[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有催化剂活性化功能的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池堆是使燃料通过电化学过程而氧化、由此将伴随氧化反应而放出的能量直接转换成电能的发电系统。燃料电池堆具有利用由多孔材料构成的一对电极将用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面夹持而成的膜电极组件。一对电极分别具有：催化剂层，以载持铂系的金属催化剂的碳粉末为主成分，且与高分子电解质膜相接；及气体扩散层，形成在催化剂层的表面，一并具有通气性和电子导电性。

在这种燃料电池系统中，当在单电池电压成为氧化电压(约0.7V～1.0V)的运转区域中使电池运转持续时，由于向催化剂层的铂催化剂表面形成氧化皮膜，存在铂催化剂的有效面积减少、催化剂层的性能甚至发电性能下降的情况。鉴于这样的情况，专利文献1提及了如下的处理(以下，称为恢复处理)：当在铂催化剂被氧化的氧化区域中检测到燃料电池的运转持续时，使阴极电位下降至还原电压(例如0.6V以下)，由此从铂催化剂表面除去氧化皮膜而使发电性能恢复。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-040285号公报

发明内容

与催化剂层中的氧化皮膜的形成及除去相关的近些年的研究的结果是，认识到能够除去氧化皮膜的还原电压不仅存在一个阶段，而且存在两个阶段或两个阶段以上。例如，在存在两个阶段的还原电压的情况下，氧化皮膜中混合存在：只要将燃料电池堆的输出电压下降至专利文献1提及那样的还原电压(以下，称为第一还原电压)就能够除去的皮膜(以下，称为I型氧化皮膜)；和如果不下降至比第一还原电压低的第二还原电压则无法除去的皮膜(以下，称为II型氧化皮膜)。

在专利文献1的恢复处理中，能够除去氧化皮膜的还原电压(第一还原电压)仅假设了一个阶段，因此即使通过使燃料电池堆的输出电压下降至该假设的第一还原电压并持续一定时间而能够除去I型氧化皮膜，也无法连II型氧化皮膜也除去。因此，发电性能的恢复存在并不充分的情况。

另外，在专利文献1的恢复处理中，存在如下课题：如果不下降至第二还原电压则无法除去的II型氧化皮膜逐渐蓄积，而长期的话使发电性能下降。尤其是，本发明的发明人发现，与I型氧化皮膜相比，II型氧化皮膜对催化剂层的性能下降的影响较大，考虑到恢复处理后是否存在II型氧化皮膜非常重要。

另一方面，恢复处理对于催化剂层的性能恢复而言不可或缺，但是恢复处理的实施会由于铂的氧化及还原反复进行导致催化剂层的劣化(更具体而言，铂的溶出)甚至发电性能的下降，因此优选尽量抑制恢复处理的实施次数。

因此，本发明的课题在于提出能够实现兼顾催化剂层的性能恢复处理的效果和次数削减这两者的燃料电池系统。

为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统具备：

燃料电池，包含将具有催化剂层的电极配置在高分子电解质膜的两面而成的膜电极组件；以及

控制装置，通过使所述燃料电池的输出电压下降至规定电压来实施所述催化剂层的性能恢复处理，

所述控制装置在所述燃料电池的发电中形成于所述催化剂层的氧化皮膜除了包含第一氧化皮膜之外还包含第二氧化皮膜的情况下，推定所述第二氧化皮膜的量、所述第一及第二氧化皮膜的总量、由所述第二氧化皮膜导致的所述催化剂层的性能下降量、或由所述第一及第二氧化皮膜导致的所述催化剂层的性能下降量中的至少一个，仅在该推定量满足规定的条件时实施所述性能恢复处理，且将所述规定电压设定为所述第二皮膜除去电压以下而实施该性能恢复处理，其中，所述第一氧化皮膜是通过使所述燃料电池的输出电压下降至第一皮膜除去电压能够除去的氧化皮膜，所述第二氧化皮膜是如果不使所述燃料电池的输出电压下降至比所述第一皮膜除去电压低的第二皮膜除去电压则无法除去的氧化皮膜。

在上述结构中，也可以构成为，在判断为所述第二氧化皮膜的量超过规定量A的情况下，实施将所述规定电压设定为所述第二皮膜除去电压以下的性能恢复处理。

根据该结构，在对催化剂层的性能下降的影响更大的第二氧化皮膜的量超过规定量A之前，抑制性能恢复处理的实施。换言之，避免每当第一氧化皮膜形成规定量就频繁地实施性能恢复处理这样的控制。因此，根据上述结构，能够解决由实施性能恢复处理引起的违背，抑制催化剂层的劣化，并实现催化剂层的性能恢复。

在上述结构中，也可以构成为，所述控制装置在判断为所述第二氧化皮膜的量为规定量A以下、且所述第一氧化皮膜与所述第二氧化皮膜的总量超过规定量B的情况下，实施将所述规定电压设定为所述第二皮膜除去电压以下的性能恢复处理。