うことができる。
【００２４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池の検査方法および製造方法、燃料電池スタック、燃料電池スタックの検査方法および製造方法、燃料電池を備えた移動体、燃料電池を備えた移動体の検査方法および製造方法等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例における燃料電池１００の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０の検査の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０の検査の様子を概略的に示す説明図である。
【図４】本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０に直流電圧を印加したときに検出された電流値の一例を示す説明図である。
【図５】比較例の検査方法における各時刻の検出電流値の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例の検査方法における電圧を印加したＭＥＡ１１０から検出された電流値と検出時間とから算出したずれ量を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例の検査方法における電圧を印加したＭＥＡ１１０から検出された電流値と検出時間とから算出したずれ量を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例の検査方法におけるＭＥＡ１１０に印加した電圧値と検出された電流値とを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ−１．燃料電池の構成
Ａ−２．発電体の検査工程
Ａ−３．精度評価：
Ｂ．変形例：
【００２７】
Ａ．実施例：
Ａ−１．燃料電池の構成
図１は、本発明の実施例における燃料電池１００の構成を概略的に示す説明図である。本実施例の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、セパレータ１４０とカソード側ガス流路層１３２とカソード側拡散層１２２と膜電極接合体（以下「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」とも呼ぶ）１１０とアノード側拡散層１２４とアノード側ガス流路層１３４とが複数積層されて締結されたスタック構造を有している。なお、ＭＥＡ１１０は、本発明における発電体に相当する。
【００２８】
図１に示すように、ＭＥＡ１１０は、電解質膜１１２と、電解質膜１１２の一方の側に配置されたアノード１１６と、電解質膜１１２の他方の側に配置されたカソード１１４と、から構成されている。アノード１１６は、電解質膜１１２と反対側でアノード側拡散層１２４と接している。また、カソード１１４は、電解質膜１１２と反対側でカソード側拡散層１２２と接している。アノード側拡散層１２４とセパレータ１４０との間にはアノード側ガス流路層１３４が配置され、カソード側拡散層１２２とセパレータ１４０との間にはカソード側ガス流路層１３２が配置される。なお、図１には、燃料電池１００の構成をわかりやすく示すために、１つのＭＥＡ１１０から構成される１つのセルのみを示し、他のセルの図示を省略している。
【００２９】
電解質膜１１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード１１６およびカソード１１４は、電極反応を促進する触媒を提供する層であり、例えば白金を担持したカーボンと電解質とを含む材料により形成されている。アノード側拡散層１２４およびカソード側拡散層１２２は、電極反応に用いられる反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）を面方向（燃料電池１００の積層方向（図１参照）に略直交する方向）に拡散させる層であり、例えばカーボンクロスやカーボンペーパーにより形成されている。本実施例では、拡散層には、例えばＰＴＦＥ樹脂によって撥水処理が施されている。
【００３０】
セパレータ１４０は、ガスを透過しない緻密質であると共に導電性を有する材料、例えば圧縮成型された緻密質カーボン、金属、導電性樹脂により形成されている。アノード側ガス流路層１３４およびカソード側ガス流路層１３２は、反応ガスを燃料電池１００の面方向に沿って流通させる反応ガス流路として機能する層であり、例えば、金属多孔体やカーボン多孔体などの導電性を有する多孔質材料により形成されている。本実施例では、アノード側ガス流路層１３４およびカソード側ガス流路層１３２の表面には、親水処理が施されている。
【００３１】
図１では図示を省略しているが、燃料電池１００は、いずれも燃料電池１００を積層方向に貫通する燃料ガス供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、酸化ガス供給マニホールドと、酸化ガス排出マニホールドと、を有している。燃料電池１００に対して供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを介して各セルのアノード側ガス流路層１３４に分配され、アノード側拡散層１２４で拡散され、さらにＭＥＡ１１０のアノード側に供給されてＭＥＡ１１０における電気化学反応に利用される。反応に利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。また、燃料電池１００に対して供給された酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドを介して各セルのカソード側ガス流路層１３２に分配され、カソード側拡散層１２２で拡散され、さらにＭＥＡ１１０のカソード側に供給されてＭＥＡ１１０おける電気化学反応に利用される。反応に利用されなかった酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。燃料ガスとしては、例えば水素ガスが用いられ、酸化ガスとしては、例えば空気が用いられる。
【００３２】
Ａ−２．発電体の検査工程
図２は、本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０の検査の流れを示すフローチャートである。図３は、本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０の検査の様子を概略的に示す説明図である。図４は、本発明の実施例におけるＭＥＡ１１０に直流電圧を印加したときに検出された電流値の一例を示す説明図である。本実施例におけるＭＥＡ１１０の検査では、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加して、電圧印加時のＭＥＡ１１０に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいてＭＥＡ１１０の電子リークおよびガスリーク（以下、「リーク」とも呼ぶ）の有無を判定する。
【００３３】
最初に、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加する（図２のステップＳ２１０）。図３に示すように、ＭＥＡ１１０は、一対の金属板１６０で挟み込まれ、締結される。一対の金属板１６０は、直流電源１７０と接続されている。また、一対の金属板１６０と直流電源１７０との間には、電流計１８０が設けられており、ＭＥＡ１１０に流れる電流値を検出することができる。
【００３４】
図４の電流曲線Ｃ１は、本実施例の検査方法における電流計測結果の一例を示している。また、図４の電流曲線Ｃ２は、後述する比較例の検査方法における電流計測結果の一例を示している。横軸は時間であり、縦軸は電流値である。図４に示すように、ＭＥＡ１１０に電圧を印加し始めたときから時刻ｔ１までの第１の期間ＡＴ１では、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１を印加する。第１の期間ＡＴ１では、直流電圧が印加されると、ＭＥＡ１１０に電気二重層が形成され始めるため、電流曲線Ｃ１のように、徐々にＭＥＡ１１０に流れる電流値が上昇し、あるピークを迎えると徐々に電流値が減少する。なお、本実施例の検査方法における第１の電圧値Ｖ１は一定の電圧値の０．２Ｖ（ボルト）であり、時刻ｔ１は１秒、すなわち第１の期間ＡＴ１の長さは１秒間である。
【００３５】
次に、ＭＥＡ１１０に第２の電圧値Ｖ２を印加する（図２のステップＳ２２０）。図４に示すように、時刻ｔ１以降、すなわち第１の期間ＡＴ１の終了と同時に始まる第２の期間ＡＴ２では、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２を印加する。第１の期間ＡＴ１から第２の期間ＡＴ２に切り替わると、ＭＥＡ１１０に印加される直流電圧が第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２に変化したために、第１の期間ＡＴ１でＭＥＡ１１０に形成され始めていた電気二重層の一部が放電する。そのため、印加電圧が変化した時刻ｔ１のときの電流値Ｉｐ１はマイナスの電流値となっている。放電が終了した後、しばらくすると、第２の電圧値Ｖ２によりＭＥＡ１１０では電気二重層の形成が完了して、ＭＥＡ１１０に流れる電流が一定の定常電流となる。なお、本実施例の検査方法における第２の電圧値Ｖ２は、一定の電圧値の０．１Ｖである。
【００３６】
次に、ＭＥＡ１１０に流れる電流値を検出する（図２のステップＳ２３０）。図４に示すように、時刻ｔ１からしばらくして、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無を判定するための電流値を検出する時刻ｔ２のときに、検出されるのが電流値Ｉｐ２である。本実施例の検査方法では、時刻ｔ２のときに、すでにＭＥＡ１１０の電気二重層の形成が完了しているため、時刻ｔ２以降は、ＭＥＡ１１０に流れる電流値はほぼ一定の定常電流値である。ここで、時刻ｔ２が小さい、すなわち第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１からあまり時間が経過せずに、ＭＥＡ１１０に流れる電流値を検出すると、ＭＥＡ１１０の電気二重層の形成が完了しておらず、定常電流となっていない電流値を検出する場合がある。そのため、時刻ｔ２は、例えば、第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から１秒以上経過していることが好ましい。また、ＭＥＡ１１０に流れる電流値を検出するときに、ＭＥＡ１１０の電気二重層の形成が完了していればよいので、時刻ｔ２は、ＭＥＡ１１０の検査時間を短くするために、例えば、第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から５秒以内であることが好ましい。なお、本実施例の検査方法では、時刻ｔ２を４秒としており、ＭＥＡ１１０から電流値Ｉｐ２を検出するときは、第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から３秒経過したときである。
【００３７】
次に、検出された電流値Ｉｐ２と予め定められた閾値Ｉｔｈとを比較し、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無を判定する（図２のステップＳ２４０）。ＭＥＡ１１０にリークが生じている場合、リーク電流が発生するため、検出された定常電流の電流値は、リークが生じていないＭＥＡ１１０と比較して高い電流値となる。そのため、閾値Ｉｔｈは、実験値からＭＥＡ１１０に生じたリークの有無が判定できる値に設定されている。電流値Ｉｐ２が閾値Ｉｔｈよりも高い場合には、ＭＥＡ１１０にリークが生じていると判定される。一方、電流値Ｉｐ２が閾値Ｉｔｈよりも低い場合には、ＭＥＡ１１０にリークが生じていないと判定される。
【００３８】
以上説明したように、本実施例の検査方法では、ＭＥＡ１１０に、第１の期間ＡＴ１に、第１の電圧値Ｖ１の直流電圧を印加し、第１の期間ＡＴ１の後である第２の期間ＡＴ２に、第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２を印加すると共に、時刻ｔ２のときにＭＥＡ１１０に流れる電流値Ｉｐ２を検出する。そのため、以下に説明するように、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で行うことができる。
【００３９】
比較例の検査方法では、第１の期間ＡＴ１および第２の期間ＡＴ２共に、ＭＥＡ１１０に第２の電圧値Ｖ２を印加する。なお、第２の電圧値Ｖ２は、上述した実施例と同じ電圧０．１Ｖである。そのため、比較例の検査方法では、直流電圧が印加されると、図４に示す電流曲線Ｃ２のように、徐々にＭＥＡ１１０に流れる電流値が上昇し、あるピークを迎えると徐々に電流値が減少し、しばらくすると定常電流値になる。そのため、時刻ｔ１のときにＭＥＡ１１０に流れる電流値Ｉｐ１’は、印加電圧の変化による放電の影響を受けず、マイナスの電流値にはならない。また、比較例の検査方法では、第１の期間ＡＴ１における印加電圧が実施例と比べて低いため、実施例と比較してＭＥＡ１１０の電気二重層の形成に時間がかかり、電流値が一定の定常電流値になるまでに時間がかかる。そのため、比較例の検査方法では、時刻ｔ２のときにＭＥＡ１１０に流れる電流値Ｉｐ２’は、定常電流値ではなく、時刻ｔ２よりもさらに時間が経過した時刻ｔ３のときにＭＥＡ１１０に流れる電流値Ｉｐ３’が定常電流値となる。そのため、電流値Ｉｐ２’は、電流値Ｉｐ３’よりも大きい電流値となる。なお、図４に示す電流曲線Ｃ１のように、実施例における時刻ｔ３のときの電流値Ｉｐ３は、定常電流値であり、実施例における時刻ｔ２のときの電流値Ｉｐ２とほぼ同じ電流値となる。比較例の検査方法における時刻ｔ３は、６０秒である。
【００４０】
図５は、比較例の検査方法における各時刻の検出電流値の関係を示す説明図である。図５の横軸は、時刻ｔ３のときに検出された電流値Ｉｐ３’であり、縦軸は、時刻ｔ２のときに検出された電流値Ｉｐ２’である。図５には、複数のサンプルのＭＥＡ１１０に、第２の電圧値Ｖ２の直流電圧を印加して、時刻ｔ２のときに検出された電流値Ｉｐ２’と、時刻ｔ３のときに検出された電流値Ｉｐ３’と、の関係が示されている。また、図５には、電流値Ｉｐ２’と電流値Ｉｐ３’との複数のデータから算出された近似直線Ｌ２が示されている。比較例の検査方法における電流値Ｉｐ２’と電流値Ｉｐ３’との電流値の差から算出された頻度分布における３σに対応する値は、８．７ｍＡ（ミリアンペア）であり、後述する実施例における値よりも大きく、すなわち電流値Ｉｐ２’と電流値Ｉｐ３’との差が大きい。そのため、比較例の検査方法における時刻ｔ２に検出された電流値Ｉｐ２’と閾値Ｉｔｈとの比較により、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無について、精度の高い判定をすることは難しい。
【００４１】
これに対し、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、時刻ｔ２のときに、ＭＥＡ１１０における電気二重層の形成が完了しているため、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無を検査することができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で行うことができる。
【００４２】
また、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、時刻ｔ２のときに検出した電流値Ｉｐ２と予め定めた閾値Ｉｔｈとを比較し、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無について判定する。そのため、閾値Ｉｔｈを予め定めておけば、ＭＥＡ１１０のリークの有無をより簡便に判定することができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で、かつ簡便に行うことができる。
【００４３】
また、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、定常電流値となっていない電流値が検出されるのを回避するために、第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から１秒以上経過した時に電流値Ｉｐ２が検出されることが好ましい。また、ＭＥＡ１１０の検査時間を短くするために、第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から５秒以内に電流値Ｉｐ２が検出されることが好ましい。電流値Ｉｐ２の検出が第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から１秒以上経過した時に行われると、ＭＥＡ１１０に印加する直流電圧が第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２へ変化するのに伴い、電気二重層の形成が完了していない電流値を検出することがないので、読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。また、電流値Ｉｐ２の検出が第２の期間ＡＴ２の開始時刻ｔ１から５秒以内に行われると、ＭＥＡ１１０の電気二重層の形成が完了した後、速やかに電流値を検出するので、ＭＥＡ１１０の検査時間を短くすることができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査をより短時間で、かつ高精度に行うことができる。
【００４４】
また、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、第１の期間ＡＴ１の終了と同時に第２の期間ＡＴ２が始まっている。そのため、第１の期間ＡＴ１と第２の期間ＡＴ２との間に余分な工程を含まないため、ＭＥＡ１１０の検査時間を最短にすることができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査をより短時間で行うことができる。
【００４５】
Ａ−３．精度評価：
図６および図７は、本発明の実施例の検査方法における電圧を印加したＭＥＡ１１０から検出された電流値と検出時間とから算出したずれ量を示す説明図である。図６には、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さと、第１の電圧値Ｖ１を第２の電圧値Ｖ２で除して算出した係数Ｃｖと、の条件に対する電流値Ｉｐ２と電流値Ｉｐ３とから算出したずれ量を示している。このずれ量は、電流値Ｉｐ２から電流値Ｉｐ３を引いた電流値の差から算出された頻度分布における３σに対応する値である。
【００４６】
図６に示すように、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さは、過度に短いまたは長い場合では、係数Ｃｖの値によっては、ずれ量が大きいときがある。例えば、第１の期間ＡＴ１の長さが０．２５秒で、第１の電圧値Ｖ１が０．３Ｖで第２の電圧値Ｖ２が０．２Ｖのときには係数Ｃｖが１．５となり、ずれ量が３．８１ｍＡである。また、第１の期間ＡＴ１の長さが３秒で、第１の電圧値Ｖ１が０．２Ｖで第２の電圧値Ｖ２が０．１Ｖのときには係数Ｃｖが２となり、ずれ量が４．７４ｍＡである。そのため、第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さは、図６の太線内部により示された、０．５秒以上２．５秒以下が好ましい。なお、上述した実施例では、第１の期間ＡＴ１の長さが１秒で、第１の電圧値Ｖ１が０．２Ｖで第２の電圧値Ｖ２が０．１Ｖなので係数Ｃｖが２．０となり、ずれ量は０．４３ｍＡである。
【００４７】
図７（ａ）では、図６とずれ量は同じで、太線の部分と後述する点線の部分とが異なる。図７（ｂ）には、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた数値と、電流値Ｉｐ２と電流値Ｉｐ３とから算出したずれ量と、の関係を示している。図７（ａ）に示す点線内部は、図７（ｂ）に示す点線内部と同じ範囲である。図７（ｂ）には、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた数値が０．４および４について実線で示されている。図７（ｂ）に示すように、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた値が、小さいおよび大きい場合では、ずれ量が大きいときがある。例えば、第１の期間ＡＴ１の長さが０．２５秒で、第１の電圧値Ｖ１が０．２５Ｖで第２の電圧値Ｖ２が０．２Ｖのときには係数Ｃｖが１．２５となり、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた値が０．３１２５であり、ずれ量は３．２１ｍＡである。また、第１の期間ＡＴ１の長さが３秒で、第１の電圧値Ｖ１が０．３Ｖで第２の電圧値Ｖ２が０．１Ｖのときには係数Ｃｖが３となり、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた値が９であり、ずれ量は４．１１ｍＡである。そのため、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた値は、図７（ｂ）の点線内部により示された、０．４以上４．０以下であることが好ましい。なお、上述した実施例では、第１の期間ＡＴ１の長さと係数Ｃｖとを乗じた値は、２．０となる。
【００４８】
図８は、本発明の実施例の検査方法におけるＭＥＡ１１０に印加した電圧値と検出された電流値とを示す説明図である。図８には、ＭＥＡ１１０に印加した電圧値と、直流電圧を印加してから時刻ｔ３のときに検出した電流値Ｉｐ３と、の関係を示している。横軸は電圧値であり、縦軸は電流値である。図８に示す直線は、比較的電圧値の高い範囲Ｄ１に属する点以外の点から算出した近似直線である。
【００４９】
図８に示すように、ＭＥＡ１１０に印加する電圧値が小さい場合、近似直線Ｌ１のように、検出された電流値は、印加した電圧値と略比例関係になる。ＭＥＡ１１０に印加する電圧値が大きい場合、ＭＥＡ１１０の特性上、検出された電流値は、範囲Ｄ１のように印加電圧と比例関係にはならない場合がある。そのため、ＭＥＡ１１０に印加する電圧値が大きいと、ＭＥＡ１１０から検出される複数のサンプル間での電流値のばらつきが大きくなる場合がある。よって、第２の期間ＡＴ２におけるＭＥＡ１１０に印加する第２の電圧値Ｖ２は、大きすぎないことが好ましく、０．５Ｖ以下であることが好ましい。
【００５０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加したときに流れる電流が定常電流値のときに検出された方がよい。そのため、第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さが、０．５秒以上２．５秒以下であることが好ましい。この場合、電流値Ｉｐ２と電流値Ｉｐ３とのずれ量が小さく、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無の検査時間を短くし、かつ読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で、かつ高精度に行うことができる。
【００５１】
また、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加したときに流れる電流が定常電流値のときに検出された方がよい。そのため、ＭＥＡ１１０に直流電圧の第１の電圧値Ｖ１を印加する第１の期間ＡＴ１の長さと、第１の電圧値Ｖ１を第２の電圧値Ｖ２で除して算出した係数Ｃｖと、を乗じた値が、０．４以上４．０以下であることが好ましい。この場合、電流値Ｉｐ２と電流値Ｉｐ３とのずれ量が小さく、ＭＥＡ１１０におけるリークの有無の検査時間を短くし、かつ読み取り誤差の少ない、精度の高い検査をすることができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で、かつ高精度に行うことができる。
【００５２】
また、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加したときに検出される電流値は、サンプル間でのばらつきが少ない方がよい。そのため、第２の電圧値Ｖ２は、０．５ボルト以下であることが好ましい。この場合、ＭＥＡ１１０に印加する電圧値と検出される電流値とは、略比例関係になるので、ＭＥＡ１１０のサンプル間でのばらつきを小さくすることができる。よって、本実施例の燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０の検査を短時間で行い、サンプル間でのばらつきを小さくすることができる。
【００５３】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５４】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例の検査方法では、第１の電圧値Ｖ１および第２の電圧値Ｖ２の具体的な数値を例示したが、これは一例であり、これに限られない。同様に、第１の期間ＡＴ１および第２の期間ＡＴ２の長さも上記実施例の数値に限られず、時刻ｔ１と時刻ｔ２と時刻ｔ３とについても同様である。
【００５５】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例の検査方法における燃料電池１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施例の検査方法では、検査対象の発電体としてＭＥＡ１１０を使用しているが、発電体は、ＭＥＡ１１０にアノード側拡散層１２４およびカソード側拡散層１２２を含んでもよいし、複数のＭＥＡ１１０で構成されてもよい。また、アノード側ガス流路層１３４やカソード側ガス流路層１３２がない発電体であってもよい。
【００５６】
また、上記実施例の検査方法では、検査対象の電解質膜１１２とアノード１１６とカソード１１４とは面方向における面積を同じとしたが、異なっていてもよい。例えば、アノード１１６の面積が電解質膜１１２の面積よりも大きく、カソード１１４の面積が電解質膜１１２の面積よりも小さくてもよい。
【００５７】
また、上記実施例の検査方法では、固体高分子型燃料電池のリークの有無を判定しているが、本発明は他の種類の燃料電池（例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池やリン酸形燃料電池）のリークの有無を判定する検査にも適用することができる。
【００５８】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例における燃料電池１００の検査方法では、ＭＥＡ１１０に第１の期間ＡＴ１に印加する第１の電圧値Ｖ１および第２の期間ＡＴ２に印加する第２の電圧値Ｖ２の電圧値を一定の電圧値としたが、そうでなくてもよい。例えば、第１の電圧値Ｖ１は徐々に電圧値を上昇させるような一定ではない電圧値であってもよい。また、第２の電圧値Ｖ２は、検出される電流値Ｉｐ２が定常電流値となっていればよいので、第２の期間ＡＴ２に一定の直流電圧を印加することに限られない。なお、第１の電圧値Ｖ１および第２の電圧値Ｖ２が一定でない場合、第２の期間ＡＴ２における電流値Ｉｐ２が検出される時刻ｔ２のときに印加された電圧値が、第１の電圧値Ｖ１における最大電圧値よりも低ければよい。
【００５９】
また、上記実施例の検査方法では、ＭＥＡ１１０に直流電圧を印加し始めると同時に第１の期間ＡＴ１が始まり、第１の期間ＡＴ１の終了と同時に第２の期間ＡＴ２が始まっているが、そうでなくてもよい。例えば、第１の期間ＡＴ１の開始よりも前に、ＭＥＡ１１０に第１の電圧値Ｖ１とは異なる電圧値を印加してもよい。また、第１の期間ＡＴ１と第２の期間ＡＴ２の間に何らかの工程を含み、第１の期間ＡＴ１の終了と同時に第２の期間ＡＴ２が始まらなくてもよい。ただし、ＭＥＡ１１０に電圧を印加し始めると同時に第１の期間ＡＴ１が始まり、第１の期間ＡＴ１の終了と同時に第２の期間ＡＴ２が始まる方が、ＭＥＡ１１０の検査時間を短くできるため、好ましい。
【００６０】
Ｂ４．変形例４：
上述した実施形態、実施例および変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００…燃料電池
１１０…ＭＥＡ
１１２…電解質膜
１１４…カソード
１１６…アノード
１２２…カソード側拡散層
１２４…アノード側拡散層
１３２…カソード側ガス流路層
１３４…アノード側ガス流路層
１４０…セパレータ
１６０…金属板
１７０…直流電源
１８０…電流計
Ｖ１…第１の電圧値
Ｖ２…第２の電圧値
Ｃ１…電流曲線
Ｃ２…電流曲線
Ｃｖ…係数
ＡＴ１…第１の期間
ＡＴ２…第２の期間
Ｉｐ１…電流値
Ｉｐ１’…電流値
Ｉｐ２…電流値
Ｉｐ２’…電流値
Ｉｐ３…電流値
Ｉｐ３’…電流値
Ｉｔｈ…閾値
【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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