JPH06251788A - 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法 - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 再起動時に燃料および酸化剤を導入すること
で速やかに発電を開始することが可能で、不活性ガス使
用量を減少させることが可能な固体高分子電解質燃料電
池の停止保管方法を提供しようとするものである。 【構成】 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法に
おいて、電池本体の燃料ガス流路または酸化剤ガス流路
に水を封入した状態もしくは加湿された不活性ガスを封
入した状態で運転を停止し、保管することを特徴として
いる。
で速やかに発電を開始することが可能で、不活性ガス使
用量を減少させることが可能な固体高分子電解質燃料電
池の停止保管方法を提供しようとするものである。 【構成】 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法に
おいて、電池本体の燃料ガス流路または酸化剤ガス流路
に水を封入した状態もしくは加湿された不活性ガスを封
入した状態で運転を停止し、保管することを特徴として
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質燃料
電池の運転停止時における保管方法に関するものであ
る。
電池の運転停止時における保管方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質燃料電池の一般的な発
電原理を図３を参照して以下に説明する。
電原理を図３を参照して以下に説明する。
【０００３】固体高分子電解質燃料電池は、図３に示す
ように例えばスルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交
換膜のような高分子イオン交換膜からなる電解質１と、
前記電解質１の両側にそれぞれ積層して配置された例え
ば白金からなる触媒電極２、３および多孔質カーボン電
極４、５とからなる電池本体６を備えた構造になってい
る。
ように例えばスルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交
換膜のような高分子イオン交換膜からなる電解質１と、
前記電解質１の両側にそれぞれ積層して配置された例え
ば白金からなる触媒電極２、３および多孔質カーボン電
極４、５とからなる電池本体６を備えた構造になってい
る。
【０００４】このような構造の燃料電池において、アノ
ード極側に供給された燃料中の水素は、下記式（１）に
示すように前記触媒電極（アノード極）２上で水素イオ
ン化され、水素イオンは前記電解質１中の水の介在のも
とＨ+ ・ｘＨ2 Ｏとしてカソード極３側へ移動する。触
媒電極（カソード極）３上では、下記式（２）に示すよ
うに酸化剤中の酸素および外部回路７を流れてきた電子
と反応して水を生成し、燃料電池外部に排出される。こ
の時、外部回路７を流れる電子の流れを直流の電気エネ
ルギーとして利用する。 （アノード側） Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１） （カソード側） 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ…（２） （全反応） Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
ード極側に供給された燃料中の水素は、下記式（１）に
示すように前記触媒電極（アノード極）２上で水素イオ
ン化され、水素イオンは前記電解質１中の水の介在のも
とＨ+ ・ｘＨ2 Ｏとしてカソード極３側へ移動する。触
媒電極（カソード極）３上では、下記式（２）に示すよ
うに酸化剤中の酸素および外部回路７を流れてきた電子
と反応して水を生成し、燃料電池外部に排出される。こ
の時、外部回路７を流れる電子の流れを直流の電気エネ
ルギーとして利用する。 （アノード側） Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１） （カソード側） 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ…（２） （全反応） Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【０００５】前記電解質１となるイオン交換膜が前述し
たようなイオン透過性を有するためには、その膜を常に
十分に保水状態を維持しておくことが必要である。この
ため、従来、前記燃料電池に燃料または酸化剤は加湿し
て供給される。燃料電池は、運転停止の際、アノード極
側、カソード極側とも乾燥した不活性ガスによるパージ
処理を施し、停止保管されるため、イオン交換膜は一旦
乾燥状態に戻る。したがって、燃料電池は再起動の際、
加湿された不活性ガス等により再度保水状態にイオン交
換膜を戻し、その後燃料および酸化剤を供給し、再発電
を開始する手法を採用していた。
たようなイオン透過性を有するためには、その膜を常に
十分に保水状態を維持しておくことが必要である。この
ため、従来、前記燃料電池に燃料または酸化剤は加湿し
て供給される。燃料電池は、運転停止の際、アノード極
側、カソード極側とも乾燥した不活性ガスによるパージ
処理を施し、停止保管されるため、イオン交換膜は一旦
乾燥状態に戻る。したがって、燃料電池は再起動の際、
加湿された不活性ガス等により再度保水状態にイオン交
換膜を戻し、その後燃料および酸化剤を供給し、再発電
を開始する手法を採用していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子電解
質燃料電池の停止、保管方法では、一旦、イオン交換膜
が乾燥した状態に戻るため、（１）再起動時に加湿され
た不活性ガス等により再度、イオン交換膜を保水状態に
戻までに時間が費やされる、（２）再起動時に加湿され
た不活性ガス等を送気するため、その分使用する不活性
ガス量が増加する、という問題があった。
質燃料電池の停止、保管方法では、一旦、イオン交換膜
が乾燥した状態に戻るため、（１）再起動時に加湿され
た不活性ガス等により再度、イオン交換膜を保水状態に
戻までに時間が費やされる、（２）再起動時に加湿され
た不活性ガス等を送気するため、その分使用する不活性
ガス量が増加する、という問題があった。
【０００７】本発明の目的は、再起動時に燃料および酸
化剤を導入することで速やかに発電を開始することが可
能で、不活性ガス使用量を減少させることが可能な固体
高分子電解質燃料電池の停止保管方法を提供しようとす
るものである。
化剤を導入することで速やかに発電を開始することが可
能で、不活性ガス使用量を減少させることが可能な固体
高分子電解質燃料電池の停止保管方法を提供しようとす
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子電
解質燃料電池の電解質であるイオン交換膜を運転停止、
保管するに際して乾燥させないように、電池本体の燃料
ガス流路または酸化剤ガス流路に水を封入した状態もし
くは加湿された不活性ガスを封入した状態で運転を停止
し、保管することを特徴とするものである。
解質燃料電池の電解質であるイオン交換膜を運転停止、
保管するに際して乾燥させないように、電池本体の燃料
ガス流路または酸化剤ガス流路に水を封入した状態もし
くは加湿された不活性ガスを封入した状態で運転を停止
し、保管することを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、固体高分子電解質燃料電池の
電解質であるイオン交換膜を運転停止するに際し、水も
しくは加湿された不活性ガスを燃料ガス流路または酸化
剤ガス流路に流通させることによって、前記イオン交換
膜を保水状態のままで電池をパージすることが可能にな
る。また、水もしくは加湿された不活性ガスをそのまま
封入することによって、再起動時まで前記イオン交換膜
を保水状態にしたまま保管することができる。したがっ
て、再起動時、燃料および酸化剤を導入することにより
速やかに発電を開始することができる。
電解質であるイオン交換膜を運転停止するに際し、水も
しくは加湿された不活性ガスを燃料ガス流路または酸化
剤ガス流路に流通させることによって、前記イオン交換
膜を保水状態のままで電池をパージすることが可能にな
る。また、水もしくは加湿された不活性ガスをそのまま
封入することによって、再起動時まで前記イオン交換膜
を保水状態にしたまま保管することができる。したがっ
て、再起動時、燃料および酸化剤を導入することにより
速やかに発電を開始することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１
に説明する。 実施例１
【００１１】図１は、実施例１に用いられる固体高分子
電解質燃料電池のシステムを示す概略図である。燃料供
給装置１１は、燃料側加湿器１２を通してアノード極１
３に連結されている。酸化剤供給装置１４は、酸化剤側
加湿器１５を通してカソード極１６に連結されている。
イオン交換膜からなる電解質１７は、前記アノード極１
３およびカソード極１６の間に介在されている。不活性
ガス供給装置１８は、前記燃料供給装置１１と前記燃料
側加湿器１２の間、前記酸化剤供給装置１４と前記酸化
剤側加湿器１５の間の配管にそれぞれ配管を介して連結
されている。
電解質燃料電池のシステムを示す概略図である。燃料供
給装置１１は、燃料側加湿器１２を通してアノード極１
３に連結されている。酸化剤供給装置１４は、酸化剤側
加湿器１５を通してカソード極１６に連結されている。
イオン交換膜からなる電解質１７は、前記アノード極１
３およびカソード極１６の間に介在されている。不活性
ガス供給装置１８は、前記燃料供給装置１１と前記燃料
側加湿器１２の間、前記酸化剤供給装置１４と前記酸化
剤側加湿器１５の間の配管にそれぞれ配管を介して連結
されている。
【００１２】２つの第１仕切弁１９ａ、１９ｂは、前記
燃料供給装置１１および前記酸化剤供給装置１４の下流
側の配管にそれぞれ介装されている。２つの第２仕切弁
２０ａ、２０ｂは、前記燃料側加湿器１２および酸化剤
側加湿器１５の下流側の配管にそれぞれ介装されてい
る。２つの第３仕切弁２１ａ、２１ｂは、前記アノード
極１３および前記カソード極１６の下流側の配管にそれ
ぞれ介装されている。２つの第４仕切弁２２ａ、２２ｂ
は、前記不活性ガス供給装置１８近傍の前記配管にそれ
ぞれ介装されている。次に、前述した図１のシステムを
参照して実施例１の固体高分子電解質燃料電池の停止保
管方法を説明する。
燃料供給装置１１および前記酸化剤供給装置１４の下流
側の配管にそれぞれ介装されている。２つの第２仕切弁
２０ａ、２０ｂは、前記燃料側加湿器１２および酸化剤
側加湿器１５の下流側の配管にそれぞれ介装されてい
る。２つの第３仕切弁２１ａ、２１ｂは、前記アノード
極１３および前記カソード極１６の下流側の配管にそれ
ぞれ介装されている。２つの第４仕切弁２２ａ、２２ｂ
は、前記不活性ガス供給装置１８近傍の前記配管にそれ
ぞれ介装されている。次に、前述した図１のシステムを
参照して実施例１の固体高分子電解質燃料電池の停止保
管方法を説明する。
【００１３】まず、第４の仕切弁２２ａ、２２ｂを閉
じ、燃料を燃料供給装置１１から燃料側加湿器１２を通
して前記アノード極１３に、酸化剤を酸化剤供給装置１
４から酸化剤側加湿器１５を通してカソード極１６にそ
れぞれ供給することにより発電を行う。
じ、燃料を燃料供給装置１１から燃料側加湿器１２を通
して前記アノード極１３に、酸化剤を酸化剤供給装置１
４から酸化剤側加湿器１５を通してカソード極１６にそ
れぞれ供給することにより発電を行う。
【００１４】燃料電池の運転停止時においては、前記燃
料供給装置１１からの燃料の供給を停止し、代わりに前
記第４の仕切弁２２ａを開けて不活性ガスを不活性ガス
供給装置１８から燃料側加湿器１２を供給し、ここで加
湿された不活性ガスを前記アノード極１３に供給して前
記アノード極１３の残存燃料をパージしながら不活性ガ
スに置換する。置換を終了した後、燃料配管側の第２、
第３の仕切弁２０ａ、２１ａを閉じるか、または第１、
第３の仕切弁１９ａ、２１ａを閉じることにより加湿さ
れた不活性ガスの封入を完了する。
料供給装置１１からの燃料の供給を停止し、代わりに前
記第４の仕切弁２２ａを開けて不活性ガスを不活性ガス
供給装置１８から燃料側加湿器１２を供給し、ここで加
湿された不活性ガスを前記アノード極１３に供給して前
記アノード極１３の残存燃料をパージしながら不活性ガ
スに置換する。置換を終了した後、燃料配管側の第２、
第３の仕切弁２０ａ、２１ａを閉じるか、または第１、
第３の仕切弁１９ａ、２１ａを閉じることにより加湿さ
れた不活性ガスの封入を完了する。
【００１５】また、前記酸化剤供給装置１４からの酸化
剤の供給を停止し、代わりに前記第４の仕切弁２２ｂを
開けて不活性ガスを不活性ガス供給装置１８から酸化剤
側加湿器１５を供給し、ここで加湿された不活性ガスを
前記カソード極１６に供給して前記カソード極１６の残
存酸化剤をパージしながら不活性ガスに置換する。置換
を終了した後、酸化剤配管側の第２、第３の仕切弁２０
ｂ、２１ｂを閉じるか、または第１、第３の仕切弁１９
ｂ、２１ｂを閉じることにより加湿された不活性ガスの
封入を完了する。
剤の供給を停止し、代わりに前記第４の仕切弁２２ｂを
開けて不活性ガスを不活性ガス供給装置１８から酸化剤
側加湿器１５を供給し、ここで加湿された不活性ガスを
前記カソード極１６に供給して前記カソード極１６の残
存酸化剤をパージしながら不活性ガスに置換する。置換
を終了した後、酸化剤配管側の第２、第３の仕切弁２０
ｂ、２１ｂを閉じるか、または第１、第３の仕切弁１９
ｂ、２１ｂを閉じることにより加湿された不活性ガスの
封入を完了する。
【００１６】このような実施例１によれば、燃料ガス流
路または酸化剤ガス流路に加湿された不活性ガスを封入
した状態で運転を停止し、保管することによって前記電
解質１７のイオン交換膜を乾燥させずに保水状態を維持
できるため、再起動時、前記燃料供給装置１１および前
記酸化剤供給装置１４からそれぞれ燃料および酸化剤を
導入することにより速やかに発電を開始することができ
た。実施例２
路または酸化剤ガス流路に加湿された不活性ガスを封入
した状態で運転を停止し、保管することによって前記電
解質１７のイオン交換膜を乾燥させずに保水状態を維持
できるため、再起動時、前記燃料供給装置１１および前
記酸化剤供給装置１４からそれぞれ燃料および酸化剤を
導入することにより速やかに発電を開始することができ
た。実施例２
【００１７】図２は、実施例２に用いられる固体高分子
電解質燃料電池のシステムを示す概略図である。燃料供
給装置３１は、燃料側加湿器３２を通してアノード極３
３に連結されている。酸化剤供給装置３４は、酸化剤側
加湿器３５を通してカソード極３６に連結されている。
イオン交換膜からなる電解質３７は、前記アノード極３
３およびカソード極３６の間に介在されている。水供給
装置３８は、前記燃料側加湿器３２と前記アノード極３
３の間、および前記酸化剤側加湿器３５と前記カソード
極３６の間の配管にそれぞれ配管を介して連結されてい
る。
電解質燃料電池のシステムを示す概略図である。燃料供
給装置３１は、燃料側加湿器３２を通してアノード極３
３に連結されている。酸化剤供給装置３４は、酸化剤側
加湿器３５を通してカソード極３６に連結されている。
イオン交換膜からなる電解質３７は、前記アノード極３
３およびカソード極３６の間に介在されている。水供給
装置３８は、前記燃料側加湿器３２と前記アノード極３
３の間、および前記酸化剤側加湿器３５と前記カソード
極３６の間の配管にそれぞれ配管を介して連結されてい
る。
【００１８】２つの第１仕切弁３９ａ、３９ｂは、前記
燃料供給装置３１および前記酸化剤供給装置３４の下流
側の配管にそれぞれ介装されている。２つの第２仕切弁
４０ａ、４０ｂは、前記燃料側加湿器３２および前記酸
化剤側加湿器３５の下流側の配管にそれぞれ介装されて
いる。２つの第３仕切弁４１ａ、４１ｂは、前記アノー
ド極３３および前記カソード極３６の上流側の配管にそ
れぞれ介装されている。なお、前記水供給装置３８に繋
がる２つの配管は前記第２の仕切弁４０ａ、４０ｂと第
３の仕切弁４１ａ、４１ｂの間の配管にそれぞれ連結さ
れることになる。２つの第４仕切弁４２ａ、４２ｂは、
前記アノード極３３および前記カソード極３６の下流側
の配管にそれぞれ介装されている。２つの第５仕切弁４
３ａ、４３ｂは、前記水供給装置３１近傍の前記配管に
それぞれ介装されている。次に、前述した図２のシステ
ムを参照して実施例２の固体高分子電解質燃料電池の停
止保管方法を説明する。
燃料供給装置３１および前記酸化剤供給装置３４の下流
側の配管にそれぞれ介装されている。２つの第２仕切弁
４０ａ、４０ｂは、前記燃料側加湿器３２および前記酸
化剤側加湿器３５の下流側の配管にそれぞれ介装されて
いる。２つの第３仕切弁４１ａ、４１ｂは、前記アノー
ド極３３および前記カソード極３６の上流側の配管にそ
れぞれ介装されている。なお、前記水供給装置３８に繋
がる２つの配管は前記第２の仕切弁４０ａ、４０ｂと第
３の仕切弁４１ａ、４１ｂの間の配管にそれぞれ連結さ
れることになる。２つの第４仕切弁４２ａ、４２ｂは、
前記アノード極３３および前記カソード極３６の下流側
の配管にそれぞれ介装されている。２つの第５仕切弁４
３ａ、４３ｂは、前記水供給装置３１近傍の前記配管に
それぞれ介装されている。次に、前述した図２のシステ
ムを参照して実施例２の固体高分子電解質燃料電池の停
止保管方法を説明する。
【００１９】まず、第５の仕切弁４３ａ、４３ｂを閉
じ、燃料を燃料供給装置３１から燃料側加湿器３２を通
して前記アノード極３３に、酸化剤を酸化剤供給装置３
４から酸化剤側加湿器３５を通してカソード極３６にそ
れぞれ供給することにより発電を行う。
じ、燃料を燃料供給装置３１から燃料側加湿器３２を通
して前記アノード極３３に、酸化剤を酸化剤供給装置３
４から酸化剤側加湿器３５を通してカソード極３６にそ
れぞれ供給することにより発電を行う。
【００２０】燃料電池の運転停止時においては、前記燃
料供給装置３１からの燃料の供給を停止し、代わりに第
２の仕切弁４０ａを閉じ、前記第５の仕切弁４３ａを開
けて水を水供給装置３８から前記アノード極３３に供給
して前記アノード極３３の残存燃料をパージしながら水
に置換する。置換を終了した後、燃料配管側の第３、第
４の仕切弁２１ａ、２２ａを閉じるか、または第３、第
４の仕切弁４１ａ、４２ａを閉じることにより水の封入
を完了する。
料供給装置３１からの燃料の供給を停止し、代わりに第
２の仕切弁４０ａを閉じ、前記第５の仕切弁４３ａを開
けて水を水供給装置３８から前記アノード極３３に供給
して前記アノード極３３の残存燃料をパージしながら水
に置換する。置換を終了した後、燃料配管側の第３、第
４の仕切弁２１ａ、２２ａを閉じるか、または第３、第
４の仕切弁４１ａ、４２ａを閉じることにより水の封入
を完了する。
【００２１】また、前記酸化剤供給装置３４からの酸化
剤の供給を停止し、代わりに第２の仕切弁４０ｂを閉
じ、第５の仕切弁４３ｂを開けて水を水供給装置３８か
ら前記カソード極３６に供給して前記カソード極ア６の
残存酸化剤をパージしながら水に置換する。置換を終了
した後、酸化剤配管側の第３、第４の仕切弁４１ｂ、４
２ｂを閉じることにより水の封入を完了する。
剤の供給を停止し、代わりに第２の仕切弁４０ｂを閉
じ、第５の仕切弁４３ｂを開けて水を水供給装置３８か
ら前記カソード極３６に供給して前記カソード極ア６の
残存酸化剤をパージしながら水に置換する。置換を終了
した後、酸化剤配管側の第３、第４の仕切弁４１ｂ、４
２ｂを閉じることにより水の封入を完了する。
【００２２】このような実施例２によれば、燃料ガス流
路または酸化剤ガス流路に水を封入した状態で運転を停
止し、保管することによって前記電解質３７のイオン交
換膜を乾燥させずに保水状態を維持できるため、再起動
時、前記燃料供給装置３１および前記酸化剤供給装置３
４からそれぞれ燃料および酸化剤を導入することにより
速やかに発電を開始することができた。
路または酸化剤ガス流路に水を封入した状態で運転を停
止し、保管することによって前記電解質３７のイオン交
換膜を乾燥させずに保水状態を維持できるため、再起動
時、前記燃料供給装置３１および前記酸化剤供給装置３
４からそれぞれ燃料および酸化剤を導入することにより
速やかに発電を開始することができた。
【００２３】なお、前記実施例２において前記燃料側加
湿器３２および前記酸化剤側加湿器３５が電池本体に一
体になっているような構造では、図２の破線に示す水供
給装置４４を具備させればよい。
湿器３２および前記酸化剤側加湿器３５が電池本体に一
体になっているような構造では、図２の破線に示す水供
給装置４４を具備させればよい。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる固
体高分子電解質燃料電池の停止保管方法よれば固体高分
子電解質燃料電池の電解質であるイオン交換膜を運転停
止、保管時も常に保水状態に維持することができるた
め、（１）燃料電池の再起動時に燃料および酸化剤を導
入することで速やかに発電を開始することができる、
体高分子電解質燃料電池の停止保管方法よれば固体高分
子電解質燃料電池の電解質であるイオン交換膜を運転停
止、保管時も常に保水状態に維持することができるた
め、（１）燃料電池の再起動時に燃料および酸化剤を導
入することで速やかに発電を開始することができる、
【００２５】（２）再起動時、加湿された不活性ガス等
を用いて前記イオン交換膜を保水状態に戻す操作を省く
ことができ、不活性ガスの使用量を減少させることがで
きる、等顕著な効果を奏する。
を用いて前記イオン交換膜を保水状態に戻す操作を省く
ことができ、不活性ガスの使用量を減少させることがで
きる、等顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における固体高分子電解質燃
料電池のシステムを示す概略図。
料電池のシステムを示す概略図。
【図２】本発明の実施例２における固体高分子電解質燃
料電池のシステムを示す概略図。
料電池のシステムを示す概略図。
【図３】固体高分子電解質燃料電池の発電原理を示す概
略図。
略図。
１１、３１…燃料供給装置、１２、１５、３２、３５…
加湿器、１３、３３…アノード極、１４、３４…酸化剤
供給装置、１６、３６…カソード極、１７、３７…電解
質、１８…不活性ガス供給装置、３８…水供給装置。
加湿器、１３、３３…アノード極、１４、３４…酸化剤
供給装置、１６、３６…カソード極、１７、３７…電解
質、１８…不活性ガス供給装置、３８…水供給装置。
Claims (1)
- 【請求項１】 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方
法において、電池本体の燃料ガス流路または酸化剤ガス
流路に水を封入した状態もしくは加湿された不活性ガス
を封入した状態で運転を停止し、保管することを特徴と
する固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法。
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