燃料电池的检查方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池的检查方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池包括阳极侧电极和阴极侧电极以及插入其间的电解质膜，并且被构造成在阳极侧电极被供应氢气并且在阴极侧电极被供应含有氧气的氧化气体，从而产生电力。以各种方式使用燃料电池，诸如获得用于驱动交通工具的电力并且在发电站获得输送电力。因此，燃料电池例如被要求初始具有一定发电性能，或者被要求通过维修/检查等以确认关于其发电能力是否被保持，并且据此，提出其检查技术(例如，日本专利申请公开N0.2011-28965(JP 2011-28965 A))。
[0003]同时，由于质子传导，使得质子(H+)从阳极侧电极通过电解质膜移动到阴极侧电极，产生电力，因此，需要电解质膜具有不妨碍质子传导的性质。已知的是，由于形成电解质膜的诸如全氟磺酸树脂的聚合物树脂的纯度降低，换句话讲，由于聚合物树脂中掺入外来物质，即，由于聚合物树脂被污染，导致电解质膜的质子传导性降低。然而，在JP 2011-28965 A中提出的检查技术中，尽管在将氢气和氧化气体供应到燃料电池以产生电力的同时对各种项有效执行了检查，但没有为检查源自电解质膜性质的发电性能采取任何动作。在这些情形下，需要提供针对源自电解质膜性质的发电性能的新检查技术。
【发明内容】
[0004]本发明可按以下模式执行。
[0005](I)根据本发明的一种模式，提供了一种燃料电池检查方法。该燃料电池检查方法是其中电解质膜夹在阳极侧电极和阴极侧电极之间的燃料电池的检查方法，所述检查方法包括:向所述阳极侧电极和所述阴极侧电极中的一个电极供应氢气并且向另一个电极供应氢气或惰性气体;从外部电源向所述一个电极和所述另一个电极施加电流，使得所述另一个电极具有更高电势，并且测量所述一个电极和所述另一个电极之间的电势差;基于当从所述外部电源向所述一个电极和所述另一个电极施加预定电流值的电流时测量的所述一个电极和所述另一个电极之间的电势差，和作为在从所述外部电源向所述一个电极和所述另一个电极施加所述电流之前在所述一个电极和所述另一个电极之间的电势差的初始电势差，检查所述燃料电池的性能。
[0006]在上述模式的燃料电池检查方法中，供应气体形成其中氢气存在于所述一个电极，而氢气或惰性气体存在于所述另一个电极的状态。在这种状态下，从外部电源向所述一个电极和所述另一个电极施加电流，使得所述另一个电极具有更高电势。因此，在存在氢气的低电势的一个电极处，氢分子被离子化成质子(H+)和电子(e—)，然后质子从所述一个电极通过电解质膜移向所述另一个电极。由此移动的质子在存在电子的情况下结合在一起，在所述另一个电极变成氢分子。由于只是基于质子的移动在电解质膜两端的这两个电极处发生化学反应，因此这两个电极处的化学反应的进展受电解质膜的质子传导程度、即电解质膜被污染状态的影响。
[0007]在从外部电源单元向所述一个电极和所述另一个电极施加的电流的任何电流值下，跨电解质膜的这两个电极处发生化学反应。当电解质膜的质子传导性正常时，在任何电流值下在所述一个电极和所述另一个电极之间的测量电势差等于初始电势差或者只是在预定范围内不同于初始电势差，该初始电势差是在从外部电源向所述一个电极和所述另一个电极施加电流之前在所述一个电极和所述另一个电极之间的电势差。然而，当电解质膜的质子传导性由于污染而受阻时，难以出现由于质子移动导致在所述另一个电极处通过质子结合而产生氢分子，以致随着电流增大，实现质子的不结合，从而造成在所述一个电极和所述另一个电极之间测量的电势差减小。由于上述模式的燃料电池检查方法基于当施加预定电流的电流时测量的电势差和初始电势差来检查燃料电池的性能，因此如果测量的电势差是比初始电势差大预定量的电势差，则可以确定发电性能是有缺陷的。结果，根据上述模式的燃料电池检查方法，可以检查源自电解质膜性质、即由于污染导致质子传导性受阻的发电性能。
[0008](2)在上述模式的燃料电池检查方法中，当向所述阳极侧电极和所述阴极侧电极中的所述一个电极供应氢气并且向所述另一个电极供应氢气或惰性气体时，氢气可被供应到所述阳极侧电极和所述阴极侧电极两者。用这种构造，由于其间夹入电解质膜的所述一个电极和所述另一个电极处都存在氢气，因此初始电势差变得等同于在氢气存在于所述一个电极并且还存在于另一个电极的状态下理论上获得的这两个电极之间的理论电势差。因此，有助于基于电压减小进行发电性能的缺陷/无缺陷确定。另外，由于在完成检查之后不需要进行惰性气体清洗，因此可以减少检查步骤的数量并且降低检查成本。
[0009]在上述模式的燃料电池检查方法中，电流可被施加到所述阳极侧电极和所述阴极侧电极，使得电流值逐渐增大。
[0010]在上述模式的燃料电池检查方法中，当向所述阳极侧电极和所述阴极侧电极中的所述一个电极供应氢气并且向所述另一个电极供应氢气或惰性气体时，氢气可被供应到所述阳极侧电极并且惰性气体可被供应到所述阴极侧电极。
[0011]在上述模式的燃料电池检查方法中，在所述阳极侧电极和设置在所述电解质膜的与所述阳极侧电极的相对侧的所述阴极侧电极中的每一个电极处，被电压测量单元作为电压测量点的电极部分可被设置成矩阵，从而从各个电极部分获得电压，以对所述各个电极部分测量所述电压。
[0012]本发明可按各种方式实施，例如，还可应用于检查其中电解质膜夹在阳极侧电极和阴极侧电极之间的膜电极组件的方法和设备。
【附图说明】
[0013]以下，将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术和工业意义，在附图中，类似的标号指代类似的元件，其中:
[0014]图1是示出根据第一实施例的包括器件构造的燃料电池检查方法的概况的说明示图；
[0015]图2是示出根据第一实施例的燃料电池检查方法的顺序的说明示图；
[0016]图3是示意性示出燃料电池检查的过程和燃料电池性能确定的状态的说明示图；
[0017]图4是以与图1中相同的方式示出根据第二实施例的燃料电池检查方法的概况的说明示图；
[0018]图5是以与图3中相同的方式示出燃料电池检查的过程和燃料电池性能确定的状态的说明不图；
[0019]图6是示出根据另一个实施例的燃料电池检查方法的概况的说明示图；
[0020]图7是示意性示出使用其中多个电池单元堆叠在一起的作为成品的燃料电池作为检查对象执行性能检查的状态的说明示图。
【具体实施方式】
[0021]下文中，将参照附图描述本发明的实施例。图1是示出根据第一实施例的包括器件构造的燃料电池检查方法的概况的说明示图。如图1中所示，在这种检查方法中，形成燃料电池的电池单元的膜电极组件(MEA)被用作检查对象。MEA包括分别在电解质膜51两侧的阳极侧电极52和阴极侧电极53。电解质膜51是由诸如基于氟的树脂(基于全氟磺酸的树脂)的固体聚合物材料制成的质子传导离子交换膜并且在湿状态下表现出优异的导电性。
[0022]阳极侧电极52和阴极侧电极53均是通过将具有质子传导性的离聚物涂覆到诸如携带诸如铂或铂合金的催化剂的碳颗粒(下文中，被称为“携带催化剂碳颗粒”)的导电颗粒上而形成的电极催化剂层。一般，离聚物是作为与电解质膜51具有相同性质的固体聚合物材料的聚合物电解质树脂(例如，上述基于氟的树脂)并且具有由于其内包含的离子交换基团而导致的质子传导性。在这个实施例中，作为携带催化剂碳颗粒的炭黑携带30重量％的钼(Pt)并且使用杜邦公司(E.1.du Pont de Nemours and Company)制造的Naf1n(注册商标)作为离聚物。
[0023]—般，在夹在均具有气体渗透性的导电阳极侧气体扩散层和导电阴极侧气体扩散层之间的状态下使用MEA，用于形成气体供应流动路径的隔板分别设置在气体扩散层外部。由于这种构造不直接涉及本发明的主旨，因此在本文中将省略对其的详细描述。
[0024]为了检查MEA的发电性能，这个实施例的检查方法使用气体引入构件101和102、外部电源单元110、电压测量单元120和控制装置200。气体引入构件101和102以气密性方式各自覆盖阳极侧电极52和阴极侧电极53并且被分别构造成能够将氢气从诸如氢气罐的外部气体供应源供应到阳极侧电极52和阴极侧电极53。