(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極が配設される電解質膜・電極構造体を有する固体高分子型燃料電池をエージングするための運転方法であって、
外部直流電源によって前記固体高分子型燃料電池に電位を印加した状態で、一方の電極側への酸化剤ガスの供給を行うことなく、他方の電極側に加湿された水素を供給することにより、前記水素が前記電解質膜を透過して前記一方の電極側に移送される水素ポンプ運転を行うエージング工程を有し、
前記エージング工程では、少なくとも前記一方の電極側から排出される水素を、前記他方の電極側に戻す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】
請求項１記載の運転方法において、少なくとも前記エージング工程の前、又は前記エージング工程の後、前記他方の電極側に供給される前記加湿された水素を流すための通路内と、前記一方の電極側に移送される前記水素を流すための通路内を減圧する工程を有する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３】
請求項１又は２記載の運転方法において、前記他方の電極側に供給される前記加湿された水素は、加湿器を通って加湿された後、前記他方の電極側に供給される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４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の運転方法において、前記水素ポンプ運転を、使用時の最大電流密度以上で行った後、前記固体高分子型燃料電池の発電エージングを、使用時の最大電流密度以上で行う工程を有する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５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の運転方法において、前記電解質膜は、炭化水素系の電解質膜で構成される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６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の運転方法において、前記一方の電極であるカソード側にマイナス極の電位を印加するとともに、前記他方の電極であるアノード側にプラス極の電位を印加することを特徴とする固体高分子型燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が配設される電解質膜・電極構造体を有する固体高分子型燃料電池の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして、例えば、自動車等の車両に搭載して使用されている。
【０００４】
この種の固体高分子型燃料電池では、組み立て直後の電解質膜の含水量が十分でないため、初期発電性能が低くなっている。従って、通常、燃料電池の組み立て後に所望の発電性能を引き出すため、前記燃料電池のエージング運転が行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の運転方法では、燃料電池の予備運転（エージング運転）時に、前記燃料電池のセル内にフラッディングが発生するように、消費されるガスの利用率を向上させることを特徴としている。
【０００６】
しかしながら、上記の運転方法では、急激なフラッディングを伴うために、電池性能の劣化を抑制させるための制御が煩雑化するとともに、特に、ＭＥＡを構成する電解質膜の性能に悪影響を与えるおそれがある。
【０００７】
さらに、ＭＥＡを構成する電解質膜として、フッ素系材料に代えて、例えば、炭化水素系材料が用いられる場合、前記フッ素系材料に比べて疎水性が高く、前記電解質膜内に十分に水を浸透させるまでに時間がかかるという問題がある。
【０００８】
そこで、特許文献２に開示されている固体高分子型燃料電池のエージング装置では、予備運転時に固体高分子型燃料電池からの負荷電流を消費させる負荷器と、前記固体高分子型燃料電池と前記負荷器との間に接続され、前記負荷電流の大きさを時間の経過と共に周期的に変動させる制御手段とを備えている。
【０００９】
これにより、負荷電流の大きさを、時間の経過と共に周期的に変動させるため、ＭＥＡへの水の浸透促進効果が増し、エージング運転に要する時間の短縮化を図ることができる、としている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２１７６２２号公報
【特許文献２】特開２００７−６６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の特許文献２では、カソードにカソードガスを供給するとともに、アノードにアノードガスを供給し、燃料電池スタックから負荷器に時間の経過と共にその大きさが周期的に変動する負荷電流を流すことにより、エージング運転を開始している。
【００１２】
しかしながら、組立後に初めて使用されるＭＥＡでは、高電流密度による発電を行うことができない。このため、低電流密度から徐々に電流印加量を増やしたり、負荷印加中の保持時間を短くしてＯＣＶ（開回路電圧）に戻す操作が必要となっている。
【００１３】
これにより、燃料電池の発電性能が飽和するまでに相当な時間を要してしまい、エージング運転に時間がかかるという問題がある。しかも、エージング運転中には、カソードガス及びアノードガスが消費されており、特に、水素使用量が過大となって極めて不経済であるという問題がある。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、エージング処理を短時間で良好に行うとともに、水素の消費を可及的に阻止し、経済的なエージングが遂行可能な固体高分子型燃料電池の運転方法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】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が配設される電解質膜・電極構造体を有する固体高分子型燃料電池をエージングするための運転方法に関するものである。
【００１６】
この運転方法では、外部直流電源によって固体高分子型燃料電池に電位を印加した状態で、一方の電極側への酸化剤ガスの供給を行うことなく、他方の電極側に加湿された水素を供給することにより、前記水素が電解質膜を透過して前記一方の電極側に移送される水素ポンプ運転を行うエージング工程を有し、前記エージング工程では、少なくとも前記一方の電極側から排出される水素を、前記他方の電極側に戻している。
【００１７】
また、この運転方法では、少なくともエージング工程の前、又は前記エージング工程の後、水素を流すための通路内を減圧する工程を有することが好ましい。
【００１８】
さらに、水素は、加湿器を通って加湿された後、他方の電極側に供給されることが好ましい。
【００１９】
さらにまた、水素ポンプ運転を、使用時の最大電流密度以上で行った後、固体高分子型燃料電池の発電エージングを、使用時の最大電流密度以上で行う工程を有することが好ましい。
【００２０】
また、電解質膜は、炭化水素系の電解質膜で構成されることが好ましい。
【００２１】
さらに、一方の電極であるカソード側にマイナス極の電位を印加するとともに、他方の電極であるアノード側にプラス極の電位を印加することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、外部から電圧を印加して電解質膜中を水素イオンを移動させる、所謂、水素ポンプ運転によるエージング工程が行われるため、過電圧の少ない水素のみが反応に関与しており、腐食電位以下で連続的に大電流（使用時の最大電流密度）を印加させることができる。従って、性能劣化の抑制及び時間の短縮が容易に図られる。
【００２３】
しかも、水素ポンプ運転では、一方の電極側に移送された水素が、酸化剤ガスと反応することはない。このため、少なくとも一方の電極側から排出される水素を、他方の電極側に戻して循環使用することにより、新たに水素を供給する必要がなく、極めて経済的にエージングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体高分子型燃料電池１０の運転方法において、水素ポンプ運転による第１エージング工程を行うためのエージング装置１２の概略構成図である。
【００２５】
図２に示すように、燃料電池１０は、例えば、炭化水素系の固体高分子電解質膜１４をアノード側電極１６とカソード側電極１８とで挟持した電解質膜・電極構造体２０を備え、前記電解質膜・電極構造体２０がアノード側セパレータ２２とカソード側セパレータ２４とにより挟持される。アノード側セパレータ２２及びカソード側セパレータ２４は、カーボンプレート又は金属プレートにより構成され、図示しないシール部材を設けている。なお、固体高分子電解質膜１４は、例えば、パーフルオロカーボン等のフッ素系の膜を使用してもよい。
【００２６】
電解質膜・電極構造体２０とアノード側セパレータ２２との間には、燃料ガス流路２６が形成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体２０とカソード側セパレータ２４との間には、酸化剤ガス流路２８が形成される。
【００２７】
燃料電池１０は、図１に示すように、一端側に水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３０ａと、空気（酸素含有ガス）等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３２ａとが形成される。燃料電池１０の他端部には、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとが形成される。燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂは、燃料ガス流路２６に連通する一方、酸化剤ガス入口連通孔３２ａ及び及び酸化剤ガス出口連通孔３２ｂは、酸化剤ガス流路２８に連通する。
【００２８】
エージング装置１２は、燃料電池１０のアノード側（燃料ガス流路２６側）に加湿された水素を供給するアノード側配管系３４と、前記燃料電池１０のカソード側（酸化剤ガス流路２８側）に接続されるカソード側配管系３６と、前記燃料電池１０のアノード側にプラス極の電位を印加するとともに、前記燃料電池１０のカソード側にマイナス極の電位を印加する直流電源３８と、前記エージング装置１２全体の制御を行うコントローラ４０とを備える。
【００２９】
アノード側配管系３４は、水素を貯留する水素ボンベ４２を備え、この水素ボンベ４２は、アノード供給配管４４を介して燃料電池１０の燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する。アノード供給配管４４には、水素ボンベ４２側から下流に向かって開閉弁４６ａと加湿器４８とが配設されるとともに、前記加湿器４８には、不活性ガス、例えば、窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給するための窒素ボンベ５０が、開閉弁４６ｂを介して接続される。
【００３０】
アノード側配管系３４は、燃料電池１０の燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通するアノード排出配管５２を備える。アノード排出配管５２には、開閉弁４６ｃが配設されるとともに、前記アノード排出配管５２は、後述するように水素循環路としても機能する。アノード排出配管５２とアノード供給配管４４とには、バイパスライン５４ａの両端が接続される。このバイパスライン５４ａには、開閉弁４６ｄが配設される。
【００３１】
アノード排出配管５２の下流には、開閉弁４６ｅを介してポンプ５６が配設されるとともに、前記ポンプ５６を迂回してバイパスライン５４ｂが設けられる。このバイパスライン５４ｂには、開閉弁４６ｆが配設される。
【００３２】
カソード側配管系３６は、カソード供給配管５８を備え、このカソード供給配管５８の一端は、開閉弁４６ｇを介してアノード供給配管４４に開閉自在である。カソード供給配管５８の他端は、燃料電池１０の酸化剤ガス入口連通孔３２ａに連通する。
【００３３】
カソード側配管系３６は、燃料電池１０の酸化剤ガス出口連通孔３２ｂに連通するカソード排出配管６０を設け、このカソード排出配管６０は、アノード排出配管５２に対して開閉弁４６ｃの上流側に接続される。
【００３４】
図３は、エージング装置１２による第１エージング工程の後、燃料電池１０に対して第２エージング工程を行うための発電エージング装置７０の概略構成図である。なお、発電エージング装置７０は、発電エージングのために用いられる専用機として構成されていてもよく、又は車載用として燃料電池１０を組み込む燃料電池システムにより、発電エージングを行うように構成してもよい。
【００３５】
発電エージング装置７０は、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系７２と、前記燃料電池１０に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給系７４と、前記燃料電池１０に接続される電子負荷７６とを備える。
【００３６】
燃料ガス供給系７２は、水素タンク７８を備え、この水素タンク７８から水素供給管８０を介して燃料ガス入口連通孔３０ａに水素ガスが供給されるとともに、この水素供給管８０には、流量調整用の可変バルブ８２ａが配設される。
【００３７】
燃料ガス供給系７２は、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する水素排出管８４を有し、この水素排出管８４と水素供給管８０とにバイパスライン８６が接続される。水素排出管８４及びバイパスライン８６には、開閉弁８８ａ、８８ｂが配設される。
【００３８】
酸化剤ガス供給系７４は、エアポンプ（エアコンプレッサ）９０を備え、このエアポンプ９０に接続される空気供給管９２は、酸化剤ガス入口連通孔３２ａに接続される。この空気供給管９２には、流量調整用の可変バルブ８２ｂが配設される。
【００３９】
酸化剤ガス供給系７４は、酸化剤ガス出口連通孔３２ｂに接続される空気排出管９４を備え、この空気排出管９４と空気供給管９２とにバイパスライン９６が接続される。空気排出管９４及びバイパスライン９６には、開閉弁８８ｃ、８８ｄが配設される。
【００４０】
電子負荷７６は、可変抵抗機能を有しており、燃料電池１０の出力電流が０〜使用時の最大電流密度以上になるように抵抗値が設定可能である。最大電流密度とは、発熱により固体高分子電解質膜１４に劣化が発生しない程度であり、最大２００％、好ましくは、１５０％以下（より好ましくは、１２５％）である。
【００４１】
このように構成されるエージング装置１２及び発電エージング装置７０による運転方法について、図４及び図５に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００４２】
先ず、図１に示すように、燃料電池１０は、エージング装置１２に取り付けられた後、水素ポンプ運転を開始する前に、水素充填処理が行われる（ステップＳ１）。この水素充填処理では、図６に示すように、開閉弁４６ａ、４６ｂ、４６ｄ、４６ｆ及び４６ｇが閉塞される一方、開閉弁４６ｃ、４６ｅが開放される。この状態で、ポンプ５６が駆動され、水素を満たすための通路内、すなわち、アノード供給配管４４、アノード排出配管５２、カソード供給配管５８及びカソード排出配管６０が減圧される（図５中、ステップＳ１１）。
【００４３】
次いで、図７に示すように、開閉弁４６ｃ（必要に応じて、開閉弁４６ｅ）が閉塞される一方、開閉弁４６ａ、４６ｇが開放される。このため、水素ボンベ４２内の水素は、加湿器４８で加湿されずに未加湿水素として、アノード供給配管４４から燃料ガス流路２６に吸引されるとともに、カソード供給配管５８から酸化剤ガス流路２８に吸引される。
【００４４】
燃料電池１０内に未加湿水素が充填されると（ステップＳ１２）、開閉弁４６ａ、４６ｇが閉塞される一方、開閉弁４６ｃ、４６ｅが開放される（図６参照）。この状態で、ポンプ５６の駆動作用下に、アノード排出配管５２及びカソード排出配管６０を介して、燃料電池１０内が吸引される（ステップＳ１３）。
【００４５】
そして、上記のステップＳ１２及びＳ１３が、所定の回数だけ行われたと判断されると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進む。このステップＳ１５では、図１に示すように、開閉弁４６ａが開放される一方、開閉弁４６ｃ、４６ｅが閉塞される。このため、水素ボンベ４２から導出される水素は、加湿器４８で加湿された後、燃料電池１０のアノード側に充填される。
【００４６】
さらに、開閉弁４６ｃが閉塞され、アノード排出配管５２が水素循環路として機能するようにガス循環系の切り換えが行われる（ステップＳ１６）。これにより、水素ポンプ運転前の操作が完了する。
【００４７】
その際、水素ガスの充填処理では、燃料電池１０内がポンプ５６を介して減圧されている。従って、短時間で水素置換が行われ、水素ガスの使用量が有効に低減されて経済的であるという効果が得られる。しかも、電極中の水素と酸素との混在が可及的に低減され、触媒の劣化を抑制することができる。
【００４８】
次に、ステップＳ２に進んで、所謂、水素ポンプ運転による第１エージング工程が行われる。この水素ポンプ運転では、図１に示すように、アノード側（アノード側電極１６）にプラス極の電位が印加されるとともに、カソード側（カソード側電極１８）にマイナス極の電位が印加される。
【００４９】
このため、図８に示すように、アノード側電極１６では、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-の反応が起こり、水素イオン（Ｈ+）は、固体高分子電解質膜１４を透過してカソード側電極１８に移動する。このカソード側電極１８で、２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2の反応が惹起する。
【００５０】
従って、アノード側電極１６からカソード側電極１８には、プロトン（水素イオン）が移動するとともに、同伴水が固体高分子電解質膜１４に供給され、この固体高分子電解質膜１４の含水率が増加する。
【００５１】
燃料電池１０を構成する酸化剤ガス流路２８の水素ガスは、この酸化剤ガス流路２８から酸化剤ガス出口連通孔３２ｂを通ってカソード排出配管６０からアノード排出配管５２に排出される。アノード排出配管５２に排出された水素ガスは、このアノード排出配管５２を循環路として燃料ガス出口連通孔３０ｂからアノード側電極１６に供給される。
【００５２】
これにより、カソード側電極１８に生成された水素ガスは、循環して使用されることができ、アノード側に水素ボンベ４２から新たな水素ガスを供給する必要がない。これにより、極めて経済的に、水素ポンプ運転による第１エージングを行うことが可能になるという効果が得られる。
【００５３】
しかも、直流電源３８による印加電流密度は、使用時の最大電流密度に設定されている。水素ポンプ運転では、過電圧の少ない水素のみが反応に関与するため、エージング初期の段階で大電流を引くことが可能となるからである。このため、エージング時間が短縮される。
【００５４】
さらに、カソード側電極１８側は、反応ガスの拡散抵抗による濃度過電圧の影響を受けないため、電極面の局所的な反応集中による劣化やエージング状態の分布を低減することが可能になる。従って、電極面を均一にエージングすることができる。
【００５５】
さらにまた、通常の発電によるエージングの場合には、エージング途上で一定電流を保持することができないため、負荷電流をサイクルさせてエージングを行っている。このため、高電位サイクルを繰り返すことになり、触媒単体の腐食を誘発するおそれがある。
【００５６】
これに対して、水素ポンプ運転によるエージングでは、腐食電位以下で、連続的に大電流を印加することができるため、性能劣化の抑制及びエージング時間の短縮が容易に可能になる。その際、水素ポンプ運転では、カソード側電極１８に移送された水素は、酸化剤ガスと反応することがなく、水素ガスとしてアノード排出配管５２に排出されている。これにより、水素が消費されることがなく、極めて経済的であるという効果がある。
【００５７】
さらに、水素ポンプ運転によるエージングでは、過電圧損失による発熱量も小さくなるため、固体高分子電解質膜１４の温度劣化等を有効に抑制することができる。
【００５８】
上記の水素ポンプ運転が終了した後、窒素充填処理が行われる（ステップＳ３）。この窒素充填処理は、上記の水素充填処理（ステップＳ１）と同様に行われる。概略的に説明すると、図６に示すように、開閉弁４６ａ、４６ｂ、４６ｄ、４６ｆ及び４６ｇが閉塞されるとともに、開閉弁４６ｃ、４６ｅが開放された状態で、ポンプ５６が駆動される。このため、燃料電池１０内が吸引され、この燃料電池１０内に残存する水素ガスが吸引されて減圧される。
【００５９】
次いで、開閉弁４６ｃが閉塞される一方、開閉弁４６ｂが開放されると、窒素ボンベ５０から導出される窒素ガスが燃料電池１０に吸引され、前記燃料電池１０内が前記窒素ガスで満たされる。その際、燃料電池１０内は、ポンプ５６を介して減圧処理されており、窒素の使用量が有効に低減されて経済的であるという利点がある。
【００６０】
ところで、水素ポンプ運転のみによるエージングでは、触媒活性を十分に引き出すことができないおそれがある。従って、第１の実施形態では、水素ポンプ運転による第１エージング工程の後に、発電エージングによる第２エージング工程が行われる（ステップＳ４、及び図９参照）。
【００６１】
先ず、図３に示すように、第１エージング工程が終了した燃料電池１０は、発電エージング装置７０に取り付けられる。そこで、燃料ガス供給系７２を構成する水素タンク７８は、水素供給管８０を介して燃料ガス入口連通孔３０ａに燃料ガスを供給する。一方、酸化剤ガス供給系７４を構成するエアポンプ９０を介して、空気供給管９２から酸化剤ガス入口連通孔３２ａに空気が供給される。
【００６２】
このため、図２に示すように、燃料ガス流路２６に水素ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス流路２８に空気が供給され、電解質膜・電極構造体２０により電気化学反応が発生する。具体的には、図１０に示すように、アノード側電極１６で発生したプロトン（水素イオン）が、固体高分子電解質膜１４を透過してカソード側電極１８に移動し、このカソード側電極１８で水が生成される。
【００６３】
従って、燃料電池１０による発電が開始され、電子負荷７６を介してこの燃料電池１０から出力される電流は、図９示すように、増減制御される。これにより、発電エージングが行われ、例えば、所定時間が経過することにより（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、燃料電池１０のエージング運転が終了する。
【００６４】
このように、新たに組み立てられた燃料電池１０のエージング処理が、先ず、水素ポンプ運転による第１エージング工程と、発電エージングによる第２エージング工程とにより行われている。
【００６５】
水素ポンプ運転によるエージングでは、大電流を印加することによるプロトンチャンネルへの水の引き込みが確実に行われるとともに、過電圧の減少による電極面内での均一なエージング処理が遂行される。
【００６６】
しかも、カソード側電極１８の触媒が水素還元されるため、酸化膜の除去が図られる他、触媒界面との接合性が向上する。その上、固体高分子電解質膜１４と触媒層中の電解質界面の接合性の向上によるプロトンの授受促進が図られるという利点がある。
【００６７】
この水素ポンプ運転によるエージングを行った後、発電エージングを行うことにより、この発電エージングでは、高負荷発電が可能になる。このため、従来の発電エージングのみを行う際のように、出力電流を低電流から徐々に上げていく必要がなく、エージング完了までの時間が一挙に短縮される。
【００６８】
これにより、水素の消費を可及的に阻止することができ、経済的なエージング処理が遂行可能になるとともに、燃料電池１０の触媒活性を良好に引き出すことができるという効果が得られる。
【００６９】
図１１は、水素ポンプ運転のみによるエージングと、水素ポンプ運転によるエージングと発電エージングとを組み合わせた第１の実施形態と、における発電性能を比較した結果である。これにより、水素ポンプ運転のみによるエージングに比べ、第１の実施形態では、正常のエージング完了品と同等に、燃料電池１０の触媒活性を完全に引き出すことができるという結果が得られた。
【００７０】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る運転方法において、水素ポンプ運転による第１エージング工程を行うためのエージング装置１００の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係るエージング装置１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
エージング装置１００を構成するカソード側配管系３６は、カソード供給配管５８を備え、このカソード供給配管５８には、開閉弁４６ｅを介してポンプ５６が接続される。開閉弁４６ｅとポンプ５６との間には、開閉弁４６ｆが配設される。このエージング装置１００を構成するアノード側配管系３４では、アノード排出配管５２に開閉弁４６ｅ、４６ｆ及びポンプ５６を設けていない。
【００７２】
このように構成される第２の実施形態では、水素充填処理（ステップＳ１）及び窒素充填処理（ステップＳ３）において、ポンプ５６の駆動作用下に、燃料電池１０内を減圧している。このため、燃料電池１０内に水素を供給する際、この燃料電池１０内を短時間で確実に水素と置換させることができる。しかも、電極中の水素と酸素との混在を可及的に低減することができ、触媒の劣化を有効に抑制することが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、第１及び第２の実施形態では、アノード側にプラス極の電位を印加するとともに、カソード側にマイナス極の電位を印加し、前記カソード側への酸化剤ガスの供給を行うことなく、前記アノード側に加湿された水素を供給して水素ポンプ運転を行っている。これに対して、カソード側にプラス極の電位を印加するとともに、アノード側にマイナス極の電位を印加し、前記アノード側への酸化剤ガスの供給を行うことなく、前記カソード側に加湿された水素を供給して水素ポンプ運転を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体高分子型燃料電池の運転方法において、水素ポンプ運転による第１エージング工程を行うためのエージング装置の概略構成図である。
【図２】前記燃料電池の断面説明図である。
【図３】前記燃料電池に対し第２エージング工程を行うための発電エージング装置の概略構成図である。
【図４】前記運転方法を説明するフローチャートである。
【図５】前記運転方法の水素充填を説明するフローチャートである。
【図６】前記水素充填時の減圧動作の説明図である。
【図７】前記水素充填の動作説明図である。
【図８】水素ポンプ運転によるエージングの説明図である。
【図９】前記運転方法の説明図である。
【図１０】発電エージングの説明図である。
【図１１】各種エージングによる性能の比較説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る運転方法において、水素ポンプ運転による第１エージング工程を行うためのエージング装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…燃料電池                      １２、１００…エージング装置
１４…固体高分子電解質膜            １６…アノード側電極
１８…カソード側電極                ２０…電解質膜・電極構造体
２６…燃料ガス流路                  ２８…酸化剤ガス流路
３０ａ…燃料ガス入口連通孔          ３０ｂ…燃料ガス出口連通孔
３２ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ３２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３４…アノード側配管系              ３６…カソード側配管系
３８…直流電源                      ４０…コントローラ
４２…水素ボンベ                    ４４…アノード供給配管
４８…加湿器                        ５０…窒素ボンベ
５２…アノード排出配管              ５８…カソード供給配管
６０…カソード排出配管              ７０…発電エージング装置
７２…燃料ガス供給系                ７４…酸化剤ガス供給系
７６…電子負荷                      ７８…水素タンク
８０…水素供給管                    ８４…水素排出管
９０…エアポンプ                    ９２…空気供給管
９４…空気排出管
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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