專利名稱：燃料電池用膜電極接合體的保管方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在固體高分子電解質(zhì)膜上層疊氧極和燃料極的燃料電池用膜電極接合體的保管方法。
背景技術(shù)：
最近，燃料電池作為清潔電源備受矚目。該燃料電池存在許多種類，其中之一有固體高分子電解質(zhì)型燃料電池。
該固體高分子電解質(zhì)型燃料電池，具有將多個作為發(fā)電最小單位的所謂單電池串聯(lián)層疊起來而形成的所謂燃料電池堆(多層電池)，由于在該燃料電池堆中配備有氧和燃料的供給手段以及多層電池的冷卻手段，因而在各單電池中使氫和氧反應(yīng)便可獲得希望的電力(電壓)。
上述單電池進(jìn)而具有燃料電池用膜電極接合體、以及層疊單電池時隔開相鄰的接合體并使之導(dǎo)電的隔板，管理上述反應(yīng)的主體部分為燃料電池用膜電極接合體。
該燃料電池用膜電極接合體具有由含磺酸基的氟樹脂系離子交換膜之類的高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜，在該電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別具有以層疊狀態(tài)配置的成為氧極的陰極催化層、以及成為燃料極的陽極催化層。而且陽極催化層例如使用鉑和釕的合金，陰極催化層例如使用鉑。
具有這樣結(jié)構(gòu)的燃料電池用膜電極接合體像下述那樣使氧和氫發(fā)生反應(yīng)。也就是說，使供給到燃料極的氫氣等在上述陽極催化層變?yōu)闅潆x子，而以水合狀態(tài)通過上述電解質(zhì)膜向氧極側(cè)移動的氫離子在陰極催化層與氧和電子反應(yīng)而生成水。然后，通過這些反應(yīng)的反復(fù)進(jìn)行，燃料電池用膜電極接合體便產(chǎn)生電力(電壓)。
以前，這樣的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池幾乎都是從單電池的制造到燃料電池堆的安裝、再到最終的燃料電池的安裝這樣連續(xù)地進(jìn)行生產(chǎn)的，這樣可以獲得燃料電池所希望的性能。
在這些燃料電池得以普及、燃料電池以批量方式進(jìn)行生產(chǎn)的時代將要到來的時候，一般認(rèn)為有必要在不使性能退化的狀態(tài)下長期保管燃料電池安裝前的部件，以確保燃料電池完成時可以獲得所希望的性能。例如，在燃料電池堆的狀態(tài)下，可以考慮在去除了空氣(氧)的氣氛中進(jìn)行保管的方法，該方法是通過采用惰性氣體或水凈化殘留在流道中的空氣(氧)的方式來去除空氣(氧)的，其中流道設(shè)置在隔膜上，用于流過氧氣和氫氣(例如，參照特開2002-93448號公報和特開平6-251788號公報)。另外，作為在去除了氧的氣氛中進(jìn)行保管的技術(shù)，可以考慮使用氧氣吸收劑的保管方法(例如，參照特開200-289380號公報)。
但是，作為燃料電池堆組裝后，一般認(rèn)為用現(xiàn)有例子的方法進(jìn)行長期保管是可能的，不過，例如隨著燃料電池的通用化，就不能適合只生產(chǎn)燃料電池用膜電極接合體、且需要向遠(yuǎn)方運(yùn)輸時的接合體單個體的保管。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明者鑒于現(xiàn)有的技術(shù)反復(fù)進(jìn)行了潛心的研究，最后查明了燃料電池用電極接合體單個體保管時發(fā)生不良情況的原因。
即在膜電極接合體的催化層的制造工序中使用了醇。例如，作為催化層的制造工序，以載有鉑—釕合金粒子或鉑粒子的乙炔黑系碳粉為催化劑粉末，將該催化劑粉末分散在含有全氟磺酸(perfluorocarbonsulfonic acid)粉末的乙醇中而制成糊狀的催化劑。然后在碳制無紡布的一面涂敷該糊狀催化劑，由此形成催化層。接著將涂敷有催化劑的一側(cè)朝向電解質(zhì)膜使電解質(zhì)膜夾持在兩個催化層之間，這樣就制成了膜電極接合體。
但是，上述的醇即使在膜電極接合體制成后，也會殘留在無紡布上，如果就這樣直接保存的話，則空氣中的氧和該醇反應(yīng)而生成醋酸等氧化物，對催化劑產(chǎn)生不良影響。而且認(rèn)識到長期保管將導(dǎo)致催化劑本身的變質(zhì)。
另外還認(rèn)識到處在工廠或倉庫等環(huán)境中，空氣中含有的有機(jī)物等灰塵往往會附著在膜電極接合體上，當(dāng)不必要的有機(jī)物長期附著在催化劑時，將會使催化層變質(zhì)。
此外，金屬(特別是過渡金屬)微粒子到達(dá)電解質(zhì)膜上時，由于電解質(zhì)膜的強(qiáng)酸性，金屬粒子將發(fā)生離子化。而且當(dāng)離子化的金屬粒子附著的電解質(zhì)膜用在燃料電池上并且使該燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過電解質(zhì)膜滲漏過來的氣體或因副反應(yīng)的影響生成的過氧化氫和上述附著的離子化金屬發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生羥基自由基，由于該自由基的作用，電解質(zhì)膜遭受分解。此外還認(rèn)識到電解質(zhì)膜一旦遭受分解，則滲漏增加，分解加速，電解質(zhì)膜的厚度減少，最終就不能維持發(fā)電了。
另外還得知暴露于空氣里的氧中，各催化層達(dá)到接近1V的高電壓，這促進(jìn)了催化層中的載體碳、鉑和釕等金屬催化劑的氧化而喪失作為催化劑的功能，或者催化劑從催化層中溶出而產(chǎn)生缺損。
進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)因保管燃料電池用膜電極接合體的環(huán)境濕度發(fā)生變化，電解質(zhì)膜反復(fù)膨脹和收縮，導(dǎo)致電解質(zhì)膜本身或催化層的損傷。
而且業(yè)已查明在上述任意的至少一種狀態(tài)下，燃料電池用膜電極接合體一旦出現(xiàn)問題，由該燃料電池用膜電極接合體構(gòu)成的燃料電池，其初始的電壓電流特性等特性就會降低，或者可以看到燃料電池本身的長期耐久性出現(xiàn)降低。
進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)因電解質(zhì)膜的膨脹和收縮，其尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)致單電池的組裝困難或變得不可能。
另外，在氧透過率低的包裝容器內(nèi)封入吸氧物質(zhì)，當(dāng)在這樣的狀態(tài)下進(jìn)行保管時，由于能夠在低氧濃度狀態(tài)下進(jìn)行保管，因而能夠避免上述氧化問題的發(fā)生，不過，加速電解質(zhì)膜分解的物質(zhì)有時會從吸氧物質(zhì)中釋放出來，所以吸氧物質(zhì)的選擇也是重要的。
本發(fā)明就是鑒于以前的課題以及發(fā)明者的見解而完成的，目的在于提供一種燃料電池用膜電極接合體的保管方法，該方法即使只長期保管燃料電池用膜電極接合體，也能夠抑制由保管后的接合體構(gòu)成的燃料電池特性的下降。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的燃料電池用膜電極接合體的保管方法是一種在固體高分子電解質(zhì)膜上層疊催化劑電極的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于將燃料電池用膜電極接合體放置在可防止氧、水分及損害維持性能的物質(zhì)流入的密閉容器中，在密封狀態(tài)下進(jìn)行保管。
由此，密封后密閉容器內(nèi)能夠保持一定的氣氛，能夠抑制燃料電池用膜電極接合體因保管而發(fā)生性能的退化或不必要物質(zhì)的附著。
上述保管方法進(jìn)一步也可以將上述密閉容器內(nèi)的氣氛設(shè)定為比空氣有更低的氧濃度。
由此，能夠防止因膜電極接合體本身的氧化或殘留在膜電極接合體中的有機(jī)物的氧化等而對催化層造成損傷或使催化層性能退化。
上述保管方法進(jìn)一步也可以使剛密封的上述密閉容器內(nèi)氣氛的燃料氣體的濃度比空氣高。
由此，因膜電極接合體的催化作用，燃料氣體和殘留氧反應(yīng)而成為低氧氣氛。另外，由于殘留在容器內(nèi)氫氣的作用，可以使容器內(nèi)催化層的電位降低到氫標(biāo)準(zhǔn)電位0V附近，也能夠防止因催化層保持在高電位而對催化層造成損傷或使催化層性能退化。。
上述保管方法進(jìn)一步也可以在密閉容器內(nèi)部配置脫氧劑。
由此，輕易地就能使密閉容器內(nèi)處于低氧狀態(tài)，輕易地就能抑制膜電極接合體的性能隨時間而退化。
上述保管方法進(jìn)一步也可以使上述密閉容器內(nèi)氣氛的惰性氣體濃度比空氣高。
由此，氧等其它氣體的濃度相對較低，可以獲得與上述低氧濃度氣氛同樣的作用效果。
上述保管方法在保管膜電極接合體時，進(jìn)一步也可以用保管用氣體凈化收納有膜電極接合體的密閉容器內(nèi)的氣氛，從而將密閉容器進(jìn)行密封。
如果采用這個方法，就可以使密閉容器內(nèi)成為所希望的環(huán)境而保管膜電極接合體，可以抑制因保管引起的性能退化。
上述保管用氣體的濕度優(yōu)選設(shè)定為與凈化前密閉容器內(nèi)的濕度相同。
由此，即使在膜電極接合體的保管開始時，也能夠抑制濕度的變化，因而能夠防止初始階段的尺寸變化、防止膜電極接合體因長期保管引起的初始特性和耐久性等性能的退化。
上述保管方法在保管膜電極接合體時，進(jìn)一步也可以在保管用氣體氣氛中密封收納有膜電極接合體的密閉容器。
如果采用這個方法，就可以使密閉容器內(nèi)成為所希望的環(huán)境而保管膜電極接合體，從而可以抑制因保管引起的性能退化。
上述保管用氣體氣氛的濕度優(yōu)選設(shè)定為與燃料電池用膜電極接合體放入該氣氛之前所處的氣氛的濕度相同。
由此，即使在膜電極接合體的保管開始時，也能夠抑制濕度的變化，因而可以防止初始階段的尺寸變化，防止膜電極接合體因長期保管引起的初始特性和耐久性等性能的退化。
上述密閉容器的氧透過率優(yōu)選為0.1ml/(m2·day·atm)或以下，而且透濕度優(yōu)選為0.1g/(m2·day)或以下。
由此，能夠特別規(guī)定使膜電極接合體的長期保存成為可能的具體密閉容器的性能，從而可有效防止氧、水分的流入。
燃料電池用膜電極接合體的催化層表面也可以用氧隔離性高的保護(hù)膜覆蓋。
由此，由于能夠直接隔離膜電極接合體和氧的接觸，進(jìn)而能夠防止因膜電極接合體的長期保管所引起的初始特性和耐久性等性能的退化。而且由于薄膜的緩沖性，還可以有效地防止因來自外部的沖擊或膜電極接合體之間的接觸而使膜電極接合體產(chǎn)生的缺損。


本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特性從下面結(jié)合附圖對它們進(jìn)行的說明中將變得明顯。所述附圖表示的是本發(fā)明的特定實施方案。附圖之中圖1是表示以前燃料電池堆的保管方法的原理圖。
圖2是示意地表示本發(fā)明實施方案的膜電極接合體的保管狀態(tài)的立體圖。
圖3是示意地表示本發(fā)明實施方案的膜電極接合體的保管狀態(tài)的剖面圖。
圖4是示意地表示在一個密閉容器內(nèi)保管多個膜電極接合體的狀態(tài)的剖面圖。
圖5是示意地表示用保護(hù)膜覆蓋的膜電極接合體的保管狀態(tài)的剖面圖。
圖6是示意地表示在一個密閉容器內(nèi)保管多個用保護(hù)膜覆蓋的膜電極接合體狀態(tài)的剖面圖。
圖7是表示用于以保管用氣體凈化密閉容器內(nèi)部的裝置的原理圖。
圖8是表示用于以保管用氣體充滿密閉容器內(nèi)部的裝置的原理圖。
圖9是表示用于使密閉容器內(nèi)部氣氛為低氧狀態(tài)的剖面圖。
圖10表示電池電壓隨時間的變化。
具體實施例方式
以下參照圖面就本發(fā)明的實施方案進(jìn)行說明。
(實施方案1)圖2是表示本發(fā)明實施方案的燃料電池用膜電極接合體的保管狀態(tài)的立體圖。
圖3是表示假想地將保管在密閉容器21中的膜電極接合體11切斷時的剖面圖。
正如這些圖所示的那樣，膜電極接合體11以密封狀態(tài)保管在由樹脂構(gòu)成的袋狀密閉容器21中。
膜電極接合體11是燃料電池用膜電極接合體，其結(jié)構(gòu)是在固體高分子電解質(zhì)膜12的各面層疊有陽極催化層13和陰極催化層14。另外，催化層13、14各自的結(jié)構(gòu)是在碳的網(wǎng)狀物上載有催化劑，它易碎而不耐沖擊。另外，正如圖3詳細(xì)表明的那樣，催化層13、14的各面分別設(shè)置有氣體擴(kuò)散層15。
密閉容器21用可以防止氧、水分及損害性能的物質(zhì)的透過且密封性高的材料來構(gòu)成。密閉容器21即使是形狀穩(wěn)定的高剛性的容器也沒關(guān)系，但是由氧透過率和透濕度低的柔軟的高分子薄膜構(gòu)成的袋狀容器在不保管膜電極接合體11的狀態(tài)下保存時，體積不大而操作容易。
具體地說，密閉容器21的透濕度必須為0.1[g/m2·day]或以下，且氧透過率必須為0.1[cc/m2·day·atm]或以下。這是因為如果不滿足這兩個條件，則膜電極接合體11隨時間的退化就會變得明顯。而且透濕度優(yōu)選設(shè)定為0.01[g/m2·day]或以下，且氧透過率優(yōu)選設(shè)定為0.01[cc/m2·day·atm]或以下。因為如果滿足這個條件，就能夠經(jīng)受住長期的保管。
另外，作為密閉容器21的材料，可以從以下列舉的材料中選定。
密閉容器21的候選材料聚氯乙烯(PVDC)系、乙烯-乙烯醇(EVOA)系、聚乙烯醇(PVA)系和聚酰胺(PA)系塑料薄膜以及陶瓷蒸鍍薄膜、鋁蒸鍍薄膜、鋁箔層疊薄膜的單個體或者層疊多個阻隔材料而使用的薄膜，或者將它們用于阻隔層并復(fù)合其它高分子薄膜所成的薄膜。
另外，作為上述高分子薄膜的代表例有涂敷PVDC的OPP、涂敷PVA系的OPP、EVOH共擠壓的OPP、涂敷PVDC的ONY、多層阻隔層ONY(MXD、EVOH共擠壓)、涂敷PVDC的PET、涂敷PVA系的PET、涂敷PVDC的玻璃紙、EVOH薄膜、拉伸PVA薄膜、涂敷混合阻隔層的薄膜、氧化鋁蒸鍍薄膜(氧化鋁(AL2O3)蒸鍍PET、硅石(SiOX)蒸鍍PET、氧化鋁蒸鍍ONY、氧化鋁蒸鍍OPP)、鋁蒸鍍薄膜(鋁蒸鍍PET、鋁蒸鍍CPP、鋁蒸鍍OPP、鋁蒸鍍ONY、鋁蒸鍍PE)等。
所謂OPP是指雙軸拉伸聚丙烯，ONY是指雙軸拉伸聚酰胺纖維(尼龍)，CPP是指無拉伸聚丙烯，MXD是指阻隔性聚酰胺樹脂，PET是指聚對苯二甲酸乙二醇酯。
另外，密閉容器21的厚度沒有什么特別限定，使用上述材料，只要厚度能夠確保透濕度為0.1[g/m2·day]或以下、且氧透過率為0.1[cc/m2·day·atm]或以下就行。特別是如果在由上述材料構(gòu)成的薄膜上蒸鍍鋁，就能夠顯著降低透濕度和氧透過率，可以減薄密閉容器21的厚度。
使用上述材料制造能夠確保透濕度為0.1[g/m2·day]或以下的密閉容器21，可以防止水蒸氣從容器內(nèi)部泄漏出來，能夠防止容器內(nèi)部水量的變化。但是，如果密閉容器21外部發(fā)生急劇的溫度變化，那么密閉容器21內(nèi)部會產(chǎn)生凝露，使?jié)穸劝l(fā)生很大變化，所以，應(yīng)在溫度不會急劇變化的場所、能夠?qū)囟染S持在一定范圍內(nèi)的場所例如在恒溫恒濕槽中保管膜電極接合體11。藉此能夠防止高分子電解質(zhì)中的水量的變化，能夠防止高分子電解質(zhì)膜的退化。
另外，借助于密閉容器21，還能夠防止來自外部的損害性能的物質(zhì)的混入，從而能夠防止因損害性能的物質(zhì)附著在膜電極接合體11上而產(chǎn)生的燃料電池性能的降低。
這里，所謂損害性能的物質(zhì)例如是指有機(jī)物質(zhì)、鐵和過渡金屬等金屬原子、金屬微粒等，不僅包含使長期保管的膜電極接合體11自身的性能產(chǎn)生退化的物質(zhì)，而且也包括因附著在膜電極接合體11上而使作為燃料電池運(yùn)行時的性能下降的物質(zhì)。
另外，在保管不存在催化層13、14的膜電極接合體11(即只有組裝中的固體高分子膜12的狀態(tài))時，通過用保護(hù)膜16覆蓋固體高分子膜12并且以密封狀態(tài)保管在密閉容器21內(nèi)部，也能夠防止氧與損害性能的物質(zhì)的接觸并保持恒定的水含量，所以即使長期保存固體高分子膜12，也能夠防止其性能的下降。
圖4是表示將多個燃料電池用膜電極接合體11重疊起來保管時的剖面圖。
在密閉容器21的內(nèi)部，多個膜電極接合體11以重疊狀態(tài)密封好，氣體擴(kuò)散層15之間以接觸的狀態(tài)重疊在一起。
這樣，也可以在密閉容器21中一次保管多個膜電極接合體11。
如果按上述那樣保管，就可以在防止氧、水分和損害性能的物質(zhì)透過的密閉容器21內(nèi)，在去除氧的氣氛中以及以防止容器中的水含量(濕度)發(fā)生變化的狀態(tài)保管燃料電池用膜電極接合體11單個體，所以在保管燃料電池用膜電極接合體11時，可以防止發(fā)電性能的降低，長時間不會使膜電極接合體11單個體的性能退化。
另外，用水填充密閉容器21的內(nèi)部也是可能的，在密閉容器內(nèi)，可以通過注入水而排出容器中的氧，由于膜電極接合體11的周圍全都變成水，所以也可以防止高分子電解質(zhì)膜中的水含量發(fā)生變化。在水中為了不會混入損害性能的物質(zhì)，優(yōu)選用純水或蒸餾水作為填充水。
(實施方案2)以下參照圖面就本發(fā)明的第2個實施方案進(jìn)行說明。
圖5是表示處于用保護(hù)膜16覆蓋外表面狀態(tài)的膜電極接合體11的保管狀態(tài)的剖面圖。
關(guān)于膜電極接合體11以及密閉容器21，因與上述相同，故而省略其說明。
保護(hù)膜16起著直接防止膜電極接合體11與殘留在密閉容器21中的氧和損害性能的物質(zhì)的接觸，同時還具有防止催化劑表面損傷的緩沖材料的作用。作為該保護(hù)膜16的材料，可以使用氧隔離性高的高分子系薄膜樹脂。保護(hù)膜16的材料也可以與上述密閉容器21的材料相同。
另外，膜電極接合體11具有在固體高分子膜12上層疊陽極催化層13和陰極催化層14的結(jié)構(gòu)。而且在各自的催化層13、14上設(shè)置有氣體擴(kuò)散層15。
即使在膜電極接合體11具有氣體擴(kuò)散層15的情況下，通過用保護(hù)膜16覆蓋表面，可以進(jìn)一步減少氧和損害性能的物質(zhì)與催化劑表面的接觸，同時也可以進(jìn)一步減少催化劑表面的水含量的變化。這是因為氣體擴(kuò)散層本身也能發(fā)揮保護(hù)膜的功能，從而可進(jìn)一步防止因長期保管引起的膜電極接合體11的發(fā)電性能的下降。因此膜電極接合體11優(yōu)選在配設(shè)擴(kuò)散層15的狀態(tài)下進(jìn)行保管。
圖6是示意地表示在一個密閉容器21內(nèi)保管多個膜電極接合體11時的剖面圖。
在密閉容器21的內(nèi)部，多個膜電極接合體11被重疊封入，但是，通過覆蓋各自膜電極接合體11表面的保護(hù)膜16，各個膜電極接合體11不會接觸、損傷，能夠在一個密閉容器21內(nèi)保管多個膜電極接合體11。
另外，在本實施方案中，各個膜電極接合體11具有氣體擴(kuò)散層15，但是也可以保管不具有氣體擴(kuò)散層15的膜電極接合體11。
(密閉容器21內(nèi)氣氛的形成方法1)下面，說明為使密閉容器21內(nèi)的氣氛成為低氧濃度的氣氛的方法。
首先，在一部分開口的袋狀密閉容器21的內(nèi)部插入膜電極接合體11。
其次，如圖7所示，一邊摁住插入了膜電極接合體11的密閉容器21的開口部，一邊插入排出密閉容器21內(nèi)部的氣體的排氣管31和供給保管用氣體的供氣管32。
排氣管31連接在排氣裝置33上，用排氣閥34進(jìn)行開閉。另一方面，供氣管32連接在供氣裝置35上，用供氣閥36進(jìn)行開閉。
然后，打開排氣閥34，吸出密閉容器21內(nèi)部的空氣，使密閉容器21內(nèi)部為真空狀態(tài)后，切換排氣閥34和供氣閥36的開放狀態(tài)，向密閉容器21內(nèi)充入保管用氣體。
最后，撥出管31、32的同時，熱密封開口部使密閉容器21處于密封狀態(tài)。
另外，排氣管31和供氣管32既可以使用同一根管，也可以使用各自獨立的管。使用同一根管時，在管道上使用可切換排氣用和供氣用管線的閥。
作為上述保管用氣體，可以是低氧濃度的氣體，特別優(yōu)選以惰性氣體為主要成分的氣體。而且以惰性氣體為主要成分，也可以含有燃料氣體。
另外，所謂燃料氣體是指在燃料電池中供給到陽極一側(cè)的氣體，主要是氫氣。
當(dāng)保管用氣體如上那樣含有燃料氣體時，保管用氣體中含有的燃料氣體和密閉容器內(nèi)微量殘留的、或者從容器外部流入的微量的氧氣，在膜電極接合體11的催化層通過燃燒反應(yīng)而消耗。因此，氧氣不會殘留在容器內(nèi)部，催化層不會因膜電極接合體11的氧化或氧而保持在高電位，因而能夠防止膜電極接合體的功能降低。
所謂上述惰性氣體包括氮，也可以是氦或氬。
進(jìn)一步說，也可以采用以惰性氣體凈化后充入燃料氣體的方式、或者充入燃料氣體后以惰性氣體凈化的方式，使密閉容器21內(nèi)部的氣氛為含有燃料氣體的惰性氣體。此時，分別使用充入惰性氣體的管和充入燃料氣體的管，在向密閉容器充氣時通過切換閥，可以充入各自的氣體。
進(jìn)而使供給的保管用氣體具有與膜電極制造時相同的濕度，藉此能夠防止在氣體凈化時產(chǎn)生濕度的變化。
另外，雖然以熱壓合方法說明了開口部的密封，但是作為其它的密封方法，可以使用夾緊方式、加壓方式。而且熱壓合方式密封性高、操作簡單，所以是優(yōu)選的方式。
通過上述的方法，能夠用保管用氣體凈化密閉容器21內(nèi)部，可以使密閉容器21內(nèi)部的氣氛為任意的氣氛。
(密閉容器21內(nèi)氣氛的形成方法2)下面說明為使密閉容器21內(nèi)的氣氛成為低氧濃度氣氛的其它方法。
首先，在一部分開口的袋狀密閉容器21的內(nèi)部插入膜電極接合體11。
其次，在圖8所示的大型容器51內(nèi)配置插入了膜電極接合體11的密閉容器21。
燃料電池用膜電極接合體11在覆蓋有保護(hù)膜16的狀態(tài)下，插入到密閉容器21內(nèi)。膜電極接合體11可以處于接合有擴(kuò)散層15的狀態(tài)，或者只是在高分子電解質(zhì)膜12上層疊催化層13、14的狀態(tài)。
密閉容器21可以使用防止外部的氧、水分和損害性能的物質(zhì)透過的金屬制或樹脂制的容器。
容器51在密閉狀態(tài)下，具有用于排出容器51內(nèi)部的氣體的排氣管31、用于供給惰性氣體和燃料氣體等保管用氣體的供氣管32。在排氣管31和供氣管32上分別連接開閉閥34、36，能夠任意進(jìn)行容器51內(nèi)部的排氣和供氣。排氣管31和供氣管32也可以是同一根管，此時，用閥切換同排氣管和供氣管的連接。
其次，操作開閉閥34、36，抽出容器51內(nèi)部的空氣而成為真空狀態(tài)后，向容器51內(nèi)部供給含燃燒氣體的惰性氣體。另外，供氣后的壓力為1氣壓。
最后，在容器51內(nèi)部用熱壓合等方法封住密閉容器21的開口部而使之處于密封狀態(tài)。
如果采用這個方法，則能夠根據(jù)容器51的容積，在保管用氣體的氣氛中同時密封多個膜電極接合體11，所以該方法是優(yōu)選的。另外，即使處于真空狀態(tài)時，大氣壓也不會直接作用在膜電極接合體11上，因而可以避免因大氣壓引起的催化層13、14的損傷等。
(密閉容器21內(nèi)氣氛的形成方法3)圖9是表示在封入脫氧劑3的密閉容器21內(nèi)保管膜電極接合體11的狀態(tài)的剖面圖。
使用脫氧劑3時，在密閉容器21內(nèi)放入脫氧劑3，可以就這樣直接在大氣中密封密閉容器21。
這樣，如果在密閉容器21內(nèi)放入脫氧劑3，簡單地就能使密閉容器21內(nèi)的氣氛處于低氧濃度的狀態(tài)。
使用脫氧劑3時，也可以有選擇地去除從外部漏入的氧，即使密閉容器21的密封性低，也可以在預(yù)定的期間內(nèi)持續(xù)去除密閉容器21內(nèi)的氧。
作為脫氧劑，優(yōu)選使用自反應(yīng)型的有機(jī)系脫氧劑。自反應(yīng)型的有機(jī)系脫氧劑不需要來自外部的水分，所以能夠防止容器內(nèi)水含量的變化。鐵系脫氧劑吸氧快而且經(jīng)濟(jì)，另一方面，其缺點是水分依賴型，會改變密閉容器內(nèi)的水含量，鐵在燃料電池中成為使發(fā)電性能退化的損害性能的物質(zhì)，因而最好不使用。
(實施例)下面以圖10為基礎(chǔ)，說明采用本發(fā)明的保管方法、防止被保管的膜電極接合體11的發(fā)電性能和耐久性能下降的目標(biāo)得以實現(xiàn)的驗證結(jié)果。
首先，準(zhǔn)備至少可以制造3臺燃料電池的多個膜電極接合體，A組在用EVOH薄膜覆蓋各自的膜電極接合體后，在密閉容器21內(nèi)的惰性氣氛中放置一年。B組將膜電極接合體放在密閉容器21內(nèi)的惰性氣氛中放置一年。C組僅用聚乙烯薄膜包裝膜電極接合體，以這種狀態(tài)放置一年。
然后，對每組都將各自的膜電極接合體和隔板層疊在一起而制作燃料電池。
在驗證實驗中，向陽極供給氫氣作為燃料，向陰極供給空氣作為含氧化劑的氣體。運(yùn)行條件為電池的溫度約70℃，燃料利用率約70％，空氣利用率約40％，電流密度約0.2A/cm2。
圖10表示運(yùn)行時間達(dá)到3000小時的電池電壓隨時間的變化。另外，該圖中的虛線是為了便于比較，表示由剛剛制成后的膜電極接合體構(gòu)成的燃料電池發(fā)電的結(jié)果。
用本發(fā)明的保管方法獲得的膜電極接合體11(A、B)和現(xiàn)有技術(shù)的保管方法獲得的膜電極接合體11(C)的電池電壓，在初期時用本發(fā)明的方法獲得的膜電極接合體的電池電壓高，與由剛剛制成后的膜電極接合體11發(fā)電時的電池電壓同等。另外，觀察一下達(dá)到3000小時的電壓降低率，也是用本發(fā)明的方法獲得的膜電極接合體的電池電壓的降低率小，與由剛剛制成后的膜電極接合體11發(fā)電的電池電壓的降低率相同。進(jìn)一步還確認(rèn)長時間持續(xù)發(fā)電時，使用通常保管方法獲得的膜電極接合體11的電池，其高分子電解質(zhì)膜的退化比通常更快地發(fā)展，與使用剛剛制成后的膜電極接合體11的電池發(fā)電情況相比，在更早的時間內(nèi)，發(fā)生急劇的電壓下降，以至于不能發(fā)電。另外還確認(rèn)用EVOH薄膜覆蓋保管的A組與B組相比，通常能夠維持較高的電池電壓。本實施例的放置條件還可以確認(rèn)外界氣氛在常溫(20℃～30℃)、高溫(50℃～60℃)、低溫(0℃～10℃)下都具有同樣的效果。
因此，根據(jù)本發(fā)明的保管方法，與用以前的方法進(jìn)行保管的情況相比，能夠防止因長期保管引起的膜電極接合體11的發(fā)電性能和耐久性能的降低。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其是在固體高分子電解質(zhì)膜上層疊催化劑電極的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于將燃料電池用膜電極接合體放置在防止氧、水分及損害維持性能的物質(zhì)流入的密閉容器中，在密封狀態(tài)下進(jìn)行保管。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管方法進(jìn)一步將密閉容器內(nèi)的氣氛設(shè)定為比空氣有更低的氧濃度。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于使剛剛密封后的所述密閉容器內(nèi)氣氛的燃料氣體的濃度比空氣更高。
4.如權(quán)利要求2所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于進(jìn)一步在密閉容器內(nèi)配置脫氧劑。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于進(jìn)一步使所述密閉容器內(nèi)氣氛的惰性氣體的濃度比空氣更高。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管裝置以及保管方法，其特征在于所述保管方法在保管膜電極接合體時，進(jìn)一步采用保管用氣體凈化收納有膜電極接合體的密閉容器內(nèi)的氣氛而使密閉容器得以密封。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體含有惰性氣體作為主要成分。
8.如權(quán)利要求6所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體含有燃料氣體。
9.如權(quán)利要求6所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體的濕度與凈化前的密閉容器的濕度相同。
10.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于在保管膜電極接合體時，所述保管方法進(jìn)一步在保管用氣體氣氛內(nèi)密封收納有膜電極接合體的密閉容器。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體含有惰性氣體作為主要成分。
12.如權(quán)利要求10所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體含有燃料氣體。
13.如權(quán)利要求10所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管用氣體氣氛的濕度與燃料電池用膜電極接合體放入該氣氛之前所處的氣氛的濕度相同。
14.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其中所述密閉容器的氧透過率為0.1ml/(m2·day·atm)或以下，而且透濕度為0.1g/(m2·day)或以下。
15.如權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于所述保管方法進(jìn)一步用氧隔離性高的保護(hù)膜覆蓋燃料電池用膜電極接合體的催化層表面。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料電池用膜電極接合體的保管方法，其特征在于氣體擴(kuò)散層介于燃料電池用膜電極接合體的催化層表面和保護(hù)膜之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在固體高分子電解質(zhì)膜上層疊催化劑電極的燃料電池用膜電極接含體的保管方法，該保管方法在防止氧、水分和損害性能的物質(zhì)流入的密閉容器中，以密封狀態(tài)保管燃料電池用膜電極接合體。
文檔編號H01M4/86GK1667858SQ200510054129
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者中川貴嗣, 寺西正俊, 辻庸一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社