(57)【要約】【課題】小型で低コストであり、且つ操作にあたっても熟練を要せず短時間で燃料電池の発電性能などの電気化学測定が実現できる電気化学的測定装置を提供する。【解決手段】起電装置に接続された対極、作用極、及び標準電極を備えた電気化学的測定装置において、該標準電極が該起電装置から供給される電気によって水の電気分解を行うことによって発生される水素を用いる標準水素電極であることを特徴とする電気化学的測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
起電装置に接続された対極、作用極、及び標準電極を備えた電気化学的測定装置において、該標準電極が該起電装置から供給される電気によって水の電気分解を行うことによって発生される水素を用いる標準水素電極であることを特徴とする電気化学的測定装置。
【請求項２】
前記起電装置がポテンショ／ガルバノスタットであることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気化学的測定装置を用いることを特徴とする燃料電池の発電性能測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部から水素ガスを導入する必要のない標準水素電極を備えた電気化学的測定装置、及び該電気化学的測定装置を用いた燃料電池の発電性能測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、酸性、アルカリ性、または中性溶液中において、試験片からなる作用極（試験電極）の電気化学的挙動を測定する際に、この作用極と対をなすもう一方の電極（対極）との間に流れる電流を、基準となる標準電極（基準極）に対して測った作用極の電位に対して系統的に測定することが行われる。
【０００３】
この際に用いられる標準電極としては、例えば飽和カロメル電極、銀・塩化銀電極のような溶液組成が決まれば電極と溶液間との反応によって熱力学的に電位が一定値を示すものが用いられているが、特に標準水素電極と呼ばれるものは電位の基準として最もよく用いられるものである。
【０００４】
上記電極における反応は
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−         （１）
によるもので、通常１気圧の水素ガスを活量１の酸性溶液中に浸漬された白金の板状電極あるいは網状電極に吹き込み、安定したときに得られる電位を標準水素電極（ＮＨＥ）の電位０Ｖとしてすべての電極電位の基準としている。また、活量１の酸性溶液ではなく、現在測っている電気化学系の溶液中に浸漬された白金の板状電極あるいは網状電極に１気圧の水素ガスを吹き込み、同様に基準電極とすることもできる。これを相対的な水素電極（ＲＨＥ）と呼んでいる。
【０００５】
電気化学における定義に基けば、真の基準となる電極は標準水素電極（ＮＨＥ）である。標準水素電極は、白金電極に白金黒をメッキし、１気圧の水素ガスを飽和させたガス電極で、電気化学ではすべての温度において、この電極の電位はゼロであると定義している。
【０００６】
従来の標準水素電極の構成は、図３に示すようにガラス製の管１１の内側に白金の板状あるいは網状電極１２を挿入し、これが電気化学系の溶液１３に接した状態でガラス製の管１１の内部に水素ガス１４を吹き込むことで前記（１）の反応に相当する電位を端子１５に発生させていた。この場合、水素ガス１４は標準水素電極の外部で発生させなければならず、装置全体が大型化・複雑化するとともに、コンタミが混入する危険性があった。又、ガラス管１１の内側は１気圧の水素ガス１４で充満されていなければならず、完全に水素ガスで置換するのに時間を要していた。更に、白金板または白金網は水素ガスと溶液の両者が接触した状態でなければ安定した電位が発生し難かったので、液面の高さ調節に注意を払うなどの操作が必要であった。そのため、図３に示すように電極構造自体は簡単であっても、実験を行うに際しては、複雑な装置を操作するため、細心の注意と熟練した操作技術を要するのが実状であった。
【０００７】
標準水素電極は単極電位測定の真の基準として採用されているのであるが、実際の測定に水素ガス電極を使用することは幾多の困難と不便を伴なうので、構造が簡単で取り扱いやすく、しかも標準水素電極に対する電位が一定で安定な電極を２次的な基準として使用している。このような理由によって、標準水素電極は最も基本的な電極でありながら他の標準電極、例えば飽和カロメル電極などの方がより好まれて用いられるが、後者の場合は水銀を用いることによる危険を伴うのも事実であった。
【０００８】
更に、従来型の標準電極では、ガラス管などの内部に適当な電極を設ける必要があり、通常のマクロ的な電気化学測定に適してはいても、最近におけるミクロ電気化学測定にとって必要な標準電極の小型化という要請には答えることができず、大きな欠点となっている。
【０００９】
最近、小型の標準電極に対するいくつかの設計も提案されており（例えば、特許文献１、２参照）、形状によってはメリットを有することもあるが、種々のミクロ電気化学測定に柔軟に対応できるとは言い難い。特に、堅牢で電位ドリフトの小さな信頼性の高い小型標準電極の実現には多くの課題が残されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１５３５７４号公報
【特許文献２】特開２００１−００４５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、酸素還元電位測定などの電気化学的測定に用いる、小型で操作が容易な電気化学的測定装置、及び該電気化学的測定装置を用いた燃料電池の発電性能測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、標準水素電極自身で水素ガスを発生させることで、上記課題が解決されることを見出し、外部から水素ガスを導入する必要のない標準水素電極を備えた電気化学的測定装置、及び該電気化学的測定装置を用いた燃料電池の発電性能測定方法に到達した。
【００１３】
即ち、第１に、本発明は、起電装置に接続された対極、作用極、及び標準電極を備えた電気化学的測定装置の発明であり、該標準電極が該起電装置から供給される電気によって水の電気分解を行うことによって発生される水素を用いる標準水素電極であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電気化学的測定装置において、起電装置としては特に限定されないが、たとえば、ポテンショ／ガルバノスタットが好ましく例示される。
【００１５】
第２に、本発明は、上記の電気化学的測定装置を用いることを特徴とする燃料電池の発電性能測定方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気化学的測定装置は、標準水素電極自身で水素ガスを発生させることで、外部から水素ガスを導入する必要がない。このため、本発明の電気化学的測定装置は、小型で低コストであり、且つ操作にあたっても熟練を要せず短時間で電気化学測定が実現できる。また、本発明の電気化学的測定装置は、電解液中にコンタミが発生する恐れがないので、精密な電気化学的測定に適しており、例えば、燃料電池の発電性能の測定に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の電気化学的測定装置の好ましい実施の形態について、具体的な構成を図面にしたがって説明する。 
【００１８】
図１は本発明の電気化学的測定装置の一実施態様を具体化した全体構成図である。図２は、標準電極（基準極）における水素製造を示す動作図である。
【００１９】
起電装置に接続された対極、作用極、及び標準電極（基準極）を備えた電気化学的測定装置において、標準電極が起電装置であるポテンショ／ガルバノスタットから供給される電気によって水の電気分解を行うことによって発生される水素を用いる標準水素電極を用いている。
【００２０】
具体的な操作手順は、電気化学系の被測定水溶液を測定装置内に入れ、スポイトで被測定水溶液を標準電極（基準極）内で吸い上げた後白金線にポテンショ／ガルバノスタットを接続して水の電気分解を行うことによって、中央部のガラス管に水素のみを貯めることができる。
【００２１】
本発明の電気化学的測定装置は、小型で簡便である。特に、電気分解水溶液を吸い上げ方式で系内に導入する構造のため、携帯可能である。又、水素を外部から導入するための機構が不必要であるため、安全上、コスト上に優位である。更に、電気分解によって水素ガスを発生させるため、ガスボンベなどを用いて導入する水素ガスに比べて、コンタミの混入が少なく、燃料電池の性能評価などの高精度測定に適している。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の電気化学的測定装置は、小型で低コストであり、且つ操作にあたっても熟練を要せず短時間で燃料電池の発電性能などの電気化学測定が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の電気化学的測定装置の一実施態様を具体化した全体構成図である。
【図２】標準電極（基準極）における水素製造を示す動作図である。
【図３】従来の標準水素電極の構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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