燃料电池系统以及燃料电池系统中燃料电池的发电性能恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统，尤其涉及使燃料电池系统的发电性能恢复的技术。
【背景技术】
[0002]已知一种燃料电池，其特征在于具有催化剂活性恢复单元，该催化剂活性恢复单元通过向燃料电池流动大电流，使从催化剂层排出的水量增加至规定量以上，由此使电极催化剂层的电极催化剂的催化剂活性恢复(专利文献i)。
[0003]专利文献1:日本特开2008 - 77911号公报
[0004]该燃料电池尽管使催化剂活性恢复了，但由于流动大电流从而存在消耗大量的燃料这一问题。并且，也逐渐知晓在由于空气中的杂质而产生的、或者催化剂层的离聚物分解而产生的硫酸离子(so/—)、硫酸氢离子(hso41-)等杂质附着于电极催化剂的情况下，仅利用从催化剂层排出的水无法充分地除去杂质。以下，将硫酸离子和硫酸氢离子合在一起称作“硫酸离子等”。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式来实现。
[0006](i)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备:燃料电池，上述燃料电池具有催化剂；燃料气体供给部，上述燃料气体供给部向上述燃料电池供给燃料气体；氧化剂气体供给部，上述氧化剂气体供给部向上述燃料电池供给氧化剂气体；以及控制部，上述控制部对上述燃料气体的供给以及停止、上述氧化剂气体的供给以及停止、上述燃料电池的发电进行控制，上述控制部构成为:停止向上述燃料电池供上述氧化剂气体，在上述燃料电池所产生的电压降低至预先决定的第一值以下、且上述燃料电池的温度成为预先决定的第二值以下后，再次开始向上述燃料电池供给上述氧化剂气体，使上述燃料电池再次开始发电而生成水，从而恢复上述燃料电池的电压。根据该方式的燃料电池系统，通过使燃料电池所产生的电压降低至第一值以下来使杂质从催化剂游离出来，通过以第二值以下的温度使燃料电池再次开始发电来生成大量的液态水。之后，通过利用该大量的液态水使从催化剂游离出来的杂质向电池组外排出，能够使燃料电池系统的发电性能恢复。
[0007](2)上述方式的燃料电池系统中也可以是，上述第一值0.6v以下的正值。根据该方式的燃料电池系统，由于燃料电池所产生的电压超过ov且为0.6v以下，所以能够使杂质容易地从催化剂游离出来。
[0008](3)上述方式的燃料电池系统中也可以是，上述控制部执行上述燃料电池的再次发电，以使利用上述燃料电池的再次发电之时以及之后的上述燃料电池的反应而生成的生成水在上述燃料电池内的分布在上述燃料电池的上述氧化剂气体所流过的氧化剂气体流路的中央，成为与相对湿度200%以上相当的量。根据该方式的燃料电池系统，由于相当于相对湿度200%以上的生成水结露而成为大量的液态水，所以使用该大量的液态水，能够使杂质流出。
[0009](4)上述方式的燃料电池系统中也可以是，将上述电压保持于上述第一值以下的时间是10分钟以上。根据该方式的燃料电池系统，由于将电压设为第一值以下的时间是10分钟以上，所以使杂质从催化剂游离出来的时间能够变长，从而能够使燃料电池系统的发电性能恢复。
[0010](5)上述方式的燃料电池系统中也可以是，上述第二值是室温以上40°c以下的值。若温度变低则相对湿度变高。根据该方式的燃料电池系统，温度降低所引起的相对湿度的上升、和因生成水而导致的湿度的上升相互配合，能够使相对湿度为200%以上而容易进行结露。
[0011](6)上述方式的燃料电池系统中也可以是，上述控制部使上述燃料电池以电流密度0.la/cm2以上0.2a/cm2以下的电流再次发电。根据该方式的燃料电池系统，由于使上述燃料电池以电流密度0.2a/cm2以下的电流再次发电，所以能够降低燃油消耗。
[0012](7)上述方式的燃料电池系统中也可以是，上述燃料电池系统还具备背压调整部，上述背压调整部对上述燃料电池的出口处的上述氧化剂气体的背压进行调整，上述控制部进行控制，以使再次发电时上述背压成为140kpa(abs)以上200kpa(abs)以下。根据该方式的燃料电池系统，由于进行控制以使在再次发电时背压成为140kpa(abs)以上，所以能够使相对湿度为200%以上而容易进行结露。并且，根据该方式的燃料电池系统，由于进行控制以使在再次发电时背压成为200kpa(abs)以下，所以氧化剂气体供给部不需要以高压向燃料电池供给氧化剂气体。
[0013](8)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池系统中的发电性能恢复方法。该发电性能恢复方法包括:停止向燃料电池供给氧化剂气体的步骤；和在上述燃料电池所产生的电压降低至预先决定的第一值以下、且上述燃料电池的温度成为预先决定的第二值以下后，再次开始向上述燃料电池供给上述氧化剂气体，使上述燃料电池再次开始发电而生成水的步骤；以及利用上述水除去附着于上述催化剂的杂质的步骤。根据该方式的发电性能恢复方法，通过使燃料电池所产生的电压降低至第一值以下来使杂质从催化剂游离出来，通过以第二值以下的温度使燃料电池再次开始发电来生成大量的液态水，利用该大量的液态水使杂质流出，能够使燃料电池系统的发电性能恢复。
[0014]此外，本发明能够以各种方式来实现，例如，除燃料电池系统之外，能够以燃料电池系统的发电性能恢复方法、燃料电池中杂质从催化剂游离出来的游离方法等方式来实现。
【附图说明】
[0015]图1是示出本发明的实施方式的燃料电池系统的结构的说明图。
[0016]图2是示意性地示出发电单元的结构的说明图。
[0017]图3是示出燃料电池系统的电压恢复模拟试验的周期的说明图。
[0018]图4是示出iv特性评价的结果的图表。
[0019]图5是示出停止状态模拟步骤中停止时间与电池单元电压的关系的图表。
[0020]图6是示出停止状态模拟时间与电压恢复量的关系的说明图。
[0021]图7是示出起动模拟评价步骤中电池单元电压的变化的图表。
[0022]图8是示出氧化剂极的电位与硫酸离子等吸附于pt电极的吸附量的关系的图表。
[0023]图9是示意性地示出本实施方式中硫酸离子等的排出机理的说明图。
[0024]图10是示出起动模拟评价步骤中电流密度与燃料电池10的发电单元的电压恢复量的关系的图表。
[0025]图11是示出起动模拟评价步骤中氧化剂极的背压与电压恢复量的关系的图表。
[0026]图12是说明氧化剂的背压与以液态水充满的面积的关系的说明图。
[0027]图13是示出起动模拟评价步骤中燃料电池的发电单元的温度(电池单元温度)与发电单元的出口处的相对湿度的关系的说明图。
[0028]图14是示出起动模拟评价步骤中电流密度与发电单元的出口处的相对湿度的关系的说明图。
[0029]图15是示出起动模拟评价步骤中氧化剂气体的化学计量比与发电单元的出口处的相对湿度的关系的说明图。
[0030]图16是示出起动模拟评价步骤中氧化剂气体的背压与发电单元的出口处的相对湿度的关系的说明图。
[0031]图17是发电单元的电压恢复的控制流程图。
[0032]图18是示出第八实施例的氧化剂极的电位0.6v以下的经历时间与电压恢复量的关系的图表。
[0033]图19是简单地示出用于将氧化剂极的电位长时间地保持于0.6v以下的结构的说明图。
[0034]图20是第八实施例的发电单元的电压恢复的控制流程图。
【具体实施方式】
[0035]图1是示出本发明的实施方式的燃料电池系统的结构的说明图。燃料电池系统20具备燃料电池10、燃料箱300、气泵400、冷却水泵500、负载600以及控制部700。燃料电池10具备燃料电池组100、集电板200、201、绝缘板210、211、端板230、231、张力杆240以及螺母250。
[0036]燃料电池组100具备多个发电单元110。各发电单元110分别是一个单电池。发电单元110层叠串联连接而形成燃料电池组100，产生高电压。集电板200、201分别配置于燃料电池组100的两侧，用于将燃料电池组100所产生的电压、电流向燃料电池组100的外部取出。向负载600供给燃料电池组100所产生的电压、电流。负载600包括燃料电池车辆的马达、空调等附加设备。绝缘板210、211分别配置于集电板200、201更外侧，进行绝缘，以便不向集电板200、201与其它的部件例如端板230、231或张力杆240之间流动电流。在绝缘板210、211更外侧，分别配置有端板230、231。端板231通过张力杆240和螺母250以从端板230空开规定间隔的方式配置。
[0037]燃料箱300通过燃料气体供给管310与燃料电池10连接。在燃料气体供给管310，设有用于调整燃料气体流量的阀320。在燃料电池10的下游侧连接有燃料气体排出管330，在燃料气体排出管330配置有燃料气体排出阀340和压力计350。燃料气体排出阀340对燃料排气气体的背压进行调整。燃料气体排出管330通过燃料气体回收管360与燃料气体供给管310连接。此外，在燃料气体回收管360配置有用于向燃料气体供给管310输送燃料排出气体的泵370。作为燃料气体，例如使用氢气。
[0038]气泵400通过氧化剂气体供给管410与燃料电池10连接，在氧化剂气体供给管4