本发明专利技术提供一种燃料电池评价装置及燃料电池评价方法，其可以使用阻抗作为有用的特性值进行电极性能评价。阻抗取得单元一边使电流值及测定频率变化，一边取得燃料电池的塔菲尔区域内的阻抗。提取单元从由前述阻抗取得单元取得的前述阻抗中提取反应电阻。计算单元计算由前述提取单元提取的前述反应电阻和利用前述阻抗取得单元取得包含该反应电阻在内的该阻抗时的电流值的乘积。提示单元将由前述计算单元计算的前述乘积作为与前述测定频率相对应的该乘积的频率特性进行提示。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于电化学测定对燃料电池的特性进行评价的燃料电池评价装置等， 特别地，涉及使用阻抗作为特性评价值的燃料电池评价装置等。
技术介绍
燃料电池中的电极反应，一般经过下述3个过程而推进，(I)反应物质向电极表面的物质输送、⑵在电极表面上的电荷移动反应、⑶生成物从电极表面脱离。在评价电极的特性及性能恶化的主要原因等方面，将电极反应的各过程分离 分析是非常重要的。了解在电极反应中哪个过程是什么程度的支配性，在评价电极的特性及性能恶化的主要原因等方面是非常重要的。特别在无浓度过电压的影响的电流区域内测定特性，对于分析电极的特性本身是有效的。作为该特性之一，存在表现电流的对数值和电位的关系的塔菲尔(Tafel)斜率。 图15表示塔菲尔斜率。如图15所示，塔菲尔斜率在区域bl、b2内各不同。在bl区域内， 钼表面的大部分由吸附氧化材料(氧化薄膜)覆盖，可观察到因称为Temkin-Type的反应而引起的塔菲尔斜率。另一方面，在b2区域内，钼表面的氧化物全部还原，可观察到因称为 Langmuir-Type的裸露的钼表面的反应而引起的塔菲尔斜率。另外，作为燃料电池中的过电压的表现方法，在日本特开2009-48814号公报中公开了一种技术，根据该技术，首先在塔菲尔图中求出非常低的负载(小于或等于O.OlA/cm2) 的区域内的塔菲尔斜率，计算出活性化过电压。然后，从阻抗测定的高频侧的零交叉值求出膜电阻值，求出电阻过电压。最后，将过电压的剩余部分作为浓度过电压。并且，特别在无浓度过电压的影响的电流区域内测定特性，对于分析电极的特性本身是有效的。作为该特性之一，存在表现电流的对数值和电位的关系的塔菲尔斜率。并且还已知一种下述方法，其以电流密度的对数为横轴，以单元电池电压为纵轴，利用直线倾斜(塔菲尔斜率)的大小等评价燃料电池。专利文献I :日本特开2009-48814号公报专利文献2 :日本特开2009-48813号公报
技术实现思路
另一方面，作为对于根据频率特性综合地评价电极反应有效的方法，存在阻抗。但是，由于存在电极的反应电阻(RJ与电流成正比的关系(根据巴特勒-沃尔默 (Butler-Volmer)式),因此相对于测定动作点的电流值的变化而阻抗的大小敏感地变化。 由此，必须对区域bl、b2的反应过程的每个分别评价阻抗。另外，存在在实际测定的阻抗中还包含如直流电阻(接触电阻 膜电阻等)或表示多孔质电极的特性的分布常数区域这样不依赖反应电阻的阻抗的情况，塔菲尔斜率由于如前所述是由反应电阻而产生的特性，因此在要取得塔菲尔斜率和阻抗的关系的情况下， 存在如果仅提取反应电阻，则不能高精度地求出其关系的情况。本专利技术的一个目的在于提供一种，其可以使用阻抗作为有用的特性值进行电极性能评价。另外，一般认为氧化还原反应具有_60mV/dec(bl :具有吸附过程)和_120mV/ dec (b2 :无吸附过程)这两个塔菲尔斜率。但是，上述的小于或等于0. 01 A/cm2的区域成为 bl区域的可能性很高，如果采用利用该技术求出的塔菲尔斜率(bl)，则可能会将实际使用的电流密度中的活性化过电压评价得过小。由此，为了适当地评价活性化过电压，必须取得第2个塔菲尔斜率(b2)。但是，在大于或等于0. 01A/cm2的负载区域内也存在不能忽略浓度过电压的影响的可能性，很难判断浓度过电压的影响从哪里生效，在该区域内高精度地求出塔菲尔斜率比较困难。另外，由于扩散电阻因动作点的电流值而变化，因此根据现有技术评价扩散电阻比较困难。本专利技术的另一个目的在于提供一种燃料电池评价装置等，其可以进行扩散性能的评价，并且也有助于塔菲尔区域内的反应过程的评价。另外，在现有的燃料电池的特性评价，特别在催化剂评价中，为了进行更确切的评价，必须取得具有再现性的电流-电压特性(塔菲尔曲线)。但是，已知塔菲尔图因前处理条件及测定的环境条件而变化，为了在燃料电池稳定发电的状态下测定塔菲尔曲线，必须使前处理条件及测定的环境条件一致，因此花费较多的时间、工时。本专利技术的另外一个目的在于提供一种，其可以使前处理条件及测定的环境条件不一致，掌握燃料电池处于稳定的发电状态。本专利技术的燃料电池评价装置，其基于燃料电池的阻抗的频率特性，对前述燃料电池的特性进行评价，其特征在于，具有阻抗取得单元，其通过使测定频率变化，取得塔菲尔区域内的规定电流值下的燃料电池的阻抗；提取单元，其从前述取得的阻抗中提取反应电阻；计算单元，其计算前述反应电阻和前述规定电流值的乘积；以及提示单元，其将由前述计算单元计算出的前述乘积作为前述燃料电池的阻抗的频率特性进行提示。根据该燃料电池评价装置，由于计算提取出的反应电阻和电流值的乘积，因此可以使用阻抗作为有用的特性值进行电极性能评价。前述提取单元，通过将不是因前述反应电阻而引起的直流电阻的成分从前述阻抗中排除，从而提取前述反应电阻。前述提取单元，将分布常数区域中的前述直流电阻的成分排除。前述提取单元使用模型拟合排除前述直流电阻的成分。前述阻抗取得单元取得多个塔菲尔区域中的多个电流值下的燃料电池的阻抗，前述提取单元从前述取得的阻抗中提取反应电阻，前述计算单元计算前述各反应电阻和前述对应的电流值的乘积。本专利技术的燃料电池评价方法，其基于燃料电池的阻抗的频率特性，对前述燃料电池的特性进行评价，其特征在于，具有下述步骤通过使测定频率变化，取得塔菲尔区域内的规定电流值下的燃料电池的阻抗；从取得的阻抗中提取反应电阻；计算前述反应电阻和前述规定电流值的乘积；以及将前述计算出的乘积，作为前述燃料电池的阻抗的频率特性进行提示。根据该燃料电池评价方法，由于计算提取出的反应电阻和电流值的乘积，因此可以使用阻抗作为有用的特性值进行电极性能评价。本专利技术的燃料电池评价装置，其基于燃料电池的电化学特性对前述燃料电池的特性进行评价，其特征在于，具有塔菲尔图取得单元，其取得前述燃料电池的塔菲尔图；以及扩散区域提取单元，其基于前述塔菲尔图，提取塔菲尔斜率与电流成正比的扩散区域。根据该燃料电池评价装置，由于基于塔菲尔图提出扩散区域作为塔菲尔斜率与电流成正比的正比区域，因此可以进行扩散性能的评价，并且可以进行塔菲尔区域内的反应过程的评价。上述的燃料电池评价装置也可以还具有阻抗取得单元，其一边使电流值及测定频率变化，一边取得前述扩散区域内的阻抗；以及扩散评价参数计算单元，其一边使测定电流值变化，一边计算前述阻抗与前述测定电流值的积的差值AZi、和前述测定电流值的差值Ai，并且将它们的比A Zi/Ai作为扩散评价参数C而计算。上述的燃料电池评价装置也可以还具有推定单元，其使用前述扩散区域的下限电流值与前述测定电流值的差AOi、和前述扩散评价参数C，推定塔菲尔区域内的阻抗，作为前述下限电流值时的阻抗。前述扩散评价参数计算单元，计算通过将前述扩散评价参数C进行理论式变形而得到的具有频率信息的临界扩散电流的评价参数。本专利技术的燃料电池评价方法，其基于燃料电池的电化学特性对前述燃料电池的特性进行评价，其特征在于，具有下述步骤取得前述燃料电池的塔菲尔图；以及基于前述塔菲尔图，提取塔菲尔斜率与电流成正比的扩散区域。根据该燃料电池评价方法，由于基于塔菲尔图提取扩散区域作为塔菲尔斜率与电流成正比的正比区域，因此可以进行扩本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：山崎大辅，矢野哲夫，虎井总一朗，友定伸浩，木村笃史，阿久津智美，川野诚，
申请(专利权)人：横河电机株式会社，
类型：发明
国别省市：
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