[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止催化剂活性降低的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池通过将燃料和氧化剂向电连接的两个电极供给并电化学性地引起燃料的氧化，从而将化学能直接转换为电能。与火力发电不同，燃料电池由于不受卡诺循环的制约，所以表现出高的能量转换效率。燃料电池通常层叠多个单电池而构成，该单电池是将以一对电极夹持电解质膜而成的膜电极接合体为基本构造的单电池。其中，使用固体高分子电解质膜作为电解质膜的固体高分子电解质型燃料电池因为具有易于小型化、以低温度工作等优点，所以，作为携带用、移动体用电源被特别关注。

固体高分子电解质型燃料电池中，在以氢为燃料的情况下，在阳极(燃料极)进行式(I)的反应。

H₂→2H⁺+2e^-(I)

在式(I)中产生的电子经由外部电路并通过外部的负载做功后，到达阴极(氧化剂极)。而且，在式(I)产生的质子以水合的状态在固体高分子电解质膜内通过电渗透从阳极侧向阴极侧移动。

另外，在以氧作为氧化剂的情况下，在阴极进行式(II)的反应。

2H⁺+(1/2)O₂+2e^-→H₂O(II)

在阴极生成的水主要通过气体扩散层向外部排出。这样，燃料电池没有水以外的排出物，是清洁的发电装置。

在燃料电池中，由于长时间运转燃料电池，从而引起在燃料电池的构成材料即金属材料中含有的离子性杂质或无机杂质的溶出。作为从由这样溶出的杂质引起的催化剂中毒中使催化剂活性恢复的技术，专利文献1公开一种燃料电池系统，其具备燃料电池，该燃料电池由膜电极接合体构成，在所述燃料极及所述氧化剂极分别接受燃料气体及氧化剂气体的供给而进行发电，该膜电极接合体在电解质膜的两面分别配置燃料极的催化剂层和气体扩散层及氧化剂极的催化剂层和气体扩散层而构成，其特征在于，具备将所述燃料电池的所述氧化剂极的所述催化剂层的含水量设为规定值以上并利用电化学的处理使催化剂活性恢复的催化剂活性恢复单元，所述催化剂活性恢复单元将氧化剂极电位设置为规定时间比自然电位高的电位。

专利文献1：(日本)特开2007-207669号公报

发明内容

专利文献1公开的燃料电池系统如权利要求4所述，只针对电极催化剂被硫黄毒化的情况下的恢复单元。因此，这样的燃料电池系统不能实现由其它毒化原因引起的电极催化剂的催化剂活性的恢复。

本发明鉴于上述实际情况而提出，其目的在于提供一种防止催化剂活性的降低的燃料电池系统。

本发明提供一种燃料电池系统，包括具有单电池的燃料电池，所述单电池具备膜电极接合体，所述膜电极接合体在高分子电解质膜的一面侧具备具有阳极催化剂层的阳极电极，在另一面侧具备具有阴极催化剂层的阴极电极，所述燃料电池系统的特征在于，在所述阳极催化剂层及所述阴极催化剂层中的至少任一方包含核壳型催化剂微粒子，所述核壳型催化剂微粒子具备含有核金属材料的核部、及包覆该核部且含有壳金属材料的壳部，该燃料电池系统具备：存储单元，存储所述核金属材料相对于所述核壳型催化剂微粒子的表面积所占的比例的初始值；及判定单元，判定在某规定的阶段所述核金属材料相对于所述核壳型催化剂微粒子的表面积所占的比例是否比所述初始值增加。

本发明中优选的是，所述判定单元基于表示气体从所述核壳型催化剂微粒子的脱离的检测结果及/或脱离后的该气体的检测结果进行判定。

本发明中，从通过比较所述核壳型催化剂微粒子的表面的、核金属材料和壳金属材料的存在比而可以更高精度进行核壳型催化剂微粒子的劣化判定的方面出发，也可以为，所述判定单元基于通过如下方式求出的所述核金属材料相对于所述核壳型催化剂微粒子的表面积所占的比例进行判定：基于至少向所述膜电极接合体供给的第一气体及/或其氧化物从所述核金属材料脱离的电位下的电流峰值和所述第一气体及/或其氧化物从所述壳金属材料脱离的电位下的电流峰值的比较而求出所述比例。

本发明中，所述第一气体也可以是一氧化碳。

本发明中，也可以为，所述核金属材料为具有吸附至少向所述膜电极接合体供给的第二气体的性质的金属材料，所述判定单元基于从所述核金属材料放出所述第二气体时的电位下的电流峰值的有无进行判定。

本发明中，从可以以更高精度进行核壳型催化剂微粒子的劣化判定的方面出发，所述判定单元也可以基于所述电流峰值的累计值进行判定。

本发明中，所述第二气体也可以是氢气。