燃料电池的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种燃料电池的制造方法。
【背景技术】
[0002]作为燃料电池的一方式，已知有固体高分子电解质型的燃料电池。在这样的固体高分子电解质型的燃料电池中，通过用形成有空气(氧)气体流路及燃料(氢)气体流路的分隔件夹持膜电极接合体(MEA)而形成单电池，通过层叠多个该单电池而形成燃料电池。
[0003]已知在制造时，在膜电极接合体(MEA)的阳极电极及阴极电极附着有有机物等杂质(专利文献I)。因此，在专利文献I中提出了在出厂时的熟化(a g e i n g;燃料电池的初期磨合运转)中，在阴极侧连接电源的正极，在阳极侧连接电源的负极，通过使阴极电极的电位相比阳极电极提高而除去附着于阴极电极的有机物。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开2009-199834号公报
【发明内容】
[0007]然而，在上述方法中，无法除去附着于阳极电极的有机物。由此，在那样出厂的情况下，导致燃料电池的输出性能降低。另一方面，若要除去附着于阳极电极的有机物，则需要别的除去工序，导致制造工序变得繁琐。
[0008]本发明就是鉴于以上背景而作成的，其目的在于提供一种能够有效地除去阳极电极及阴极电极两者的有机物的燃料电池的制造方法。
[0009]为了解决上述课题，根据本发明优选的一方式，一种燃料电池的制造方法，具有:准备工序，准备层叠多个单电池而成的燃料电池，所述单电池具有高分子电解质和催化剂层；以及除去工序，从所述燃料电池除去有机物，所述除去工序包括:第一工序，将上述燃料电池的电压保持为0V，使有机物从所述催化剂层脱离;第二工序，通过提高所述燃料电池内的温度而使所述脱离的有机物蒸发；以及第三工序，将所述蒸发的有机物从所述燃料电池排出。
[0010]根据上述制造方法，将燃料电池的电压保持为0V，因此附着于阳极电极以及阴极电极两者的催化剂层上的具有极性的有机物(例如，异酪酸)从催化剂层脱离。接着，脱离的有机物因燃料电池内的温度上升而蒸发。接着，蒸发的有机物从燃料电池排出。由此，能够有效地将有机物从阳极电极以及阴极电极两者除去。
[0011]另外，可以的是，所述第三工序是对上述燃料电池内进行净化的工序。
[0012]由于是基于净化进行的排气，因此相较于与使燃料电池通常运转而产生的水蒸气一起冲走的情况，能够在短时间内进行处理。
[0013]另外，可以的是，在所述第三工序之后具备第四工序，在该第四工序中，使所述燃料电池发电来产生生成水，通过所述生成水将所述有机物从所述燃料电池中冲走。
[0014]残留的有机物与通过运转而产生的生成水一起蒸发或者被冲走，从而从燃料电池排出。由此，能够进一步减少燃料电池内的有机物。
[0015]另外，可以的是，在所述除去工序后的所述燃料电池的最大输出小于标准值的情况下，重复所述除去工序。
[0016]存在有在一次除去工序中无法除去附着于电极的催化剂层的有机物的情况。根据上述方法，在燃料电池的最大输出未达到标准值的情况下，重复进行再一次的除去工序，因此能够更加可靠地进行有机物的除去。
[0017]另外，可以的是，在进行了两次以上所述除去工序后的所述燃料电池的最大输出与上次值相比未上升的情况下，判定为所述燃料电池存在不良。
[0018]在进行了两次以上的除去工序后燃料电池的最大输出与上次值相比未上升的情况下，存在除基于有机物的电极污染以外的因素的可能性较高，即使之后重复除去工序，也无法预见到燃料电池的性能的恢复。根据上述方法，在这样的情况下，判定为燃料电池存在不良，因此能够容易判定除基于有机物的电极污染以外的不良，能够避免继续不必要的除去工序。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，能够提供一种能够有效地除去阳极电极及阴极电极两者的有机物的燃料电池的制造方法。
【附图说明】
[0021]图1是表示燃料电池系统的概略的说明图。
[0022]图2是表示燃料电池的单电池的结构的说明图。
[0023]图3是示意性地表示催化剂层的高分子电解质与催化剂载持碳的说明图。
[0024]图4是用于说明有机物除去工序的流程图。
[0025]图5是用于说明有机物除去的循环数与最大输出之间的关系的坐标图。
[0026]图6是用于说明有机物除去的时间与最大输出之间的关系的坐标图。
【具体实施方式】
[0027]以下，详细地说明本发明的实施方式。此外，只要没有特殊限定，附图的上下左右等位置关系基于附图所示的位置关系。另外，附图的尺寸比例并不限定于图示的比例。而且，以下的实施方式为用于说明本发明的示例，并不将本发明仅限定于该实施方式，本发明只要不脱离其主旨，则能够进行各种变形。
[0028](燃料电池系统的结构)
[0029]首先，说明本实施方式的燃料电池系统10的整体结构。
[0030]燃料电池系统10例如作为搭载于作为移动体的燃料电池车辆的车载电源系统起作用，具备:燃料电池20，通过接受反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给来发电;氧化气体供给系统30，用于向燃料电池20供给作为氧化气体的空气;燃料气体供给系统40，用于向燃料电池20供给作为燃料气体的氢气；电力系统50，用于控制电力的充放电；以及控制器60，统一控制系统整体。
[0031]燃料电池20是以串联的方式层叠多个单电池而成的固体高分子电解质型的电池组。在燃料电池20中，在阳极电极产生有(I)式的氧化反应，在阴极电极产生有(2)式的还原反应。作为燃料电池20整体产生有(3)式的起电反应。
[0032]H2—>2H++2e----(I)
[0033](l/2)02+2H++2e>Η20...(2)
[0034]Η2+(1/2)02^Η20...(3)
[0035]图2是构成燃料电池20的单电池21的分解立体图。单电池21由高分子电解质膜22、阳极电极23、阴极电极24以及分隔件26、27构成。阳极电极23以及阴极电极24从两侧夹着高分子电解质膜22而形成夹层结构。通过高分子电解质膜22、阳极电极23以及阴极电极24而形成有膜-电极结合体(MEA) 25。
[0036]高分子电解质膜22是由固体高分子材料例如氟类树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下发挥良好的导电性。
[0037]阳极电极23具有催化剂层23a和气体扩散层23b。同样地，阴极电极24具有催化剂层24a和气体扩散层24b ο如图3所示，催化剂层23a、24a具备:催化剂载持碳102，其载持有作为催化剂起作用的例如铂系的贵金属粒子100;以及高分子电解质101。
[0038]作为贵金属粒子100的铀系的材料，例如能够使用金属催化剂(Pt、Pt-Fe、Pt-Cr、Pt-N1、Pt-Ru等)。作为催化剂载持碳102，例如能够使用炭黑。
[0039]作为高分子电解质102，例如能够使用具有作为氟类树脂的全氟化碳磺酸聚合物、作为非氟类树脂的BPSH(聚芳醚砜共聚物)等的质子传导性的离子交换树脂等。全氟化碳磺酸聚合物、BPSH具备磺酸基。即，这些树脂具有离子性，也被称作“离聚物(离子+聚合物)”。
[0040]催化剂层23a、24a通过向载持有贵金属粒子100的规定量的催化剂载持碳102中添加规定量的高分子电解质102而进行糊化，并在高分子电解质膜22上进行丝网印刷而形成。此外，催化剂层23a、24a也可以使用其他方法例如喷雾涂敷等来形成。
[0041]气体扩散层23b、24b形成于催化剂层23a、24a的表面且兼具通气性与电子导电性，通过碳布、碳纸或者碳毡而形成，该碳布、碳纸或者碳毡用由碳纤维形成的线织成。
[0042]分隔件26、27由不透气的导电性构件构成，一边从两侧夹着阳极电极23、阴极电极24，一边在分隔件26与阳极电极23之间及分隔件27与阴极电极24之间形成燃料气体以及氧化气体的流路。
[0043]在分隔件26形成有剖面凹状的肋26a。通过使阳极电极23抵接于肋26a而将肋26a的开口部闭塞，从而形成有燃料气体流路。在分隔件27形成有剖面凹状的肋27a。通过使阴极电极24抵接于肋27a而将肋27a的开口部闭塞，从而形成有氧化气体流路。
[0044]返回图1继续说明。如图1所示，在燃料电池20中，安装有用于检测燃料电池20的输出电压(FC电压)的电压传感器71和用于检测输出电流(FC电流)的电流传感器72。
[0045]氧化气体供给系统30具有:氧化气体通路33，供向燃料电池20的阴极电极24供给的氧化气体流动；以及氧化废气通路34，供从燃料电池20排出的氧化废气流动。在氧化气体通路33中设有:空气压缩机32，经由过滤器31从大气中取入氧化气体;加湿器35，用于对由空气压缩机32加压的氧化气体进行加湿；以及隔断阀Al，用于隔断氧化气体向燃料电池20的供给。
[0046]在氧化废气通路34中设有:隔断阀A2，用于隔断来自燃料电池20的氧化废气的排出；背压调节阀A3，用于调节氧化气体供给压力；以及加湿器35，用于在氧化气体(干气体)与氧化废气(湿气体)之间进行水分交换。
[0047]燃料气体供给系统40具有:燃料气体供给源41;燃料气体通路43，供从燃料气体供给源41向燃料电池20的阳极电极23供给的燃料气体流动;循环通路44，用于使从燃料电池20排出的燃料废气返回燃料气体通路43;循环栗45，将循环通路44内的燃料废气向燃料气体通路43压送；以及排气排水通路46，与循环通路44连接并从循环通路44分支。
[0048]燃料气体供给源41例如由高压氢罐、氢吸藏合金等构成，储存高压(例如，35Mpa?70MPa)的氢气。当打开隔断阀Hl时，燃料气体从燃料气体供给源41向燃料气体通路43流出。燃料气体通过调节器H2、喷射器42而减压至例如200kPa左右并向燃料电池20供给。
[0049 ]在循环通路44中连接有:隔断阀H4，用于隔断来自燃料电池20的燃料废气的排出；以及排气排水通路46，从循环通路44分支。在排气排水通路46中配置有排气排水阀H5。排气排水阀H5通过来自控制器60的指令进行工作，从而将循环通路44内的包含杂质的燃料废气和水分向外部排出(净化)。
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