[发明专利]催化剂劣化抑制设备

说明书

一种催化剂劣化抑制设备，包括：第一装置，用于获得燃料电池的电压V(＝催化剂电压V_cat)作为估计响应速度(时间常数τ)的变量，燃料电池的阴极中包含的催化剂颗粒的氧化膜的覆盖率以所述响应速度改变；第二装置，用于从预制映射图A中读出与当前时间t的电压V相对应的时间常数τ_t，该预制映射图A表示电压V与时间常数τ之间的关系并且与催化剂颗粒相对应；第三装置，用于使用时间常数τ_t生成连续时间型动态滤波器F(s,τ)，并将连续时间型动态滤波器F(s,τ)转换为离散时间型动态滤波器F(z,τ)；以及第四装置，用于向离散时间型动态滤波器F(z,τ)输入目标电压V_r并输出校正目标电压V_r‑fil。

技术领域

本发明涉及一种催化剂劣化抑制设备，更具体而言，涉及用于在电压迅速改变的瞬态中抑制阴极侧的催化剂颗粒的劣化的催化剂劣化抑制设备。

背景技术

聚合物电解质燃料电池具有膜电极组件(membrane electrode assembly：MEA)，其中包括催化剂的电极接合在电解质膜的两个表面上。每个电极通常具有包括催化剂的催化剂层和气体扩散层的双层结构。气体扩散层用于向催化剂层供应反应气体和电子，并且碳纸、碳布等被使用。此外，催化剂层是充当用于电极反应的反应场的部分，并且通常包括承载诸如铂的催化剂颗粒的碳和固体聚合物电解质(催化剂层离聚物)的复合物。

具有气流路径的集电器(也称为分隔件)被进一步放置在MEA的两个表面上。聚合物电解质燃料电池通常具有堆叠包括MEA和集电器的多个单元电池的结构(燃料电池堆)。

在聚合物电解质燃料电池中，阴极侧催化剂颗粒的溶解速率随着电压增加而增加。相反，当电压增加时，阴极侧的催化剂颗粒的表面被氧化膜覆盖，因此抑制了催化剂颗粒的溶解。然而，当电压迅速增加时，氧化膜延迟形成，因此当重复迅速的电压波动时，催化剂颗粒的洗脱逐渐发展。

洗脱的催化剂组分作为微粒在电解质膜中沉淀，或者在催化剂层中存在的其它催化剂颗粒的表面上沉淀，并使催化剂颗粒粗化。催化剂层外部的催化剂组分的洗脱和/或催化剂颗粒的粗化之一或这两者导致燃料电池性能劣化。此外，催化剂的这种劣化也可以发生在聚合物电解质燃料电池以外的燃料电池中。

为了解决这个问题，迄今已提出各种建议。

例如，专利文献1公开了一种燃料电池操作方法，在燃料电池的目标电压高于波动前电压并且等于或高于催化剂可能溶解的溶解开始电压的情况下，

(a)将电压增加到第一级上升电压，其是催化剂被保护膜覆盖的电压或更高的电压，以及

(b)自电压达到所述第一级上升电压以来预定时间已流逝之后，将电压增加到目标电压。

文献描述了当催化剂可能溶解时，通过控制燃料电池的操作使得等待在催化剂上形成保护膜之后电压可以达到目标电压，可以阻止催化剂金属劣化。

当使用专利文献1所述的方法时，可以在一定程度上抑制催化剂颗粒的洗脱以及由于洗脱导致的燃料电池性能的劣化。然而，在实际情况下，来自驱动器的电力需求变化，因此燃料电池的电力也不同地改变。因此，通过如专利文献1所述的仅在预定时间流逝之后将电压升高到目标电压的方法，难以使得它们兼容为阻止催化剂劣化并满足来自驱动器的不同地变化的电力需求。

此外，催化剂颗粒的劣化速率不仅根据燃料电池的电压，而且根据催化剂颗粒的类型、催化剂颗粒的劣化状态、催化剂颗粒的使用环境(温度、湿度)等变化。然而，从未提出在考虑这些点的情况下抑制催化剂颗粒的劣化的方法。

[引用列表]

[专利文献]

[专利文献1]日本未审查专利申请公开No.2010-067434

发明内容

本发明要解决的问题