高分子電解質型燃料電池的特性復原方法技術

本發明專利技術提供高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，該方法是通過使其在不同于通常運轉時的負荷電流模式下運轉所規定時間；分別向陽極和陰極供給氧化劑氣體和燃料氣，使極性相反地從上述電池主體輸出電流；向陰極供給氧；向陰極和陽極的至少一極供給為通常運轉時１．５倍以上的加壓氣體；或者從氣體通道向陰極和陽極注入洗滌液，由此使燃料電池的電池特性復原。根據本發明專利技術，可以有效地使高分子電解質型燃料電池經過長期運轉后降低的特性復原。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
?高分子電解質型燃料電池的特性復原方法本申請是申請日為2002年3月18日、申請號為008130272、專利技術名稱為“高分子電解質型燃料電池的特性復原方法”的專利技術專利申請的分案申請。??????????????????????
本專利技術涉及一種作為生活用共發電系統(co-generation?system)以及移動體用的發電器非常有用的燃料電池、特別是使用高分子電解質的高分子電解質型燃料電池的特性復原方法。??????????????????????
技術介紹
燃料電池是使氫氣等燃料氣與空氣等氧化劑氣體在氣體擴散電極上發生電化學反應，同時供給電和熱的電池。這種燃料電池根據所使用的電解質的種類，分為幾種類型。此處使用的高分子電解質一般是主鏈骨架由-CF2-構成，并在側鏈末端引入磺酸。高分子電解質型燃料電池可以按照如下的方法制作。首先，在該高分子電解質膜的兩面上，涂布一種在上述高分子電解質的分散體中混合入擔持著鉑系金屬催化劑的碳粉而形成的催化劑層用膏料，使其干燥，形成構成電極(作為空氣極的陰極和作為燃料極的陽極)的催化劑層。為了使空氣和燃料氣擴散，在催化劑層的外側配置碳素紙等導電性多孔質體基材，將其作為構成電極的氣體擴散層。即，上述催化劑層與氣體擴散層構成電極。此時，也可以在構成上述氣體擴散層的碳素紙上涂布催化劑層用膏料，在其上粘合高分子電解質膜。這樣就獲得了由高分子電解質膜、催化劑層和氣體擴散層構成的電解質膜-電極粘合體(MEA)。在該MEA的外側配置導電性隔板，用于機械地固定MEA，同時將相鄰的MEA相互電路串聯地連接起來。將MEA與隔板層合起來獲得單電池。在隔板上形成氣體通道，用于向電極供給反應氣體(氧化劑氣體或燃料氣)，并且輸送氫與氧的反應中生成的水和剩余的氣體。隔板往往使用兼有導電性、氣體氣密性以及耐腐蝕性的碳質材料。但-->從成型加工性和低成本性優良、易將隔板薄型化的觀點考慮，也在探討使用不銹鋼等金屬材料的隔板。另外，在氣體通道和電極的周圍配置墊圈或密封劑等密封構件，從而防止反應氣體直接混合或泄漏到外部。將上述單電池用作發電裝置時，為了提高輸出電壓，一般是將多個上述單電池層合在一起。分別通過歧管由外部向各隔板的氣體通道供給氫等燃料氣和空氣等氧化劑氣體，將它們供給電極的氣體擴散層。這些氣體在催化劑層中發生反應所產生的電流在電極上聚集，經隔板輸出到外部。此處，由于上述的高分子電解質在含水的狀態下可發揮氫離子的傳導性，因此一般是將供給燃料電池的燃料氣加濕。另外，由于在陰極上的電池反應生成水，因此水經常存在于電池的內部。其結果，一旦電池長時間運轉，則作為電池構成材料的碳材料、密封材料、樹脂材料以及金屬材料中含有的離子性雜質、無機雜質和有機雜質就有可能溶出。另外，供給燃料電池的空氣中含有例如微量的氮氧化物和硫氧化物等大氣污染物，而且，燃料氣中有時也混入微量的氫發生器中所含有的金屬氧化物。于是，這些雜質聚集在高分子電解質膜和電極的催化劑層等中，造成高分子電解質的導電性降低和催化劑活性降低。其結果，就存在著在燃料電池的長期運轉過程中電池特性緩慢降低的問題。另外，隔板使用金屬的場合下，從隔板中溶出的金屬離子使高分子電解質膜和催化劑層的損壞變得更顯著。因此，本專利技術的目的在于，提供一種在高分子電解質型燃料電池的電池特性由于上述雜質的聚集而降低的場合下可以效率良好地使該電池特性復原的方法。??????????????????????
技術實現思路
為了達到上述目的，本專利技術提供一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，所說高分子電解質型燃料電池具備由單電池層疊而成的電池主體、向電池主體供給和排出氧化劑氣體和燃料氣的裝置、控制電池主體中產生的電力輸出的裝置的高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，所說的單電池是在夾持氫離子傳導性高分子電解質膜的-->位置上配置陰極和陽極，將其用一對導電性隔板夾持而構成，該隔板上形成氣體通道，用于分別向上述陰極和陽極供給和排出上述燃料氣和氧化劑氣體。本專利技術的電池特性復原方法主要有4個方案。第1個方案為這樣一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，其中，使上述高分子電解質型燃料電池在不同于通常運轉時的負荷電流模式下運轉所規定時間，由此使上述燃料電池的電池特性復原。該場合下，上述不同于通常運轉時的負荷電流模式，有效的是在通常運轉時的1.5倍以上的電流下的運轉模式，或者是在每個單電池的輸出電壓在0.2V以下的電流下的運轉模式。第2個方案為這樣一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，其中，與向上述陽極供給燃料氣而向上述陰極供給氧化劑氣體的通常運轉模式相反，分別向上述陽極和上述陰極供給氧化劑氣體和燃料氣，使極性相反地從上述電池主體輸出電流，由此使上述燃料電池的電池特性復原。第3個方案為這樣一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，其中，向上述陰極供給氧、或者向上述陰極和上述陽極的至少一極供給比通常運轉時高1.5倍以上的加壓氣體，由此使上述燃料電池的電池特性復原。第4個方案為這樣一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，其中，經過上述氣體通道向上述陰極和上述陽極注入洗滌液，由此使上述燃料電池的電池特性復原。該場合下，上述洗滌液為pH值不足7的酸性溶液時是有效的。應予說明，本專利技術的高分子電解質型燃料電池中，上述隔板也可以含有金屬材料。根據本專利技術的電池特性復原方法，可以將上述電池主體中聚集的污染離子等雜質排出到上述電池主體以外。??????????????????????附圖說明圖1為示出本專利技術實施例1中燃料電池的電池特性復原情況的圖。圖2為示出本專利技術實施例3中燃料電池的電池特性復原情況的圖。????????????????????具體實施方式上述那樣的高分子電解質型燃料電池中使用的電解質的離子導電-->性由處于聚合物側鏈末端的磺基的氫離子實現。但是，一旦存在作為污染離子(雜質)的鐵和鈉等金屬離子，則這些雜質與氫離子置換，從而使電解質膜的離子導電性降低。而且，由于浸入電解質中的金屬離子具有與氫離子不同的水合狀態，因此，電解質的含水率降低，由此也使電解質膜的離子導電性降低。這種離子導電性的降低和含水率的降低，不僅使電池的直流電阻成分增大，而且使電極中催化劑層的反應面積降低，因此，電池特性進一步降低。另外，上述金屬離子接觸到催化劑表面，形成氧化物，從而將催化劑密封，由此使電池特性降低。進一步地，作為陰離子性雜質的硫氧化物造成催化劑中毒，從而使電池特性降低，而且作為酸性物質的氮氧化物離子和羧酸離子將構成燃料電池的構件腐蝕而使其變質。在通常的運轉狀態下，這種污染離子高濃度地存在于電池內的特定部位。例如，上述金屬離子以高濃度分布于電解質膜與電極的界面和混入到電極內部的高分子電解質部分中。由陰離子性雜質而來的酸性物質不斷地聚集到構成氣體擴散層的電極基材和隔板表面上。由于這些金屬離子、陽離子陰離子性雜質以及陰離子性雜質，在通常的運轉狀態下不會被排出到電池外，因此就成為使電池特性緩慢降低的原因。電池內存在的離子性雜質根據該離子的種類而分為易移動的和難移動的。但無論如何，與電池內流動的電流一起以一定比例移動。利用這一點，如果使電池的電流密度較通常運轉時(例如定格運轉時)以1.5倍以上地輸出負荷，則積聚的雜質離子的分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，它是具備由單電池層疊而成的電池主體、向前述電池主體供給和排出氧化劑氣體和燃料氣的裝置、控制前述電池主體中產生的電力輸出的裝置的高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，所說的單電池是在夾持氫離子傳導性高分子電解質膜的位置上配置陰極和陽極，將其用一對導電性隔板夾持而構成，該隔板上形成氣體通道，用于分別向上述陰極和陽極供給和排出氧化劑氣體和燃料氣，其中，分別向上述陽極和上述陰極供給氧化劑氣體和燃料氣，使極性相反地從上述電池主體輸出電流 ，由此使上述燃料電池的電池特性復原。

【技術特征摘要】
JP 1999-9-17 262971/991.一種高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，它是具備由單電池層疊而成的電池主體、向前述電池主體供給和排出氧化劑氣體和燃料氣的裝置、控制前述電池主體中產生的電力輸出的裝置的高分子電解質型燃料電池的特性復原方法，所說...

【專利技術屬性】
技術研發人員：行天久朗，神原輝壽，內田誠，羽藤一仁，酒井修，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]