專利名稱：高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于便攜式電源、電動(dòng)汽車和家庭內(nèi)發(fā)電及廢熱供暖系統(tǒng)等用的高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及在層疊單電池而形成的燃料電池中檢測(cè)出不良單電池或不良單電池組的方法。
背景技術(shù)：
使用高分子電解質(zhì)膜的高分子電解質(zhì)型燃料電池，通過使含氫燃料氣體和含有空氣等的氧的氧化劑氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生電力和熱量。在該高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在選擇性地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜的兩面形成以載有白金系金屬催化劑的碳粉末為主要成分的催化劑層。在該催化劑層的外面形成對(duì)燃料氣體、氧化劑氣體兼具通氣性和導(dǎo)電性的擴(kuò)散層，使該擴(kuò)散層與催化劑層組合構(gòu)成電極。
在電極的周圍配置夾著高分子電解質(zhì)膜的墊片等氣體密封材料，以便當(dāng)被供給的燃料氣體和氧化劑氣體泄漏到外面時(shí)這兩種氣體不相互混合。該氣體密封材料可以與電極和高分子電解質(zhì)膜組裝為一體。這樣將高分子電解質(zhì)膜、電極及氣體密封材料形成一體而獲得的部件稱作MEA(膜電極組合體)。將其機(jī)械地固定在MEA的外側(cè)的同時(shí)，為了將接鄰的MEA在電氣上相互串聯(lián)起來，還配置具有導(dǎo)電性的隔板。在隔板與MEA接觸的部分形成有氣體流路，用于向電極供給燃料氣體和氧化劑氣體，并運(yùn)走生成氣體和剩余氣體。氣體流路也可以與隔板分開設(shè)置，但一般是在隔板的表面上設(shè)置溝槽作為氣體流路。
為了向該溝槽供給燃料氣體和氧化劑氣體，有必要在形成氣體流路的隔板上設(shè)置貫通孔，將氣體流路的出入口一直延伸到該貫通孔，直接將燃料氣體和氧化劑氣體從該貫通孔向各氣體流路分流供給。因此，將為了向各氣體流路供給燃料氣體和氧化劑氣體的貫通孔稱作集管孔。
由于高分子電解質(zhì)型燃料電池在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)熱，為了將電池維持在良好的溫度狀態(tài)，有必要采用冷卻水等進(jìn)行冷卻。通常，每1-3個(gè)單電池在隔板和隔板之間設(shè)置流冷卻水用的冷卻部。一般，在隔板的背面設(shè)置冷卻水流路構(gòu)成冷卻部的情況較多。在這種情況下，為了將冷卻水分配到各冷卻水流路，也有必要在隔板上設(shè)置集管孔。
交替重疊上述MEA、隔板和冷卻部，并層疊10-200個(gè)單電池得到的層疊體，一般通過集電板和絕緣板用端板夾著該層疊體，再從兩端用連接螺栓固定，從而得到高分子電解質(zhì)型燃料電池。
在此，在端板上設(shè)置與燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻水各自的集管孔對(duì)應(yīng)的燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻水供給和排出用的入口，通過該入口進(jìn)行燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻水的供給和排出。
但是，在上述現(xiàn)有的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，由于因高分子電解質(zhì)膜的初期不良和耐久性降低而發(fā)生小孔、以及墊片不良等，故存在著發(fā)生燃料氣體向氧化劑氣體側(cè)的電極(氧化劑極)泄漏、氧化劑氣體向燃料氣體側(cè)的電極(燃料極)泄漏的交叉泄漏的問題。此時(shí)，泄漏的燃料氣體在氧化劑氣體側(cè)的電極的催化劑上與氧化劑氣體直接反應(yīng)，如果這種狀態(tài)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，就會(huì)因反應(yīng)產(chǎn)生局部發(fā)熱而擴(kuò)大小孔。不久，燃料氣體劇烈燃燒，存在著使整個(gè)燃料電池達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的可能性。
由于上述高分子電解質(zhì)型燃料電池具有通過催化劑層和擴(kuò)散層夾持著薄的高分子電解質(zhì)膜的構(gòu)造，故在局部承受壓力的部分，碳纖維掩埋高分子電解質(zhì)膜，存在著發(fā)生微短路的可能性。在發(fā)生微短路的部分流過微小電流，雖然對(duì)通常的發(fā)電性能不會(huì)產(chǎn)生大的影響，但是由于在發(fā)熱，故長(zhǎng)時(shí)間使用可能會(huì)發(fā)展小孔，并可能發(fā)生上述問題。
對(duì)此，例如在特開2000-58095號(hào)公報(bào)中公開了檢測(cè)劣化的不良單電池的方法，但沒有充分說明如何解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于通過提供一種容易且準(zhǔn)確地檢測(cè)出因初期不良和耐久性劣化而產(chǎn)生的交叉泄漏和微短路的方法，實(shí)現(xiàn)安全性優(yōu)良的高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該高分子電解質(zhì)型燃料電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極，并通過向前述一個(gè)電極供給含氫的燃料氣體、向前述另一個(gè)電極供給含氧的氧化劑氣體而發(fā)電，其特征在于包括以下工序在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，在上述電力輸出為規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。
在前述運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，較理想的是，在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，向上述一對(duì)電極中的至少一個(gè)電極供給含惰性氣體、或甲烷或丙烷的原料氣體，檢測(cè)正在供給上述惰性氣體或原料氣體的上述單電池或上述單電池組的電力輸出，在上述電力輸出為規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。上述規(guī)定值為供給上述燃料氣體電極的金屬催化劑開始溶解的電壓值是較理想的。
另外，也可以檢測(cè)每單位時(shí)間上述電力輸出的變化量，當(dāng)上述變化量在規(guī)定值以上時(shí)，可判別上述單電池或上述單電池組為不良。
更進(jìn)一步，本發(fā)明是高分子電解質(zhì)型燃料電池，該電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊多個(gè)單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極，并通過向前述一個(gè)電極供給含氫燃料氣體、向另一個(gè)電極供給含氧的氧化劑氣體而發(fā)電，其特征在于所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池具有控制部，在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，該控制部檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，在上述電力輸出在規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。


圖1表示在本發(fā)明實(shí)施例中制作的高分子電解質(zhì)型燃料電池的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示在本發(fā)明實(shí)施例中使用的隔板的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖3是表示在本發(fā)明實(shí)施例1中的高分子電解質(zhì)型燃料電池的電壓變化的圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例1的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生小孔的單電池之間的電壓差的變化的圖。
圖5是表示在本發(fā)明實(shí)施例2中的高分子電解質(zhì)型燃料電池的電壓變化之圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例2的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化之圖。
圖7是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
圖8是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
圖9是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
圖10是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
圖11是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
圖12是表示本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的正常單電池與產(chǎn)生了小孔的單電池的電壓變化的其他圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者們著眼于在不良單電池存在的場(chǎng)合，停止供給燃料氣體和氧化劑氣體后，該不良單電池的電壓與其他正常單電池比較，降低極快，從而發(fā)現(xiàn)了高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該方法能可靠檢知交叉泄漏和微短路的發(fā)生，上述不良單電池是在層疊單電池所得到的燃料電池中發(fā)生交叉泄漏或微短路等而產(chǎn)生的。
即，本發(fā)明是一種高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該高分子電解質(zhì)型燃料電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極，并通過向前述一個(gè)電極供給含氫燃料氣體、向前述另一個(gè)電極供給含氧的氧化劑氣體而發(fā)電，在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，檢測(cè)出在上述燃料電池中的不良單電池或不良單電池組。
在此，本發(fā)明的要點(diǎn)在于包括下述工序在層疊單電池而構(gòu)成的燃料電池中，根據(jù)測(cè)出的該單電池或單電池組的電壓、電流或它們的變化量，檢測(cè)出不良單電池或不良單電池組。關(guān)于單電池的構(gòu)成等沒有特別限制。另外，關(guān)于單電池組中所包含的單電池?cái)?shù)也沒有特別限制。
在上述工序中，在停止上述燃料氣體的供給后，最好供給惰性氣體等代替上述燃料氣體，對(duì)正在供給上述惰性氣體的上述單電池的電壓等進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出上述燃料電池中的不良單電池。這是由于具有交叉泄漏和微短路的單電池與正常單電池比較，殘留氫和氧的消耗速度快而引起的，故能檢測(cè)出在通常運(yùn)轉(zhuǎn)中難以發(fā)現(xiàn)的微小泄漏和短路。
作為上述惰性氣體，例如可以是氮?dú)?、氬氣、氦氣等，但是，由于氮?dú)獗容^容易得到，故用氮?dú)廨^好。
此時(shí)惰性氣體的供應(yīng)量在5-30公升/分的范圍為好，由于在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下限制施加在MEA上的壓力，故最好為額定壓力損失的流量。
最好根據(jù)檢測(cè)出上述單電池的電壓值在預(yù)先設(shè)定的電壓值以下，來檢測(cè)上述燃料電池中的不良單電池。即，檢測(cè)出從停止供給燃料氣體和氧化劑氣體或開始供給惰性氣體至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間(規(guī)定時(shí)間)為止時(shí)的上述單電池的電壓值在預(yù)定界限值(規(guī)定值)以下，則檢測(cè)出燃料電池中的不良單電池是有效的。這是因?yàn)榫哂薪徊嫘孤┖臀⒍搪穯栴}的單電池的電壓降低明顯較快，特別是在某一時(shí)間段內(nèi)與正常單電池之間的差變得顯著的緣故。在后述的實(shí)施例中將對(duì)理想的規(guī)定時(shí)間和界限值加以說明。
在構(gòu)成燃料電池的單電池中，可以向燃料極和氧化劑極雙方供給惰性氣體，也可以僅向燃料極供給。也可僅向氧化劑極供給。但是，從安全性方面來看，由于在實(shí)際系統(tǒng)中在停止燃料電池時(shí)，多采用惰性氣體吹掃燃料極，故優(yōu)選僅向燃料極供給。
在檢測(cè)電壓的方法中，可以采用多通道數(shù)據(jù)記錄器和多通道AD變換儀表板等。作為多通道數(shù)據(jù)記錄器，例如可以采用Agilent34970A等，作為多通道AD變換儀表板，例如可以采用NATEC公司制造的NA98-0164等。將被檢測(cè)的電壓值輸入控制用計(jì)算機(jī)(控制部)，與預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)中的界限值比較。
下面用實(shí)施例并參照附圖更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
實(shí)施例1首先，在作為具有30nm的平均一次粒徑的導(dǎo)電性碳粒子的ケシチェン碳黑EC(荷蘭國、AKZO Chemie公司制造)中，將載有平均粒徑約為30的白金粒子的第一催化劑體(50重量％白金)作為氧化劑極側(cè)的催化劑使用。另外，在上述碳黑EC中，將載有約30平均粒徑的白金粒子和釕粒子的第二催化劑體(25重量％白金、25重量％釕)作為燃料極的催化劑使用。
使上述第一催化劑體分散在異丙醇中得到一種分散液，使全氟化碳磺酸的粉末分散在酒精中得到另一種分散液，混合上述兩種分散液，得到第一漿狀物。采用絲網(wǎng)印刷法，在厚250μm的碳無紡布的一面上涂敷第一漿狀物形成催化劑層，制作電極(氧化劑極)。電極制作后的催化劑層中的白金含量、全氟化碳磺酸含量分別調(diào)整為0.5mg/cm2、1.2mg/cm2。
同樣，將上述第二催化劑體分散在異丙醇中得到的分散液、和在酒精中分散全氟化碳磺酸的粉末的分散液混合，得到第二漿狀物。用絲網(wǎng)印刷法，在厚250μm的碳無紡布的一面上涂敷第二漿狀物，形成催化劑層，制作電極(燃料極)。這種情況下，電極制作后的催化劑層中的白金量、全氟化碳磺酸量分別調(diào)整為0.5mg/cm2、1.2mg/cm2。
接著，用已制好的燃料極和氧化劑極夾著質(zhì)子傳導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)膜的中央部，用熱壓機(jī)將整體接合起來，使得催化劑層和高分子電解質(zhì)膜接合得十分緊密，上述質(zhì)子傳導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)膜具有比燃料極和氧化劑極大一圈的面積。在此，質(zhì)子傳導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)采用將全氟化碳磺酸制成薄膜的高分子電解質(zhì)(美國デュポン公司制造ナフィォン112)。而且，采用熱壓機(jī)以從兩側(cè)夾著位于燃料極和氧化劑極的外側(cè)部分的高分子電解質(zhì)膜部分的方式接合墊片，該墊片與后述隔板沖裁成同一形狀，從而制成MEA(膜電極組合體)。
圖1表示在本實(shí)施例中制作的高分子電解質(zhì)型燃料電池的構(gòu)造。如圖1所示，高分子電解質(zhì)型燃料電池10是這樣得到的，即交替層疊MEA1和隔板2得到層疊電池，通過集電板3和絕緣板4用端板5夾著層疊電池的兩端，并按規(guī)定的負(fù)載將它們緊固為一體。在端板5上設(shè)置從外部氣體供給裝置(未圖示)分別供給氧化劑氣體60和燃料氣體70用的氧化劑氣體用集管孔入口部6和燃料氣體用集管孔入口部7，以及分別排出氧化劑氣體60和燃料氣體70的燃料氣體用集管孔出口部8和氧化劑氣體用集管孔出口部9。這些入口部和出口部都為管狀。
圖2表示本發(fā)明實(shí)施例中使用的隔板2的俯視圖。在隔板2上設(shè)置入口集管孔21、氣體流路22和出口集管孔23，該入口集管孔21供從圖1所示的氧化劑氣體用集管孔入口部6或燃料氣體用集管孔入口部7供給的氣體流過，該氣體流路22從入口集管孔21分支，該出口集管孔23供流過氣體流路22的氣體排出。另外，還設(shè)置冷卻水的集管孔24。
在本實(shí)施例中，通過層疊50個(gè)上述單電池構(gòu)成燃料電池。
接著，測(cè)定本實(shí)施例的高分子電解質(zhì)型燃料電池的動(dòng)作和燃料氣體、以及氧化劑氣體停止供給后的電壓變化，其結(jié)果在圖3中示出。在此，將模擬改性氣體(含氫80體積％、二氧化碳20體積％和一氧化碳50ppm)作為燃料氣體使用，將空氣作為氧化劑氣體使用。另外，使用條件是氫利用率80％、氧利用率50％、氫加濕噴水器溫度75℃、空氣加濕擴(kuò)散器溫度50℃、電池溫度75℃和電流密度0.3A/cm2。
首先，在上述條件下使燃料電池動(dòng)作后，停止負(fù)載，停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給，封閉燃料氣體和氧化劑氣體的集管孔的入口和出口。在圖3中用曲線圖示出了此時(shí)燃料電池電壓降低情況。圖3表示了正常單電池的平均電壓和發(fā)生交叉泄漏的單電池的電壓。在停止負(fù)載電流的狀態(tài)下，表示各單電池的開電路電壓，從停止氫供給、封閉出口和入口時(shí)電壓開始慢慢下降，經(jīng)過約20分鐘下降0.1V。
由圖3清楚地獲知有小孔的單電池比正常單電池的平均電壓的下降速度快。這是因?yàn)樵谛】撞糠职l(fā)生燃料氣體和氧化劑氣體的交叉泄漏，促進(jìn)了殘留在MEA附近的燃料氣體的消耗所致。其結(jié)果，對(duì)于發(fā)生微短路的單電池也是同樣的，在這種場(chǎng)合也可能是由于微小電流促進(jìn)了殘留氫的消耗。
因而，通過檢測(cè)燃料氣體和氧化劑氣體的供給停止后的單電池電壓下降速度，可以容易且可靠地檢測(cè)出交叉泄漏和微短路的發(fā)生。停止燃料氣體的供給后，判定經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后的電壓值在規(guī)定值以下的單電池產(chǎn)生了小孔或微短路。
圖4是表示正常單電池的平均電壓與產(chǎn)生了小孔的單電池之間的電壓差與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。為了更高精度地檢測(cè)出已產(chǎn)生小孔的單電池，希望在較大的時(shí)間段判定與正常單電池間的電壓差。由圖4可知，電壓差增加到最大值是在停止燃料氣體供給約5分鐘后。
因此，在本實(shí)施例中，在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后經(jīng)過5分鐘后，將電壓值0.4V作為電力輸出的界限值(預(yù)定的規(guī)定值)，如果由圖3和圖4的電壓變化判斷，規(guī)定時(shí)間最好為從2分鐘到7分鐘之間，另外，電壓的規(guī)定值最好設(shè)定為從0.7V到0.2V之間。這是由于在這些范圍內(nèi)可以明確地檢測(cè)出正常電壓和異常電壓之差。
在實(shí)際的發(fā)電及廢熱供暖系統(tǒng)中，接到產(chǎn)生氣孔的單電池的檢測(cè)結(jié)果，就會(huì)發(fā)生警報(bào)，能向用戶通知維修的時(shí)間。另外，在本實(shí)施例中示出了實(shí)際工作中的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，但本方法作為電池剛組裝之后的出廠檢查方法也是有效的。
實(shí)施例2圖5示出了本實(shí)施例的高分子電解質(zhì)型燃料電池的電池電壓的電壓變化。在本實(shí)施例中，采用與實(shí)施例1用的燃料電池相同的燃料電池，停止向燃料電池供給燃料氣體和氧化劑氣體后，向燃料極側(cè)供給作為惰性氣體的氮?dú)?。與實(shí)施例1相同，圖5示出了具有交叉泄漏的單電池的電壓變化和正常單電池的平均電壓變化。
從圖5可知，與不供給氮?dú)獾膱?chǎng)合比較，各單電池的電壓急速下降，在10分鐘以內(nèi)下降到0.1V以下。即，通過利用氮?dú)鈴?qiáng)制地排出氫，加快電壓下降。因此，用不供給氮?dú)獾膱?chǎng)合的約1/2的時(shí)間便能檢測(cè)出產(chǎn)生交叉泄漏和小孔的單電池。
圖6是表示正常單電池的平均電壓和產(chǎn)生小孔的單電池的電壓之差與時(shí)間關(guān)系的曲線圖。根據(jù)圖6可知，在氮?dú)夤┙o開始后約兩分鐘電壓差為最大。因此，在本實(shí)施例中，將氮?dú)夤┙o開始后2分鐘后，電壓值0.4V作為界限值。而且，如果由圖5和圖6的電壓變化判斷，規(guī)定時(shí)間最好是從1分鐘到4分鐘之間，另外，電壓界限值最好設(shè)定在從0.6V到0.2V之間。
圖7示出了在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后向燃料極供給以甲烷氣體為主要成分的民用煤氣(13A)時(shí)的電壓變化，圖8示出了在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后向氧化劑極供給氮?dú)鈺r(shí)的電壓變化。另外，圖9示出了在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后向氧化劑極供給民用煤氣時(shí)的電壓變化。
圖10示出了在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后向氧化劑極供給丙烷氣體時(shí)的電壓變化，圖11示出了在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后向燃料極供給丙烷氣體時(shí)的電壓變化。這些變化都與上述實(shí)施例2的情況相同。在此，作為惰性氣體除了氮?dú)庖酝?，還可以使用氦氣和氬氣。
即使在存在發(fā)生微短路的單電池的場(chǎng)合，也能得到同樣的結(jié)果，本發(fā)明的方法對(duì)檢測(cè)出發(fā)生微短路的單電池也是有效的。
實(shí)施例3圖12示出了本實(shí)施例的高分子電解質(zhì)型燃料電池的電池電壓變化。在本實(shí)施例中，采用與實(shí)施例1用的燃料電池相同的燃料電池，停止向燃料電池供給燃料氣體和氧化劑氣體后，向燃料極側(cè)供給作為惰性氣體的氮?dú)狻D12示出了此時(shí)的單電池的電壓相對(duì)于時(shí)間的變化量(dV/dT)。具體地說，示出了每30秒的電壓變化量。
從圖12可知，不良單電池的電壓變化量明顯比正常單電池的電壓變化量大。即，通過檢測(cè)出每單位時(shí)間的電壓變化量，使可以檢測(cè)出產(chǎn)生小孔和微短路的單電池。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，采用與實(shí)施例1用的燃料電池相同的燃料電池，停止向燃料電池供給燃料氣體和氧化劑氣體后，向燃料極側(cè)供給作為惰性氣體的氮?dú)?。在處于這種場(chǎng)合的單電池的電壓變?yōu)橐?guī)定值以下時(shí)，判別該單電池為不良。下面研討該規(guī)定值。
通常，燃料電池的電壓是燃料極的絕對(duì)電位和氧化劑極的絕對(duì)電位之差，在不發(fā)生電流的狀態(tài)下，燃料極的電位約為0V，氧化劑極的電位約為1V。與之相對(duì)，在停止向燃料電池供給燃料氣體后以及在開始向燃料極側(cè)供給惰性氣體或民用煤氣后，電池的電壓下降，這是因?yàn)槿剂蠘O的電位上升并接近氧化劑極的電位所致。
在此可知，當(dāng)燃料極的電位上升至0.5V以上時(shí)，例如用于燃料極的金屬催化劑釕開始溶解析出。也就是說，可知當(dāng)燃料極的電位上升、電池電壓低于0.5V時(shí)，催化劑有劣化的可能性。
因此，為了不損壞正常單電池就能檢測(cè)出發(fā)生氣孔和微短路的不良電池，發(fā)現(xiàn)最好將判別單電池是否不良的電壓界限值設(shè)定為0.5V以上。
根據(jù)本發(fā)明，在層疊單電池形成的燃料電池中，在發(fā)生交叉泄漏或微短路等的不良單電池存在時(shí)，比較停止燃料氣體供給后的不良單電池的電壓和其他正常單電池的電壓，該不良單電池的電壓極快地下降，著眼于這一點(diǎn)，能容易且準(zhǔn)確地檢知交叉泄漏和微短路的發(fā)生。因此，在發(fā)電及廢熱供暖系統(tǒng)中發(fā)出警報(bào)，能通知用戶維修的時(shí)間，可以大幅度地提高實(shí)際使用狀態(tài)下的安全性。另外，本發(fā)明的方法作為制品出廠時(shí)燃料電池的檢查方法也是有效的。
權(quán)利要求
1.一種高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該高分子電解質(zhì)型燃料電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊多個(gè)單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極，并通過向前述一個(gè)電極供給含氫燃料氣體、向前述另一個(gè)電極供給含氧的氧化劑氣體而發(fā)電，其特征在于包括下述工序在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，在上述電力輸出在規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，向上述一對(duì)電極中的至少一個(gè)電極供給惰性氣體、或含甲烷或丙烷的原料氣體，檢測(cè)正在供給上述惰性氣體或原料氣體的上述單電池或上述單電池組的電力輸出，在上述電力輸出在規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于檢測(cè)出每單位時(shí)間上述電力輸出的變化量，當(dāng)上述變化量在規(guī)定值以上時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于上述規(guī)定值是在被供給上述燃料氣體的電極中的金屬催化劑開始溶解的電壓值。
5.一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，該電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊多個(gè)單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極，并通過向前述一個(gè)電極供給含氫燃料氣體、向另一個(gè)電極供給含氧的氧化劑氣體而發(fā)電，其特征在于所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池具有控制部，在停止上述燃料氣體和上述氧化劑氣體的供給后，該控制部檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，在上述電力輸出在規(guī)定值以下時(shí)，判別上述單電池或上述單電池組為不良。
全文摘要
本發(fā)明通過提供一種容易且準(zhǔn)確地檢測(cè)出因初期不良和耐久性降低而產(chǎn)生的交叉泄漏和微短路的方法，實(shí)現(xiàn)安全性很高的高分子電解質(zhì)型燃料電池。本發(fā)明提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該高分子電解質(zhì)型燃料電池是通過導(dǎo)電性的隔板層疊多個(gè)單電池而得到的，該單電池具有高分子電解質(zhì)膜和夾著上述高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)電極。該方法的特征在于在停止燃料氣體和氧化劑氣體的供給后，檢測(cè)上述單電池或單電池組的電力輸出，并檢測(cè)不良單電池或不良單電池組。
文檔編號(hào)H01M10/42GK1538548SQ20041003686
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者日下部弘樹, 仁, 羽藤一仁, 夫, 小原英夫, 介, 竹口伸介, 一, 柴田礎(chǔ)一, 有坂伸一, 武部安男, 男 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社