[发明专利]燃料电池系统

说明书

本发明以阳极入口处的燃料气体的相对湿度高于阴极出口处的氧化剂气体的相对湿度的方式进行控制，从而从燃料电池获得较高的输出。燃料电池系统具有：燃料电池；燃料气体供给部，向上述燃料电池的阳极供给燃料气体；氧化剂气体供给部，向上述燃料电池的阴极供给氧化剂气体；湿度调整部，调整上述燃料气体的相对湿度和上述氧化剂气体的相对湿度；以及控制部，上述控制部检测上述燃料电池的阳极入口处的上述燃料气体的相对湿度，并且检测上述燃料电池的阴极出口处的上述氧化剂气体的相对湿度，上述控制部基于上述检测结果来控制上述湿度调整部，使得上述阳极入口处的上述燃料气体的相对湿度高于上述阴极出口处的上述氧化剂气体的相对湿度。

技术领域

本公开涉及燃料电池系统。

背景技术

关于政府的权利的声明

基于丰田汽车株式会社、国立大学法人东京工业大学、以及为了美国能源部而运营的劳伦斯伯克利国家实验室之间的联合研发协议(Cooperative Research andDevelopment Agreement：CRADA)第FP00004340号进行了本发明。政府具有本发明的一定的权利。

燃料电池(FC)是在一个单电池或者层叠了多个单电池(以下，存在记载为单元的情况)的燃料电池组(以下，存在仅记载为电池堆的情况)中通过作为燃料气体的氢(H₂)与作为氧化剂气体的氧(O₂)的电化学反应取出电能量的发电装置。此外，以下，也存在不特别地区分燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或者“气体”的情况。

该燃料电池的单电池通常由膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)、和根据需要夹持该膜电极接合体的两面的两片隔离件构成。

膜电极接合体具有在具有质子(H⁺)传导性的固体高分子型电解质膜(以下，也简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层和气体扩散层的构造。因此，膜电极接合体存在被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。

隔离件通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔离件也作为发电的电的集电体发挥功能。

在燃料电池的燃料极(阳极)，从气体流路和气体扩散层供给的氢通过催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜并向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而进行做功，并向阴极移动。向阴极供给的氧在阴极上与质子及电子进行反应，并生成水。

生成的水给予电解质膜适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，向系统外排出。

对于车载于燃料电池车辆(以下，存在记载为车辆的情况)来使用的燃料电池进行了各种研究。在燃料电池中，在运转中需要确保电解质膜的质子传导性，因此将燃料气体和氧化剂气体加湿的情况较多。

例如在专利文献1中公开有以燃料电池的阳极入口处的燃料气体的相对湿度(RH)高于燃料电池的阴极入口处的氧化剂气体的相对湿度的方式控制湿度调整机构的控制机构。

在专利文献2中记载公开有：燃料电池的加湿装置将通过空气供给路向阴极供给的空气加湿，使得其相对湿度为20％以上并且60％以下的范围内。

专利文献1：日本特开2008-027606号公报

专利文献2：日本特开2015-185525号公报

上述专利文献1并不规定阴极出口处的氧化剂气体的相对湿度，而规定了阴极入口处的氧化剂气体的相对湿度。在专利文献1中记载有通过生成水控制成阴极出口处的氧化剂气体的相对湿度为100％。因此，根据燃料电池的运转条件，存在阳极入口的燃料气体的相对湿度和阴极出口的氧化剂气体的相对湿度都变为100％以上的情况。在这样的情况下，存在不能获得燃料电池的所希望的输出的问题。

发明内容