燃料電池的檢查方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池的檢查方法。
【背景技術】
[0002]燃料電池包括陽極側電極和陰極側電極以及插入其間的電解質膜，并且被構造成在陽極側電極被供應氫氣并且在陰極側電極被供應含有氧氣的氧化氣體，從而產生電力。以各種方式使用燃料電池，諸如獲得用于驅動交通工具的電力并且在發電站獲得輸送電力。因此，燃料電池例如被要求初始具有一定發電性能，或者被要求通過維修/檢查等以確認關于其發電能力是否被保持，并且據此，提出其檢查技術(例如，日本專利申請公開N0.2011-28965(JP 2011-28965 A))。
[0003]同時，由于質子傳導，使得質子(H+)從陽極側電極通過電解質膜移動到陰極側電極，產生電力，因此，需要電解質膜具有不妨礙質子傳導的性質。已知的是，由于形成電解質膜的諸如全氟磺酸樹脂的聚合物樹脂的純度降低，換句話講，由于聚合物樹脂中摻入外來物質，即，由于聚合物樹脂被污染，導致電解質膜的質子傳導性降低。然而，在JP 2011-28965 A中提出的檢查技術中，盡管在將氫氣和氧化氣體供應到燃料電池以產生電力的同時對各種項有效執行了檢查，但沒有為檢查源自電解質膜性質的發電性能采取任何動作。在這些情形下，需要提供針對源自電解質膜性質的發電性能的新檢查技術。
【發明內容】
[0004]本發明可按以下模式執行。
[0005](I)根據本發明的一種模式，提供了一種燃料電池檢查方法。該燃料電池檢查方法是其中電解質膜夾在陽極側電極和陰極側電極之間的燃料電池的檢查方法，所述檢查方法包括:向所述陽極側電極和所述陰極側電極中的一個電極供應氫氣并且向另一個電極供應氫氣或惰性氣體;從外部電源向所述一個電極和所述另一個電極施加電流，使得所述另一個電極具有更高電勢，并且測量所述一個電極和所述另一個電極之間的電勢差;基于當從所述外部電源向所述一個電極和所述另一個電極施加預定電流值的電流時測量的所述一個電極和所述另一個電極之間的電勢差，和作為在從所述外部電源向所述一個電極和所述另一個電極施加所述電流之前在所述一個電極和所述另一個電極之間的電勢差的初始電勢差，檢查所述燃料電池的性能。
[0006]在上述模式的燃料電池檢查方法中，供應氣體形成其中氫氣存在于所述一個電極，而氫氣或惰性氣體存在于所述另一個電極的狀態。在這種狀態下，從外部電源向所述一個電極和所述另一個電極施加電流，使得所述另一個電極具有更高電勢。因此，在存在氫氣的低電勢的一個電極處，氫分子被離子化成質子(H+)和電子(e—)，然后質子從所述一個電極通過電解質膜移向所述另一個電極。由此移動的質子在存在電子的情況下結合在一起，在所述另一個電極變成氫分子。由于只是基于質子的移動在電解質膜兩端的這兩個電極處發生化學反應，因此這兩個電極處的化學反應的進展受電解質膜的質子傳導程度、即電解質膜被污染狀態的影響。
[0007]在從外部電源單元向所述一個電極和所述另一個電極施加的電流的任何電流值下，跨電解質膜的這兩個電極處發生化學反應。當電解質膜的質子傳導性正常時，在任何電流值下在所述一個電極和所述另一個電極之間的測量電勢差等于初始電勢差或者只是在預定范圍內不同于初始電勢差，該初始電勢差是在從外部電源向所述一個電極和所述另一個電極施加電流之前在所述一個電極和所述另一個電極之間的電勢差。然而，當電解質膜的質子傳導性由于污染而受阻時，難以出現由于質子移動導致在所述另一個電極處通過質子結合而產生氫分子，以致隨著電流增大，實現質子的不結合，從而造成在所述一個電極和所述另一個電極之間測量的電勢差減小。由于上述模式的燃料電池檢查方法基于當施加預定電流的電流時測量的電勢差和初始電勢差來檢查燃料電池的性能，因此如果測量的電勢差是比初始電勢差大預定量的電勢差，則可以確定發電性能是有缺陷的。結果，根據上述模式的燃料電池檢查方法，可以檢查源自電解質膜性質、即由于污染導致質子傳導性受阻的發電性能。
[0008](2)在上述模式的燃料電池檢查方法中，當向所述陽極側電極和所述陰極側電極中的所述一個電極供應氫氣并且向所述另一個電極供應氫氣或惰性氣體時，氫氣可被供應到所述陽極側電極和所述陰極側電極兩者。用這種構造，由于其間夾入電解質膜的所述一個電極和所述另一個電極處都存在氫氣，因此初始電勢差變得等同于在氫氣存在于所述一個電極并且還存在于另一個電極的狀態下理論上獲得的這兩個電極之間的理論電勢差。因此，有助于基于電壓減小進行發電性能的缺陷/無缺陷確定。另外，由于在完成檢查之后不需要進行惰性氣體清洗，因此可以減少檢查步驟的數量并且降低檢查成本。
[0009]在上述模式的燃料電池檢查方法中，電流可被施加到所述陽極側電極和所述陰極側電極，使得電流值逐漸增大。
[0010]在上述模式的燃料電池檢查方法中，當向所述陽極側電極和所述陰極側電極中的所述一個電極供應氫氣并且向所述另一個電極供應氫氣或惰性氣體時，氫氣可被供應到所述陽極側電極并且惰性氣體可被供應到所述陰極側電極。
[0011]在上述模式的燃料電池檢查方法中，在所述陽極側電極和設置在所述電解質膜的與所述陽極側電極的相對側的所述陰極側電極中的每一個電極處，被電壓測量單元作為電壓測量點的電極部分可被設置成矩陣，從而從各個電極部分獲得電壓，以對所述各個電極部分測量所述電壓。
[0012]本發明可按各種方式實施，例如，還可應用于檢查其中電解質膜夾在陽極側電極和陰極側電極之間的膜電極組件的方法和設備。
【附圖說明】
[0013]以下，將參照附圖描述本發明的示例性實施例的特征、優點、技術和工業意義，在附圖中，類似的標號指代類似的元件，其中:
[0014]圖1是示出根據第一實施例的包括器件構造的燃料電池檢查方法的概況的說明示圖；
[0015]圖2是示出根據第一實施例的燃料電池檢查方法的順序的說明示圖；
[0016]圖3是示意性示出燃料電池檢查的過程和燃料電池性能確定的狀態的說明示圖；
[0017]圖4是以與圖1中相同的方式示出根據第二實施例的燃料電池檢查方法的概況的說明示圖；
[0018]圖5是以與圖3中相同的方式示出燃料電池檢查的過程和燃料電池性能確定的狀態的說明不圖；
[0019]圖6是示出根據另一個實施例的燃料電池檢查方法的概況的說明示圖；
[0020]圖7是示意性示出使用其中多個電池單元堆疊在一起的作為成品的燃料電池作為檢查對象執行性能檢查的狀態的說明示圖。
【具體實施方式】
[0021]下文中，將參照附圖描述本發明的實施例。圖1是示出根據第一實施例的包括器件構造的燃料電池檢查方法的概況的說明示圖。如圖1中所示，在這種檢查方法中，形成燃料電池的電池單元的膜電極組件(MEA)被用作檢查對象。MEA包括分別在電解質膜51兩側的陽極側電極52和陰極側電極53。電解質膜51是由諸如基于氟的樹脂(基于全氟磺酸的樹脂)的固體聚合物材料制成的質子傳導離子交換膜并且在濕狀態下表現出優異的導電性。
[0022]陽極側電極52和陰極側電極53均是通過將具有質子傳導性的離聚物涂覆到諸如攜帶諸如鉑或鉑合金的催化劑的碳顆粒(下文中，被稱為“攜帶催化劑碳顆粒”)的導電顆粒上而形成的電極催化劑層。一般，離聚物是作為與電解質膜51具有相同性質的固體聚合物材料的聚合物電解質樹脂(例如，上述基于氟的樹脂)并且具有由于其內包含的離子交換基團而導致的質子傳導性。在這個實施例中，作為攜帶催化劑碳顆粒的炭黑攜帶30重量％的鉬(Pt)并且使用杜邦公司(E.1.du Pont de Nemours and Company)制造的Naf1n(注冊商標)作為離聚物。
[0023]—般，在夾在均具有氣體滲透性的導電陽極側氣體擴散層和導電陰極側氣體擴散層之間的狀態下使用MEA，用于形成氣體供應流動路徑的隔板分別設置在氣體擴散層外部。由于這種構造不直接涉及本發明的主旨，因此在本文中將省略對其的詳細描述。
[0024]為了檢查MEA的發電性能，這個實施例的檢查方法使用氣體引入構件101和102、外部電源單元110、電壓測量單元120和控制裝置200。氣體引入構件101和102以氣密性方式各自覆蓋陽極側電極52和陰極側電極53并且被分別構造成能夠將氫氣從諸如氫氣罐的外部氣體供應源供應到陽極側電極52和陰極側電極53。