特開 2023-83716 燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023083716

(43)【公開日】2023-06-16

(54)【発明の名称】燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/043 20160101AFI20230609BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20230609BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20230609BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20230609BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230609BHJP

【ＦＩ】

H01M8/043

H01M8/04746

H01M8/04858

H01M8/04 Z

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021197566

(22)【出願日】2021-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】杉本 和彦

(72)【発明者】

【氏名】藤井 隆宏

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H126EE11

5H127AA06

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA56

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127BB39

5H127DA19

5H127DC02

5H127DC22

5H127DC29

5H127DC47

(57)【要約】

【課題】本開示は、活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保つことができ、カソードの水素を適切に処理することができる燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法を提供する。
【解決手段】本開示における燃料電池システムは、単セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、水素ガス供給手段と、酸素含有ガス供給手段と、複数の単セルのそれぞれに対して個別に対応するように設けられた複数の負荷と、制御器と、を備える。燃料電池スタックを活性化する時に、単セルのそれぞれと、それぞれの単セルに対応する負荷とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、水素ガス供給手段によってアノードへ水素ガスを供給している状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように酸素含有ガス供給手段を動作させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜と前記電解質膜の一方の主面に配置されるアノードと他方の主面に配置されるカソードとで構成される単セルを、複数積層して構成された燃料電池スタックと、
前記アノードに水素ガスを供給できるように、前記燃料電池スタックに接続された水素ガス供給手段と、
前記カソードに酸素含有ガスを供給できるように、前記燃料電池スタックに接続された酸素含有ガス供給手段と、
前記複数の単セルのそれぞれに対して個別に対応するように設けられ、一端が対応する前記単セルの前記アノードに電気的に接続されるとともに他端が対応する前記単セルの前記カソードに電気的に接続される複数の負荷と、
制御器と、を備えた燃料電池活性化システムであって、
前記制御器は、前記燃料電池スタックを活性化する時に、前記単セルのそれぞれと、それぞれの前記単セルに対応する前記負荷とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、前記水素ガス供給手段によって前記アノードへ水素ガスを供給している状態で、前記カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように前記酸素含有ガス供給手段を動作させることを特徴とする燃料電池活性化システム。

【請求項2】

電解質膜と前記電解質膜の一方の主面に配置されるアノードと他方の主面に配置されるカソードとで構成される単セルを、複数積層して構成された燃料電池スタックと、
前記アノードに水素ガスを供給できるように、前記燃料電池スタックに接続された水素ガス供給手段と、
前記カソードに酸素含有ガスを供給できるように、前記燃料電池スタックに接続された酸素含有ガス供給手段と、
前記複数の単セルのそれぞれに対して個別に対応するように設けられ、一端が対応する前記単セルの前記アノードに電気的に接続されるとともに他端が対応する前記単セルの前記カソードに電気的に接続される複数の負荷と、
を備えた燃料電池活性化システムの運転方法であって、
前記燃料電池スタックを活性化する時に、前記単セルのそれぞれと、それぞれの前記単セルに対応する前記負荷とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、前記水素ガス供給手段によって前記アノードへ水素ガスを供給している状態で、前記カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように前記酸素含有ガス供給手段を動作させることを特徴とする燃料電池活性化システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、燃料電池の活性化方法を開示する。この燃料電池の活性化方法は、電解質膜をアノードとカソードとで挟んだ燃料電池のアノードに水素ガスを供給した状態で、カソードに酸素含有ガスと不活性ガスとを交互に繰返し供給して、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰返し変動させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－７９１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、複数のセルを積層して構成された燃料電池スタック活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保つことができ、カソードの水素を適切に処理することができる燃料電池活性化システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示における燃料電池活性化システは、燃料電池スタックと、水素ガス供給手段と、酸素含有ガス供給手段と、複数の負荷と、制御器と、を備えている。

【0006】

ここで、燃料電池スタックは、電解質膜と電解質膜の一方の主面に配置されるアノードと他方の主面に配置されるカソードとで構成される単セルを、複数積層して構成されたものである。

【0007】

水素ガス供給手段は、アノードに水素ガスを供給できるように、燃料電池スタックに接続されたものである。

【0008】

酸素含有ガス供給手段は、カソードに酸素含有ガスを供給できるように、燃料電池スタックに接続されたものである。

【0009】

複数の負荷は、複数の単セルのそれぞれに対して個別に対応するように設けられ、一端が対応する単セルのアノードに電気的に接続されるとともに他端が対応する単セルのカソードに電気的に接続されたものである。

【0010】

制御器は、燃料電池スタックを活性化する時に、単セルのそれぞれと、それぞれの単セルに対応する負荷とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、水素ガス供給手段によってアノードへ水素ガスを供給している状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように酸素含有ガス供給手段を動作させるのである。

【発明の効果】

【0011】

本開示における燃料電池活性化システムは、燃料電池スタックを活性化する時に、複数のセルを積層して構成された燃料電池スタックのセル毎に電子負荷を接続し、かつ、アノードへ水素ガスを供給した状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止を繰り返すことにより、活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保つことができ、カソードの水素
を適切に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１における燃料電池活性化システムの概略構成図

【図2】実施の形態１における燃料電池スタックの外観斜視図

【図3】実施の形態１における燃料電池スタックをアノードガス供給マニホールドの中心軸とアノードガス排出マニホールドの中心軸を含む平面で切断した概略断面図

【図4】実施の形態１における燃料電池スタックと電子負荷装置との接続を示す概略構成図

【図5】実施の形態１における燃料電池活性化システムの動作を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0013】

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、燃料電池スタックは電極からの不純物の除去や高分子電解質膜のイオン伝導性の向上を図る処理を施すことで燃料電池スタックの初期運転時に所望の性能を発揮させる、燃料電池スタックの活性化を行う状況であった。

【0014】

そして、燃料電池スタックの活性化処理の低コスト化を図ることを課題として、アノードに水素ガスを供給した状態で、カソードに酸素含有ガスと不活性ガスとを交互に繰返し供給して、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰返し変動させるという製品設計をするのが一般的であった。

【0015】

そうした状況下において、発明者らは、電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰返し変動させる中で規定発電電位から低電位まで下げる時間が長いということをヒントにして、規定発電電位から低電位まで下げる時間を短くするという着想を得た。

【0016】

そして、発明者らは、その着想を実現するには、積層された複数のセルと負荷との間に閉回路を形成してアノードへの水素ガスの供給を継続しながらカソードへの酸素含有ガスの供給と停止を繰り返すと、閉回路が形成されたセルの内で、カソードに酸素が存在するセルと存在しないセルとが共存した時に、カソードに酸素が存在するセルの電気エネルギーがカソードに酸素が存在しないセルに供給されることで、カソードに酸素が存在しないセルにおいて、アノードに存在する水素が電解質膜を経由してカソードに移動して、カソードの水素濃度が高くなるという課題があることを発見した。

【0017】

そして、アノードからカソードへの水素ガスの移動を抑制しながら、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰り返して、活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保ち、カソードの水素を適切に処理するという課題があることを発見し、その課題を解決するために、本課題の主題を構成するに至った。

【0018】

そこで、本開示は、複数のセルを積層して構成された燃料電池スタックのセル毎に電子負荷を接続し、かつ、アノードへ水素ガスを供給した状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止を繰り返す燃料電池活性化システムと燃料電池活性化システムの運転方法を提供する。

【0019】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0020】

なお、添付図面及び以下の説明は、当事者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していな
い。

【0021】

（実施の形態１）
以下、図１から図４を用いて、実施の形態１を説明する。

【0022】

［１－１．構成］
図１は、実施の形態１における燃料電池活性化システム２００の概略構成図である。

【0023】

図２は、実施の形態１における燃料電池スタックの外観斜視図である。図２には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直上向きの方向である。

【0024】

図３は、実施の形態１における燃料電池スタックをアノードガス供給マニホールドの中心軸とアノードガス排出マニホールドの中心軸を含む平面で切断した概略断面図である。

【0025】

図４は、実施の形態１における燃料電池スタックと電子負荷装置との接続を示す概略構成図である。

【0026】

図１に示すように、燃料電池活性化システム２００は、燃料電池スタック１０１と、水素ガス供給手段１３１と、酸素含有ガス供給手段１３２と、電子負荷装置１２６と、制御器１５１と、を備える。さらに、開閉弁１３３～１３６と、アノード経路１４１～１４４と、カソード経路１４５～１４８と、を備える。

【0027】

図２に示すように、燃料電池スタック１０１は、セル１０５をＹ方向（セル１０５の厚み方向であり、セル１０５の主面に垂直な方向）に沿って積層させた積層体１０６と、一対の集電板１０７，１０８と、一対の端板１０９，１１０と、アノードガス供給マニホールド１１５と、アノードガス排出マニホールド１１６と、カソードガス供給マニホールド１１９と、カソードガス排出マニホールド１２０と、を有する。

【0028】

図３に示すように、セル１０５は、電解質膜－電極接合体１０２と、電解質膜－電極接合体１０２を両側から挟むように配置された一対のアノードセパレータ１０３，カソードセパレータ１０４と、を備える。そして、複数のセル１０５をＹ方向（セル１０５の厚み方向であり、セル１０５の主面に垂直な方向）に積層させて積層体１０６を構成する。

【0029】

電解質膜－電極接合体１０２は、電解質膜と、電解質膜の一方の主面に配置されたアノード（電極）と、電解質膜の他方の主面に配置されたカソード（電極）と、を有する。電解質膜は、例えば、プロトン伝導性を有する固体高分子膜である。セル１０５は、アノードに水素ガスが供給されカソードに酸素含有ガスが供給されることによって発電する。セル１０５単体を単セルとも呼ぶ。

【0030】

一対の集電板１０７，１０８は、Ｙ方向（セル１０５の積層方向）において、積層体１０６を両側から挟むように配置される。一対の端板１０９，１１０は、Ｙ方向（セル１０５と集電板１０７，１０８の積層方向）において、集電板１０７，１０８にそれぞれ外側から接して配置される。

【0031】

アノードガス供給マニホールド１１５は、端板１０９と、集電板１０７と、積層体１０６と、を貫通する。アノードガス供給マニホールド１１５は、端板１０９上に、アノードガス入口１１７を形成する。

【0032】

アノードガス入口１１７は、アノードガス供給マニホールド１１５の端部となる開口部
である。燃料電池スタック１０１には、アノードガス入口１１７を通じてアノードに水素ガスが供給される。

【0033】

アノードガス排出マニホールド１１６は、端板１０９と、集電板１０７と、積層体１０６と、を貫通する。アノードガス排出マニホールド１１６は、端板１０９上に、アノードガス出口１１８を形成する。

【0034】

アノードガス出口１１８は、アノードガス排出マニホールド１１６の端部となる開口部である。燃料電池スタック１０１からは、アノードガス出口１１８を通じて、アノードに供給された水素ガスの内で、アノードで消費されなかった水素ガスが排出される。

【0035】

図３では、燃料電池スタック１０１をアノードガス供給マニホールド１１５の中心軸とアノードガス排出マニホールド１１６の中心軸とを含む平面で切断した断面を示しているが、カソードガス供給マニホールド１１９とカソードガス排出マニホールド１２０とカソードガス入口１２１とカソードガス出口１２２とが示されていない。

【0036】

しかしながら、燃料電池スタック１０１をカソードガス供給マニホールド１１９の中心軸とカソードガス排出マニホールド１２０の中心軸とを含む平面で切断した断面は、図３において、アノードガス供給マニホールド１１５をカソードガス供給マニホールド１１９に、アノードガス排出マニホールド１１６をカソードガス排出マニホールド１２０に、アノードガス入口１１７をカソードガス入口１２１に、アノードガス出口１１８をカソードガス出口１２２に、それぞれ置き換えた構成に相当する。

【0037】

カソードガス供給マニホールド１１９は、端板１０９と、集電板１０７と、積層体１０６と、を貫通する。カソードガス供給マニホールド１１９は、端板１０９上に、カソードガス入口１２１を形成する。

【0038】

カソードガス入口１２１は、カソードガス供給マニホールド１１９の端部となる開口部である。燃料電池スタック１０１には、カソードガス入口１２１を通じてカソードに酸素含有ガスが供給される。

【0039】

カソードガス排出マニホールド１２０は、端板１０９と、集電板１０７と、積層体１０６と、を貫通する。カソードガス排出マニホールド１２０は、端板１０９上に、カソードガス出口１２２を形成する。

【0040】

カソードガス出口１２２は、カソードガス排出マニホールド１２０の端部となる開口部である。燃料電池スタック１０１からは、カソードガス出口１２２を通じて、カソードに供給された酸素含有ガスの内で、カソードで消費されなかった酸素含有ガスと、カソードにおいて電気化学反応で生成された水と、が排出される。

【0041】

水素ガス供給手段１３１は、アノード経路１４１、開閉弁１３３、アノード経路１４２を介して、燃料電池スタック１０１のアノードガス入口１１７と連通する。

【0042】

燃料電池スタック１０１のアノードガス出口１１８は、アノード経路１４３、開閉弁１３４、アノード経路１４４を介して、燃料電池スタック１０１の外部と連通する。

【0043】

酸素含有ガス供給手段１３２は、カソード経路１４５、開閉弁１３５、カソード経路１４６を介して、燃料電池スタック１０１のカソードガス入口１２１と連通する。

【0044】

燃料電池スタック１０１のカソードガス出口１２２は、カソード経路１４７、開閉弁１
３６、カソード経路１４８を介して、燃料電池スタック１０１の外部と連通する。

【0045】

水素ガス供給手段１３１は、燃料電池スタック１０１のアノードに水素ガスを供給するためのもので、制御器１５１によって制御される。水素ガス供給手段１３１は、水素ガスを貯蔵するボンベと、水素ガスを指示値に応じて供給するマスフローコントローラと、で構成される。

【0046】

酸素含有ガス供給手段１３２は、燃料電池スタック１０１のカソードに酸素含有ガスを供給するためのもので、制御器１５１によって制御される。酸素含有ガス供給手段１３２は、空気ブロアで構成される。

【0047】

図４に示すように、電子負荷装置１２６は、複数の開閉器１２７と、複数の電子負荷１２８と、で構成される。

【0048】

電子負荷装置１２６は、燃料電池スタック１０１と接続される。

【0049】

開閉器１２７と、電子負荷１２８とは、燃料電池スタック１０１の複数のセル１０５のそれぞれに対して個別に対応するように設けられる。すなわち、一つのセル１０５に対して一つの開閉器１２７と、一つの電子負荷１２８とが対応するように設けられ、複数のセル１０５に対して同数の開閉器１２７と、同数の電子負荷１２８とが対応するように設けられる。

【0050】

そして、一組のセル１０５と開閉器１２７と電子負荷１２８とは、電気的に直列に接続される。すなわち、セル１０５のアノードセパレータ１０３と電子負荷１２８の一端とが電気的に接続され、電子負荷１２８の他端と開閉器１２７の一端とが電気的に接続され、開閉器１２７の他端とセル１０５のカソードセパレータ１０４とが電気的に接続される。

【0051】

開閉器１２７は、両端の接続部の間の電気的な閉（短絡）と開（開放）とを切り替える機能を有し、制御器１５１によって制御される。

【0052】

開閉器１２７が閉の時、一組のセル１０５と開閉器１２７と電子負荷１２８とは、閉回路が形成されるように電気的に接続される。また、開閉器１２７が開の時、一組のセル１０５と開閉器１２７と電子負荷１２８とは、閉回路が形成されない。

【0053】

電子負荷１２８は、セル１０５から電流を取り出すもので、本実施の形態においては、抵抗値が１ｍΩの電気抵抗素子を用いる。

【0054】

制御器１５１は、水素ガス供給手段１３１が供給する水素ガスの供給量を制御できるように、水素ガス供給手段１３１と接続されている。また、制御器１５１は、酸素含有ガス供給手段１３２が供給する酸素含有ガスの供給量を制御できるように、酸素含有ガス供給手段１３２と接続されている。

【0055】

また、制御器１５１は、ガスの開閉を制御できるように、開閉弁１３３，１３４，１３５，１３６と接続されている。また、制御器１５１は、セル１０５と電子負荷１２８との電気的な接続を制御できるように、電子負荷装置１２６の複数の開閉器１２７とそれぞれ接続されている。また、制御器１５１は、時間を管理するためのタイマー機能と、繰り返し数を管理するためのカウンター機能とを有している。

【0056】

［１－２．動作］
以上のように構成された燃料電池活性化システム２００において、図１から図５に基づ
いて、その動作、作用を以下に説明する。

【0057】

図５は、実施の形態１における燃料電池活性化システム２００の動作を示すフローチャートである。

【0058】

燃料電池スタック１０１の活性化に先立ち、燃料電池活性化システム２００は停止状態とする。すなわち、制御器１５１は、開閉弁１３３，１３４，１３５，１３６は閉、水素ガス供給手段１３１は停止、酸素含有ガス供給手段１３２は停止、電子負荷装置１２６の複数の開閉器１２７は全て閉とする。また、制御器１５１は、カウンターの繰り返し数をゼロと設定する（Ｓ００１）。

【0059】

まず、制御器１５１は、アノードガス供給側の開閉弁１３３とアノードガス排出側の開閉弁１３４とを開とし、水素ガス供給手段１３１を作動させて所定流量の水素ガスを燃料電池スタック１０１に供給し、複数の開閉器１２７を全て開とする（Ｓ００２）。本実施の形態では、所定流量を毎分５リットルに設定する。

【0060】

水素ガス供給手段１３１から供給された水素ガスは、アノード経路１４１、開閉弁１３３、アノード経路１４２、アノードガス入口１１７を経由して燃料電池スタック１０１のアノードに供給される。

【0061】

この時、燃料電池スタック１０１のアノードに供給された水素ガスは消費されず、アノードガス出口１１８、アノード経路１４３、開閉弁１３４、アノード経路１４４を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0062】

次に、制御器１５１は、所定時間待機する（Ｓ００３）。本実施の形態では、所定時間を１分に設定する。

【0063】

次に、制御器１５１は、カソードガス供給側の開閉弁１３５とカソードガス排出側の開閉弁１３６とを開とし、酸素含有ガス供給手段１３２を作動させて所定流量の酸素含有ガスを燃料電池スタック１０１に供給する（Ｓ００４）。本実施の形態では、所定流量を毎分１０リットルに設定する。

【0064】

酸素含有ガス供給手段１３２から供給された酸素含有ガスは、カソード経路１４５、開閉弁１３５、カソード経路１４６、カソードガス入口１２１を経由して燃料電池スタック１０１のカソードに供給される。

【0065】

この時、燃料電池スタック１０１のアノードに供給された水素ガスの一部はアノードで消費され、残りのアノードで消費されない水素ガスは、アノードガス出口１１８、アノード経路１４３、開閉弁１３４、アノード経路１４４を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0066】

また、燃料電池スタック１０１のカソードに供給された酸素含有ガスの一部はカソードで消費され、残りのカソードで消費されなかった酸素含有ガスとカソードにおいて電気化学反応で生成された水とは、カソードガス出口１２２、カソード経路１４７、開閉弁１３６、カソード経路１４８を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0067】

そして、セル１０５のアノードの電位を基準としたカソードの相対電位（以降カソード電位と呼ぶ）は高くなり、本実施の形態では、セル１０５のカソード電位は全てのセル１０５において、Ｓ００４を実行してから５秒以内に規定発電電位と設定した７００ｍＶ以
上となる。

【0068】

次に、制御器１５１は、所定時間待機する（Ｓ００５）。本実施の形態では、所定時間を３０秒に設定する。

【0069】

次に、制御器１５１は、開閉弁１３５と開閉弁１３６とを閉とし、酸素含有ガス供給手段１３２を停止させ、酸素含有ガスの供給を停止する（Ｓ００６）。この時、セル１０５のカソードに酸素含有ガスは供給されず、酸素は開閉弁１３５と開閉弁１３６との間で密閉される。

【0070】

そして、カソードにおいて酸素が残留する間は、燃料電池スタック１０１のアノードに供給された水素ガスの一部はアノードで消費され、残りのアノードで消費されない水素ガスは、アノードガス出口１１８、アノード経路１４３、開閉弁１３４、アノード経路１４４を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0071】

そして、カソードで酸素が消費され、カソードにおいて全ての酸素が消費された後は、燃料電池スタック１０１のアノードに供給された水素ガスは消費されず、アノードガス出口１１８、アノード経路１４３、開閉弁１３４、アノード経路１４４を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0072】

また、カソードにおいて酸素が残留する間は、燃料電池スタック１０１のカソードに供給された酸素含有ガスの一部はカソードで消費され、残りのカソードで消費されなかった酸素含有ガスとカソードにおいて電気化学反応で生成された水とは、カソードガス出口１２２、カソード経路１４７、開閉弁１３６、カソード経路１４８を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0073】

そして、カソードで酸素が消費され、カソードにおいて全ての酸素が消費された後は、燃料電池スタック１０１のカソードに供給された酸素含有ガスは消費されず、カソードガス出口１２２、カソード経路１４７、開閉弁１３６、カソード経路１４８を経由して燃料電池スタック１０１の外部に排出され、適切に処理される。

【0074】

そして、セル１０５のカソード電位は低くなり、本実施の形態では、セル１０５のカソード電位は全てのセル１０５において、Ｓ００６を実行してから５秒以内に低電位と設定した１００ｍＶ以下となる。

【0075】

次に、制御器１５１は、所定時間待機する（Ｓ００７）。本実施の形態では、所定時間を３０秒に設定する。

【0076】

次に、制御器１５１は、カウンターの繰り返し数に１を加える（Ｓ００８）。

【0077】

次に、制御器１５１は、カウンターの繰り返し数が、あらかじめ設定した繰返し数である１００に等しいかどうかを確認する（Ｓ００９）。

【0078】

そして、カウンターの繰り返し数が１００になるまで、Ｓ００９をＮｏ側に分岐して、Ｓ００４に戻る。

【0079】

やがて、Ｓ００９において、カウンターの繰り返し数が１００になると、Ｓ００９をＹｅｓ側に分岐する。

【0080】

そして、燃料電池活性化システム２００は、停止状態とする。すなわち、制御器１５１
は、開閉弁１３３，１３４，１３５，１３６は閉、水素ガス供給手段１３１は停止、酸素含有ガス供給手段１３２は停止、電子負荷装置１２６の複数の開閉器１２７は全て閉とする。また、制御器１５１は、カウンターの繰り返し数をゼロと設定する（Ｓ０１０）。

【0081】

これにより燃料電池活性化システム２００の動作は終了する。

【0082】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態における燃料電池活性化システム２００は、燃料電池スタック１０１と、水素ガス供給手段１３１と、酸素含有ガス供給手段１３２と、複数の電子負荷１２８と、制御器１５１と、を備える。

【0083】

ここで、燃料電池スタック１０１は、電解質膜と電解質膜の一方の主面に配置されるアノードと他方の主面に配置されるカソードとで構成される単セル１０５を、複数積層して構成されたものである。

【0084】

また、水素ガス供給手段１３１は、アノードに水素ガスを供給できるように、燃料電池スタック１０１に接続されたものである。

【0085】

また、酸素含有ガス供給手段１３２は、カソードに酸素含有ガスを供給できるように、燃料電池スタック１０１に接続されたものである。

【0086】

また、複数の電子負荷１２８は、複数の単セル１０５のそれぞれに対して個別に対応するように設けられ、一端が対応する単セル１０５のアノードに電気的に接続されるとともに他端が対応する単セル１０５のカソードに電気的に接続されたものである。

【0087】

また、制御器１５１は、単セル１０５のアノードへの水素ガスの供給と、単セル１０５のカソードへの酸素含有ガスの供給と、単セル１０５と複数の電子負荷１２８との間の閉回路の形成と、を制御するためのものである。

【0088】

そして、本開示における燃料電池活性化システム２００の特徴は、制御器１５１が、燃料電池スタック１０１を活性化する時に、単セル１０５のそれぞれと、それぞれの単セル１０５に対応する負荷１２８とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、水素ガス供給手段１３１によってアノードへ水素ガスを供給している状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように酸素含有ガス供給手段１３２を動作させる、ことである。

【0089】

これにより、活性化時にアノードからカソードへの水素ガスの移動を抑制しながら、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰り返すことができる。そのため、活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保つことができ、カソードの水素を適切に処理することができる。

【0090】

また、本実施の形態における燃料電池活性化システム２００の運転方法は、燃料電池スタック１０１と、水素ガス供給手段１３１と、酸素含有ガス供給手段１３２と、複数の電子負荷１２８と、を備える燃料電池活性化システム２００の運転方法である。

【0091】

ここで、燃料電池スタック１０１は、電解質膜と電解質膜の一方の主面に配置されるアノードと他方の主面に配置されるカソードとで構成される単セル１０５を、複数積層して構成されたものである。

【0092】

また、水素ガス供給手段１３１は、アノードに水素ガスを供給できるように、燃料電池
スタック１０１に接続されたものである。

【0093】

また、酸素含有ガス供給手段１３２は、カソードに酸素含有ガスを供給できるように、燃料電池スタック１０１に接続されたものである。

【0094】

また、複数の電子負荷１２８は、複数の単セル１０５のそれぞれに対して個別に対応するように設けられ、一端が対応する単セル１０５のアノードに電気的に接続されるとともに他端が対応する単セル１０５のカソードに電気的に接続されたものである。

【0095】

そして、本開示における燃料電池活性化システム２００の運転方法の特徴は、燃料電池スタック１０１を活性化する時に、単セル１０５のそれぞれと、それぞれの単セル１０５に対応する負荷１２８とを、閉回路が形成されるように電気的に接続して、水素ガス供給手段１３１によってアノードへ水素ガスを供給している状態で、カソードへの酸素含有ガスの供給と停止とを交互に繰り返すように酸素含有ガス供給手段１３２を動作させる、ことである。

【0096】

これにより、活性化時にアノードからカソードへの水素ガスの移動を抑制しながら、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰り返すことができる。そのため、活性化時におけるカソードの水素濃度を低く保つことができ、カソードの水素を適切に処理することができる。

【0097】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。

【0098】

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

【0099】

実施の形態１では、燃料電池活性化システム２００の制御器１５１は、アノードとカソードとの間の電極間電位を低電位から規定発電電位まで繰り返す繰返し数があらかじめ設定した繰返し数に等しくなることにより活性化の終了としたが、繰り返し数により活性化の終了を判断することに限定されず、終了時に所望の発電性能を満足するものであればよい。

【0100】

ただし、繰り返し数により活性化の終了を判断すれば、新たに手段を追加する必要がなく、燃料電池活性化システム２００を安価な構成とすることができる。

【0101】

実施の形態１では、燃料電池活性化システム２００の制御器１５１は、開閉弁１３５と開閉弁１３６とを開とし、酸素含有ガス供給手段１３２を作動させ、所定流量の酸素含有ガスを供給する時間をあらかじめ設定した所定時間としたが、経過時間により規定発電電位の終了を判断することに限定されず、終了時に所望の規定発電電位を満足するものであればよい。

【0102】

ただし、経過時間により規定発電電位の終了を判断すれば、新たに手段を追加する必要がなく、燃料電池活性化システム２００を安価な構成とすることができる。

【0103】

実施の形態１では、燃料電池活性化システム２００の制御器１５１は、開閉弁１３５と開閉弁１３６とを閉とし、酸素含有ガス供給手段１３２を停止させ、酸素含有ガスの供給を停止する時間をあらかじめ設定した所定時間としたが、経過時間により低電位の終了を判断することに限定されず、終了時に所望の低電位を満足するものであればよい。

【0104】

ただし、経過時間により低電位の終了を判断すれば、新たに手段を追加する必要がなくなり、燃料電池活性化システム２００を安価な構成とすることができる。

【0105】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0106】

本開示は、固体高分子形電解質を用いた燃料電池に適用可能である。具体的には、燃料電池車や定置型燃料電池等の燃料電池などに、本開示は適用可能である。

【符号の説明】

【0107】

１０１ 燃料電池スタック
１０２ 電解質膜－電極接合体
１０３ アノードセパレータ
１０４ カソードセパレータ
１０５ セル
１０６ 積層体
１０７，１０８ 集電板
１０９，１１０ 端板
１１５ アノードガス供給マニホールド
１１６ アノードガス排出マニホールド
１１７ アノードガス入口
１１８ アノードガス出口
１１９ カソードガス供給マニホールド
１２０ カソードガス排出マニホールド
１２１ カソードガス入口
１２２ カソードガス出口
１２６ 電子負荷装置
１２７ 開閉器
１２８ 電子負荷
１３１ 水素ガス供給手段
１３２ 酸素含有ガス供給手段
１３３，１３４，１３５，１３６ 開閉弁
１４１，１４２，１４３，１４４ アノード経路
１４５，１４６，１４７，１４８ カソード経路
１５１ 制御器
２００ 燃料電池活性化システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】