[发明专利]高分子电解质型燃料电池的特性复原方法

说明书

                   技术领域

本发明涉及一种作为生活用共发电系统(co-generation system)以及移动体用的发电器非常有用的燃料电池、特别是使用高分子电解质的高分子电解质型燃料电池的特性复原方法。

                   背景技术

燃料电池是使氢气等燃料气与空气等氧化剂气体在气体扩散电极上发生电化学反应，同时供给电和热的电池。这种燃料电池根据所使用的电解质的种类，分为几种类型。此处使用的高分子电解质一般是主链骨架由-CF₂-构成，并在侧链末端引入磺酸。

高分子电解质型燃料电池可以按照如下的方法制作。首先，在该高分子电解质膜的两面上，涂布一种在上述高分子电解质的分散体中混合入担持着铂系金属催化剂的碳粉而形成的催化剂层用膏料，使其干燥，形成构成电极(作为空气极的阴极和作为燃料极的阳极)的催化剂层。为了使空气和燃料气扩散，在催化剂层的外侧配置碳素纸等导电性多孔质体基材，将其作为构成电极的气体扩散层。即，上述催化剂层与气体扩散层构成电极。此时，也可以在构成上述气体扩散层的碳素纸上涂布催化剂层用膏料，在其上粘合高分子电解质膜。这样就获得了由高分子电解质膜、催化剂层和气体扩散层构成的电解质膜-电极粘合体(MEA)。

在该MEA的外侧配置导电性隔板，用于机械地固定MEA，同时将相邻的MEA相互电路串联地连接起来。将MEA与隔板层合起来获得单电池。在隔板上形成气体通道，用于向电极供给反应气体(氧化剂气体或燃料气)，并且输送氢与氧的反应中生成的水和剩余的气体。隔板往往使用兼有导电性、气体气密性以及耐腐蚀性的碳质材料。但从成型加工性和低成本性优良、易将隔板薄型化的观点考虑，也在探讨使用不锈钢等金属材料的隔板。另外，在气体通道和电极的周围配置垫圈或密封剂等密封构件，从而防止反应气体直接混合或泄漏到外部。

将上述单电池用作发电装置时，为了提高输出电压，一般是将多个上述单电池层合在一起。分别通过歧管由外部向各隔板的气体通道供给氢等燃料气和空气等氧化剂气体，将它们供给电极的气体扩散层。这些气体在催化剂层中发生反应所产生的电流在电极上聚集，经隔板输出到外部。

此处，由于上述的高分子电解质在含水的状态下可发挥氢离子的传导性，因此一般是将供给燃料电池的燃料气加湿。另外，由于在阴极上的电池反应生成水，因此水经常存在于电池的内部。其结果，一旦电池长时间运转，则作为电池构成材料的碳材料、密封材料、树脂材料以及金属材料中含有的离子性杂质、无机杂质和有机杂质就有可能溶出。

另外，供给燃料电池的空气中含有例如微量的氮氧化物和硫氧化物等大气污染物，而且，燃料气中有时也混入微量的氢发生器中所含有的金属氧化物。

于是，这些杂质聚集在高分子电解质膜和电极的催化剂层等中，造成高分子电解质的导电性降低和催化剂活性降低。其结果，就存在着在燃料电池的长期运转过程中电池特性缓慢降低的问题。另外，隔板使用金属的场合下，从隔板中溶出的金属离子使高分子电解质膜和催化剂层的损坏变得更显著。

因此，本发明的目的在于，提供一种在高分子电解质型燃料电池的电池特性由于上述杂质的聚集而降低的场合下可以效率良好地使该电池特性复原的方法。

                    发明的公开

为了达到上述目的，本发明提供一种高分子电解质型燃料电池的特性复原方法，所说高分子电解质型燃料电池具备由单电池层叠而成的电池主体、向电池主体供给和排出氧化剂气体和燃料气的装置、控制电池主体中产生的电力输出的装置的高分子电解质型燃料电池的特性复原方法，所说的单电池是在夹持氢离子传导性高分子电解质膜的位置上配置阴极和阳极，将其用一对导电性隔板夹持而构成，该隔板上形成气体通道，用于分别向上述阴极和阳极供给和排出上述燃料气和氧化剂气体。

本发明的电池特性复原方法主要有4个方案。

第1个方案为这样一种高分子电解质型燃料电池的特性复原方法，其中，使上述高分子电解质型燃料电池在不同于通常运转时的负荷电流模式下运转所规定时间，由此使上述燃料电池的电池特性复原。

该场合下，上述不同于通常运转时的负荷电流模式，有效的是在通常运转时的1.5倍以上的电流下的运转模式，或者是在每个单电池的输出电压在0.2V以下的电流下的运转模式。

第2个方案为这样一种高分子电解质型燃料电池的特性复原方法，其中，与向上述阳极供给燃料气而向上述阴极供给氧化剂气体的通常运转模式相反，分别向上述阳极和上述阴极供给氧化剂气体和燃料气，使极性相反地从上述电池主体输出电流，由此使上述燃料电池的电池特性复原。