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公開番号2025170540
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-19
出願番号2024075199
出願日2024-05-07
発明の名称燃料電池スタックのエージング方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人明成国際特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20251112BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池スタックのエージング方法において、酸化剤ガスの加湿に要するエネルギーを抑制する。
【解決手段】燃料電池スタックは、酸化剤ガス入口マニホールドと、冷却水入口マニホールドと、冷却水出口マニホールドと、を備える燃料電池セルを有し、エージング方法は、酸化剤ガス入口マニホールドから酸化剤ガスと水とを混合させて流入させるエージング工程を備え、エージング工程において、酸化剤ガス入口マニホールドは、冷却水入口マニホールドよりも冷却水出口マニホールドに近い位置となるように設定される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックのエージング方法であって、
前記燃料電池スタックは、酸化剤ガス入口マニホールドと、冷却水入口マニホールドと、冷却水出口マニホールドと、を備える燃料電池セルを有し、
前記エージング方法は、
前記酸化剤ガス入口マニホールドから酸化剤ガスと水とを混合させて流入させるエージング工程を備え、
前記エージング工程において、前記酸化剤ガス入口マニホールドは、前記冷却水入口マニホールドよりも前記冷却水出口マニホールドに近い位置となるように設定される、
エージング方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池スタックのエージング方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
組み立て後の燃料電池スタックは、触媒層への不純物の付着や電解質層の含水量の不足により発電性能が不十分となることがある。発電性能を引き上げるために、燃料電池スタックに供給するガスの湿度を増大させ、触媒層の洗浄や電解質層の含水を促進させる燃料電池スタックのエージング方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－２０８２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のエージング方法では、燃料電池スタックに供給するガスを加湿するためにバブラー等の加湿装置を用いて蒸気を発生させる必要があり、ガスの加湿に要するエネルギーが増大するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、燃料電池スタックのエージング方法が提供される。この燃料電池スタックのエージング方法において、前記燃料電池スタックは、酸化剤ガス入口マニホールドと、冷却水入口マニホールドと、冷却水出口マニホールドと、を備える燃料電池セルを有し、前記エージング方法は、前記酸化剤ガス入口マニホールドから酸化剤ガスと水とを混合させて流入させるエージング工程を備え、前記エージング工程において、前記酸化剤ガス入口マニホールドは、前記冷却水入口マニホールドよりも前記冷却水出口マニホールドに近い位置となるように設定される。
この形態の燃料電池スタックのエージング方法によれば、エージング工程において、酸化剤ガス入口マニホールドは、冷却水入口マニホールドよりも冷却水出口マニホールドに近い位置となるように設定されるので、燃料電池スタック内部において加熱されて高温となって流れる冷却水を利用して、酸化剤ガス入口マニホールドを流れる水分の蒸発を促進でき、酸化剤ガスの加湿に要するエネルギーを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本実施形態のエージング方法が適用される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
本実施形態のエージング方法が適用される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
本実施形態の燃料電池セルの概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．実施形態：
図１および図２は、本実施形態のエージング方法が適用される燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池車両に搭載される。図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、燃料ガス供給配管２１と、燃料オフガス排出配管２２と、酸化剤ガス供給配管３１と、酸化剤オフガス排出配管３２と、第１冷却水給排配管４１と、第２冷却水給排配管４２とを備える。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０が発電する電力を、車両に搭載されている負荷に供給する。負荷には、例えば、車両の駆動力源である駆動モータや、車両の電装品、補機、外部給電に用いられる接続器が含まれる。
【０００９】
燃料電池スタック１０は、燃料と酸化剤との電気化学反応によって発電する複数の燃料電池セル１１が厚み方向に積層されて構成されている。本実施形態において、燃料は水素であり、酸化剤は空気中の酸素であり、燃料ガスとしては水素ガスを、酸化剤ガスとしては空気を用いる。なお、図１では、後述するエージング工程における水素ガス、空気および冷却水の流れる方向を矢印により示している。また、図２では、後述する発電工程における水素ガス、空気および冷却水の流れる方向を矢印により示している。
【００１０】
各燃料電池セル１１は、単体で発電可能な発電要素であり、電解質層の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟む２枚のセパレータと、を有する。電解質層は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。電極には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応を促進する触媒が配置されている。触媒は、例えば、白金（Ｐｔ）によって構成される膜電極接合体のアノード側およびカソード側のそれぞれの表面上には、ガス透過性および電子伝導性を有するガス拡散層が配置されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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