燃料電池の活性化方法、および燃料電池用活性化装置
【課題】燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を得ることができる燃料電池の活性化方法、この活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置の提供。
【解決手段】酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法により課題を解決できる。
【解決手段】酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法により課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の活性化方法、および、この活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜をカソード側触媒層とアノード側触媒層とで挟持したセルの前記カソード側触媒層と前記アノード側触媒層とをそれぞれカソード側ガス拡散層とアノード側ガス拡散層で挟持してカソードおよびアノードを構成した膜／電極接合体を備え、酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電するようになっている。
【０００３】
図７は、固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解説明図である。シート状の固体高分子電解質膜４１をそれぞれカーボンブラック粒子に貴金属粒子［主として白金（Ｐｔ）あるいは白金族金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ）］を担持したカソード側電極触媒層４２およびアノード側電極触媒層４３をホットプレスなどの熱処理により密着して接合して挟持してセルが構成される。
カソード側電極触媒層４２およびアノード側電極触媒層４３をそれぞれカーボンペーパー、カーボン織布などにカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混合物を塗布した構造を持つカソード側ガス拡散層４４およびアノード側ガス拡散層４５で挟持してカソード４６およびアノード４７を構成した膜／電極接合体５８が形成されている。
これらのカソード側ガス拡散層４４およびアノード側ガス拡散層４５は、それぞれ酸化剤ガス（例えば空気）および水素、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスや、メタノール、エタノールなどの有機物燃料の供給・ 排出を行うと同時に、集電体としての機能を有し電流を外部に伝える働きをする。そして、膜／電極接合体５８に面して反応ガス流通用のガス流路４８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路４９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ５０により挟持して単セル５１が構成される。
【０００４】
上記固体高分子電解質膜４１としては、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン伝導性膜としたもの、フロロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、及びパーフルオロスルホン酸樹脂（例えば、デュポン社製、商品名ナフィオン膜）を代表とするフッ素系イオン交換樹脂膜が用いられている。これらの固体高分子電解質膜４１は分子中にプロトン交換基を有しており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃｍ以下となり、プロトン伝導性電解質として機能する。
【０００５】
そして上記電極４６、４７のそれぞれに反応ガスが供給されると、下記の電気化学反応が生じ直流電力を発生する。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ++２ｅ-
カソード側：１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の反応が起こり、アノード４７側で生成されたＨ+ イオンは固体高分子電解質膜４１中をカソード４６側に向かって移動し、ｅ- （電子）は外部の負荷を通ってカソード４６側に移動する。
一方、カソード４６側では酸化剤ガスに含まれる酸素と、アノード４７側から移動してきたＨ+ イオンおよびｅ- とが反応して水が生成される。かくして、固体高分子形燃料電池は、水素と酸素から直流電流を発生し、水を生成することになる。
【０００６】
図８は、固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。固体高分子形燃料電池スタック６０は、多数の燃料電池用単セル５１を積層し、集電板５２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板５３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための締付板５４によって挟持し、ボルト５５とナット５７により締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ５６により加えられている。
【０００７】
しかし、固体高分子形燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などには、いち早く高性能の電池出力を得ることができないという問題があった。
そこで、固体高分子形燃料電池を脱イオン水で煮沸したり、またはガス供給路に温水を導入したり、またはガス供給路にアルコールを導入した後、脱イオン水で洗浄する、または固体高分子形燃料電池を高酸素利用率で発電し、低電位で保持するなどにより短時間で本来電池が有している高性能の電池出力を引き出せるようにした固体高分子形燃料電池の活性化方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の活性化方法は操作が煩雑であるという問題があった。
そして従来、燃料電池を組み立てた直後、または長時間未使用のまま放置した電池をそのまま作動させるなど活性化処理を行わない場合は、作動後、約１０〜２０時間経過しないと高性能の電池出力が得られないという問題があった。
本発明の第１の目的は、より簡単な方法を用いて、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を得ることができる燃料電池の活性化方法を提供することであり、
本発明の第２の目的は、この活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の発明は、酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法である。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１記載の発明は、酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法であり、
アノードとともに、カソードも活性化でき、燃料電池を簡単に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなく早急に容易に経済的に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または、長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、より早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
【００１４】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とするものであり、
加湿ガスを用いることにより燃料電池をさらに早急に活性化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００１５】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とするものであり、
前記還元剤として加湿した水素ガスを用いることにより燃料電池をさらに簡単に活性化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００１６】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置であり、
この燃料電池用活性化装置を使用してセルスタックもしくは燃料電池を簡単に容易に確実に活性化できるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の燃料電池用活性化装置の１例を説明する説明図である。
図１において、１は本発明の燃料電池用活性化装置を示す。本発明の燃料電池用活性化装置１は、燃料電池（あるいはセルスタック。以下燃料電池と称す）２のアノードＡおよびカソードＣに、水素あるいはその他の還元剤から選択される少なくとも１つの還元剤あるいは加湿した水素ガス（以下、水素と称す）を所定の温度で所定時間供給する還元剤供給手段３（以下、手段３と称す）を備えている。この手段３は水素を燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給するための水素ボンベなどの水素供給源４と、水素供給源４からの水素を移送する水素供給ライン５と、水素供給ライン５の途中に設置された加湿手段６と、開閉弁７、８、９を備えている。
【００１８】
また本発明の燃料電池用活性化装置１は、カソードＣに水素を供給する替わりに、窒素、アルゴンあるいはその他の不活性ガスから選択される少なくとも１つの不活性ガス（以下、窒素と称す）を所定の温度で所定時間供給できる不活性ガス供給手段１０（以下、手段１０と称す）を備えている。この手段１０は窒素を燃料電池２のカソードＣに供給するための窒素ボンベなどの窒素供給源１１と、窒素供給源１１からの窒素を移送するための窒素供給ライン１２と、窒素供給ライン１２に設置された開閉弁１３を備えている。
【００１９】
なお図示しないが窒素供給ライン１２に、燃料電池２のカソードＣに供給するための窒素を必要に応じて加湿するために、前記水素供給ライン５の途中に設置された加湿手段６や開閉弁７、８と同様な加湿手段や開閉弁を設けることができる。
また本発明の燃料電池用活性化装置１は、制御手段１４を備え、これらを制御するようになっている。
【００２０】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する参考例１）
この例１では、アノードＡおよびカソードＣに水素を供給して燃料電池２を活性化する。
開閉弁７、１３を閉じ、開閉弁８、９を開け、そして手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。水素供給源４から水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て、燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して燃料電池２を活性化する。制御手段１４は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、水素供給ライン５を経て水素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、水素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２１】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する他の参考例２）
この例２では、アノードＡおよびカソードＣに加湿した水素を供給して燃料電池２を活性化する。
まず開閉弁８、１３を閉じ、開閉弁７、９を開けて、手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て加湿手段６へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後、加湿した水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して燃料電池２を活性化する。制御手段１４は湿度・温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、水素供給ライン５を経て加湿した水素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、加湿した水素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２２】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する他の参考例３）
この例３では、アノードＡに加湿した水素を供給し、そしてカソードＣに窒素を供給して燃料電池２を活性化する。
開閉弁８、９を閉じ、開閉弁７、１３を開けて、手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て加湿手段６へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。一方、手段１０の窒素供給源１１からは窒素を窒素供給ライン１２を経て燃料電池２のカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後、加湿した水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て、燃料電池２のアノードＡに供給するとともに、手段１０の窒素供給源１１からは窒素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し窒素供給ライン１２を経て燃料電池２のカソードＣに供給して、燃料電池２を活性化する。制御手段１４は湿度・温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、加湿した水素および窒素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、加湿した水素および窒素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２３】
図２は参考用の燃料電池用活性化装置の例を説明する説明図である。
図２において、２０は参考用の燃料電池用活性化装置を示す。
参考用の燃料電池用活性化装置２０は、熱処理して作製されたセルあるいは膜／電極接合体（以下、ＭＥＡと称す）２１を内部に入れて処理するための開閉可能な蓋２２を備えるとともに所定温度に加熱するためのヒータやスチームなど用いる加熱手段２３を備えた処理容器２４と、前記処理容器２４に水素を所定の温度・圧力で所定時間供給する供給手段２５（以下、手段２５と称す）を備えている。この手段２５は水素を前記処理容器２４に供給するための水素ボンベなどの水素供給源２６と、水素供給源２６からの水素を移送するための水素供給ライン２７と、水素供給ライン２７の途中に設置された加湿手段２８と、開閉弁２９、３０、３１を備えている。処理容器２４に備えられた制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
【００２４】
（参考用の燃料電池用活性化装置２０を用いてＭＥＡ２１を活性化する例１）
この例１では、処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて水素を用いてＭＥＡ２１を活性化する場合について説明する。
先ず、蓋２２を開けて処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて蓋２２を密閉して閉める。開閉弁２９を閉じ、開閉弁３０、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から、水素供給ライン２７を経て、水素を処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後図示しないパージラインを閉める。処理容器２４は加熱手段２３により加熱される。処理容器２４は、所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御される。パージ終了後、処理容器２４内の水素により所定時間ＭＥＡ２１を活性化する。制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉めずに水素を処理容器２４内に供給しつつＭＥＡ２１を活性化することもできる。
【００２５】
（参考用の燃料電池用活性化装置２０を用いてＭＥＡ２１を活性化する例２）
この例２では、処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて加湿した水素を用いてＭＥＡ２１を活性化する場合について説明する。
開閉弁３０を閉じ、開閉弁２９、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から水素を水素供給ライン２７を経て加湿手段２８へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン２７を経て処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後図示しないパージラインを閉める。一方、処理容器２４は加熱手段２３により加熱される。処理容器２４は、所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御される。パージ終了後、処理容器２４内の加湿した水素により所定時間ＭＥＡ２１を活性化する。制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉めずに加湿した水素を処理容器２４内に供給しつつＭＥＡ２１を活性化することもできる。
【００２６】
燃料電池２やＭＥＡ２１を活性化するに当たり、活性化するためのガスを流して内部にの空気などをパージして外部に排出するが、このパージガスの流量あるいはパージ終了後もこのパージガスを活性化するためのガスとして使用して流しつつ活性化する場合のガスの流量は、特に限定されるものではないが、ＭＥＡ２１の１ｃｍ2 当たり１ｍｌ／ｍｉｎ．〜５ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲が好ましく、さらにＭＥＡ２１の１ｃｍ2 当たり１ｍｌ／ｍｉｎ．〜４ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲が特に好ましい。
【００２７】
パージが完了したら、パージを停止し、燃料電池２や処理容器２４の外部に活性化するためのガスが排出されないように、図示しない開閉弁を閉じた状態で燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行うこともできる。
【００２８】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の温度は、前記固体高分子電解質膜４１のＴｇが約１２０℃である場合は、２０℃から固体高分子電解質膜のＴｇ以下の温度で行うことが好ましい。この範囲内でもなるべく高い温度側で行うことが短時間で活性化できるので好ましい。すなわち、５０〜１００℃の範囲が固体高分子電解質膜が劣化せず、活性化反応が良好に進行するのでさらに好ましい。また８０〜９０℃で行うことが固体高分子電解質膜が劣化せず、活性化反応がさらに短時間で良好に進行するので、特に好ましい。２０℃未満では活性化反応が遅く、また進行しない恐れがあり、固体高分子電解質膜のＴｇを超えると、ＭＥＡが劣化する恐れがあり、いずれも好ましくない。
【００２９】
本発明において電解質膜のＴｇが例えば１８０℃などと高い場合には、活性化時間が通常長くなるので、活性化を行う際の温度を高くする。すなわち熱処理して作製されたセルあるいは膜／電極接合体を、還元剤を含む還元性雰囲気中で５０〜２００℃の温度で処理することにより、大幅に活性化時間を短縮できる。
２００℃を超えると電解質膜が損なわれる恐れがあり、５０℃未満では大幅に活性化時間を短縮できない恐れがあるので好ましくない。したがって電解質膜のＴｇが高い場合には、６０〜１９０℃が好ましく、さらに好ましくは８０〜１５０℃である。
【００３０】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の圧力は、大気圧〜セルの許容圧力の範囲内で行うことが好ましい。この範囲内でもなるべく高い圧力側で行うことが短時間で活性化できるので好ましい。大気圧〜燃料電池２の定常運転時の圧力で行うことがさらに好ましく、燃料電池２の定常運転時の圧力で行うことが特に好ましい。セルの許容圧力を超えるとセルが壊れるので、設計上、一定の値がある。例えば、家庭用であれば大気圧、自動車用であれば３気圧程度まで可能である。
【００３１】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の時間は、１分以上が好ましい。１分未満では活性化効果が極めて小さくなるので好ましくない。３０分〜２時間が高い活性化効果がで易くさらに好ましい。２時間を超えても活性化が進むが、効果のわりにはコストや時間がかかる。活性化とコストを考慮すると１時間程度が特に好ましい。
【００３２】
アノードＡには、水素あるいは、過酸化水素水溶液、ヒドラジン水溶液、アスコルビン酸水溶液、クエン酸水溶液などの還元剤から選択される少なくとも１つの還元剤あるいは水素を含む窒素ガスなどの水素を含むガスを供給するが、これらの中でも水素を好ましく使用できる。
【００３３】
水素はドライでもよく、またドライ〜１００％ＲＨでもよく、また１００〜１２０％ＲＨの過加湿でも使用できる。しかし低加湿では活性化反応が進み難いので、９０〜１２０％ＲＨに加湿した水素を用いることが好ましく、中でも１００％ＲＨ以上１１０％ＲＨに加湿した水素を用いることが特に好ましい。例えば１１０％ＲＨの過加湿の水素を用いることにより水の浸透が容易に行われるため、活性化時間をより短縮することができる。
【００３４】
カソードＣには、窒素、アルゴンあるいはその他の不活性ガスから選択される少なくとも１つの不活性ガスを供給する。
【００３５】
不活性ガスはドライでもよく、またドライ〜１００％ＲＨでもよく、また１００〜１２０％ＲＨの過加湿でも使用できる。しかし低加湿では活性化反応が進み難いので、９０〜１２０％ＲＨに加湿した不活性ガスを用いることが好ましく、中でも１００％ＲＨ以上１１０％ＲＨに加湿した不活性ガスを用いることが特に好ましい。例えば１１０％ＲＨの過加湿の不活性ガスを用いることにより水の析出が容易に行われるため、活性化時間をより短縮することができる。
【００３６】
図３は、図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置を用い、カソードとアノード間に固有抵抗を配設して活性化する１例を説明する説明図である。
なお、これらの図において同一符号の部分は同一機能をもつ部分である。
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａは、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒを配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御するようにした以外は図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置１と同じに構成されている。
【００３７】
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１ＡのアノードＡに還元剤を供給するとともに、カソードＣに不活性ガスを供給し、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することで触媒などの性能を損なうことなくセルあるいは膜／電極接合体をさらに早急に活性化できる。
【００３８】
好ましくは、図３に示した固定抵抗Ｒの替わりに導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差をなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなくセルあるいは膜／電極接合体をさらにより早急に活性化できる。
【００３９】
カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設する方法は図３に示した方法に特に限定されるものではない。
本発明で用いる固定抵抗Ｒとしては、通常使用される抵抗の他に、システム内の補機や電子負荷を使用することもできる。
【００４０】
前記電位差の上限値が１００ｍＶを超えると活性化時間が少し長くなる恐れがあり、下限値は０ｍＶが好ましいが現実的でなく、実際は制御して下限値は１０〜５０ｍＶである。
【００４１】
図６は、カソードＣに窒素を供給し、アノードＡに水素を供給して活性化を行った際の、水素標準電極（ＮＨＥ）に対するカソード電位（例えば０．７Ｖ）およびアノード電位（０Ｖ）およびカソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動すること説明するグラフである。
【００４２】
図６に示すように、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動してアノード電位に近づく。
【００４３】
燃料電池を組み立て直後、または燃料電池を長時間未使用のまま放置するとカソード側電極触媒およびアノード側電極触媒である貴金属粒子［主として白金（Ｐｔ）など］の表面には酸化物が発生しており、前記酸化物によって活性が損なわれ、活性化処理を行わずにそのまま燃料電池を作動させると、高性能の電池出力が得られるまでには長時間を要すると考えられる。
本発明の活性化方法により、前記酸化物を還元して容易に除去でき、かつ触媒表面を濡らすことができるので、活性化でき、いち早く高性能の電池出力を得ることができたものと考えられる。
【００４４】
アノードＡに水素などの還元剤を供給し、カソードＣに不活性ガスを供給して、アノードＡとカソードＣ間に固定抵抗または導電体を配設して、活性化する場合は、アノードＡに供給した水素などの還元剤が電解質膜を経てカソードＣに不活性ガスを供給して活性化させる場合は、アノードＡに供給した水素などの還元剤が電解質膜を経てカソードＣに移行し、移行した水素などの還元剤がカソードＣの触媒の表面の酸化物を還元して容易に除去でき、かつ触媒表面を濡らすことができるので、活性化できたこと、および電気化学的反応によりカソードＣの触媒表面の酸化物の還元が行われることによるものと考えられる。
アノードＡに水素などの還元剤を供給し、カソードＣに不活性ガスを供給しないで、アノードＡとカソードＣ間に固定抵抗または導電体を配設して、活性化する場合についても、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗もしくは導電体を配設して短絡するとカソードの酸素濃度が減少しカソードＣ電位が変動する。このカソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで前記のようにアノードＡとともにカソードＣについても活性化できるものと考えられる。
【００４５】
勿論、本発明の活性化方法により容易に短時間で活性化でき、いち早く高性能の電池出力を得ることができる理由は上記の考えに限定されるものではない。
【実施例】
【００４６】
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り実施例に限定されるものではない。
（参考用実施例１）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で自動車用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードともに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後、水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図４、図５に示す。
【００４７】
（比較例１）
活性化を行わなかった以外は参考用実施例１と同様にして発電を行った結果を図４、図５に示す。
【００４８】
図４から、比較例１の燃料電池は、作動後、約１０〜２０時間経過しないと高性能の電池出力が得られないのに対して、参考用実施例１の燃料電池は、活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００４９】
（参考用実施例２）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で家庭用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードともに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例１の燃料電池と同様に作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５０】
（参考用実施例３）
公知の方法（特開２００６−３３８９３２に記載の方法）で、携帯用ダイレクトメタノール形固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後、３０℃まで温度を下げた後、アノードへメタノールを供給し、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例３の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５１】
（参考用実施例４）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で自動車用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例４の燃料電池は参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５２】
（参考用実施例５）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で家庭用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例５の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５３】
（参考用実施例６）
公知の方法（特開２００６−３３８９３２に記載の方法）で、携帯用ダイレクトメタノール形固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードそれぞれ供給して活性化を行った。その後、３０℃まで温度を下げた後、アノードへメタノールを供給し、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例６の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５４】
（参考用実施例７）
公知の方法（特開２００６−２７８０３７に記載の方法）で、ＭＥＡを作製した。
図２に示した燃料電池用活性化装置２０を用い処理容器２４中にＭＥＡ２１を入れ活性化した。
すなわち、蓋２２を開けて処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて蓋２２を密閉して閉める。開閉弁２９を閉じ、開閉弁３０、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から、水素供給ライン２７を経て、水素を処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出した。パージ終了後図示しないパージラインを閉めた。処理容器２４は加熱手段２３により８０℃に加熱され、１時間、水素雰囲気中でＭＥＡ２１を活性化した。
この活性化したＭＥＡ２１を用いて作製した燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５５】
（実施例１）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に１００ｍΩの固有抵抗を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を５０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００５６】
図５から、実施例１の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００５７】
（実施例２）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００５８】
図５から、実施例２の燃料電池は、実施例１の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００５９】
（実施例３）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに９０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに９０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１１０％ＲＨ）および加湿した窒素（１１０％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００６０】
図５から、実施例３の燃料電池は、実施例２の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の燃料電池の活性化方法により燃料電池を簡単に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を容易に得ることができる。
カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなく早急に容易に経済的に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または、長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、より早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
本発明は上記のような顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の燃料電池用活性化装置の１例を説明する説明図である。
【図２】参考用の燃料電池用活性化装置の例を説明する説明図である。
【図３】図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置を用い、カソードとアノード間に固有抵抗を配設して活性化する１例を説明する説明図である。
【図４】参考用実施例１および比較例１の発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５】参考用実施例１、実施例１〜３および比較例１の発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を、図４に示したＸ部分を拡大して示すグラフである。
【図６】カソードＣに窒素を供給し、アノードＡに水素を供給して活性化を行った際の、水素標準電極（ＮＨＥ）に対するカソード電位（０．７Ｖ）およびアノード電位（０Ｖ）、およびカソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動すること説明するグラフである。
【図７】固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解説明図である。
【図８】固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、１Ａ、２０ 燃料電池用活性化装置
２ 燃料電池
３ 還元剤供給手段
４、２６ 水素供給源
５、２７ 水素供給ライン
６、２８ 加湿手段
７、８、９、１３、２９、３０、３１ 開閉弁
１０ 不活性ガス供給手段
１１ 窒素供給源
１２ 窒素供給ライン
１４、３２ 制御手段
２１、５８、ＭＥＡ 膜／電極接合体
２２ 蓋
２３ 加熱手段
２５ 供給手段
Ａ、４７ アノード
Ｃ、４６ カソード
Ｒ 固定抵抗
４１ 固体高分子電解質膜
４２ カソード側電極触媒層
４３ アノード側電極触媒層
４４ カソード側ガス拡散層
４５ アノード側ガス拡散層
５０ セパレータ
５１ 単セル
６０ 固体高分子形燃料電池スタック（積層体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の活性化方法、および、この活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜をカソード側触媒層とアノード側触媒層とで挟持したセルの前記カソード側触媒層と前記アノード側触媒層とをそれぞれカソード側ガス拡散層とアノード側ガス拡散層で挟持してカソードおよびアノードを構成した膜／電極接合体を備え、酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電するようになっている。
【０００３】
図７は、固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解説明図である。シート状の固体高分子電解質膜４１をそれぞれカーボンブラック粒子に貴金属粒子［主として白金（Ｐｔ）あるいは白金族金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ）］を担持したカソード側電極触媒層４２およびアノード側電極触媒層４３をホットプレスなどの熱処理により密着して接合して挟持してセルが構成される。
カソード側電極触媒層４２およびアノード側電極触媒層４３をそれぞれカーボンペーパー、カーボン織布などにカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混合物を塗布した構造を持つカソード側ガス拡散層４４およびアノード側ガス拡散層４５で挟持してカソード４６およびアノード４７を構成した膜／電極接合体５８が形成されている。
これらのカソード側ガス拡散層４４およびアノード側ガス拡散層４５は、それぞれ酸化剤ガス（例えば空気）および水素、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスや、メタノール、エタノールなどの有機物燃料の供給・ 排出を行うと同時に、集電体としての機能を有し電流を外部に伝える働きをする。そして、膜／電極接合体５８に面して反応ガス流通用のガス流路４８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路４９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ５０により挟持して単セル５１が構成される。
【０００４】
上記固体高分子電解質膜４１としては、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン伝導性膜としたもの、フロロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、及びパーフルオロスルホン酸樹脂（例えば、デュポン社製、商品名ナフィオン膜）を代表とするフッ素系イオン交換樹脂膜が用いられている。これらの固体高分子電解質膜４１は分子中にプロトン交換基を有しており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃｍ以下となり、プロトン伝導性電解質として機能する。
【０００５】
そして上記電極４６、４７のそれぞれに反応ガスが供給されると、下記の電気化学反応が生じ直流電力を発生する。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ++２ｅ-
カソード側：１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の反応が起こり、アノード４７側で生成されたＨ+ イオンは固体高分子電解質膜４１中をカソード４６側に向かって移動し、ｅ- （電子）は外部の負荷を通ってカソード４６側に移動する。
一方、カソード４６側では酸化剤ガスに含まれる酸素と、アノード４７側から移動してきたＨ+ イオンおよびｅ- とが反応して水が生成される。かくして、固体高分子形燃料電池は、水素と酸素から直流電流を発生し、水を生成することになる。
【０００６】
図８は、固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。固体高分子形燃料電池スタック６０は、多数の燃料電池用単セル５１を積層し、集電板５２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板５３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための締付板５４によって挟持し、ボルト５５とナット５７により締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ５６により加えられている。
【０００７】
しかし、固体高分子形燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などには、いち早く高性能の電池出力を得ることができないという問題があった。
そこで、固体高分子形燃料電池を脱イオン水で煮沸したり、またはガス供給路に温水を導入したり、またはガス供給路にアルコールを導入した後、脱イオン水で洗浄する、または固体高分子形燃料電池を高酸素利用率で発電し、低電位で保持するなどにより短時間で本来電池が有している高性能の電池出力を引き出せるようにした固体高分子形燃料電池の活性化方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の活性化方法は操作が煩雑であるという問題があった。
そして従来、燃料電池を組み立てた直後、または長時間未使用のまま放置した電池をそのまま作動させるなど活性化処理を行わない場合は、作動後、約１０〜２０時間経過しないと高性能の電池出力が得られないという問題があった。
本発明の第１の目的は、より簡単な方法を用いて、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を得ることができる燃料電池の活性化方法を提供することであり、
本発明の第２の目的は、この活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の発明は、酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法である。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１記載の発明は、酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法であり、
アノードとともに、カソードも活性化でき、燃料電池を簡単に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなく早急に容易に経済的に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または、長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、より早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
【００１４】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とするものであり、
加湿ガスを用いることにより燃料電池をさらに早急に活性化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００１５】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法において、前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とするものであり、
前記還元剤として加湿した水素ガスを用いることにより燃料電池をさらに簡単に活性化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００１６】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置であり、
この燃料電池用活性化装置を使用してセルスタックもしくは燃料電池を簡単に容易に確実に活性化できるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の燃料電池用活性化装置の１例を説明する説明図である。
図１において、１は本発明の燃料電池用活性化装置を示す。本発明の燃料電池用活性化装置１は、燃料電池（あるいはセルスタック。以下燃料電池と称す）２のアノードＡおよびカソードＣに、水素あるいはその他の還元剤から選択される少なくとも１つの還元剤あるいは加湿した水素ガス（以下、水素と称す）を所定の温度で所定時間供給する還元剤供給手段３（以下、手段３と称す）を備えている。この手段３は水素を燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給するための水素ボンベなどの水素供給源４と、水素供給源４からの水素を移送する水素供給ライン５と、水素供給ライン５の途中に設置された加湿手段６と、開閉弁７、８、９を備えている。
【００１８】
また本発明の燃料電池用活性化装置１は、カソードＣに水素を供給する替わりに、窒素、アルゴンあるいはその他の不活性ガスから選択される少なくとも１つの不活性ガス（以下、窒素と称す）を所定の温度で所定時間供給できる不活性ガス供給手段１０（以下、手段１０と称す）を備えている。この手段１０は窒素を燃料電池２のカソードＣに供給するための窒素ボンベなどの窒素供給源１１と、窒素供給源１１からの窒素を移送するための窒素供給ライン１２と、窒素供給ライン１２に設置された開閉弁１３を備えている。
【００１９】
なお図示しないが窒素供給ライン１２に、燃料電池２のカソードＣに供給するための窒素を必要に応じて加湿するために、前記水素供給ライン５の途中に設置された加湿手段６や開閉弁７、８と同様な加湿手段や開閉弁を設けることができる。
また本発明の燃料電池用活性化装置１は、制御手段１４を備え、これらを制御するようになっている。
【００２０】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する参考例１）
この例１では、アノードＡおよびカソードＣに水素を供給して燃料電池２を活性化する。
開閉弁７、１３を閉じ、開閉弁８、９を開け、そして手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。水素供給源４から水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て、燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して燃料電池２を活性化する。制御手段１４は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、水素供給ライン５を経て水素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、水素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２１】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する他の参考例２）
この例２では、アノードＡおよびカソードＣに加湿した水素を供給して燃料電池２を活性化する。
まず開閉弁８、１３を閉じ、開閉弁７、９を開けて、手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て加湿手段６へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後、加湿した水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣに供給して燃料電池２を活性化する。制御手段１４は湿度・温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、水素供給ライン５を経て加湿した水素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、加湿した水素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２２】
（燃料電池用活性化装置１を用いて燃料電池２を活性化する他の参考例３）
この例３では、アノードＡに加湿した水素を供給し、そしてカソードＣに窒素を供給して燃料電池２を活性化する。
開閉弁８、９を閉じ、開閉弁７、１３を開けて、手段３の水素供給源４から水素を水素供給ライン５を経て加湿手段６へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン５を経て燃料電池２のアノードＡに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。一方、手段１０の窒素供給源１１からは窒素を窒素供給ライン１２を経て燃料電池２のカソードＣに供給して内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後、加湿した水素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し、所定時間、水素供給ライン５を経て、燃料電池２のアノードＡに供給するとともに、手段１０の窒素供給源１１からは窒素を所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御し窒素供給ライン１２を経て燃料電池２のカソードＣに供給して、燃料電池２を活性化する。制御手段１４は湿度・温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉め、加湿した水素および窒素を供給することなく、所定温度・圧力・時間、加湿した水素および窒素雰囲気で水素燃料電池２のアノードＡおよびカソードＣを活性化することもできる。
【００２３】
図２は参考用の燃料電池用活性化装置の例を説明する説明図である。
図２において、２０は参考用の燃料電池用活性化装置を示す。
参考用の燃料電池用活性化装置２０は、熱処理して作製されたセルあるいは膜／電極接合体（以下、ＭＥＡと称す）２１を内部に入れて処理するための開閉可能な蓋２２を備えるとともに所定温度に加熱するためのヒータやスチームなど用いる加熱手段２３を備えた処理容器２４と、前記処理容器２４に水素を所定の温度・圧力で所定時間供給する供給手段２５（以下、手段２５と称す）を備えている。この手段２５は水素を前記処理容器２４に供給するための水素ボンベなどの水素供給源２６と、水素供給源２６からの水素を移送するための水素供給ライン２７と、水素供給ライン２７の途中に設置された加湿手段２８と、開閉弁２９、３０、３１を備えている。処理容器２４に備えられた制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
【００２４】
（参考用の燃料電池用活性化装置２０を用いてＭＥＡ２１を活性化する例１）
この例１では、処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて水素を用いてＭＥＡ２１を活性化する場合について説明する。
先ず、蓋２２を開けて処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて蓋２２を密閉して閉める。開閉弁２９を閉じ、開閉弁３０、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から、水素供給ライン２７を経て、水素を処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後図示しないパージラインを閉める。処理容器２４は加熱手段２３により加熱される。処理容器２４は、所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御される。パージ終了後、処理容器２４内の水素により所定時間ＭＥＡ２１を活性化する。制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉めずに水素を処理容器２４内に供給しつつＭＥＡ２１を活性化することもできる。
【００２５】
（参考用の燃料電池用活性化装置２０を用いてＭＥＡ２１を活性化する例２）
この例２では、処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて加湿した水素を用いてＭＥＡ２１を活性化する場合について説明する。
開閉弁３０を閉じ、開閉弁２９、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から水素を水素供給ライン２７を経て加湿手段２８へ導入し、所定の加温・加湿を行い、加湿した水素を水素供給ライン２７を経て処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出する。パージ終了後図示しないパージラインを閉める。一方、処理容器２４は加熱手段２３により加熱される。処理容器２４は、所定の温度・圧力になるように図示しない温度・圧力調整装置で制御される。パージ終了後、処理容器２４内の加湿した水素により所定時間ＭＥＡ２１を活性化する。制御手段３２は温度・圧力・時間・弁開閉などを制御する。
なお、パージ終了後図示しないパージラインを閉めずに加湿した水素を処理容器２４内に供給しつつＭＥＡ２１を活性化することもできる。
【００２６】
燃料電池２やＭＥＡ２１を活性化するに当たり、活性化するためのガスを流して内部にの空気などをパージして外部に排出するが、このパージガスの流量あるいはパージ終了後もこのパージガスを活性化するためのガスとして使用して流しつつ活性化する場合のガスの流量は、特に限定されるものではないが、ＭＥＡ２１の１ｃｍ2 当たり１ｍｌ／ｍｉｎ．〜５ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲が好ましく、さらにＭＥＡ２１の１ｃｍ2 当たり１ｍｌ／ｍｉｎ．〜４ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲が特に好ましい。
【００２７】
パージが完了したら、パージを停止し、燃料電池２や処理容器２４の外部に活性化するためのガスが排出されないように、図示しない開閉弁を閉じた状態で燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行うこともできる。
【００２８】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の温度は、前記固体高分子電解質膜４１のＴｇが約１２０℃である場合は、２０℃から固体高分子電解質膜のＴｇ以下の温度で行うことが好ましい。この範囲内でもなるべく高い温度側で行うことが短時間で活性化できるので好ましい。すなわち、５０〜１００℃の範囲が固体高分子電解質膜が劣化せず、活性化反応が良好に進行するのでさらに好ましい。また８０〜９０℃で行うことが固体高分子電解質膜が劣化せず、活性化反応がさらに短時間で良好に進行するので、特に好ましい。２０℃未満では活性化反応が遅く、また進行しない恐れがあり、固体高分子電解質膜のＴｇを超えると、ＭＥＡが劣化する恐れがあり、いずれも好ましくない。
【００２９】
本発明において電解質膜のＴｇが例えば１８０℃などと高い場合には、活性化時間が通常長くなるので、活性化を行う際の温度を高くする。すなわち熱処理して作製されたセルあるいは膜／電極接合体を、還元剤を含む還元性雰囲気中で５０〜２００℃の温度で処理することにより、大幅に活性化時間を短縮できる。
２００℃を超えると電解質膜が損なわれる恐れがあり、５０℃未満では大幅に活性化時間を短縮できない恐れがあるので好ましくない。したがって電解質膜のＴｇが高い場合には、６０〜１９０℃が好ましく、さらに好ましくは８０〜１５０℃である。
【００３０】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の圧力は、大気圧〜セルの許容圧力の範囲内で行うことが好ましい。この範囲内でもなるべく高い圧力側で行うことが短時間で活性化できるので好ましい。大気圧〜燃料電池２の定常運転時の圧力で行うことがさらに好ましく、燃料電池２の定常運転時の圧力で行うことが特に好ましい。セルの許容圧力を超えるとセルが壊れるので、設計上、一定の値がある。例えば、家庭用であれば大気圧、自動車用であれば３気圧程度まで可能である。
【００３１】
燃料電池２やＭＥＡ２１の活性化を行う際の時間は、１分以上が好ましい。１分未満では活性化効果が極めて小さくなるので好ましくない。３０分〜２時間が高い活性化効果がで易くさらに好ましい。２時間を超えても活性化が進むが、効果のわりにはコストや時間がかかる。活性化とコストを考慮すると１時間程度が特に好ましい。
【００３２】
アノードＡには、水素あるいは、過酸化水素水溶液、ヒドラジン水溶液、アスコルビン酸水溶液、クエン酸水溶液などの還元剤から選択される少なくとも１つの還元剤あるいは水素を含む窒素ガスなどの水素を含むガスを供給するが、これらの中でも水素を好ましく使用できる。
【００３３】
水素はドライでもよく、またドライ〜１００％ＲＨでもよく、また１００〜１２０％ＲＨの過加湿でも使用できる。しかし低加湿では活性化反応が進み難いので、９０〜１２０％ＲＨに加湿した水素を用いることが好ましく、中でも１００％ＲＨ以上１１０％ＲＨに加湿した水素を用いることが特に好ましい。例えば１１０％ＲＨの過加湿の水素を用いることにより水の浸透が容易に行われるため、活性化時間をより短縮することができる。
【００３４】
カソードＣには、窒素、アルゴンあるいはその他の不活性ガスから選択される少なくとも１つの不活性ガスを供給する。
【００３５】
不活性ガスはドライでもよく、またドライ〜１００％ＲＨでもよく、また１００〜１２０％ＲＨの過加湿でも使用できる。しかし低加湿では活性化反応が進み難いので、９０〜１２０％ＲＨに加湿した不活性ガスを用いることが好ましく、中でも１００％ＲＨ以上１１０％ＲＨに加湿した不活性ガスを用いることが特に好ましい。例えば１１０％ＲＨの過加湿の不活性ガスを用いることにより水の析出が容易に行われるため、活性化時間をより短縮することができる。
【００３６】
図３は、図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置を用い、カソードとアノード間に固有抵抗を配設して活性化する１例を説明する説明図である。
なお、これらの図において同一符号の部分は同一機能をもつ部分である。
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａは、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒを配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御するようにした以外は図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置１と同じに構成されている。
【００３７】
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１ＡのアノードＡに還元剤を供給するとともに、カソードＣに不活性ガスを供給し、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することで触媒などの性能を損なうことなくセルあるいは膜／電極接合体をさらに早急に活性化できる。
【００３８】
好ましくは、図３に示した固定抵抗Ｒの替わりに導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差をなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなくセルあるいは膜／電極接合体をさらにより早急に活性化できる。
【００３９】
カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設する方法は図３に示した方法に特に限定されるものではない。
本発明で用いる固定抵抗Ｒとしては、通常使用される抵抗の他に、システム内の補機や電子負荷を使用することもできる。
【００４０】
前記電位差の上限値が１００ｍＶを超えると活性化時間が少し長くなる恐れがあり、下限値は０ｍＶが好ましいが現実的でなく、実際は制御して下限値は１０〜５０ｍＶである。
【００４１】
図６は、カソードＣに窒素を供給し、アノードＡに水素を供給して活性化を行った際の、水素標準電極（ＮＨＥ）に対するカソード電位（例えば０．７Ｖ）およびアノード電位（０Ｖ）およびカソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動すること説明するグラフである。
【００４２】
図６に示すように、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動してアノード電位に近づく。
【００４３】
燃料電池を組み立て直後、または燃料電池を長時間未使用のまま放置するとカソード側電極触媒およびアノード側電極触媒である貴金属粒子［主として白金（Ｐｔ）など］の表面には酸化物が発生しており、前記酸化物によって活性が損なわれ、活性化処理を行わずにそのまま燃料電池を作動させると、高性能の電池出力が得られるまでには長時間を要すると考えられる。
本発明の活性化方法により、前記酸化物を還元して容易に除去でき、かつ触媒表面を濡らすことができるので、活性化でき、いち早く高性能の電池出力を得ることができたものと考えられる。
【００４４】
アノードＡに水素などの還元剤を供給し、カソードＣに不活性ガスを供給して、アノードＡとカソードＣ間に固定抵抗または導電体を配設して、活性化する場合は、アノードＡに供給した水素などの還元剤が電解質膜を経てカソードＣに不活性ガスを供給して活性化させる場合は、アノードＡに供給した水素などの還元剤が電解質膜を経てカソードＣに移行し、移行した水素などの還元剤がカソードＣの触媒の表面の酸化物を還元して容易に除去でき、かつ触媒表面を濡らすことができるので、活性化できたこと、および電気化学的反応によりカソードＣの触媒表面の酸化物の還元が行われることによるものと考えられる。
アノードＡに水素などの還元剤を供給し、カソードＣに不活性ガスを供給しないで、アノードＡとカソードＣ間に固定抵抗または導電体を配設して、活性化する場合についても、カソードＣとアノードＡ間に固定抵抗もしくは導電体を配設して短絡するとカソードの酸素濃度が減少しカソードＣ電位が変動する。このカソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで前記のようにアノードＡとともにカソードＣについても活性化できるものと考えられる。
【００４５】
勿論、本発明の活性化方法により容易に短時間で活性化でき、いち早く高性能の電池出力を得ることができる理由は上記の考えに限定されるものではない。
【実施例】
【００４６】
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り実施例に限定されるものではない。
（参考用実施例１）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で自動車用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードともに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後、水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図４、図５に示す。
【００４７】
（比較例１）
活性化を行わなかった以外は参考用実施例１と同様にして発電を行った結果を図４、図５に示す。
【００４８】
図４から、比較例１の燃料電池は、作動後、約１０〜２０時間経過しないと高性能の電池出力が得られないのに対して、参考用実施例１の燃料電池は、活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００４９】
（参考用実施例２）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で家庭用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードともに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例１の燃料電池と同様に作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５０】
（参考用実施例３）
公知の方法（特開２００６−３３８９３２に記載の方法）で、携帯用ダイレクトメタノール形固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードおよびカソードに８０℃で加湿した水素ガスを供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードに供給して活性化を行った。その後、３０℃まで温度を下げた後、アノードへメタノールを供給し、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例３の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５１】
（参考用実施例４）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で自動車用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例４の燃料電池は参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５２】
（参考用実施例５）
公知の方法（特開２００６−２７８０３８に記載の方法）で家庭用固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例５の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５３】
（参考用実施例６）
公知の方法（特開２００６−３３８９３２に記載の方法）で、携帯用ダイレクトメタノール形固体高分子形燃料電池を作製した。
図１に示した燃料電池用活性化装置１を用いて発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、引き続き１時間、８０℃で加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をアノードおよびカソードそれぞれ供給して活性化を行った。その後、３０℃まで温度を下げた後、アノードへメタノールを供給し、カソードに空気を供給して発電を開始した。参考用実施例６の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５４】
（参考用実施例７）
公知の方法（特開２００６−２７８０３７に記載の方法）で、ＭＥＡを作製した。
図２に示した燃料電池用活性化装置２０を用い処理容器２４中にＭＥＡ２１を入れ活性化した。
すなわち、蓋２２を開けて処理容器２４内にＭＥＡ２１を入れて蓋２２を密閉して閉める。開閉弁２９を閉じ、開閉弁３０、３１を開けて、手段２５の水素供給源２６から、水素供給ライン２７を経て、水素を処理容器２４内に送って内部をパージし、パージガスは図示しないパージラインから排出した。パージ終了後図示しないパージラインを閉めた。処理容器２４は加熱手段２３により８０℃に加熱され、１時間、水素雰囲気中でＭＥＡ２１を活性化した。
この活性化したＭＥＡ２１を用いて作製した燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池と同様に活性化して、作動後いち早く高性能の電池出力を得ることができた。
【００５５】
（実施例１）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に１００ｍΩの固有抵抗を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を５０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００５６】
図５から、実施例１の燃料電池は、参考用実施例１の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００５７】
（実施例２）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに８０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに８０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１００％ＲＨ）および加湿した窒素（１００％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００５８】
図５から、実施例２の燃料電池は、実施例１の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【００５９】
（実施例３）
図３に示した本発明の燃料電池用活性化装置１Ａを用い、カソードＣとアノードＡ間に導電体を配設して短絡し、カソード電位とアノード電位の電位差を１０ｍＶに制御して活性化した以外は参考用実施例４と同様にして、発電を行う前に、セル温度８０℃とし、アノードに９０℃で加湿した水素ガスを供給し、カソードに９０℃で加湿した窒素を供給してパージ後、アノードおよびカソードともにそのまま１時間、加湿した水素ガス（１１０％ＲＨ）および加湿した窒素（１１０％ＲＨ）をそれぞれ供給して活性化を行った。その後、アノードへ水素ガスを供給したまま３０℃まで温度を下げた後、カソードに空気を供給して発電を開始した。発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を図５に示す。
【００６０】
図５から、実施例３の燃料電池は、実施例２の燃料電池に比較して、作動後よりいち早く高性能の電池出力を得ることができたことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の燃料電池の活性化方法により燃料電池を簡単に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、いち早く高性能の電池出力を容易に得ることができる。
カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下好ましくはなるべく０ｍＶに近い値に制御することで触媒などの性能を損なうことなく早急に容易に経済的に活性化できるので、燃料電池を組み立て直後、または、長時間未使用のまま放置した電池を作動させる場合などにおいても、より早く高性能の電池出力を容易に得ることができるという顕著な効果を奏する。
本発明は上記のような顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の燃料電池用活性化装置の１例を説明する説明図である。
【図２】参考用の燃料電池用活性化装置の例を説明する説明図である。
【図３】図１に示した本発明の燃料電池用活性化装置を用い、カソードとアノード間に固有抵抗を配設して活性化する１例を説明する説明図である。
【図４】参考用実施例１および比較例１の発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図５】参考用実施例１、実施例１〜３および比較例１の発電開始後からの時間（ｈ）（横軸）と電圧（Ｖ）（縦軸）との関係を、図４に示したＸ部分を拡大して示すグラフである。
【図６】カソードＣに窒素を供給し、アノードＡに水素を供給して活性化を行った際の、水素標準電極（ＮＨＥ）に対するカソード電位（０．７Ｖ）およびアノード電位（０Ｖ）、およびカソードＣとアノードＡ間に固定抵抗Ｒもしくは導電体を配設して短絡するとカソード電位が変動すること説明するグラフである。
【図７】固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解説明図である。
【図８】固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、１Ａ、２０ 燃料電池用活性化装置
２ 燃料電池
３ 還元剤供給手段
４、２６ 水素供給源
５、２７ 水素供給ライン
６、２８ 加湿手段
７、８、９、１３、２９、３０、３１ 開閉弁
１０ 不活性ガス供給手段
１１ 窒素供給源
１２ 窒素供給ライン
１４、３２ 制御手段
２１、５８、ＭＥＡ 膜／電極接合体
２２ 蓋
２３ 加熱手段
２５ 供給手段
Ａ、４７ アノード
Ｃ、４６ カソード
Ｒ 固定抵抗
４１ 固体高分子電解質膜
４２ カソード側電極触媒層
４３ アノード側電極触媒層
４４ カソード側ガス拡散層
４５ アノード側ガス拡散層
５０ セパレータ
５１ 単セル
６０ 固体高分子形燃料電池スタック（積層体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項２】
前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項３】
前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置。
【請求項１】
酸素を含む酸化剤をカソードに供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料をアノードに供給して発電する燃料電池の活性化方法であって、
アノードに還元剤を供給するとともに、カソードに不活性ガスを供給するか、もしくはカソードに不活性ガスを供給せずに、カソードとアノード間に固定抵抗もしくは導電体を配設して、カソード電位とアノード電位の電位差を１００ｍＶ以下に制御することにより活性化することを特徴とする燃料電池の活性化方法。
【請求項２】
前記還元剤あるいはさらに前記不活性ガスが相対湿度９０％以上の加湿ガスであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項３】
前記還元剤が加湿した水素ガスであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池の活性化方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の活性化方法を行うための燃料電池用活性化装置であって、
アノードに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
これらを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用活性化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５６６１１（Ｐ２０１２−２５６６１１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８８７３２（Ｐ２０１２−１８８７３２）
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【分割の表示】特願２００７−５８７４８（Ｐ２００７−５８７４８）の分割
【原出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【分割の表示】特願２００７−５８７４８（Ｐ２００７−５８７４８）の分割
【原出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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