燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)中燃料電池的發(fā)電性能恢復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及使燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能恢復(fù)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種燃料電池，其特征在于具有催化劑活性恢復(fù)單元，該催化劑活性恢復(fù)單元通過向燃料電池流動(dòng)大電流，使從催化劑層排出的水量增加至規(guī)定量以上，由此使電極催化劑層的電極催化劑的催化劑活性恢復(fù)(專利文獻(xiàn)I)。
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008 - 77911號公報(bào)
[0004]該燃料電池盡管使催化劑活性恢復(fù)了，但由于流動(dòng)大電流從而存在消耗大量的燃料這一問題。并且，也逐漸知曉在由于空氣中的雜質(zhì)而產(chǎn)生的、或者催化劑層的離聚物分解而產(chǎn)生的硫酸離子(SO/—)、硫酸氫離子(HSO41-)等雜質(zhì)附著于電極催化劑的情況下，僅利用從催化劑層排出的水無法充分地除去雜質(zhì)。以下，將硫酸離子和硫酸氫離子合在一起稱作“硫酸離子等”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方式來實(shí)現(xiàn)。
[0006](I)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池，上述燃料電池具有催化劑；燃料氣體供給部，上述燃料氣體供給部向上述燃料電池供給燃料氣體；氧化劑氣體供給部，上述氧化劑氣體供給部向上述燃料電池供給氧化劑氣體；以及控制部，上述控制部對上述燃料氣體的供給以及停止、上述氧化劑氣體的供給以及停止、上述燃料電池的發(fā)電進(jìn)行控制，上述控制部構(gòu)成為:停止向上述燃料電池供上述氧化劑氣體，在上述燃料電池所產(chǎn)生的電壓降低至預(yù)先決定的第一值以下、且上述燃料電池的溫度成為預(yù)先決定的第二值以下后，再次開始向上述燃料電池供給上述氧化劑氣體，使上述燃料電池再次開始發(fā)電而生成水，從而恢復(fù)上述燃料電池的電壓。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，通過使燃料電池所產(chǎn)生的電壓降低至第一值以下來使雜質(zhì)從催化劑游離出來，通過以第二值以下的溫度使燃料電池再次開始發(fā)電來生成大量的液態(tài)水。之后，通過利用該大量的液態(tài)水使從催化劑游離出來的雜質(zhì)向電池組外排出，能夠使燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能恢復(fù)。
[0007](2)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，上述第一值0.6V以下的正值。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于燃料電池所產(chǎn)生的電壓超過OV且為0.6V以下，所以能夠使雜質(zhì)容易地從催化劑游離出來。
[0008](3)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，上述控制部執(zhí)行上述燃料電池的再次發(fā)電，以使利用上述燃料電池的再次發(fā)電之時(shí)以及之后的上述燃料電池的反應(yīng)而生成的生成水在上述燃料電池內(nèi)的分布在上述燃料電池的上述氧化劑氣體所流過的氧化劑氣體流路的中央，成為與相對濕度200%以上相當(dāng)?shù)牧?。根?jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于相當(dāng)于相對濕度200%以上的生成水結(jié)露而成為大量的液態(tài)水，所以使用該大量的液態(tài)水，能夠使雜質(zhì)流出。
[0009](4)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，將上述電壓保持于上述第一值以下的時(shí)間是10分鐘以上。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于將電壓設(shè)為第一值以下的時(shí)間是10分鐘以上，所以使雜質(zhì)從催化劑游離出來的時(shí)間能夠變長，從而能夠使燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能恢復(fù)。
[0010](5)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，上述第二值是室溫以上40°C以下的值。若溫度變低則相對濕度變高。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，溫度降低所引起的相對濕度的上升、和因生成水而導(dǎo)致的濕度的上升相互配合，能夠使相對濕度為200%以上而容易進(jìn)行結(jié)露。
[0011](6)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，上述控制部使上述燃料電池以電流密度0.lA/cm2以上0.2A/cm2以下的電流再次發(fā)電。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于使上述燃料電池以電流密度0.2A/cm2以下的電流再次發(fā)電，所以能夠降低燃油消耗。
[0012](7)上述方式的燃料電池系統(tǒng)中也可以是，上述燃料電池系統(tǒng)還具備背壓調(diào)整部，上述背壓調(diào)整部對上述燃料電池的出口處的上述氧化劑氣體的背壓進(jìn)行調(diào)整，上述控制部進(jìn)行控制，以使再次發(fā)電時(shí)上述背壓成為140kPa(abs)以上200kPa(abs)以下。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于進(jìn)行控制以使在再次發(fā)電時(shí)背壓成為140kPa(abs)以上，所以能夠使相對濕度為200%以上而容易進(jìn)行結(jié)露。并且，根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，由于進(jìn)行控制以使在再次發(fā)電時(shí)背壓成為200kPa(abs)以下，所以氧化劑氣體供給部不需要以高壓向燃料電池供給氧化劑氣體。
[0013](8)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)中的發(fā)電性能恢復(fù)方法。該發(fā)電性能恢復(fù)方法包括:停止向燃料電池供給氧化劑氣體的步驟；和在上述燃料電池所產(chǎn)生的電壓降低至預(yù)先決定的第一值以下、且上述燃料電池的溫度成為預(yù)先決定的第二值以下后，再次開始向上述燃料電池供給上述氧化劑氣體，使上述燃料電池再次開始發(fā)電而生成水的步驟；以及利用上述水除去附著于上述催化劑的雜質(zhì)的步驟。根據(jù)該方式的發(fā)電性能恢復(fù)方法，通過使燃料電池所產(chǎn)生的電壓降低至第一值以下來使雜質(zhì)從催化劑游離出來，通過以第二值以下的溫度使燃料電池再次開始發(fā)電來生成大量的液態(tài)水，利用該大量的液態(tài)水使雜質(zhì)流出，能夠使燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能恢復(fù)。
[0014]此外，本發(fā)明能夠以各種方式來實(shí)現(xiàn)，例如，除燃料電池系統(tǒng)之外，能夠以燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能恢復(fù)方法、燃料電池中雜質(zhì)從催化劑游離出來的游離方法等方式來實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0016]圖2是示意性地示出發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0017]圖3是示出燃料電池系統(tǒng)的電壓恢復(fù)模擬試驗(yàn)的周期的說明圖。
[0018]圖4是示出IV特性評價(jià)的結(jié)果的圖表。
[0019]圖5是示出停止?fàn)顟B(tài)模擬步驟中停止時(shí)間與電池單元電壓的關(guān)系的圖表。
[0020]圖6是示出停止?fàn)顟B(tài)模擬時(shí)間與電壓恢復(fù)量的關(guān)系的說明圖。
[0021]圖7是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中電池單元電壓的變化的圖表。
[0022]圖8是示出氧化劑極的電位與硫酸離子等吸附于Pt電極的吸附量的關(guān)系的圖表。
[0023]圖9是示意性地示出本實(shí)施方式中硫酸離子等的排出機(jī)理的說明圖。
[0024]圖10是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中電流密度與燃料電池10的發(fā)電單元的電壓恢復(fù)量的關(guān)系的圖表。
[0025]圖11是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中氧化劑極的背壓與電壓恢復(fù)量的關(guān)系的圖表。
[0026]圖12是說明氧化劑的背壓與以液態(tài)水充滿的面積的關(guān)系的說明圖。
[0027]圖13是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中燃料電池的發(fā)電單元的溫度(電池單元溫度)與發(fā)電單元的出口處的相對濕度的關(guān)系的說明圖。
[0028]圖14是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中電流密度與發(fā)電單元的出口處的相對濕度的關(guān)系的說明圖。
[0029]圖15是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中氧化劑氣體的化學(xué)計(jì)量比與發(fā)電單元的出口處的相對濕度的關(guān)系的說明圖。
[0030]圖16是示出起動(dòng)模擬評價(jià)步驟中氧化劑氣體的背壓與發(fā)電單元的出口處的相對濕度的關(guān)系的說明圖。
[0031]圖17是發(fā)電單元的電壓恢復(fù)的控制流程圖。
[0032]圖18是示出第八實(shí)施例的氧化劑極的電位0.6V以下的經(jīng)歷時(shí)間與電壓恢復(fù)量的關(guān)系的圖表。
[0033]圖19是簡單地示出用于將氧化劑極的電位長時(shí)間地保持于0.6V以下的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0034]圖20是第八實(shí)施例的發(fā)電單元的電壓恢復(fù)的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的說明圖。燃料電池系統(tǒng)20具備燃料電池10、燃料箱300、氣泵400、冷卻水泵500、負(fù)載600以及控制部700。燃料電池10具備燃料電池組100、集電板200、201、絕緣板210、211、端板230、231、張力桿240以及螺母250。
[0036]燃料電池組100具備多個(gè)發(fā)電單元110。各發(fā)電單元110分別是一個(gè)單電池。發(fā)電單元110層疊串聯(lián)連接而形成燃料電池組100，產(chǎn)生高電壓。集電板200、201分別配置于燃料電池組100的兩側(cè)，用于將燃料電池組100所產(chǎn)生的電壓、電流向燃料電池組100的外部取出。向負(fù)載600供給燃料電池組100所產(chǎn)生的電壓、電流。負(fù)載600包括燃料電池車輛的馬達(dá)、空調(diào)等附加設(shè)備。絕緣板210、211分別配置于集電板200、201更外側(cè)，進(jìn)行絕緣，以便不向集電板200、201與其它的部件例如端板230、231或張力桿240之間流動(dòng)電流。在絕緣板210、211更外側(cè)，分別配置有端板230、231。端板231通過張力桿240和螺母250以從端板230空開規(guī)定間隔的方式配置。
[0037]燃料箱300通過燃料氣體供給管310與燃料電池10連接。在燃料氣體供給管310，設(shè)有用于調(diào)整燃料氣體流量的閥320。在燃料電池10的下游側(cè)連接有燃料氣體排出管330，在燃料氣體排出管330配置有燃料氣體排出閥340和壓力計(jì)350。燃料氣體排出閥340對燃料排氣氣體的背壓進(jìn)行調(diào)整。燃料氣體排出管330通過燃料氣體回收管360與燃料氣體供給管310連接。此外，在燃料氣體回收管360配置有用于向燃料氣體供給管310輸送燃料排出氣體的泵370。作為燃料氣體，例如使用氫氣。
[0038]氣泵400通過氧化劑氣體供給管410與燃料電池10連接，在氧化劑氣體供給管4