[发明专利]固体高分子型燃料电池系统的运转方法以及固体高分子型燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及固体高分子型燃料电池系统的运转方法以及固体高分子型燃料电池系统，特别是涉及用于防止燃料极的中毒的运转方法以及系统。

背景技术

燃料电池一般是使用燃料气体和氧化剂气体并由电化学反应来产生电的燃料电池，发电效率高，而排出气体是环保的，对环境的影响极小。因此，近年来，期待着用于发电用电源或低公害的汽车用电源等的各种各样的用途的燃料电池的利用。这样的燃料电池根据作为一个构成部件的电解质的种类而被分类成多种，例如，已知有磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、以及固体高分子型燃料电池等。而且，其中，固体高分子型燃料电池（polymer electrolyte fuel cell，PEFC）因为能够在80℃左右的低温下进行工作，所以与其它种类的燃料电池相比较，容易操作，另外，输出密度极大，所以极其期待着其利用。

一般来说，该固体高分子型燃料电池具备具有质子导电性的高分子电解质膜，以与该高分子电解质膜的两个主面相对的形式，成为一对电极的燃料极（anode）和氧化剂极（cathode）夹持高分子电解质膜而设置。这样，由高分子电解质膜和夹持其的一对电极而构成电极组件，由隔离物夹持该电极组件而成的单电池成为燃料电池中的最小的发电单位。于是，在燃料电池中，通过将氢或烃等的燃料气体提供给燃料极，并将氧或空气等的氧化剂气体提供给氧化剂极，从而在各气体、电解质以及电极的三相界面上进行电化学反应，并由该反应将电取出至外部。

可是，高分子电解质膜主要使用将氟类化合物作为骨架的离子交换树脂或将烃作为骨架的离子交换树脂。这些树脂材料伴随着燃料电池的长期的连续运转而发生劣化，硫磺类物质离子或氟化物离子等作为分解生成物而产生。其中，特别是如果硫磺类物质离子存在于电解质膜的内部的话，则会有燃料电池的燃料极或氧化剂极发生中毒而使电极的有效面积减小的可能性。即，所产生的硫磺类化合物吸附于构成各个电极（正确地来说，其催化剂）的白金等的贵金属表面，其结果，因为电极的有效面积减少而阻碍电化学反应，所以电池的极化增加而导致电池性能的降低。

对此，提出有应对由杂质离子引起的电池性能的降低的方法。例如，在专利文献1中，公开了通过使对尾气实施气液分离而得到的水通过离子交换树脂从而除去杂质离子，通过将其导入到燃料极，从而使燃料电池内的水分的酸性离子浓度降低，抑制金属部件的腐蚀的方法。另外，在专利文献2中，公开了为了处理能力降低了的离子交换树脂的再生，使用再生剂的方法。再有，在专利文献3中，公开了测定包含于发电运转中所生成的水中的杂质离子的浓度，在测定值变高的情况下，试图通过停止燃料电池的运转并进行清洗等来实现燃料电池的长期的稳定运转的方法。

另外，在专利文献4中，公开了在启动时使用加湿了的原料气体来对燃料电池实施加湿的燃料电池发电装置。更为具体来说，使由水蒸气加湿了的原料气体通过低温状态的重整器并提供给燃料电池。于是，以通过在提供了规定量的加湿原料气体的时点对重整器实施升温从而将对原料气体进行了重整的富氢重整气体提供给燃料电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2008-282737号公报

专利文献2：日本专利申请公开2007-287545号公报

专利文献3：日本专利申请公开2004-127548号公报

专利文献4：日本专利申请公开2005-209362号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，如以上所述，已知燃料电池的电极（正确地来说，其催化剂）由于硫磺类物质而发生中毒，但是本发明人进一步反复进行研究探讨，结果认识到有关存在于停止中的燃料电池内的硫磺类物质或者在停止中的燃料电池内显现的硫磺类物质特别是在燃料电池的“启动时”使电极中毒的可能性。然而，上述专利文献1～3所公开的任何一个方法均不是防止由在停止中存在或者显现的硫磺类物质引起的中毒的方法。例如，在专利文献1的方法中，能够降低包含于由尾气生成的水中的硫磺类物质离子，但是不能够将由在燃料电池的停止中从电解质膜溶出的硫磺类物质离子或包含于残存于燃料极的空气中的硫磺类物质引起的中毒防患于未然。另外，对于专利文献2、3的方法而言，是试图使性能降低了的燃料电池恢复的方法，不是将性能的降低防患于未然的方法。

另外，在专利文献4所公开的燃料电池发电装置中，从结果来看是需要加湿器的燃料电池发电装置，并且是对低温的原料气体进行加湿的燃料电池发电装置，所以可以认为提高原料气体的含水量是困难的，并且不能够充分地提高加湿效率。