JP2004335448A - Operating method for polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

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Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Kazuhito Hado
一仁 羽藤
Hideo Obara
英夫 小原
Shinsuke Takeguchi
伸介 竹口
Kiichi Shibata
礎一 柴田
Shinichi Arisaka
伸一 有坂
Yasuo Takebe
安男 武部
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a polymer electrolyte fuel cell with excellent safety by providing a method for easily and surely detecting cross leakage or a micro short circuit due to initial failure or durability deterioration. <P>SOLUTION: In this operating method for the polymer electrolyte fuel cell formed by laminating a plurality of single batteries provided with polymer electrolyte films and pairs of electrodes sandwiching the polymer electrolyte films through conductive separators 2. Electric outputs of the single battery or the single battery group are detected after stopping the supply of fuel gas 70 and oxidizing agent gas 60, and a bad single battery or a bad single battery group is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源および家庭内コージェネレーションシステムなどに使用される高分子電解質型燃料電池の運転方法に関する。より詳細には、本発明は、単電池を積層してなる燃料電池において、不良単電池または不良単電池群を検出する方法に関する。   The present invention relates to a method for operating a polymer electrolyte fuel cell used for a portable power supply, a power supply for an electric vehicle, a home cogeneration system, and the like. More specifically, the present invention relates to a method for detecting a defective unit cell or a group of defective unit cells in a fuel cell formed by stacking unit cells.

高分子電解質膜を用いた高分子電解質型燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させる。この高分子電解質型燃料電池においては、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層が形成されている。この触媒層の外面には、燃料ガスや酸化剤ガスに対する通気性と、電子伝導性とを併せ持つ拡散層が形成されており、この拡散層と触媒層とを合わせて電極を構成している。   A polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane electrochemically reacts a fuel gas containing hydrogen with an oxidizing gas containing oxygen, such as air, to simultaneously generate electric power and heat. generate. In this polymer electrolyte fuel cell, a catalyst layer mainly composed of a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst is formed on both sides of a polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions. On the outer surface of the catalyst layer, a diffusion layer having both gas permeability and an electron conductivity for fuel gas and oxidizing gas is formed, and the diffusion layer and the catalyst layer constitute an electrode.

そして、供給される燃料ガスや酸化剤ガスが外にリークしたり、これら二種類のガスが互いに混合しないように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟むようにガスケットなどのガスシール材が配置される。このガスシール材は、電極および高分子電解質膜と一体化して組み立てられる。このように高分子電解質膜、電極およびガスシール材を一体化して得られるものを、MEA(膜電極接合体)と呼ぶ。MEAの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接したMEAを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータが配置される。セパレータのMEAと接触する部分には、電極に燃料ガスや酸化剤ガスを供給し、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成されている。ガス流路はセパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。   In order to prevent the supplied fuel gas and oxidizing gas from leaking out and to prevent these two types of gases from mixing with each other, a gas seal material such as a gasket is sandwiched between the electrodes so as to sandwich the polymer electrolyte membrane. Be placed. This gas seal material is assembled integrally with the electrode and the polymer electrolyte membrane. The one obtained by integrating the polymer electrolyte membrane, the electrode, and the gas sealant in this manner is called an MEA (membrane electrode assembly). Outside the MEA, a conductive separator for mechanically fixing the MEA and electrically connecting adjacent MEAs to each other in series is arranged. A gas flow path for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to the electrode and carrying away generated gas or surplus gas is formed in a portion of the separator that contacts the MEA. Although the gas flow path can be provided separately from the separator, a method in which a groove is provided on the surface of the separator to form a gas flow path is generally used.

この溝に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためは、ガス流路を形成したセパレータに、貫通孔を設け、ガス流路の出入り口をこの貫通孔まで延ばし、この貫通孔から直接燃料ガスや酸化剤ガスを各ガス流路に分岐しながら供給する必要がある。ここで、この各ガス流路に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するための貫通孔のことをマニホールド孔と呼ぶ。
また、高分子電解質型燃料電池は運転中に発熱することから、電池を良好な温度状態に維持するために冷却水などを用いて冷却する必要がある。通常、単電池1〜3個毎に冷却水を流す冷却部をセパレータとセパレータとの間に設ける。一般には、セパレータの背面に冷却水流路を設けて冷却部を構成する場合が多い。この場合、セパレータには冷却水を各冷却水流路に分配するためのマニホールド孔を設けることも必要となる。
In order to supply the fuel gas or the oxidizing gas to the groove, a through hole is provided in the separator having the gas flow path, and the entrance and exit of the gas flow path are extended to the through hole, and the fuel gas and the oxidizing gas are directly supplied from the through hole. It is necessary to supply the agent gas while branching to each gas flow path. Here, a through hole for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to each gas flow path is called a manifold hole.
Further, since a polymer electrolyte fuel cell generates heat during operation, it is necessary to cool the cell using cooling water or the like in order to maintain the cell in a favorable temperature state. Usually, a cooling unit for flowing cooling water for every one to three cells is provided between the separators. Generally, a cooling section is often provided by providing a cooling water flow path on the back surface of the separator. In this case, the separator also needs to be provided with a manifold hole for distributing the cooling water to each cooling water channel.

以上のようなMEA、セパレータおよび冷却部を交互に重ね、10〜200個の単電池を積層して得られる積層体を、集電板と絶縁板を介して端板で挟み、締結ボルトで両端から固定することによって高分子電解質型燃料電池を得るのが一般的である。
ここで、端板には、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水それぞれのマニホールド孔に対応して、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の供給および排出のための入口が設けられており、この入口を介してこれら燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の供給および排出がなされる。
The MEA, the separator and the cooling unit as described above are alternately stacked, and a laminated body obtained by laminating 10 to 200 unit cells is sandwiched between end plates via a current collecting plate and an insulating plate, and both ends are fastened with fastening bolts. It is common to obtain a polymer electrolyte fuel cell by fixing the fuel cell.
Here, the end plate is provided with inlets for supplying and discharging the fuel gas, the oxidizing gas and the cooling water corresponding to the manifold holes of the fuel gas, the oxidizing gas and the cooling water, respectively. Supply and discharge of these fuel gas, oxidizing gas and cooling water are performed through an inlet.

しかし、上述のような従来の高分子電解質型燃料電池では、高分子電解質膜の初期不良や耐久劣化によるピンホールの発生、およびガスケットの不良などによって、燃料ガスが酸化剤ガス側の電極(酸化剤極)にリークしたり、酸化剤ガスが燃料ガス側の電極(燃料極)にリークしたりするクロスリークが発生するという問題があった。このとき、リークした燃料ガスは酸化剤ガス側の電極の触媒上で酸化剤ガスと直接反応し、この状態が長時間継続されると、反応による局所的な発熱によってピンホールが拡大する。そして、やがては燃料ガスが激しく燃焼し、燃料電池全体が危険な状態に達する可能性があるという問題があった。   However, in the conventional polymer electrolyte fuel cell described above, the fuel gas is supplied to the oxidant gas side electrode (oxidizing gas) due to the initial failure of the polymer electrolyte membrane, the occurrence of pinholes due to the deterioration of durability, and the failure of the gasket. However, there is a problem that a cross leak occurs, in which leakage occurs to the electrode (fuel electrode) or the oxidizing gas leaks to the electrode (fuel electrode) on the fuel gas side. At this time, the leaked fuel gas directly reacts with the oxidizing gas on the catalyst of the electrode on the oxidizing gas side, and if this state is continued for a long time, the pinhole is enlarged by local heat generation due to the reaction. Then, there is a problem in that the fuel gas burns violently and the whole fuel cell may reach a dangerous state.

また、上述の高分子電解質型燃料電池は、薄い高分子電解質膜を触媒層や拡散層を介して挟んで保持する構造を有するため、局部的に圧力がかかる部分では高分子電解質膜にカーボン繊維が埋まり、マイクロショートが発生する可能性があった。マイクロショートが発生している部分では、微少電流が流れており、通常の発電性能には大きな影響は与えないものの、発熱があるために長時間の使用によってピンホールに発展し、前述のような問題が発生する可能性があった。
これに対しては、例えば特許文献1において、劣化した不良単電池を検出する方法が開示されているが、上記問題を解決するには充分とは言えなかった。
特開2000−58095号公報
Further, since the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a thin polymer electrolyte membrane is sandwiched and held via a catalyst layer or a diffusion layer, carbon fiber is applied to the polymer electrolyte membrane in a portion where pressure is locally applied. Was buried, and a micro short could occur. In the area where micro-shorts are occurring, a small amount of current is flowing and does not significantly affect the normal power generation performance, but due to heat generation, it develops into a pinhole over a long period of use, and as described above Problems could occur.
On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a method of detecting a defective defective unit cell, but it cannot be said that it is sufficient to solve the above problem.
JP 2000-58095 A

そこで、本発明は、上述のような問題に鑑み、初期不良や耐久劣化によって生じるクロスリークやマイクロショートを容易かつ確実に検出する方法を提供することにより、安全性に優れた高分子電解質型燃料電池の運転を実現することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a method for easily and surely detecting a cross leak or a micro short-circuit caused by an initial failure or durability deterioration. The purpose is to realize battery operation.

上述のような課題を解決するため、本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とを備え、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスが供給され、かつ前記電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって発電する単電池を、導電性のセパレータを介して積層して得られる高分子電解質型燃料電池の運転方法であって、
前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に前記単電池または単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別する工程を含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電池の運転方法を提供する。
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a polymer electrolyte membrane, and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, wherein a fuel gas containing hydrogen is supplied to one of the electrodes, and A method for operating a polymer electrolyte fuel cell obtained by stacking a unit cell that generates power by supplying an oxidizing gas containing oxygen to the other of the electrodes via a conductive separator,
After stopping the supply of the fuel gas and the oxidizing gas, an electric output of the unit cell or the unit cell group is detected, and when the electric output is equal to or less than a predetermined value, the unit cell or the unit cell group is determined to be defective. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell, comprising a step of determining.

前記運転方法においては、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記一対の電極の少なくとも一方に、不活性ガス、またはメタンもしくはプロパンを含む原料ガスを供給し、前記不活性ガスまたは前記原料ガスの供給中における前記単電池または前記単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別することが好ましい。前記所定値としては、前記燃料ガスの供給される電極における金属触媒が溶解を開始する電圧値であるのが好ましい。   In the operating method, after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped, an inert gas or a source gas containing methane or propane is supplied to at least one of the pair of electrodes, and the inert gas is supplied. Alternatively, it is preferable to detect an electric output of the unit cell or the unit cell group during the supply of the source gas, and determine that the unit cell or the unit cell group is defective when the electric output is equal to or less than a predetermined value. . It is preferable that the predetermined value is a voltage value at which the metal catalyst in the electrode to which the fuel gas is supplied starts melting.

また、前記電気出力の単位時間当たりの変化量を検出し、前記変化量が所定値以上の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別してもよい。
さらに、本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とを備え、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスが供給され、かつ前記電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって発電する単電池複数個を、導電性のセパレータを介して積層して得られる高分子電解質型燃料電池であって、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記単電池または単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別する制御部を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池にも関する。
Further, a change amount of the electric output per unit time may be detected, and when the change amount is equal to or more than a predetermined value, the unit cell or the unit cell group may be determined to be defective.
Further, the present invention includes a polymer electrolyte membrane, and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, wherein one of the electrodes is supplied with a fuel gas containing hydrogen, and the other of the electrodes is an oxidation containing oxygen. A polymer electrolyte fuel cell obtained by stacking a plurality of unit cells that generate electric power by supply of an oxidizing gas through a conductive separator, wherein the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped. And after detecting the electric output of the unit cell or the unit cell group, when the electric output is equal to or less than a predetermined value, the control unit determines that the unit cell or the unit cell group is defective. It also relates to a polymer electrolyte fuel cell.

本発明によれば、単電池を積層した燃料電池において、クロスリークあるいはマイクロショートなどが発生している不良単電池が存在する場合には、燃料ガスの供給を停止した後の不良単電池の電圧が他の正常な単電池と比較して極端に早く低下することに着目することによって、クロスリークやマイクロショートの発生を容易にかつ確実に検知できる。   According to the present invention, in a fuel cell in which unit cells are stacked, if there is a defective unit cell in which a cross leak or a micro short has occurred, the voltage of the defective unit cell after the supply of fuel gas is stopped By focusing on the fact that the voltage decreases extremely quickly as compared with other normal cells, the occurrence of cross leak and micro short-circuit can be easily and reliably detected.

本発明者らは、単電池を積層して得られる燃料電池に、クロスリークまたはマイクロショートなどが発生している不良単電池が存在する場合には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に当該不良単電池の電圧が他の正常な単電池と比較して極端に早く低下することに着目し、クロスリークやマイクロショートの発生を確実に検知することのできる高分子電解質型燃料電池の運転方法を見出した。   The present inventors stopped the supply of the fuel gas and the oxidizing gas when the fuel cell obtained by stacking the unit cells had a defective unit cell in which a cross leak or a micro short circuit occurred. Paying attention to the fact that the voltage of the defective unit cell drops extremely quickly compared to other normal unit cells, a polymer electrolyte fuel cell that can reliably detect the occurrence of cross leak and micro short circuit I found a driving method.

すなわち、本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とを備え、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスが供給され、かつ前記電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって発電する単電池を、導電性のセパレータを介して積層して得られる高分子電解質型燃料電池の運転方法であって、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に前記単電池または単電池群の電気出力を検出し、前記燃料電池における不良単電池または不良単電池群を検出する。   That is, the present invention includes a polymer electrolyte membrane, and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, wherein one of the electrodes is supplied with a fuel gas containing hydrogen, and the other of the electrodes is an oxidation containing oxygen. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell obtained by stacking unit cells that generate electric power by supply of an oxidant gas through a conductive separator, wherein the supply of the fuel gas and the oxidant gas is performed. After stopping, an electric output of the unit cell or unit group is detected, and a defective unit cell or unit group in the fuel cell is detected.

ここで、本発明のポイントは、単電池を積層してなる燃料電池において、当該単電池または単電池群の電圧、電流またはこれらの変化量を検出することによって、不良単電池または不良単電池群を検出する工程を含む点にあり、単電池の構成などについては特に制限はない。また、単電池群に含まれる単電池の数についても特に制限はない。
前記工程においては、前記燃料ガスの供給を停止した後に、前記燃料ガスの代わりに不活性ガスなどを供給し、前記不活性ガスの供給中における前記単電池の電圧などを検出し、前記燃料電池における不良単電池を検出することが好ましい。これは、クロスリークやマイクロショートを有する単電池において、正常な単電池に比較して、残留している水素と酸素の消費速度が速いことに起因しており、通常運転中に認識困難な微小なリークやショートも検出できるという理由による。
Here, the point of the present invention is that, in a fuel cell formed by stacking unit cells, by detecting the voltage, current or the amount of change in the unit cell or unit group, a defective unit cell or unit group is detected. And there is no particular limitation on the configuration of the unit cell. There is no particular limitation on the number of cells included in the cell group.
In the step, after the supply of the fuel gas is stopped, an inert gas or the like is supplied instead of the fuel gas, and a voltage or the like of the unit cell during the supply of the inert gas is detected. It is preferable to detect a defective unit cell in. This is due to the fact that the consumption rate of remaining hydrogen and oxygen is higher in cells having cross leaks and micro-shorts than in normal cells, and it is difficult to recognize small cells during normal operation. This is because even a large leak or short circuit can be detected.

前記不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが挙げられるが、なかでも、比較的容易に入手できるという理由から、窒素ガスを用いるのが好ましい。
また、このときの不活性ガスの供給量としては、5〜30リットル/分という範囲でよいが、運転状態でMEAに加わる圧力を制限するという理由から、定格圧力損失となる流量であるのが好ましい。
Examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, a helium gas, and the like. Among them, it is preferable to use a nitrogen gas because it can be obtained relatively easily.
In addition, the supply amount of the inert gas at this time may be in the range of 5 to 30 liters / minute, but the flow rate at which the rated pressure loss is achieved is because the pressure applied to the MEA in the operating state is limited. preferable.

また、前記単電池の電圧値が予め設定された電圧値以下であることを検出することによって、前記燃料電池における不良単電池を検出することが好ましい。すなわち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給停止または不活性ガスの供給開始から、予め定められた時間(所定時間)が経過した時点での前記単電池の電圧値が、予め設定されたしきい値(所定値)以下であることを検出して燃料電池の不良単電池を検出することが有効である。これは、クロスリークやマイクロショートの問題を有している単電池は、明らかに電圧低下が速く、特に、ある一定の時間帯では正常な単電池との差が顕著になるという理由によるものである。好ましい所定時間およびしきい値については後述の実施例において述べる。   Further, it is preferable that a defective unit cell in the fuel cell is detected by detecting that a voltage value of the unit cell is equal to or less than a preset voltage value. That is, the voltage value of the unit cell at the time when a predetermined time (predetermined time) has elapsed from the stop of the supply of the fuel gas and the oxidizing gas or the start of the supply of the inert gas is set to a predetermined threshold value. It is effective to detect that the fuel cell is equal to or less than a (predetermined value) to detect a defective unit cell of the fuel cell. This is because cells with cross-leak and micro-short problems have a sharp drop in voltage, and the difference from normal cells is particularly noticeable during certain periods of time. is there. The preferred predetermined time and threshold value will be described in an embodiment described later.

また、不活性ガスは、燃料電池を構成する単電池において、燃料極および酸化剤極の両方に供給してもよいが、燃料極のみに供給してもよい。また、酸化剤極のみに供給してもよい。なかでも、安全性の面より、実際のシステムにおいては、燃料電池を停止する際に常に燃料極を不活性ガスでパージする方式が多く採用されているという理由から、燃料極のみに供給するのが好ましい。   In addition, the inert gas may be supplied to both the fuel electrode and the oxidant electrode in the unit cell constituting the fuel cell, or may be supplied only to the fuel electrode. Moreover, you may supply only to an oxidizer electrode. Above all, from the viewpoint of safety, in the actual system, when the fuel cell is shut down, the fuel electrode is always purged with an inert gas. Is preferred.

電圧の検出方法には、マルチチャンネルデータロガーや、マルチチャンネルAD変換ボードなどを使用することができる。マルチチャンネルデータロガーとしては、例えばAgilent34970Aなどが挙げられ、マルチチャンネルAD変換ボードとしては、例えばNATEC社製のNA98−0164などが挙げられる。また、検出された電圧値は、制御用コンピュータ(制御部)に取り込み、当該コンピュータ上で予め設定して記憶させたしきい値を比較される。
以下に、実施例を用いて図面を参照しながら本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
As a voltage detection method, a multi-channel data logger, a multi-channel AD conversion board, or the like can be used. Examples of the multi-channel data logger include Agilent 34970A, and examples of the multi-channel A / D conversion board include NA98-0164 manufactured by NATEC. Further, the detected voltage value is taken into a control computer (control unit) and compared with a threshold value set and stored in advance on the computer.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings using examples, but the present invention is not limited thereto.

《実施例1》
まず、30nmの平均一次粒径を有する導電性カーボン粒子であるケッチェンブラックEC(オランダ国、AKZO Chemie社製)に、平均粒径約30Åの白金粒子を担持させた第一の触媒体(50重量%白金)を酸化剤極側の触媒として用いた。また、ケッチェンブラックECに、平均粒径約30Åの白金粒子とルテニウム粒子とを担持させた第二の触媒体(25重量%白金、25重量%ルテニウム)を燃料極の触媒として用いた。
<< Example 1 >>
First, a first catalyst (50) in which platinum particles having an average particle size of about 30 ° are supported on Ketjen Black EC (manufactured by AKZO Chemie, the Netherlands) which is conductive carbon particles having an average primary particle size of 30 nm. Wt% platinum) was used as the catalyst on the oxidant electrode side. A second catalyst (25 wt% platinum, 25 wt% ruthenium) in which Ketjen Black EC carries platinum particles and ruthenium particles having an average particle size of about 30 ° was used as a catalyst for the fuel electrode.

前記第一の触媒体をイソプロパノールに分散させて得られた分散液と、パーフルオロカーボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散させた分散液とを混合し、第一のペーストを得た。スクリーン印刷法によって、厚み250μmのカーボン不織布の一方の面に第一のペーストを塗布して触媒層を形成し、電極(酸化剤極)を作製した。なお、電極作製後の触媒層中に含まれる白金量は0.5mg/cm2、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は1.2mg/cm2となるよう調整した。 A dispersion obtained by dispersing the first catalyst in isopropanol and a dispersion in which a powder of perfluorocarbon sulfonic acid was dispersed in ethyl alcohol were mixed to obtain a first paste. By a screen printing method, the first paste was applied to one surface of a carbon nonwoven fabric having a thickness of 250 μm to form a catalyst layer, thereby producing an electrode (oxidant electrode). Incidentally, amount of platinum contained in the catalyst layer after electrode fabrication is 0.5 mg / cm 2, the amount of perfluorocarbon sulfonic acid was adjusted to be 1.2 mg / cm 2.

同様にして、前記第二の触媒体をイソプロパノールに分散させて得られた分散液と、パーフルオロカーボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散させた分散液とを混合し、第二のペーストを得た。スクリーン印刷法によって、厚み250μmのカーボン不織布の一方の面に第二のペーストを塗布して触媒層を形成し、電極(燃料極)を作製した。この場合も、電極作製後の触媒層中に含まれる白金量は0.5mg/cm2、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は1.2mg/cm2となるよう調整した。 Similarly, a dispersion obtained by dispersing the second catalyst body in isopropanol and a dispersion in which perfluorocarbon sulfonic acid powder was dispersed in ethyl alcohol were mixed to obtain a second paste. . By a screen printing method, a second paste was applied to one surface of a carbon nonwoven fabric having a thickness of 250 μm to form a catalyst layer, thereby producing an electrode (fuel electrode). Again, the amount of platinum contained in the catalyst layer after electrode fabrication is 0.5 mg / cm 2, the amount of perfluorocarbon sulfonic acid was adjusted to be 1.2 mg / cm 2.

次に、作製された燃料極および酸化剤極で、燃料極および酸化剤極より一回り大きい面積を有するプロトン伝導性の高分子電解質膜の中央部を挟み、触媒層と高分子電解質膜とが十分に密着するように、全体をホットプレスによって接合した。ここでは、プロトン伝導性の高分子電解質として、パーフルオロカーボンスルホン酸を薄膜化したもの(米国デュポン社製:ナフィオン112)を用いた。さらに、燃料極および酸化剤極の外側部分に位置する高分子電解質膜の部分を両側から挟むように、後述するセパレータと同一の形状に打ち抜かれたガスケットをホットプレスによって接合し、MEA(膜電極接合体)を作製した。   Next, the catalyst layer and the polymer electrolyte membrane are sandwiched between the prepared fuel electrode and the oxidizer electrode by sandwiching the center of the proton conductive polymer electrolyte membrane having an area slightly larger than the fuel electrode and the oxidizer electrode. The whole was joined by hot pressing so as to sufficiently adhere. Here, a thin film of perfluorocarbonsulfonic acid (Nafion 112, manufactured by DuPont, USA) was used as the proton conductive polymer electrolyte. Further, a gasket punched in the same shape as a separator to be described later is joined by hot pressing so as to sandwich a portion of the polymer electrolyte membrane located on an outer portion of the fuel electrode and the oxidant electrode from both sides. (Joined body).

ここで、本実施例で作製した高分子電解質型燃料電池の構造を図1に示した。図1に示すように、高分子電解質型燃料電池10は、MEA1およびセパレータ2を交互に積層して積層電池を得、その両端を、集電板3および絶縁板4を介して端板5で挟み、全体を所定の荷重で締め付けて得た。端板5には、外部のガス供給装置(図示せず)からそれぞれ酸化剤ガス60および燃料ガス70を供給するための酸化剤ガス用マニホールド孔入口部6および燃料ガス用マニホールド孔入口部7と、それぞれ酸化剤ガス60および燃料ガス70が排出される酸化剤ガス用マニホールド孔出口部8および燃料ガス用マニホールド孔出口部9とを設けた。これら入口部および出口部は管状とした。   Here, the structure of the polymer electrolyte fuel cell manufactured in this example is shown in FIG. As shown in FIG. 1, a polymer electrolyte fuel cell 10 has a MEA 1 and a separator 2 alternately stacked to obtain a stacked battery, and both ends thereof are connected to an end plate 5 via a current collecting plate 3 and an insulating plate 4. It was pinched and the whole was tightened with a predetermined load to obtain. The end plate 5 has an oxidant gas manifold hole inlet 6 and a fuel gas manifold hole inlet 7 for supplying an oxidant gas 60 and a fuel gas 70 from an external gas supply device (not shown), respectively. Further, an oxidizing gas manifold outlet 8 and a fuel gas manifold outlet 9 from which the oxidizing gas 60 and the fuel gas 70 are discharged, respectively, are provided. These inlet and outlet portions were tubular.

また、図2に、本実施例において用いたセパレータ2の上面図を示した。セパレータ2には、図1に示す酸化剤ガス用マニホールド孔入口部6または燃料ガス用マニホールド孔入口部7から供給されるガスが流れる入口マニホールド孔21と、この入口マニホールド孔21から分岐したガス流路22と、ガス流路22を通流したガスが排出される出口マニホールド孔23とを設けた。また、冷却水のためのマニホールド孔24も設けた。
本実施例においては、上述の単電池を50個積層することによって燃料電池を構成した。
FIG. 2 shows a top view of the separator 2 used in this embodiment. The separator 2 has an inlet manifold hole 21 through which gas supplied from the oxidizing gas manifold hole inlet 6 or the fuel gas manifold hole inlet 7 shown in FIG. 1 flows, and a gas flow branched from the inlet manifold hole 21. A passage 22 and an outlet manifold hole 23 through which the gas flowing through the gas passage 22 is discharged are provided. Also, a manifold hole 24 for cooling water was provided.
In this example, a fuel cell was formed by stacking 50 of the above-described unit cells.

次に、本実施例の高分子電解質型燃料電池の動作および燃料ガスおよび酸化剤ガス供給停止後の電圧挙動を測定し、その結果を図3に示した。ここでは、模擬改質ガス(水素80体積%、二酸化炭素20体積%および一酸化炭素50ppmを含む)を燃料ガスとして用い、空気を酸化剤ガスとして用いた。また、水素利用率80%、酸素利用率50%、水素加湿バブラー温度75℃、空気加湿バブラー温度50℃、電池温度75℃、および電流密度0.3A/cm2の条件を用いた。 Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell of this example and the voltage behavior after stopping the supply of the fuel gas and the oxidizing gas were measured, and the results are shown in FIG. Here, a simulated reformed gas (containing 80% by volume of hydrogen, 20% by volume of carbon dioxide and 50 ppm of carbon monoxide) was used as a fuel gas, and air was used as an oxidizing gas. The conditions of a hydrogen utilization rate of 80%, an oxygen utilization rate of 50%, a hydrogen humidification bubbler temperature of 75 ° C., an air humidification bubbler temperature of 50 ° C., a battery temperature of 75 ° C., and a current density of 0.3 A / cm 2 were used.

まず、上述の条件で燃料電池を動作させた後、負荷を停止して燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガスおよび酸化剤ガスのためのマニホールド孔の入口および出口を封止した。図3には、このときの燃料電池の電圧低下の様子をグラフに示した。図3は、正常な単電池の平均電圧とクロスリークを発生している単電池の電圧を示している。負荷電流を停止した状態では、各単電池は開回路電圧を示しているが、水素供給を停止し、出口および入口を封止した時点から電圧が徐々に低下し始め、約20分程度で0.1Vを下回っている。   First, after operating the fuel cell under the conditions described above, the load was stopped to stop the supply of the fuel gas and the oxidizing gas, and the inlet and outlet of the manifold holes for the fuel gas and the oxidizing gas were sealed. . FIG. 3 is a graph showing how the voltage of the fuel cell drops at this time. FIG. 3 shows the average voltage of a normal cell and the voltage of a cell having a cross leak. In the state where the load current is stopped, each cell shows an open circuit voltage, but the voltage starts to gradually decrease from the time when the supply of hydrogen is stopped and the outlet and the inlet are sealed, and the voltage decreases to 0 in about 20 minutes. .1V.

図3より、明らかにピンホールを有する単電池のほうが正常な単電池の平均電圧より低下速度が速いことがわかる。これは、ピンホール部分で燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリークが生じているために、MEA近傍に残留する燃料ガスの消費が促進されているためである。この結果は、マイクロショートを発生している単電池に関しても同様であり、この場合も微少電流による残留水素の消費が促進されているものと考えられる。   From FIG. 3, it can be seen that the cell having a pinhole clearly has a lowering rate than the average voltage of a normal cell. This is because the cross leak between the fuel gas and the oxidizing gas has occurred in the pinhole portion, and the consumption of the fuel gas remaining near the MEA is promoted. This result is the same for a unit cell in which a micro short circuit has occurred. In this case as well, it is considered that the consumption of residual hydrogen by a minute current is promoted.

したがって、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後の単電池の電圧の低下速度を検出することによって、容易かつ確実にクロスリークやマイクロショートの発生を検出できる。燃料ガスの供給を停止した後、所定時間経過した時点での電圧値が所定値以下である単電池をピンホールあるいはマイクロショートが発生していると判定した。   Therefore, by detecting the rate of decrease in the voltage of the unit cell after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped, it is possible to easily and reliably detect the occurrence of the cross leak or the micro short circuit. After the supply of the fuel gas was stopped, a cell having a voltage value equal to or less than a predetermined value at the time when a predetermined time had elapsed was determined to have a pinhole or a micro short circuit.

図4は、正常な単電池の平均電圧とピンホールが発生している単電池の電圧との差と、時間との関係をグラフにしたものである。より高精度にピンホールの発生した単電池を検出するためには、正常な単電池との電圧差が大きい時間帯で判定することが望ましい。図4より、電圧差が最も増大するのは、燃料ガスの供給を停止して約5分後であることがわかる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the difference between the average voltage of a normal cell and the voltage of a cell having a pinhole, and time. In order to detect a cell having a pinhole with higher accuracy, it is desirable to make a determination in a time zone in which the voltage difference from a normal cell is large. From FIG. 4, it can be seen that the voltage difference increases most about 5 minutes after the supply of the fuel gas is stopped.

そこで、本実施例では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、5分経過した後において、電圧値0.4Vを電気出力のしきい値(予め定めた所定値)とした。図3および図4の電圧挙動より判断すると、所定時間は2分から7分の間が望ましく、また、電圧の所定値は0.7Vから0.2Vの間に設定することが望ましい。これは、これらの範囲においては、正常な電圧と異常な電圧との差を明確に検出することができる傾向にあるからである。   Therefore, in the present embodiment, a voltage value of 0.4 V is set as a threshold value (predetermined predetermined value) of the electric output 5 minutes after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped. Judging from the voltage behavior in FIGS. 3 and 4, the predetermined time is desirably between 2 minutes and 7 minutes, and the predetermined value of the voltage is desirably set between 0.7V and 0.2V. This is because in these ranges, the difference between the normal voltage and the abnormal voltage tends to be clearly detected.

このような、ピンホール発生単電池の検出結果を受けて、実際のコージェネレーションシステムでは、警報を発生し、メンテナンスの時期をユーザに知らせることが可能となる。また、本実施例では実運転中の燃料電池における運転方法を示したが、本方法は電池組立直後の出荷検査としても有効である。   In response to such a detection result of the pinhole-generating unit cells, the actual cogeneration system can generate an alarm and notify the user of the maintenance time. Further, in this embodiment, the operation method of the fuel cell during the actual operation is shown, but this method is also effective as a shipping inspection immediately after the cell assembly.

《実施例2》
本実施例の高分子電解質型燃料電池の電池電圧の電圧挙動を図5に示した。本実施例では、実施例1で用いた燃料電池と同様の燃料電池を用い、燃料電池への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、不活性ガスとして窒素ガスを燃料極側に供給した。図5には、実施例1と同様に、クロスリークを有する単電池の電圧挙動と正常な単電池の平均電圧の挙動を示した。
<< Example 2 >>
FIG. 5 shows the voltage behavior of the cell voltage of the polymer electrolyte fuel cell of this example. In the present embodiment, a fuel cell similar to the fuel cell used in Embodiment 1 is used, and after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell is stopped, nitrogen gas is supplied to the fuel electrode side as an inert gas. did. FIG. 5 shows the voltage behavior of a unit cell having cross leak and the behavior of the average voltage of a normal unit cell as in Example 1.

図5より、窒素ガスを供給しない場合と比較して、各単電池の電圧は急速に低下し、10分以内に0.1V以下に低下していることが判る。すなわち、窒素ガスによって水素を強制的に排出することによって、電圧低下が促進されていることがわかる。これによって、窒素ガスを供給しない場合に対して、約1/2の時間でクロスリークやピンホールが発生している単電池の検出が可能となる。   From FIG. 5, it is found that the voltage of each unit cell is rapidly reduced as compared with the case where the nitrogen gas is not supplied, and is reduced to 0.1 V or less within 10 minutes. That is, it is understood that the voltage drop is promoted by forcibly discharging hydrogen by the nitrogen gas. This makes it possible to detect a unit cell in which a cross leak or a pinhole has occurred in about 時間 of the time when no nitrogen gas is supplied.

図6は、正常な単電池の平均電圧とピンホールが発生している単電池の電圧との差と、時間との関係をグラフにしたものである。図6より、窒素ガス供給開始後約2分で、電圧差が最大となることがわかる。そこで、本実施例では、窒素ガス供給開始後2分後において電圧値0.4Vをしきい値とした。さらに、図5および図6の電圧挙動より判断すると、所定時間は1分から4分の間が望ましく、また、電圧のしきい値は0.6Vから0.2Vの間に設定することが望ましい。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the difference between the average voltage of a normal cell and the voltage of a cell having a pinhole, and time. FIG. 6 shows that the voltage difference becomes maximum about 2 minutes after the start of the supply of the nitrogen gas. Therefore, in this embodiment, the threshold value is set to a voltage value of 0.4 V two minutes after the start of the supply of the nitrogen gas. Further, judging from the voltage behaviors shown in FIGS. 5 and 6, the predetermined time is desirably between 1 minute and 4 minutes, and the threshold value of the voltage is desirably set between 0.6 V and 0.2 V.

また、図7には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、燃料極にメタンガスを主成分とする都市ガス(13A)を供給した場合の電圧の挙動を示し、図8には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、酸化剤極に窒素ガスを供給した場合の電圧の挙動を示した。また、図9には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、酸化剤極に都市ガスを供給した場合の電圧の挙動を示した。
さらに、図10には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、酸化剤極にプロパンガスを供給した場合の電圧の挙動を示し、図11には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後に、燃料極にプロパンガスを供給した場合の電圧の挙動を示した。これらの挙動は上記実施例2の場合と同様であった。ここで、不活性ガスとしては、窒素ガス以外にも、ヘリウムガスやアルゴンガスを用いることが可能である。
また、マイクロショートを発生している単電池が存在する場合にも同様の結果が得られ、本発明に係る方法が、マイクロショートを発生している単電池の検出にも有効であることがわかった。
FIG. 7 shows the voltage behavior when city gas (13A) containing methane gas as a main component is supplied to the fuel electrode after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped, and FIG. The voltage behavior when nitrogen gas was supplied to the oxidant electrode after the supply of fuel gas and oxidant gas was stopped was shown. FIG. 9 shows the voltage behavior when the city gas is supplied to the oxidant electrode after the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped.
Further, FIG. 10 shows the voltage behavior when propane gas is supplied to the oxidant electrode after the supply of fuel gas and oxidant gas is stopped, and FIG. 11 shows the supply of fuel gas and oxidant gas. After stopping the operation, the behavior of the voltage when propane gas was supplied to the fuel electrode was shown. These behaviors were the same as in Example 2 above. Here, as the inert gas, a helium gas or an argon gas can be used in addition to the nitrogen gas.
Similar results were obtained even when there was a cell having a micro-short, indicating that the method according to the present invention is also effective for detecting a cell having a micro-short. Was.

《実施例3》
本実施例の高分子電解質型燃料電池の電池の電圧挙動を図12に示した。本実施例では、実施例1で用いた燃料電池と同様の燃料電池を用い、燃料電池への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、不活性ガスとして窒素ガスを燃料極側に供給した。図12にはこの場合の単電池の電圧の時間に対する変化量(dV/dT)を示した。具体的には、30秒ごとの電圧の変化量を示した。
図12からわかるように、不良単電池の電圧の変化量は、明らかに正常な単電池の電圧の変化量より大きい。すなわち、単位時間あたりの電圧の変化量を検出することによっても、ピンホールやマイクロショートの発生した単電池を検出することができる。
<< Example 3 >>
FIG. 12 shows the voltage behavior of the polymer electrolyte fuel cell of this example. In this embodiment, a fuel cell similar to the fuel cell used in Embodiment 1 is used, and after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell is stopped, nitrogen gas is supplied to the fuel electrode side as an inert gas. did. FIG. 12 shows a change amount (dV / dT) of the voltage of the unit cell with respect to time in this case. Specifically, the amount of voltage change every 30 seconds is shown.
As can be seen from FIG. 12, the amount of change in the voltage of the defective unit cell is clearly larger than the amount of change in the voltage of the normal unit cell. That is, by detecting the amount of change in voltage per unit time, it is possible to detect a unit cell in which a pinhole or a micro short has occurred.

《実施例4》
本実施例では、実施例1で用いた燃料電池と同様の燃料電池を用い、燃料電池への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、不活性ガスとして窒素ガスを燃料極側に供給した。この場合の単電池の電圧が所定値以下になった場合に、当該単電池を不良と判別した。そして、この所定値について検討した。
通常、燃料電池の電圧は、燃料極の絶対電位と酸化剤極の絶対電位との差であり、電流が発生しない状態では、燃料極の電位は約0Vであり、酸化剤極の電位は約1Vである。これに対して、燃料電池への燃料ガスの供給を停止した後や、燃料極側へ不活性ガスまたは都市ガスの供給を開始した後に電池の電圧が低下するのは、燃料極の電位が上昇して酸化剤極の電位に近づくからである。
<< Example 4 >>
In this embodiment, a fuel cell similar to the fuel cell used in Embodiment 1 is used, and after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell is stopped, nitrogen gas is supplied to the fuel electrode side as an inert gas. did. When the voltage of the unit cell in this case became equal to or less than a predetermined value, the unit cell was determined to be defective. Then, the predetermined value was examined.
Normally, the voltage of the fuel cell is the difference between the absolute potential of the fuel electrode and the absolute potential of the oxidant electrode. When no current is generated, the potential of the fuel electrode is about 0 V, and the potential of the oxidant electrode is about 1V. On the other hand, after the supply of fuel gas to the fuel cell is stopped, or after the supply of inert gas or city gas to the fuel electrode side is started, the voltage of the battery decreases because the potential of the fuel electrode increases. This is because the potential of the oxidizer approaches the potential of the oxidant electrode.

ここで、燃料極の電位が上昇して約0.5V以上に達すると、例えば燃料極において用いられている金属触媒であるルテニウムの溶出が開始することが知られている。すなわち、燃料極の電位が上昇し、電池電圧が0.5V未満に低下すると、触媒が劣化する可能性があることがわかる。
このため、正常な単電池にダメージを与えずに、ピンホールやマイクロショートの発生している不良単電池を検出するためには、単電池が不良か否かを判別する電圧のしきい値を0.5V以上に設定することが好ましいことを見出した。
Here, it is known that when the potential of the fuel electrode rises and reaches about 0.5 V or more, for example, ruthenium, which is a metal catalyst used in the fuel electrode, starts to elute. That is, it is understood that when the potential of the fuel electrode increases and the battery voltage decreases to less than 0.5 V, the catalyst may be deteriorated.
For this reason, in order to detect a defective cell having a pinhole or a micro-short without damaging a normal cell, the threshold value of the voltage for determining whether or not the cell is defective is determined. It has been found that it is preferable to set the voltage to 0.5 V or more.

本発明によれば、単電池を積層した燃料電池において、クロスリークあるいはマイクロショートなどが発生している不良単電池が存在する場合には、燃料ガスの供給を停止した後の不良単電池の電圧が他の正常な単電池と比較して極端に早く低下することに着目することによって、クロスリークやマイクロショートの発生を容易にかつ確実に検知できる。これによって、コージェネレーションシステムでは警報を発生し、メンテナンスの時期をユーザに知らせることが可能となり、実使用状態での安全性を大幅に向上することが可能である。また、本発明に係る方法は、製品出荷時の燃料電池の検査方法としても有効に用いることができる。   According to the present invention, in a fuel cell in which unit cells are stacked, when there is a defective unit cell in which a cross leak or a micro short circuit has occurred, the voltage of the defective unit cell after the supply of fuel gas is stopped By focusing on the fact that the voltage decreases extremely quickly as compared with other normal cells, the occurrence of cross leak and micro short-circuit can be easily and reliably detected. As a result, the cogeneration system can generate an alarm, notify the user of the maintenance time, and greatly improve the safety in the actual use state. Further, the method according to the present invention can be effectively used as a method for inspecting a fuel cell at the time of product shipment.

本発明の実施例において作製した高分子電解質型燃料電池の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell manufactured in an example of the present invention. 本発明の実施例において用いたセパレータの構成を示す上面図である。FIG. 2 is a top view illustrating a configuration of a separator used in an example of the present invention. 本発明の実施例1における高分子電解質燃料電池の電圧挙動を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a voltage behavior of the polymer electrolyte fuel cell in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池との電圧差の挙動を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a behavior of a voltage difference between a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of Example 1 of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の実施例2における高分子電解質燃料電池の電圧挙動を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a voltage behavior of a polymer electrolyte fuel cell in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す図である。It is a figure which shows the voltage behavior of the normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of Example 2 of this invention, and the cell which generated the pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole. 本発明の高分子電解質型燃料電池の正常な単電池とピンホールを発生した単電池の電圧挙動を示す他の図である。FIG. 3 is another diagram showing voltage behaviors of a normal cell of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention and a cell having a pinhole.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 MEA
2 セパレータ
3 集電板
4 絶縁板
5 端板
6 酸化剤ガス用マニホールド孔入口部
7 燃料ガス用マニホールド孔入口部
8 酸化剤ガス用マニホールド孔出口部
9 燃料ガス用マニホールド孔出口部
10 高分子電解質型燃料電池
21 入口マニホールド孔
22 ガス流路
23 出口マニホールド孔
60 酸化剤ガス
70 燃料ガス
1 MEA
2 Separator 3 Current collector 4 Insulating plate 5 End plate 6 Manifold hole inlet for oxidizing gas 7 Manifold hole inlet for fuel gas 8 Manifold hole outlet for oxidizing gas 9 Manifold hole outlet for fuel gas 10 Polymer electrolyte Type fuel cell 21 Inlet manifold hole 22 Gas flow path 23 Outlet manifold hole 60 Oxidant gas 70 Fuel gas

Claims (5)

高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とを備え、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスが供給され、かつ前記電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって発電する単電池複数個を、導電性のセパレータを介して積層して得られる高分子電解質型燃料電池の運転方法であって、
前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記単電池または単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別する工程を含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電池の運転方法。
A polymer electrolyte membrane, comprising a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, a fuel gas containing hydrogen is supplied to one of the electrodes, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the other of the electrodes A method for operating a polymer electrolyte fuel cell obtained by stacking a plurality of unit cells that generate power by interposing a conductive separator therebetween,
After stopping the supply of the fuel gas and the oxidizing gas, an electric output of the single cell or the single cell group is detected, and if the electric output is equal to or less than a predetermined value, the single cell or the single cell group is defective. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell, comprising the step of determining
前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記一対の電極の少なくとも一方に、不活性ガス、またはメタンもしくはプロパンを含む原料ガスを供給し、前記不活性ガスまたは前記原料ガスの供給中における前記単電池または前記単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別することを特徴とする請求項1記載の高分子電解質型燃料電池の運転方法。   After the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped, an inert gas or a source gas containing methane or propane is supplied to at least one of the pair of electrodes, and the supply of the inert gas or the source gas is performed. 2. The electric output of the unit cell or the unit cell group is detected during the operation, and when the electric output is equal to or less than a predetermined value, the unit cell or the unit cell group is determined to be defective. For operating a polymer electrolyte fuel cell. 前記電気出力の単位時間当たりの変化量を検出し、前記変化量が所定値以上の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別することを特徴とする請求項1または2記載の高分子電解質型燃料電池の運転方法。   The amount of change in the electric output per unit time is detected, and when the amount of change is equal to or more than a predetermined value, the unit cell or the unit cell group is determined to be defective. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell. 前記所定値が、前記燃料ガスの供給される電極における金属触媒が溶解を開始する電圧値であることを特徴とする請求項1または2記載の高分子電解質型燃料電池の運転方法。   The method according to claim 1, wherein the predetermined value is a voltage value at which the metal catalyst in the electrode to which the fuel gas is supplied starts melting. 高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とを備え、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスが供給され、かつ前記電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって発電する単電池複数個を、導電性のセパレータを介して積層して得られる高分子電解質型燃料電池であって、
さらに、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を停止した後に、前記単電池または単電池群の電気出力を検出し、前記電気出力が所定値以下の場合に、前記単電池または前記単電池群を不良と判別する制御部を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池。



A polymer electrolyte membrane, comprising a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, a fuel gas containing hydrogen is supplied to one of the electrodes, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the other of the electrodes A polymer electrolyte fuel cell obtained by stacking a plurality of unit cells that generate electric power by way of a conductive separator,
Further, after the supply of the fuel gas and the oxidizing gas is stopped, an electric output of the single cell or the single cell group is detected. When the electric output is equal to or less than a predetermined value, the single cell or the single cell group is detected. A polymer electrolyte fuel cell, comprising: a control unit for determining that a battery is defective.



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