催化剂劣化恢复装置以及催化剂劣化恢复方法制造方法及图纸

催化剂劣化恢复装置恢复具有燃料电池的燃料电池系统的由于阳极催化剂吸附一氧化碳而降低的性能，所述燃料电池是利用具有阳极气体流路的阳极隔板以及具有阴极气体流路的阴极隔板夹持膜电极接合体而成的，所述膜电极接合体构成为包括：电解质膜；设置于电解质膜的两面的电极催化剂层；以及自两面夹着所述电解质膜的阳极催化剂和阴极催化剂。催化剂劣化恢复装置包括将向阴极气体流路供给的氧的至少一部分经由电解质膜向阳极催化剂供给的恢复控制部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化剂劣化恢复装置以及催化剂劣化恢复方法
本专利技术涉及用于燃料电池系统的电极的劣化恢复装置以及劣化恢复方法。
技术介绍
在向燃料极供给含有氢的燃料气体并向氧极供给含氧气体而进行发电的燃料电池系统中，一氧化碳(以下，也称为CO)吸附于燃料极的电极催化剂，在发生所谓的CO中毒时，电极反应被阻碍而发电性能降低。作为用于消除CO中毒的处理(以下，也称为催化剂恢复处理)，在日本特开2005-25985号公报以及日本专利第5008319号公报中，公开有通过使向燃料极供给的燃料气体中含有氧来使CO氧化而自电极催化剂脱离的方法。此外，关于燃料极的催化剂恢复处理，在日本专利第3536645号公报、日本专利第4969955号公报以及日本专利第5151035号公报中也有相关记载。
技术实现思路
但是，在如上所述通过使燃料气体中含有氧的催化剂恢复处理中，有由于在电极催化剂上通过氢与氧反应产生的反应热而使电解质膜劣化的担忧。因此在本专利技术中，以提供能够一边抑制电解质膜的劣化一边执行催化剂恢复处理的装置以及方法为目的。根据本专利技术的某方式，提供恢复具有燃料电池的燃料电池系统的由于阳极催化剂吸附一氧化碳而降低的性能的催化剂劣化恢复装置，所述燃料电池是利用具有阳极气体流路的阳极侧隔板以及具有阴极气体流路的阴极侧隔板夹持膜电极接合体而成的，所述膜电极接合体构成为包括：电解质膜；以及自两面夹着所述电解质膜的阳极催化剂和阴极催化剂。催化剂劣化恢复装置包括将向阴极气体流路供给的氧的至少一部分经由电解质膜向阳极催化剂供给的恢复控制部。根据本专利技术的某方式，可以提供能够一边抑制电解质膜的劣化一边执行催化剂恢复处理的装置以及方法。附图说明图1是燃料电池的立体图。图2是图1的II-II剖视图。图3是燃料电池系统的结构图的一例。图4是表示未发生CO中毒的状态的阳极催化剂处的反应的图。图5是表示已发生CO中毒的状态的阳极催化剂处的反应的图。图6是用于说明关于自CO中毒的恢复的以往的想法的图。图7是用于说明关于自CO中毒的恢复的新的见解的图。图8是表示氧分压与自CO中毒的恢复速度的关系的图。图9是表示电解质膜的氧透过量与阳极催化剂的有效表面积恢复率的关系的图。图10是表示催化剂恢复处理的控制例程的流程图。图11是燃料电池系统的结构图的其他的例子。图12是表示氧透过系数与电解质膜温度、含水量的关系的图。图13是表示催化剂恢复处理速度与堆温度的关系的图。图14是表示催化剂恢复处理速度与堆内相对湿度的关系的图。图15是表示催化剂恢复处理的控制例程的流程图。具体实施方式以下，一边参照附图一边说明本专利技术的实施方式。第1实施方式图1以及图2是用于说明利用本专利技术的一实施方式的燃料电池10的结构的图。图1是燃料电池10的立体图，图2是图1的燃料电池10的II-II剖视图。燃料电池10包括：膜电极接合体(MEA)11；以及配置为夹着MEA11的阳极隔板12和阴极隔板13。MEA11包括电解质膜111、阳极电极112以及阴极电极113。MEA11在电解质膜111的一侧的面侧具有阳极电极112，在另一侧的面侧具有阴极电极113。电解质膜111是由氟系树脂形成的质子导电性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下表现良好的导电性。阳极电极112包括催化剂层112A和气体扩散层112B。催化剂层112A是由铂或者负载铂等的碳黑粒子形成的构件，设置为与电解质膜111接触。气体扩散层112B配置于催化剂层112A的外侧。气体扩散层112B是由具有气体扩散性以及导电性的碳布形成的构件，设置为与催化剂层112A以及阳极隔板12接触。与阳极电极112同样地，阴极电极113也包括催化剂层113A和气体扩散层113B。催化剂层113A配置于电解质膜111与气体扩散层113B之间，气体扩散层113B配置于催化剂层113A与阴极隔板13之间。阳极隔板12配置于气体扩散层112B的外侧。阳极隔板12具有用于向阳极电极112供给阳极气体(氢气)的多个阳极气体流路121。阳极气体流路121形成为槽状通路。阴极隔板13配置于气体扩散层113B的外侧。阴极隔板13具有用于向阴极电极113供给阴极气体(空气)的多个阴极气体流路131。阴极气体流路131形成为槽状通路。在将这样的燃料电池10作为电源使用的情况下，根据要求的电力而作为层叠了多张燃料电池10的燃料电池堆来使用。例如，在将燃料电池10作为汽车用电源使用的情况下，由于要求的电力较大，因此燃料电池堆包括数百张燃料电池10。而且，构成向燃料电池堆供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，并输出与要求相应的电力。图3是根据本专利技术的一实施方式的燃料电池系统100的概略图。燃料电池系统100包括：燃料电池堆1、阴极气体供排装置2、阳极气体供排装置3、冷却水循环装置4、燃烧器5以及作为恢复控制部的控制器6。燃料电池堆1是层叠多张燃料电池10(单位电池)的层叠电池。燃料电池堆1接受阳极气体以及阴极气体的供给来发电。燃料电池堆1具有阳极电极侧端子和阴极电极侧端子作为输出电力的输出端子。阴极气体供排装置2一边向燃料电池堆1供给阴极气体，一边向燃烧器5供给自燃料电池堆1排出的阴极废气。阴极气体供排装置2包括：阴极气体供给通路21、阴极旁路通路22以及阴极气体排出通路23。空气流量计26、压缩机27以及阴极压力传感器51配置于阴极气体供给通路21。阴极气体供给通路21的一端与燃料电池堆1的阴极气体入口部连接。空气流量计26检测向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量。压缩机27配置于阴极气体供给通路21的比空气流量计26靠下游侧的位置。压缩机27利用控制器6控制动作，加压输送阴极气体供给通路21内的阴极气体并向燃料电池堆1供给。阴极压力传感器51配置于阴极气体供给通路21的比与阴极旁路通路22的分支部靠下游侧的位置。阴极压力传感器51检测向燃料电池堆1供给的阴极气体的压力。利用阴极压力传感器51检测的阴极气体压力代表燃料电池堆1的包含阴极气体流路等的整个阴极系统的压力。阴极气体排出通路23是供自燃料电池堆1排出的阴极废气流通的通路。阴极废气是包含阴极气体、由电极反应产生的水蒸气等的混合气体。阴极气体排出通路23的一端与燃料电池堆1的阴极气体出口部连接，另一端与燃烧器5的入口部连接。用于自阴极废气分离水蒸气的水隔板24配置于阴极气体排出通路23。此外，在阴极气体排出通路23的比水隔板24靠下游侧且是燃烧器5的上游侧的位置，配置用于调整阴极废气的流量的空气调整阀62。阴极旁路通路22是自阴极气体供给通路21分支并在阴极气体排出通路23的比水隔板24靠上游侧合流的通路。换言之，阴极旁路通路22是用于使阴极气体不通过燃料电池堆1地向燃烧器5供给的通路。阴极旁路阀61配置于阴极旁路通路22。阴极旁路阀61由控制器6控制开闭，调整通过阴极旁路通路22的阴极气体的流量。接着，说明阳极气体供排装置3。阳极气体供排装置3一边向燃料电池堆1供给阳极气体，一边向燃烧器5供给自燃料电池堆1排出的阳极废气。阳极气体供排装置3包括：氢罐35、阳极气体供给通路31、氢供给阀63、氢流量计36、阳极气体排出通路32、阳极气体循环通路33、氢循环泵37以及吹扫阀64。氢罐35是以高压状态保持并贮存向燃料电池堆1供给本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂劣化恢复装置，其恢复具有燃料电池的燃料电池系统的由于阳极催化剂吸附一氧化碳而降低的性能，所述燃料电池是利用具有阳极气体流路的阳极隔板以及具有阴极气体流路的阴极隔板夹持膜电极接合体而成的，所述膜电极接合体构成为包括：电解质膜；以及自两面夹着所述电解质膜的阳极催化剂和阴极催化剂，其中，所述催化剂劣化恢复装置包括将向所述阴极气体流路供给的氧的至少一部分经由所述电解质膜向阳极催化剂供给的恢复控制部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化剂劣化恢复装置，其恢复具有燃料电池的燃料电池系统的由于阳极催化剂吸附一氧化碳而降低的性能，所述燃料电池是利用具有阳极气体流路的阳极隔板以及具有阴极气体流路的阴极隔板夹持膜电极接合体而成的，所述膜电极接合体构成为包括：电解质膜；以及自两面夹着所述电解质膜的阳极催化剂和阴极催化剂，其中，所述催化剂劣化恢复装置包括将向所述阴极气体流路供给的氧的至少一部分经由所述电解质膜向阳极催化剂供给的恢复控制部。2.根据权利要求1所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述恢复控制部通过控制透过所述电解质膜的氧量来恢复所述阳极催化剂的性能。3.根据权利要求2所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述燃料电池系统还包括调整向所述阴极气体流路供给的含氧气体的流量或者压力的含氧气体调整装置，所述恢复控制部通过利用所述含氧气体调整装置使向所述阴极气体流路供给的含氧气体的流量和压力中的至少一者上升来控制透过所述电解质膜的氧量。4.根据权利要求2所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述燃料电池系统还包括调整向所述阳极气体流路供给的燃料气体的流量或者压力的燃料气体调整装置，所述恢复控制部通过利用所述燃料气体调整装置使向所述阳极气体流路供给的燃料气体的流量和压力中的至少一者降低来控制透过所述电解质膜的氧量。5.根据权利要求2所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述燃料电池系统还包括：调整向所述阳极气体流路供给的燃料气体的流量或者压力的燃料气体调整装置；以及调整向所述阴极气体流路供给的含氧气体的流量或者压力的含氧气体调整装置，所述恢复控制部通过执行下述处理中的至少任一者来控制透过所述电解质膜的氧量：利用所述燃料气体调整装置使向所述阳极气体流路供给的燃料气体的流量和压力中的至少一者降低；利用所述含氧气体调整装置使向所述阴极气体流路供给的含氧气体的流量和压力中的至少一者上升。6.根据权利要求1～5中任一项所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述燃料电池系统还包括控制所述膜电极接合体的温度的温度控制机构，在恢复所述阳极催化剂的性能的情况下，所述恢复控制部利用所述温度控制机构使所述膜电极接合体的温度上升。7.根据权利要求2所述的催化剂劣化恢复装置，其中，所述恢复控制部通过控制所述电解质膜的氧透过系数来控...

【专利技术属性】
技术研发人员：井殿大，小野義隆，高市哲，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP