燃料電池的檢查方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池的檢查方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池包括陽極側(cè)電極和陰極側(cè)電極以及插入其間的電解質(zhì)膜，并且被構(gòu)造成在陽極側(cè)電極被供應(yīng)氫氣并且在陰極側(cè)電極被供應(yīng)含有氧氣的氧化氣體，從而產(chǎn)生電力。以各種方式使用燃料電池，諸如獲得用于驅(qū)動交通工具的電力并且在發(fā)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(fā)電性能，或者被要求通過維修/檢查等以確認(rèn)關(guān)于其發(fā)電能力是否被保持，并且據(jù)此，提出其檢查技術(shù)(例如，日本專利申請公開N0.2011-28965(JP 2011-28965 A))。
[0003]同時，由于質(zhì)子傳導(dǎo)，使得質(zhì)子(H+)從陽極側(cè)電極通過電解質(zhì)膜移動到陰極側(cè)電極，產(chǎn)生電力，因此，需要電解質(zhì)膜具有不妨礙質(zhì)子傳導(dǎo)的性質(zhì)。已知的是，由于形成電解質(zhì)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(zhì)，即，由于聚合物樹脂被污染，導(dǎo)致電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性降低。然而，在JP 2011-28965 A中提出的檢查技術(shù)中，盡管在將氫氣和氧化氣體供應(yīng)到燃料電池以產(chǎn)生電力的同時對各種項有效執(zhí)行了檢查，但沒有為檢查源自電解質(zhì)膜性質(zhì)的發(fā)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(zhì)膜性質(zhì)的發(fā)電性能的新檢查技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明可按以下模式執(zhí)行。
[0005](I)根據(jù)本發(fā)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(zhì)膜夾在陽極側(cè)電極和陰極側(cè)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(cè)電極和所述陰極側(cè)電極中的一個電極供應(yīng)氫氣并且向另一個電極供應(yīng)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(dāng)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(yù)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(yīng)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(tài)。在這種狀態(tài)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(zhì)子(H+)和電子(e—)，然后質(zhì)子從所述一個電極通過電解質(zhì)膜移向所述另一個電極。由此移動的質(zhì)子在存在電子的情況下結(jié)合在一起，在所述另一個電極變成氫分子。由于只是基于質(zhì)子的移動在電解質(zhì)膜兩端的這兩個電極處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這兩個電極處的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)展受電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)程度、即電解質(zhì)膜被污染狀態(tài)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(zhì)膜的這兩個電極處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)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(yù)定范圍內(nèi)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(dāng)電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性由于污染而受阻時，難以出現(xiàn)由于質(zhì)子移動導(dǎo)致在所述另一個電極處通過質(zhì)子結(jié)合而產(chǎn)生氫分子，以致隨著電流增大，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的不結(jié)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(dāng)施加預(yù)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(yù)定量的電勢差，則可以確定發(fā)電性能是有缺陷的。結(jié)果，根據(jù)上述模式的燃料電池檢查方法，可以檢查源自電解質(zhì)膜性質(zhì)、即由于污染導(dǎo)致質(zhì)子傳導(dǎo)性受阻的發(fā)電性能。
[0008](2)在上述模式的燃料電池檢查方法中，當(dāng)向所述陽極側(cè)電極和所述陰極側(cè)電極中的所述一個電極供應(yīng)氫氣并且向所述另一個電極供應(yīng)氫氣或惰性氣體時，氫氣可被供應(yīng)到所述陽極側(cè)電極和所述陰極側(cè)電極兩者。用這種構(gòu)造，由于其間夾入電解質(zhì)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(tài)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(jìn)行發(fā)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(jìn)行惰性氣體清洗，因此可以減少檢查步驟的數(shù)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(cè)電極和所述陰極側(cè)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(dāng)向所述陽極側(cè)電極和所述陰極側(cè)電極中的所述一個電極供應(yīng)氫氣并且向所述另一個電極供應(yīng)氫氣或惰性氣體時，氫氣可被供應(yīng)到所述陽極側(cè)電極并且惰性氣體可被供應(yīng)到所述陰極側(cè)電極。
[0011]在上述模式的燃料電池檢查方法中，在所述陽極側(cè)電極和設(shè)置在所述電解質(zhì)膜的與所述陽極側(cè)電極的相對側(cè)的所述陰極側(cè)電極中的每一個電極處，被電壓測量單元作為電壓測量點(diǎn)的電極部分可被設(shè)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(fā)明可按各種方式實(shí)施，例如，還可應(yīng)用于檢查其中電解質(zhì)膜夾在陽極側(cè)電極和陰極側(cè)電極之間的膜電極組件的方法和設(shè)備。
【附圖說明】
[0013]以下，將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中，類似的標(biāo)號指代類似的元件，其中:
[0014]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的包括器件構(gòu)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(jù)第一實(shí)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(tài)的說明示圖；
[0017]圖4是以與圖1中相同的方式示出根據(jù)第二實(shí)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(tài)的說明不圖；
[0019]圖6是示出根據(jù)另一個實(shí)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(zhí)行性能檢查的狀態(tài)的說明示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的包括器件構(gòu)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(zhì)膜51兩側(cè)的陽極側(cè)電極52和陰極側(cè)電極53。電解質(zhì)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(zhì)子傳導(dǎo)離子交換膜并且在濕狀態(tài)下表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性。
[0022]陽極側(cè)電極52和陰極側(cè)電極53均是通過將具有質(zhì)子傳導(dǎo)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?！?的導(dǎo)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(zhì)膜51具有相同性質(zhì)的固體聚合物材料的聚合物電解質(zhì)樹脂(例如，上述基于氟的樹脂)并且具有由于其內(nèi)包含的離子交換基團(tuán)而導(dǎo)致的質(zhì)子傳導(dǎo)性。在這個實(shí)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(biāo))作為離聚物。
[0023]—般，在夾在均具有氣體滲透性的導(dǎo)電陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層和導(dǎo)電陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層之間的狀態(tài)下使用MEA，用于形成氣體供應(yīng)流動路徑的隔板分別設(shè)置在氣體擴(kuò)散層外部。由于這種構(gòu)造不直接涉及本發(fā)明的主旨，因此在本文中將省略對其的詳細(xì)描述。
[0024]為了檢查MEA的發(fā)電性能，這個實(shí)施例的檢查方法使用氣體引入構(gòu)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(gòu)件101和102以氣密性方式各自覆蓋陽極側(cè)電極52和陰極側(cè)電極53并且被分別構(gòu)造成能夠?qū)錃鈴闹T如氫氣罐的外部氣體供應(yīng)源供應(yīng)到陽極側(cè)電極52和陰極側(cè)電極53。