JP2009205988A - Evaluation method of product water absorption performance of electrolyte film in fuel cell - Google Patents

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亮 森田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate a product water absorption performance of an electrolyte film incorporated into a fuel cell at the time of power generation. <P>SOLUTION: The evaluation method of product water absorption performance of an electrolyte film inside a fuel cell includes: a first process of supplying hydrogen to an anode and supplying hydrogen or inert gas to a cathode (a step S100), impressing a current of a preset value (a step S110), and finding a resistance value in the electrolyte film (a step S120); a second process of supplying hydrogen to the anode and supplying oxygen to the cathode (a step S130), connecting a load to the fuel cell so as to output a current of a preset value (a step S140), and finding a resistance value in the electrolyte film (a step S150); and a third process of finding an evaluation value for evaluating product water absorption performance of the electrolyte film inside the fuel cell based on a resistance value found in the first process and that found in the second process, and carrying out evaluation (a step S160). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell.

固体高分子型燃料電池においては、電解質膜が充分に湿潤状態になることによって、電解質膜が高いプロトン伝導性を示すため、電解質膜の湿潤状態を維持することが、電池性能を維持する上で重要となる。燃料電池が発電する際には、カソードにおいて生成水が生じるため、電解質膜の湿潤状態を維持する方法の一つとして、生成水を用いて電解質膜の湿潤状態を保つ方法が考えられる。例えば、電解質膜として、吸水速度が充分に速い膜を用いることにより、生成水を速やかに電解質膜に吸収させて、電解質膜の湿潤状態を維持する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   In a polymer electrolyte fuel cell, since the electrolyte membrane exhibits high proton conductivity when the electrolyte membrane is sufficiently wet, maintaining the wet state of the electrolyte membrane is necessary for maintaining battery performance. It becomes important. Since generated water is generated at the cathode when the fuel cell generates electricity, one method for maintaining the wet state of the electrolyte membrane is a method of maintaining the wet state of the electrolyte membrane using the generated water. For example, a method has been proposed in which, as an electrolyte membrane, a membrane having a sufficiently high water absorption rate is used so that generated water is quickly absorbed into the electrolyte membrane and the electrolyte membrane is maintained in a wet state (for example, Patent Document 1). reference).

特開２００５−２６８１１４JP 2005-268114 A 特開２００７−１５７４１４JP2007-157414A

しかしながら、吸水速度が充分に速い電解質膜を用いても、このような電解質膜を燃料電池の中に組み込んで発電を行なったときに、電解質膜の湿潤状態が不十分となって、電池性能を充分に高められない場合があった。これは、例えば、燃料電池に供給するガス中の水蒸気量が少ない場合や、燃料電池の構造上、生成水が電解質膜に吸収されるよりも排水され易い場合に、電解質膜の吸水速度よりも生成水の排出速度の方が速くなり、電解質膜が充分に湿潤状態を維持できない場合があるためと考えられる。このように、電解質膜の湿潤状態が良好に維持されるか否かは、電解質膜そのものの吸水速度だけでなく、燃料電池に組み込んだときの、燃料電池全体の構造上の特性や運転条件によっても大きく左右される。   However, even when an electrolyte membrane having a sufficiently high water absorption rate is used, when such an electrolyte membrane is incorporated in a fuel cell and power generation is performed, the electrolyte membrane becomes insufficiently wet, and the battery performance is reduced. In some cases, it could not be sufficiently increased. This is because, for example, when the amount of water vapor in the gas supplied to the fuel cell is small or when the generated water is more easily drained than the electrolyte membrane due to the structure of the fuel cell, the water absorption rate of the electrolyte membrane This is presumably because the generated water discharge rate becomes faster and the electrolyte membrane may not be sufficiently wet. Thus, whether the wet state of the electrolyte membrane is well maintained depends not only on the water absorption rate of the electrolyte membrane itself, but also on the structural characteristics and operating conditions of the entire fuel cell when incorporated in the fuel cell. Is also greatly affected.

ここで、燃料電池の性能を比較する方法としては、所定の出力電流値に対する出力電圧値を比較する方法もある。しかしながら出力電圧値は、電解質膜の湿潤状態だけでなく、湿潤状態に関わらない部材の接触抵抗や、燃料電池内に存在する液水に起因するガス拡散の阻害など、種々の要因の影響を受ける。そのため、電解質膜の生成水吸収性能を高めることによって電池性能の向上を図るために、他の要因の影響をできる限り抑えて、電解質膜を燃料電池に組み込んたときの燃料電池内部における電解質膜の生成水吸収性能を評価できる方法が望まれていた。   Here, as a method of comparing the performance of the fuel cells, there is also a method of comparing an output voltage value with respect to a predetermined output current value. However, the output voltage value is affected not only by the wet state of the electrolyte membrane but also by various factors such as contact resistance of members not related to the wet state and inhibition of gas diffusion caused by liquid water existing in the fuel cell. . Therefore, in order to improve the battery performance by enhancing the water absorption performance of the electrolyte membrane, the influence of other factors is suppressed as much as possible, and the electrolyte membrane inside the fuel cell when the electrolyte membrane is incorporated in the fuel cell is reduced. A method capable of evaluating the generated water absorption performance has been desired.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に組み込まれた電解質膜の発電時における生成水吸収能を評価することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to evaluate the generated water absorption capacity during power generation of an electrolyte membrane incorporated in a fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
燃料電池に対して、アノードに水素を供給すると共にカソードに水素または不活性ガスを供給しつつ、予め定めた値の電流を印加して、前記電解質膜における抵抗値を求める第１の工程と、
前記燃料電池に対して、アノードに水素を供給すると共にカソードに酸素を供給しつつ、前記予め定めた値の電流が出力されるように前記燃料電池に負荷を接続して、前記燃料電池が発電する際の前記電解質膜における抵抗値を求める第２の工程と、
前記第１の工程で求めた抵抗値と、前記第２の工程で求めた抵抗値とに基づいて、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能を評価するための評価値を求め、前記評価を行なう第３の工程と
を備える評価方法。 [Application Example 1]
A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell,
A first step of determining a resistance value in the electrolyte membrane by applying a predetermined current while supplying hydrogen to an anode and supplying hydrogen or an inert gas to a cathode for a fuel cell;
While supplying hydrogen to the anode and oxygen to the cathode, a load is connected to the fuel cell so that the predetermined current is output, and the fuel cell generates power. A second step of obtaining a resistance value in the electrolyte membrane when performing,
Based on the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step, an evaluation value for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell is obtained, and the evaluation And a third step of performing evaluation.

適用例１に記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、電解質膜における抵抗値は吸水状態の影響を受けるため、生成水が生じない第１の工程で求めた抵抗値と、生成水を生じる第２の工程で求めた抵抗値と、に基づいて求めた評価値を用いることにより、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能を評価することが可能になる。   According to the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 1, since the resistance value in the electrolyte membrane is affected by the water absorption state, it was obtained in the first step where no generated water is generated. By using the evaluation value obtained based on the resistance value and the resistance value obtained in the second step for generating produced water, it is possible to evaluate the produced water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. .

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記評価値は、前記第１の工程で求めた抵抗値と、前記第２の工程で求めた抵抗値との差であり、前記第３の工程は、前記差が大きいほど、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価する工程である燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例２に記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、前記第１の工程で求めた抵抗値と、前記第２の工程で求めた抵抗値との差を用いることで、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能を、精度良く評価することができる。 [Application Example 2]
It is an evaluation method of the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell according to Application Example 1, wherein the evaluation value is a resistance value obtained in the first step and a resistance value obtained in the second step. In the third step, the larger the difference, the higher the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. Evaluation methods. According to the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 2, the difference between the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step is calculated. By using it, the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell can be accurately evaluated.

［適用例３］
適用例２記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１および第２の工程は、複数の燃料電池の各々について行なわれ、前記第３の工程は、前記複数の燃料電池毎に、前記評価値として前記差を求め、前記差が大きい燃料電池ほど、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価する工程である燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例３に記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、前記第１の工程で求めた抵抗値と前記第２の工程で求めた抵抗値との差を、燃料電池毎に求めるという簡便な方法により、複数の燃料電池間で、電解質膜の生成水吸収性能を評価することができる。 [Application Example 3]
In the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell according to Application Example 2, the first and second steps are performed for each of the plurality of fuel cells, and the third step is For each of the plurality of fuel cells, the difference is obtained as the evaluation value, and the electrolyte membrane in the fuel cell is a step in which the fuel cell having the larger difference has a higher evaluation of the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. Of evaluating water absorption performance of water. According to the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 3, the difference between the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step is By the simple method of obtaining for each fuel cell, the generated water absorption performance of the electrolyte membrane can be evaluated between a plurality of fuel cells.

［適用例４］
適用例１ないし３いずれか記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１の工程と前記第２の工程との間で、アノードに供給するガス中の湿度同士、および、カソードに供給するガス中の湿度同士は、それぞれ等しい燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例４に記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、アノードあるいはカソードに供給するガス中の湿度を、それぞれ、第１の工程と第２の工程とで等しくしているため、第１の工程と第２の工程との間で、電解質膜の吸水性能に影響する条件であって、生成水が関与しない条件を揃えることができる。そのため、第１の工程で求めた抵抗値と第２の工程で求めた抵抗値との差を比較することによる生成水吸収性能の評価の精度を、より高めることができる。 [Application Example 4]
A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the water in the gas supplied to the anode is between the first step and the second step. The evaluation method of the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell in which the humidity and the humidity in the gas supplied to the cathode are equal. According to the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 4, the humidity in the gas supplied to the anode or the cathode is equal in the first step and the second step, respectively. Therefore, a condition that affects the water absorption performance of the electrolyte membrane and that does not involve the generated water can be made uniform between the first step and the second step. Therefore, the accuracy of evaluation of the generated water absorption performance by comparing the difference between the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step can be further increased.

［適用例５］
適用例２記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１および第２の工程においてカソードに供給するガス中の湿度は、前記第１および第２の工程においてアノードに供給するガス中の湿度よりも低いことを特徴とする燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例５に記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、カソードに供給するガス中の湿度を、アノードに供給するガス中の湿度よりも低くすることにより、ガス中の水分がカソード側から電解質膜に吸収される働きを抑えて、電解質膜の生成水吸収性能を評価する精度を向上させることができる。 [Application Example 5]
The method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell according to Application Example 2, wherein the humidity in the gas supplied to the cathode in the first and second steps is the first and second steps. A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell, wherein the humidity is lower than the humidity in the gas supplied to the anode. According to the method for evaluating the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 5, the humidity in the gas supplied to the cathode is made lower than the humidity in the gas supplied to the anode. It is possible to improve the accuracy of evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane by suppressing the action of moisture in the electrolyte membrane from the cathode side.

［適用例６］
適用例５記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１および第２の工程においてカソードに供給するガス中の湿度は０％である燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例６記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法では、カソードに供給されるガス中の水分の電解質膜への吸収を、より効果的に抑えることができる。そのため、第１の工程で求めた抵抗値と第２の工程で求めた抵抗値との差として、電解質膜の生成水吸収性能を、より正確に反映する値を得ることができる。 [Application Example 6]
The method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to Application Example 5, wherein the humidity in the gas supplied to the cathode in the first and second steps is 0%. Evaluation method of membrane water absorption performance. In the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 6, absorption of moisture in the gas supplied to the cathode into the electrolyte membrane can be more effectively suppressed. Therefore, a value that more accurately reflects the generated water absorption performance of the electrolyte membrane can be obtained as the difference between the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step.

［適用例７］
適用例５または６記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１および第２の工程においてアノードに供給するガス中の湿度は、前記燃料電池を用いて実際に発電を行なう際に前記燃料電池に供給されるガスの条件下における前記電解質膜の抵抗値と等しい抵抗値を前記電解質膜が示すときの湿度として決定される値である燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例７記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法では、カソードに供給されるガス中の湿度を抑える場合であっても、アノードに供給されるガス中の湿度によって、電解質膜の含水量が、燃料電池を用いて実際に発電を行なう際の条件下に近づけられている。そのため、燃料電池を用いて実際に発電を行なう際の条件下により近い状態で、電解質膜の生成水吸収性能を評価することができる。 [Application Example 7]
Application method 5 or 6 for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell, wherein the humidity in the gas supplied to the anode in the first and second steps is determined using the fuel cell. The electrolyte in the fuel cell having a value determined as humidity when the electrolyte membrane shows a resistance value equal to the resistance value of the electrolyte membrane under the condition of the gas supplied to the fuel cell when actually generating power Evaluation method of membrane water absorption performance. In the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 7, even when the humidity in the gas supplied to the cathode is suppressed, the electrolyte depends on the humidity in the gas supplied to the anode. The water content of the membrane is brought close to the conditions for actual power generation using a fuel cell. Therefore, the generated water absorption performance of the electrolyte membrane can be evaluated in a state closer to the conditions for actually generating power using the fuel cell.

［適用例８］
適用例１ないし７いずれか記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１の工程におけるアノードおよび／またはカソードに供給するガスの流量、ガス圧、前記燃料電池の温度の少なくとも一つを含む燃料電池パラメータは、前記第２の工程における前記燃料電池パラメータと等しい値に設定されている燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例８記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法では、第１の工程では電解質膜に電流を印加し、第２の工程では燃料電池としての発電状態にして、異なる運転状態としているが、電解質膜の環境である燃料電池パラメータを揃えることにより、生成水の吸収の有無以外の条件を近づけて、より精度良く電解質膜の生成水吸水性能を評価することが可能になる。 [Application Example 8]
8. A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to any one of application examples 1 to 7, wherein the flow rate of gas supplied to the anode and / or the cathode in the first step, the gas pressure, and the fuel The fuel cell parameter including at least one of the battery temperatures is set to a value equal to the fuel cell parameter in the second step. The method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. In the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 8, different operations are performed by applying a current to the electrolyte membrane in the first step and setting the power generation state as the fuel cell in the second step. Although it is in the state, by aligning the fuel cell parameters that are the environment of the electrolyte membrane, it becomes possible to evaluate the generated water absorption performance of the electrolyte membrane more accurately by bringing the conditions other than the presence or absence of absorption of the generated water closer .

［適用例９］
適用例８記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、前記第１と第２の工程との間で等しい値に設定されている前記燃料電池パラメータは、さらに、前記燃料電池を用いて実際に発電を行なう際の前記燃料電池パラメータと等しい値に設定されている燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。適用例９記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法では、燃料電池パラメータを、評価のための抵抗の測定時と、実際の発電時とで等しい値に設定することで、実際の発電時において電解質膜が生成水を吸収する状態により近い状態における電解質膜の吸水性能を評価することができる。 [Application Example 9]
The method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to Application Example 8, wherein the fuel cell parameter set to an equal value between the first step and the second step further includes: A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell that is set to a value equal to the fuel cell parameter when power is actually generated using the fuel cell. In the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell described in Application Example 9, by setting the fuel cell parameter to the same value during measurement of resistance for evaluation and during actual power generation, The water absorption performance of the electrolyte membrane in a state closer to the state in which the electrolyte membrane absorbs generated water during actual power generation can be evaluated.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法を実現する評価装置などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of an evaluation apparatus that realizes the method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of the present invention. is there.

Ａ．電解質膜の生成水吸収性能の評価方法：
図１は、本実施例の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法により評価を行なう対象となる燃料電池の一例として、燃料電池１０の断面を模式的に示す説明図である。また、図２は、本実施例の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法を示す工程図である。 A. Evaluation method of water absorption performance of electrolyte membrane:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross section of a fuel cell 10 as an example of a fuel cell to be evaluated by the method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in the fuel cell of the present embodiment. FIG. 2 is a process diagram showing a method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of this example.

電解質膜の生成水吸収性能を評価する対象となる燃料電池１０は、固体高分子電解質型燃料電池であり、本実施例では、燃料電池１０を単セルとして示している。図１に示すように、燃料電池１０は、電解質膜２０と、電解質膜２０の各々の面上に形成された電極であるカソード２１およびアノード２２と、電極を形成した上記電解質膜２０を両側から挟持するガス拡散層２３，２４と、ガス拡散層２３，２４のさらに外側に配設されたガスセパレータ２５，２６と、を備えている。   The fuel cell 10 to be evaluated for the generated water absorption performance of the electrolyte membrane is a solid polymer electrolyte fuel cell. In this embodiment, the fuel cell 10 is shown as a single cell. As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 includes an electrolyte membrane 20, a cathode 21 and an anode 22 that are electrodes formed on each surface of the electrolyte membrane 20, and the electrolyte membrane 20 on which electrodes are formed from both sides. Gas diffusion layers 23 and 24 to be sandwiched, and gas separators 25 and 26 disposed further outside the gas diffusion layers 23 and 24 are provided.

電解質膜２０は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード２１およびアノード２２は、触媒として、例えば白金、あるいは白金合金を備えている。より具体的には、カソード２１およびアノード２２は、上記触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜２０を構成する高分子電解質と同様の電解質と、を備えている。   The electrolyte membrane 20 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin containing perfluorocarbon sulfonic acid, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The cathode 21 and the anode 22 include, for example, platinum or a platinum alloy as a catalyst. More specifically, the cathode 21 and the anode 22 include carbon particles supporting the catalyst and an electrolyte similar to the polymer electrolyte that constitutes the electrolyte membrane 20.

ガス拡散層２３，２４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。本実施例のガス拡散層２３，２４は、いずれも、平坦な板状部材として形成されている。このようなガス拡散層２３，２４は、電気化学反応に供されるガスの流路になると共に、集電を行なう。なお、ガス拡散層２３，２４のうち、少なくともカソード側のガス拡散層２３において、電極と接する面に、撥水性物質を備える撥水層を設けても良い。撥水層を設けることにより、電極等で生じた液水を電解質膜２０側へと押し戻される作用を高め、電解質膜２０の吸水性能を向上させることができる。撥水層は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性物質と、カーボン粒子等の導電性物質と、水やアルコール等を含有する溶媒と、を混合して成る撥水性ペーストを、ガス拡散層上に塗布することによって形成することができる。   The gas diffusion layers 23 and 24 can be formed of a conductive member having gas permeability, such as carbon paper or carbon cloth, metal mesh, or foam metal. The gas diffusion layers 23 and 24 of the present embodiment are both formed as flat plate members. Such gas diffusion layers 23 and 24 serve as a flow path for gas to be subjected to an electrochemical reaction and collect current. Of the gas diffusion layers 23 and 24, at least the cathode-side gas diffusion layer 23 may be provided with a water-repellent layer including a water-repellent substance on the surface in contact with the electrode. By providing the water repellent layer, it is possible to enhance the action of liquid water generated by the electrode or the like to be pushed back to the electrolyte membrane 20 side and to improve the water absorption performance of the electrolyte membrane 20. The water repellent layer is, for example, a water repellent paste formed by mixing a water repellent material such as polytetrafluoroethylene (PTFE), a conductive material such as carbon particles, and a solvent containing water or alcohol. It can form by apply | coating on a gas diffusion layer.

ガスセパレータ２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼から成る部材によって形成される。ガスセパレータ２５，２６は、それぞれ所定の凹凸形状を有している。この凹凸形状によって、ガスセパレータ２５とガス拡散層２３との間には、燃料電池の発電時には酸素を含有する酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路４７が形成される。また、上記凹凸形状によって、ガスセパレータ２６とガス拡散層２４との間には、燃料電池の発電時には水素を含有する燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路４８が形成される。単セル内酸化ガス流路４７にはカソード側ガス供給装置３１が接続されており、カソード側ガス供給装置３１が備えるガス供給源を変更することにより、所望のガスを単セル内酸化ガス流路４７へと供給可能になっている。また、同様に、単セル内燃料ガス流路４８にはアノード側ガス供給装置３２が接続されており、所望のガスを単セル内燃料ガス流路４８へと供給可能になっている。なお、図１では、単セル内酸化ガス流路４７に酸化ガスが供給され、単セル内燃料ガス流路４８に燃料ガスが供給される様子が表わされている。   The gas separators 25 and 26 are formed of a gas impermeable conductive member, for example, a member made of compressed carbon or stainless steel. Each of the gas separators 25 and 26 has a predetermined uneven shape. Due to this uneven shape, an in-single cell oxidizing gas flow channel 47 through which an oxidizing gas containing oxygen flows is formed between the gas separator 25 and the gas diffusion layer 23 during power generation of the fuel cell. In addition, due to the uneven shape, a single-cell fuel gas flow path 48 through which a fuel gas containing hydrogen flows is formed between the gas separator 26 and the gas diffusion layer 24 when the fuel cell generates power. The cathode-side gas supply device 31 is connected to the single-cell oxidizing gas flow channel 47, and a desired gas is supplied to the single-cell oxidizing gas flow channel by changing the gas supply source of the cathode-side gas supply device 31. 47 can be supplied. Similarly, an anode-side gas supply device 32 is connected to the single-cell fuel gas flow channel 48 so that a desired gas can be supplied to the single-cell fuel gas flow channel 48. FIG. 1 shows a state in which the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas channel 47 in the single cell and the fuel gas is supplied to the fuel gas channel 48 in the single cell.

本実施例の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法は、上記した構造を有する燃料電池であって、何らかの条件の異なる複数種類の燃料電池を評価対象として、それぞれの燃料電池における電解質膜の生成水吸収性能を比較するためのものである。複数の燃料電池を比較して評価する際には、個々の燃料電池１０に対して、図２のステップＳ１００〜Ｓ１５０の処理を各々同じ条件で行なって、所定の抵抗値を求めた上で、ステップＳ１６０の工程において、得られた抵抗値に基づく比較によって評価を行なう。以下、具体的に評価方法を説明する。   The method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of the present embodiment is a fuel cell having the above-described structure, and a plurality of types of fuel cells having different conditions are evaluated in each fuel cell. This is for comparing the generated water absorption performance of the electrolyte membrane. When comparing and evaluating a plurality of fuel cells, each of the fuel cells 10 is subjected to the processing of steps S100 to S150 in FIG. 2 under the same conditions to obtain a predetermined resistance value. In the process of step S160, evaluation is performed by comparison based on the obtained resistance value. Hereinafter, the evaluation method will be specifically described.

図２に示すように、複数の燃料電池１０の各々における電解質膜２０の生成水吸収性能を評価する際には、まず、各々の燃料電池１０において、アノード側に対して、アノード側ガス供給装置３２から水素を供給すると共に、カソード側に対して、カソード側ガス供給装置３１から水素または不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム）を供給する（ステップＳ１００）。そして、各燃料電池１０に対して、予め定めた電流値を印加する（ステップＳ１１０）。図３は、電解質膜の生成水吸収性能を評価するための動作を模式的に表わす説明図である。ここでは、燃料電池１０を、電解質膜２０と電極２１，２２のみに簡略化して表わしている。上記ステップＳ１００およびＳ１１０を実行したときの様子を、図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示すように、燃料電池１０のアノード２２を電源の正極に接続すると共にカソード２１を電源の負極に接続して、燃料電池１０に対して所定の値の電流を印加すると、燃料電池１０では、アノード２２において供給された水素からプロトンが生じると共に、生じたプロトンが電解質膜２０内を移動してカソード２１に到り、カソード２１において再び水素を生じる。すなわち、ステップＳ１００およびＳ１１０の動作によって、燃料電池１０は、水素ポンプとして働く。   As shown in FIG. 2, when evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane 20 in each of the plurality of fuel cells 10, first, in each fuel cell 10, the anode-side gas supply device with respect to the anode side Hydrogen is supplied from 32, and hydrogen or an inert gas (for example, nitrogen, argon, helium) is supplied from the cathode side gas supply device 31 to the cathode side (step S100). Then, a predetermined current value is applied to each fuel cell 10 (step S110). FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an operation for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane. Here, the fuel cell 10 is simply shown as an electrolyte membrane 20 and electrodes 21 and 22. A state when steps S100 and S110 are executed is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, when the anode 22 of the fuel cell 10 is connected to the positive electrode of the power source and the cathode 21 is connected to the negative electrode of the power source, and a current of a predetermined value is applied to the fuel cell 10, In the fuel cell 10, protons are generated from the hydrogen supplied at the anode 22, and the generated protons move through the electrolyte membrane 20 to reach the cathode 21, and generate hydrogen again at the cathode 21. That is, the fuel cell 10 functions as a hydrogen pump by the operations of steps S100 and S110.

このように燃料電池１０を水素ポンプとして動作させつつ、このときの電解質膜２０の抵抗値である抵抗値Ｒ１を、各々の燃料電池について求める（ステップＳ１２０）。具体的には、抵抗値Ｒ１は、図３（Ａ）のように水素ポンプとして動作する際の燃料電池１０の端子間電圧を測定し、測定した電圧値と印加電流値とから、オームの法則に基づいて算出することができる。ここで、燃料電池１０が水素ポンプとして動作するときには、各電極における過電圧は、無視できるほどに小さい。そのため、ステップＳ１２０では、印加電流値と測定した端子間電圧値とから算出した抵抗値を、電解質膜２０の抵抗値Ｒ１としている。なお、燃料電池１０が水素ポンプとして動作する際の電解質膜２０の抵抗値Ｒ１は、後述するステップＳ１５０と同様に交流インピーダンス法や電流遮断法によって求めることも可能である。   Thus, while operating the fuel cell 10 as a hydrogen pump, the resistance value R1 which is the resistance value of the electrolyte membrane 20 at this time is obtained for each fuel cell (step S120). Specifically, the resistance value R1 is obtained by measuring the voltage between the terminals of the fuel cell 10 when operating as a hydrogen pump as shown in FIG. 3A, and from the measured voltage value and the applied current value, Ohm's law. Can be calculated based on Here, when the fuel cell 10 operates as a hydrogen pump, the overvoltage at each electrode is negligibly small. Therefore, in step S120, the resistance value calculated from the applied current value and the measured inter-terminal voltage value is set as the resistance value R1 of the electrolyte membrane 20. Note that the resistance value R1 of the electrolyte membrane 20 when the fuel cell 10 operates as a hydrogen pump can also be obtained by an AC impedance method or a current interruption method, similarly to step S150 described later.

次に、上記各々の燃料電池１０において、アノード側に対して、アノード側ガス供給装置３２から水素を供給すると共に、カソード側に対して、カソード側ガス供給装置３１から酸素含有ガス（例えば空気）を供給する（ステップＳ１３０）。そして、上記ステップＳ１１０で印加した電流の値と等しい電流値を燃料電池１０が出力するように、燃料電池１０に接続する負荷を調整する（ステップＳ１４０）。すなわち、燃料電池１０を、燃料電池として動作させて発電を行なわせる。上記ステップＳ１３０およびＳ１４０を実行したときの様子を、図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示すように、燃料電池１０のアノード２２に水素を供給すると共にカソード２１に酸素を供給しつつ燃料電池１０を負荷に接続すると、電気化学反応の進行に伴ってカソード２１では生成水が生じる。生じた生成水の一部は、電解質膜２０に吸収されて、電解質膜２０の湿潤状態の維持に寄与する。   Next, in each of the fuel cells 10, hydrogen is supplied from the anode side gas supply device 32 to the anode side, and oxygen-containing gas (for example, air) from the cathode side gas supply device 31 to the cathode side. Is supplied (step S130). Then, the load connected to the fuel cell 10 is adjusted so that the fuel cell 10 outputs a current value equal to the value of the current applied in step S110 (step S140). That is, the fuel cell 10 is operated as a fuel cell to generate power. FIG. 3B shows a state when steps S130 and S140 are executed. As shown in FIG. 3B, when hydrogen is supplied to the anode 22 of the fuel cell 10 and oxygen is supplied to the cathode 21 while the fuel cell 10 is connected to a load, the cathode 21 moves along with the progress of the electrochemical reaction. Product water is generated. Part of the generated water is absorbed by the electrolyte membrane 20 and contributes to maintaining the wet state of the electrolyte membrane 20.

このように燃料電池１０を発電させつつ、このときの電解質膜２０の抵抗値である抵抗値Ｒ２を、各々の燃料電池について求める（ステップＳ１５０）。具体的には、抵抗値Ｒ２は、図３（Ｂ）に示すように燃料電池１０が発電している状態で、周知の交流インピーダンス法（コールコールプロット）あるいは電流遮断法によって求めることができる。   In this way, while the fuel cell 10 is generating electric power, a resistance value R2 that is the resistance value of the electrolyte membrane 20 at this time is obtained for each fuel cell (step S150). Specifically, the resistance value R2 can be obtained by a known alternating current impedance method (Cole-Cole plot) or current interruption method in a state where the fuel cell 10 is generating power as shown in FIG.

その後、ステップＳ１２０で求めた抵抗値Ｒ１と、ステップＳ１５０で求めた抵抗値Ｒ２と、に基づく評価値として、両者の差である「Ｒ１-Ｒ２」を各燃料電池毎に求めて、電解質膜の生成水吸収性能を評価する（ステップＳ１６０）。具体的には、上記「Ｒ１-Ｒ２」の値が大きい燃料電池ほど、燃料電池内での電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価することができる。   Thereafter, as an evaluation value based on the resistance value R1 obtained in step S120 and the resistance value R2 obtained in step S150, the difference “R1−R2” between them is obtained for each fuel cell, and the electrolyte membrane The generated water absorption performance is evaluated (step S160). Specifically, it can be evaluated that the fuel cell having a larger value of “R1-R2” has a higher ability to absorb the generated water of the electrolyte membrane in the fuel cell.

ここで、評価の対象となる電解質膜の生成水吸収性能は、各々の燃料電池が実際に発電を行なっている時の電解質膜の生成水吸収性能に近いことが望ましい。そのため、上記のような水素ポンプ状態（図３（Ａ）の状態）および燃料電池状態（図３（Ｂ）の状態）における抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、燃料電池１０が実際に発電を行なう際の条件にできるだけ近い状態で求めることが望ましい。したがって、ステップＳ１１０で燃料電池１０に印加する電流値、および、ステップＳ１４０で設定する燃料電池１０の出力電流値は、実際に燃料電池１０を用いて発電を行なう際に、主要な発電ポイントとして設定されると考えられる値を選択すれば良い。さらに、図３（Ａ）の状態および図３（Ｂ）の状態において、カソード２１およびアノード２２のそれぞれに供給するガスの流量、ガス圧、および燃料電池１０の温度の少なくとも一つを含む条件（燃料電池パラメータ）も、評価対象となっているそれぞれの燃料電池において、燃料電池を実際に電源として用いる場合の発電条件と同じにすることが望ましい。   Here, it is desirable that the generated water absorption performance of the electrolyte membrane to be evaluated is close to the generated water absorption performance of the electrolyte membrane when each fuel cell is actually generating power. Therefore, the resistance values R1 and R2 in the hydrogen pump state (the state of FIG. 3A) and the fuel cell state (the state of FIG. 3B) as described above are the values when the fuel cell 10 actually generates power. It is desirable to obtain it as close as possible to the conditions. Therefore, the current value applied to the fuel cell 10 in step S110 and the output current value of the fuel cell 10 set in step S140 are set as main power generation points when actually generating power using the fuel cell 10. A value that is considered to be selected may be selected. Further, in the state of FIG. 3A and the state of FIG. 3B, a condition including at least one of the flow rate of gas supplied to each of the cathode 21 and the anode 22, the gas pressure, and the temperature of the fuel cell 10 ( It is desirable that the fuel cell parameters) be the same as the power generation conditions when the fuel cell is actually used as a power source in each fuel cell to be evaluated.

このように、燃料電池１０が実際に発電を行なう際の条件に近づけることにより、図３（Ａ）の状態で求める抵抗値Ｒ１（生成水を生じない水素ポンプとしての動作時の抵抗値）は、燃料電池１０が実際に発電を行なう際に、電解質膜２０が生成水を吸収して湿潤状態が高まることによる影響を排除したときの、電解質膜２０の抵抗値を反映する値とみなすことが可能になる。また、図３（Ｂ）の状態で求める抵抗値Ｒ２は、燃料電池１０が実際に発電を行なう際に、電解質膜２０が生成水を吸収して湿潤状態を高めた影響を含んだ電解質膜２０の抵抗値を反映する値とみなすことが可能になる。したがって、上記した両抵抗値の差である「Ｒ１-Ｒ２」を求めることにより、各々の燃料電池における電解質膜２０が生成水を吸収して湿潤状態を高めたことによる影響を評価することが可能になる。ここで、燃料電池１０内において電解質膜２０が生成水を吸収した量が多いほど、抵抗値Ｒ２の値は、抵抗値Ｒ１に比べて小さくなる。そのため、ステップＳ１６０において求めた「Ｒ１-Ｒ２」の値が大きいほど、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価することができる。なお、本実施例では、抵抗値Ｒ１とＲ２の間に差が生じる要因として、生成水が電解質膜２０に吸収されること以外の要因を抑えるために、供給ガスや燃料電池温度を含む動作条件は、図３（Ａ）の状態と図３（Ｂ）の状態とで同じにしている。   In this way, the resistance value R1 (resistance value when operating as a hydrogen pump that does not generate water) obtained in the state of FIG. 3A is obtained by bringing the fuel cell 10 closer to the conditions for actual power generation. When the fuel cell 10 actually generates power, the electrolyte membrane 20 can be regarded as a value reflecting the resistance value of the electrolyte membrane 20 when the influence caused by the generated water being absorbed and the wet state being increased is eliminated. It becomes possible. Further, the resistance value R2 obtained in the state of FIG. 3 (B) is an electrolyte membrane 20 including the effect that the electrolyte membrane 20 absorbs generated water and enhances the wet state when the fuel cell 10 actually generates power. It can be regarded as a value reflecting the resistance value. Therefore, by obtaining “R1−R2”, which is the difference between the two resistance values described above, it is possible to evaluate the influence of the electrolyte membrane 20 in each fuel cell absorbing the generated water and increasing the wet state. become. Here, as the amount of the generated water absorbed by the electrolyte membrane 20 in the fuel cell 10 increases, the resistance value R2 becomes smaller than the resistance value R1. Therefore, it can be evaluated that the larger the value of “R1-R2” obtained in step S160, the higher the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. In this embodiment, in order to suppress factors other than the fact that the generated water is absorbed by the electrolyte membrane 20 as a factor causing the difference between the resistance values R1 and R2, the operating conditions including the supply gas and the fuel cell temperature are included. Is the same in the state of FIG. 3A and the state of FIG.

このような評価を行なう際には、ステップＳ１００およびステップＳ１３０において、カソード側に対して、アノード側に供給するガスよりも湿度の低いガス（以下、低湿度ガスと呼ぶ）を供給することが望ましい。ここで、電解質膜２０の両面で水蒸気分圧差が存在する場合には、水蒸気分圧の高い側から低い側へと電解質膜２０内を水分が移動しようとする力が働く。そのため、カソード側のガス中の湿度がアノード側よりも高い場合には、電解質膜２０がカソード側からガス中の水蒸気を取り込もうとする作用が強まる。上記のようにカソード側に供給するガス中の湿度をアノード側よりも低くすることで、図３（Ｂ）の状態においてガス中の水蒸気がカソード側から電解質膜２０に取り込まれる影響を抑制して、生成水がカソード側から電解質膜２０に取り込まれることによる抵抗値の低下を、より正確に評価可能になる。特に、カソード側に供給するガス中の湿度を０％とするならば、ガス中の水蒸気がカソード側から電解質膜２０へと取り込まれる影響を排除して、電解質膜２０への生成水の取り込み量を、さらに正確に評価可能になる。   When performing such evaluation, it is desirable to supply a gas having a lower humidity than the gas supplied to the anode side (hereinafter referred to as a low humidity gas) to the cathode side in steps S100 and S130. . Here, when there is a water vapor partial pressure difference between both surfaces of the electrolyte membrane 20, a force is exerted to move moisture in the electrolyte membrane 20 from the high water vapor partial pressure side to the low water vapor partial pressure side. For this reason, when the humidity in the gas on the cathode side is higher than that on the anode side, the action of the electrolyte membrane 20 to take in the water vapor in the gas from the cathode side is strengthened. By reducing the humidity in the gas supplied to the cathode side as described above as compared to the anode side, the influence of water vapor in the gas taken into the electrolyte membrane 20 from the cathode side in the state of FIG. Further, it is possible to more accurately evaluate the decrease in resistance value due to the generated water taken into the electrolyte membrane 20 from the cathode side. In particular, if the humidity in the gas supplied to the cathode side is set to 0%, the influence of water vapor in the gas taken into the electrolyte membrane 20 from the cathode side is eliminated, and the amount of generated water taken into the electrolyte membrane 20 is excluded. Can be evaluated more accurately.

ただし、高分子電解質からなる電解質膜２０は、含水量が低下するとプロトン伝導性が低下して抵抗が増大する。そのため、電解質膜２０の湿潤状態は、カソード側からの生成水の吸収による影響を抑えつつ、実際に燃料電池１０を用いて発電を行なう際の電解質膜２０の湿潤状態とできる限り同じにして評価する必要がある。そこで本実施例では、電解質膜２０の湿潤状態は、アノード側に供給するガス中の湿度によって調節している。すなわち、生成水が生じない（発電を行なわない）条件下において、燃料電池の評価時に対応するガス供給条件での電解質膜の湿潤状態が、燃料電池の実際の発電時に対応するガス供給条件での電解質膜の湿潤状態に近づくように、アノード側に供給するガス中の湿度を調節している。具体的には、発電を行なわない状態で、燃料電池の実際の発電時に対応するガス供給条件（発電量とガス中の水蒸気量以外の条件であって、燃料電池温度を含む条件、以下、実際の発電時条件と呼ぶ）下における電解質膜の抵抗値に、図３に示した評価時に対応するガス供給条件（同じく発電量およびガス中の水蒸気量以外の発電時条件）下における電解質膜の抵抗値が、より近づくように、ステップＳ１００およびＳ１３０でアノード側に供給するガス中の水蒸気量を設定している。実際の発電時条件下で発電を行なわないときの電解質膜２０の抵抗値（以下、抵抗値Ｒ３と呼ぶ）は、燃料電池に負荷を接続しない状態で、交流インピーダンス法を用いることにより測定できる。そして、燃料電池の評価時にアノード側に供給するガス中の湿度は、カソード側に対してステップＳ１００およびＳ１３０で用いるべき充分に湿度が低いガスを供給するときに、交流インピーダンス法によって測定される電解質膜２０の抵抗値が、上記抵抗値Ｒ３に近づくように、望ましくは同じ値となるように、設定すれば良い。   However, in the electrolyte membrane 20 made of a polymer electrolyte, when the water content decreases, proton conductivity decreases and resistance increases. Therefore, the wet state of the electrolyte membrane 20 is evaluated as much as possible as the wet state of the electrolyte membrane 20 when power generation is actually performed using the fuel cell 10 while suppressing the influence of the generated water absorption from the cathode side. There is a need to. Therefore, in this embodiment, the wet state of the electrolyte membrane 20 is adjusted by the humidity in the gas supplied to the anode side. That is, under conditions where no generated water is generated (power generation is not performed), the wet state of the electrolyte membrane under the gas supply conditions corresponding to the evaluation of the fuel cell is different from that under the gas supply conditions corresponding to the actual power generation of the fuel cell. The humidity in the gas supplied to the anode side is adjusted so as to approach the wet state of the electrolyte membrane. Specifically, in the state where power generation is not performed, the gas supply conditions corresponding to the actual power generation of the fuel cell (conditions other than the power generation amount and the amount of water vapor in the gas, including the fuel cell temperature, hereinafter the actual The resistance value of the electrolyte membrane under the condition of the power generation under the power generation) is the resistance of the electrolyte membrane under the gas supply conditions (similar to the power generation amount and the amount of water vapor in the gas) corresponding to the evaluation shown in FIG. The amount of water vapor in the gas supplied to the anode side in steps S100 and S130 is set so that the value is closer. The resistance value of the electrolyte membrane 20 (hereinafter referred to as the resistance value R3) when power generation is not performed under the actual power generation conditions can be measured by using the AC impedance method without connecting a load to the fuel cell. The humidity in the gas supplied to the anode during the evaluation of the fuel cell is an electrolyte measured by the AC impedance method when supplying a sufficiently low gas to be used in steps S100 and S130 to the cathode. What is necessary is just to set so that the resistance value of the film | membrane 20 may become the same value desirably so that the said resistance value R3 may be approached.

以上のように構成された本実施例の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法によれば、水素ポンプ状態における抵抗値Ｒ１と燃料電池状態における抵抗値Ｒ２との差である「Ｒ１−Ｒ２」を用いることで、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能を、精度良く判定することが可能になる。すなわち、生成水を生じない運転状態である水素ポンプ状態における抵抗値Ｒ１と、生成水を生じる運転状態である燃料電池状態における抵抗値Ｒ２と、に基づく評価値を用いることにより、電解質膜が生成水を吸収することが抵抗値に与える影響に基づいて、電解質膜の生成水吸収性能を評価することができる。   According to the evaluation method of the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of the present embodiment configured as described above, the difference between the resistance value R1 in the hydrogen pump state and the resistance value R2 in the fuel cell state is “ By using “R1-R2”, it is possible to accurately determine the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. That is, an electrolyte membrane is generated by using an evaluation value based on a resistance value R1 in a hydrogen pump state that is an operation state that does not generate product water and a resistance value R2 in a fuel cell state that is an operation state that generates product water. Based on the influence of water absorption on the resistance value, the generated water absorption performance of the electrolyte membrane can be evaluated.

ここで、燃料電池の性能を評価する方法としては、所定の出力電流値に対応する出力電圧値を比較することによって、出力電圧値が高い燃料電池ほど性能が優れていると判断する方法も考えられる。しかしながら、このような方法では、電解質膜における生成水の吸水性能以外の要因、例えば、燃料電池を構成する部材に起因する内部抵抗や、各部材間の接触抵抗を含む、燃料電池全体としての性能が評価されることになり、生成水の吸水性能に起因する性能の違いを正確に評価することができない。また、電解質膜の吸水性能を評価する方法としては、電解質膜を燃料電池に組み込まない状態で、電解質膜の吸水速度を測定する方法も考えられる。しかしながら、このような方法では、燃料電池内に実際に組み込んだ状態での、電解質膜の生成水吸収性能を評価することができない。本実施例によれば、実際の発電条件に合わせた条件下で、燃料電池を水素ポンプ状態および燃料電池状態で動作させ、各々の状態で求めた電解質膜の抵抗値の差を求めることにより、各部材の内部抵抗や接触抵抗などの他の要因を排除しつつ、燃料電池内に組み込まれたときの電解質膜の生成水吸収性能を評価することが可能になる。   Here, as a method of evaluating the performance of the fuel cell, a method of judging that the fuel cell having a higher output voltage value is superior by comparing the output voltage value corresponding to the predetermined output current value is considered. It is done. However, in such a method, the performance of the fuel cell as a whole, including factors other than the water absorption performance of the generated water in the electrolyte membrane, for example, internal resistance due to members constituting the fuel cell and contact resistance between the members. Therefore, the difference in performance due to the water absorption performance of the generated water cannot be accurately evaluated. Further, as a method for evaluating the water absorption performance of the electrolyte membrane, a method of measuring the water absorption rate of the electrolyte membrane in a state where the electrolyte membrane is not incorporated in the fuel cell is also conceivable. However, such a method cannot evaluate the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in a state where it is actually incorporated in the fuel cell. According to the present embodiment, the fuel cell is operated in the hydrogen pump state and the fuel cell state under the conditions that match the actual power generation conditions, and by obtaining the difference in the resistance value of the electrolyte membrane obtained in each state, While eliminating other factors such as internal resistance and contact resistance of each member, it is possible to evaluate the generated water absorption performance of the electrolyte membrane when incorporated in the fuel cell.

特に、本実施例では、燃料電池を水素ポンプ状態あるいは燃料電池状態として動作させて評価する際に、カソード側に対して低湿度ガスを供給している。このように、カソード側に低湿度ガスを供給することにより、既述したように、電解質膜におけるカソード側からのガス中の水蒸気の取り込みを抑制する効果が得られると共に、フラッディングに起因する電圧低下を抑制して、より正確に評価可能になるという効果が得られる。すなわち、燃料電池が発電する際には、カソードで生じた水が凝縮して液水になると、カソードが備える触媒へのガス流れを抑制して出力電圧を低下させる場合が考えられるが、本実施例のようにカソード側には低湿度ガスを供給して、カソード側をよりドライな状態にすることで、生成水の凝縮を抑制して、フラッディングを抑えることができる。そのため、フラッディングに起因する電圧低下を抑え、このような電圧低下に起因する抵抗の上昇を抑制して、生成水の吸収量による電解質膜の抵抗値の変化に基づいて、より精度良く評価を行なうことができる。   In particular, in this embodiment, when the fuel cell is operated in the hydrogen pump state or the fuel cell state for evaluation, the low humidity gas is supplied to the cathode side. Thus, by supplying the low humidity gas to the cathode side, as described above, the effect of suppressing the intake of water vapor in the gas from the cathode side in the electrolyte membrane can be obtained, and the voltage drop caused by flooding can be obtained. It is possible to obtain an effect that the evaluation can be performed more accurately. In other words, when the fuel cell generates electricity, if the water generated at the cathode condenses into liquid water, the gas flow to the catalyst provided in the cathode may be suppressed to lower the output voltage. As shown in the example, by supplying low humidity gas to the cathode side and making the cathode side in a more dry state, condensation of the produced water can be suppressed and flooding can be suppressed. Therefore, the voltage drop caused by flooding is suppressed, the resistance rise caused by such a voltage drop is suppressed, and the evaluation is performed with higher accuracy based on the change in the resistance value of the electrolyte membrane due to the amount of absorbed water. be able to.

本実施例の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価の対象となる複数の燃料電池において互いに異ならせる条件の一つとしては、電解質膜における生成水の吸収の程度に影響し得る燃料電池内の構造の違いを挙げることができる。例えば、電解質膜２０と電極２１，２２とガス拡散層２３，２４とから成る積層構造を作製する際に、作製方法を異ならせることによって、上記積層構造の微細な構造を異ならせることができる。このような場合に、いずれの作製方法が望ましいかを、電解質膜における生成水吸収性能の観点から評価することが可能になる。   One of the different conditions in the plurality of fuel cells to be evaluated for the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of this example is a fuel that can affect the degree of absorption of the generated water in the electrolyte membrane. Differences in the structure within the battery can be mentioned. For example, when a laminated structure composed of the electrolyte membrane 20, the electrodes 21, 22 and the gas diffusion layers 23, 24 is produced, the fine structure of the laminated structure can be varied by varying the production method. In such a case, it is possible to evaluate which production method is desirable from the viewpoint of the generated water absorption performance in the electrolyte membrane.

また、評価の対象となる複数の燃料電池において互いに異ならせる他の条件の一つとして、電解質膜の種類を挙げることができる。あるいは、電解質膜の膜厚など、さらに他の条件を異ならせることとしても良い。このような場合にも、水素ポンプ状態における抵抗値Ｒ１と、燃料電池状態における抵抗値Ｒ２との差を求めることにより、電解質膜が生成水を吸収すること以外の要因に起因する性能変化の影響を抑えて、燃料電池内における電解質膜における生成水吸収性能を評価することができる。   In addition, as one of other conditions that are different from each other in the plurality of fuel cells to be evaluated, the type of the electrolyte membrane can be cited. Alternatively, other conditions such as the thickness of the electrolyte membrane may be varied. Even in such a case, by determining the difference between the resistance value R1 in the hydrogen pump state and the resistance value R2 in the fuel cell state, the influence of the performance change caused by factors other than the absorption of the generated water by the electrolyte membrane The generated water absorption performance in the electrolyte membrane in the fuel cell can be evaluated.

上記のように、評価対象となる複数種類の燃料電池を用意した場合に、ステップＳ１００およびＳ１３０において設定する評価時のガス供給条件を、燃料電池における所望の運転条件に応じて設定することにより、所望の運転条件下における電池性能を、電解質膜における生成水吸収性能の観点から評価することが可能になる。例えば、評価時のガス供給条件を、従来の燃料電池におけるガス供給条件に比べて低加湿な状態に対応する条件に設定するならば、より低加湿な条件で充分な性能が得られる燃料電池を、電解質膜における生成水吸収性能の観点から評価可能になる。このように、本実施例の評価方法によれば、どのような電解質膜を用いるか、所定の運転状態に適した燃料電池はどれか、どのような製造方法が望ましいか、を含む種々の条件について、燃料電池内における電解質膜の吸水性能の観点から評価することができる。   As described above, when a plurality of types of fuel cells to be evaluated are prepared, the gas supply conditions at the time of evaluation set in steps S100 and S130 are set according to desired operating conditions in the fuel cell, The battery performance under the desired operating conditions can be evaluated from the viewpoint of the generated water absorption performance in the electrolyte membrane. For example, if the gas supply condition at the time of evaluation is set to a condition corresponding to a low humidification state compared to the gas supply condition in the conventional fuel cell, a fuel cell capable of obtaining sufficient performance under a lower humidification condition is obtained. It becomes possible to evaluate from the viewpoint of the generated water absorption performance in the electrolyte membrane. As described above, according to the evaluation method of this example, various conditions including what electrolyte membrane is used, which fuel cell is suitable for a predetermined operation state, and what manufacturing method is desirable. Can be evaluated from the viewpoint of the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell.

なお、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価の対象となる燃料電池は、実施例に示した構造以外の構造を有していても良い。例えば、実施例では燃料電池１０を単セルとしたが、単セルを積層したスタック構造全体を、評価の対象としても良い。また、燃料電池１０が備える電解質膜２０は、実施例に示したフッ素系の高分子電解質膜の他、炭化水素系の高分子電解質膜としても良い。電極やガス拡散層、あるいはセパレータ構造について、種々の変形が可能であり、広く、固体高分子型燃料電池の評価に適用することができる。   In addition, the fuel cell which is the object of the evaluation of the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell may have a structure other than the structure shown in the examples. For example, in the embodiment, the fuel cell 10 is a single cell, but the entire stack structure in which the single cells are stacked may be evaluated. The electrolyte membrane 20 provided in the fuel cell 10 may be a hydrocarbon polymer electrolyte membrane in addition to the fluorine polymer electrolyte membrane shown in the embodiment. Various modifications can be made to the electrode, the gas diffusion layer, or the separator structure, and it can be widely applied to the evaluation of the polymer electrolyte fuel cell.

また、実施例では、複数の燃料電池の各々について、水素ポンプ状態における抵抗値Ｒ１と燃料電池状態における抵抗値Ｒ２との差である「Ｒ１−Ｒ２」を求め、求めた値を比較することで、複数の燃料電池を評価しているが、異なる構成としても良い。例えば、一定のガス供給条件下で、予め複数の燃料電池について上記差の値を求める等により、所望の生成水吸収性能の基準値としての上記差の値を設定しておくこともできる。この場合には、評価したい燃料電池について、上記「Ｒ１−Ｒ２」の値を求め、求めた差の値と上記基準値とを比較することによって、電解質膜の生成水吸収性能が所望の性能を満たすか否かを評価すればよい。   In the embodiment, for each of the plurality of fuel cells, “R1−R2” that is the difference between the resistance value R1 in the hydrogen pump state and the resistance value R2 in the fuel cell state is obtained, and the obtained values are compared. Although a plurality of fuel cells are evaluated, different configurations may be used. For example, the difference value as a reference value for a desired generated water absorption performance can be set by, for example, obtaining the difference value for a plurality of fuel cells in advance under a certain gas supply condition. In this case, for the fuel cell to be evaluated, the value of “R1−R2” is obtained, and by comparing the obtained difference value with the reference value, the generated water absorption performance of the electrolyte membrane exhibits the desired performance. What is necessary is just to evaluate whether it satisfy | fills.

Ｂ．評価結果の例
製造方法の異なる２種類の燃料電池を実際に作製し、本願の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価を行なった結果を以下に示す。ここでは、サンプルＡとサンプルＢの２種類の燃料電池（単セル）を作製して比較した。 B. Example of Evaluation Results Two types of fuel cells with different manufacturing methods were actually produced, and the results of evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell of the present application are shown below. Here, two types of fuel cells (single cells) of sample A and sample B were produced and compared.

サンプルＡの燃料電池は、以下のように作製した。電解質膜２０としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系の高分子電解質膜を用い、ガス拡散層２３，２４としては、カーボンペーパを用いた。電極２１，２２を形成するためには、触媒である白金の担持率が６０ｗｔ％である白金担持カーボン粒子と、フッ素系高分子電解質と、水とエタノールから成る溶媒とを混合した触媒インクを用いた。この触媒インクを、上記電解質膜２０およびガス拡散層２３，２４上にスプレー塗布し、塗布面同士を重ね合わせて加熱プレスすることにより、膜−電極−拡散層接合体を得た。得られた膜−電極−拡散層接合体を、一組のセパレータ２５，２６で挟持して、サンプルＡを完成させた。このように、サンプルＡでは、電極２１，２２は、電解質膜２０とガス拡散層２３，２４の双方に、触媒インクを約等量ずつ塗布して、両者を重ね合わせることによって形成した。   The fuel cell of Sample A was produced as follows. As the electrolyte membrane 20, a fluorine-based polymer electrolyte membrane comprising perfluorocarbon sulfonic acid was used, and as the gas diffusion layers 23 and 24, carbon paper was used. In order to form the electrodes 21 and 22, a catalyst ink in which platinum-supported carbon particles having a platinum support ratio of 60 wt% as a catalyst, a fluorine-based polymer electrolyte, and a solvent composed of water and ethanol are used. It was. This catalyst ink was spray-coated on the electrolyte membrane 20 and the gas diffusion layers 23 and 24, and the coated surfaces were overlapped and heated and pressed to obtain a membrane-electrode-diffusion layer assembly. The obtained membrane-electrode-diffusion layer assembly was sandwiched between a pair of separators 25 and 26 to complete sample A. Thus, in sample A, the electrodes 21 and 22 were formed by applying approximately equal amounts of catalyst ink to both the electrolyte membrane 20 and the gas diffusion layers 23 and 24 and superimposing the two.

サンプルＢの燃料電池は、電極２１，２２の形成方法以外は、サンプルＡの燃料電池と同様にして作製した。サンプルＢにおける電極２１，２２は、サンプルＡと同様の触媒インクを、電解質膜２０上のみにスプレー塗布し、電解質膜２０における塗布面と、塗布していないガス拡散層とを重ね合わせて、サンプルＡと同様の条件で加熱プレスして、膜−電極−拡散層接合体を作製した。なお、サンプルＢにおける電解質膜２０への触媒インクの塗布量は、サンプルＡにおける電解質膜２０への触媒インクの塗布量とガス拡散層２３，２４への塗布量との合計に等しい量とした。   The fuel cell of sample B was produced in the same manner as the fuel cell of sample A except for the method of forming electrodes 21 and 22. For the electrodes 21 and 22 in the sample B, the same catalyst ink as that in the sample A is spray-coated only on the electrolyte membrane 20, and the coated surface of the electrolyte membrane 20 and the gas diffusion layer not coated are overlapped. A membrane-electrode-diffusion layer assembly was produced by heating and pressing under the same conditions as in A. The amount of catalyst ink applied to the electrolyte membrane 20 in Sample B was equal to the sum of the amount of catalyst ink applied to the electrolyte membrane 20 and the amount applied to the gas diffusion layers 23 and 24 in Sample A.

上記したサンプルＡとサンプルＢの各々について、図２に示した評価方法に従って、水素ポンプ状態での抵抗値Ｒ１と、燃料電池状態での抵抗値Ｒ２とを求めた。各々のサンプルについて、第１の抵抗値Ｒ１は、印加した電流値および測定した電圧値を用いてオームの法則に基づき算出しており、第２の抵抗値Ｒ２は、交流インピーダンス法により測定した。各々のサンプルについて抵抗値Ｒ１およびＲ２を求めた結果を、図４に示す。また、各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を求める際の、燃料電池における測定条件を、以下に示す。   For each of Sample A and Sample B described above, the resistance value R1 in the hydrogen pump state and the resistance value R2 in the fuel cell state were determined according to the evaluation method shown in FIG. For each sample, the first resistance value R1 was calculated based on Ohm's law using the applied current value and the measured voltage value, and the second resistance value R2 was measured by the AC impedance method. The results of obtaining the resistance values R1 and R2 for each sample are shown in FIG. Moreover, the measurement conditions in the fuel cell when obtaining the respective resistance values R1, R2 are shown below.

第１の抵抗Ｒ１を求める際には、燃料電池温度（雰囲気温度）は、８０℃とした。ステップＳ１００でアノード側に供給開始したガスは、水素であって、相対湿度は４２％、流量は４０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧（燃料電池出口部でのガス圧、大気圧基準）は０ＭＰａ（Ｇ）とした。カソード側に供給したガスは窒素であって、相対湿度０％、流量４０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧０ＭＰａ（Ｇ）とした。ステップＳ１１０で燃料電池に印加した電流値（電流密度）は、０．５Ａ／ｃｍ2とした。 When calculating | requiring 1st resistance R1, the fuel cell temperature (atmosphere temperature) was 80 degreeC. The gas started to be supplied to the anode in step S100 is hydrogen, the relative humidity is 42%, the flow rate is 40 mL / min / cm 2 , and the back pressure (gas pressure at the fuel cell outlet, based on atmospheric pressure) is 0 MPa. (G). The gas supplied to the cathode side was nitrogen, and the relative humidity was 0%, the flow rate was 40 mL / min / cm 2 , and the back pressure was 0 MPa (G). The current value (current density) applied to the fuel cell in step S110 was set to 0.5 A / cm 2 .

第２の抵抗Ｒ２を求める際には、燃料電池温度は、８０℃とした。ステップＳ１３０でアノード側に供給開始したガスは、水素であって、相対湿度４２％、流量４０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧０ＭＰａ（Ｇ）とした。カソード側に供給したガスは空気であって、相対湿度０％、流量４０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧０ＭＰａ（Ｇ）とした。ステップＳ１４０で燃料電池から出力させた電流値（電流密度）は、０．５Ａ／ｃｍ2とした。 When calculating | requiring 2nd resistance R2, the fuel cell temperature was 80 degreeC. The gas started to be supplied to the anode side in Step S130 was hydrogen, and the relative humidity was 42%, the flow rate was 40 mL / min / cm 2 , and the back pressure was 0 MPa (G). The gas supplied to the cathode side was air, and the relative humidity was 0%, the flow rate was 40 mL / min / cm 2 , and the back pressure was 0 MPa (G). Current value is outputted from the fuel cell at step S140 (current density) was 0.5A / cm 2.

図４に示すように、水素ポンプ状態で求めた第１の抵抗Ｒ１は、サンプルＡとサンプルＢとで差がなく、ほぼ同じ値であった。これに対して、燃料電池状態で求めた第２の抵抗Ｒ２は、サンプルＡの方が小さかった。したがって、「Ｒ１−Ｒ２」の値は、サンプルＡの方が大きく、サンプルＡの方が、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価された。   As shown in FIG. 4, the first resistance R1 obtained in the hydrogen pump state was almost the same value with no difference between the sample A and the sample B. On the other hand, the second resistance R2 obtained in the fuel cell state was smaller in the sample A. Therefore, the value of “R1−R2” was larger in sample A, and sample A was evaluated as having higher water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell.

さらに、上記したサンプルＡおよびＢの各燃料電池について、上記抵抗値Ｒ１およびＲ２を求める条件の基として予め定めた「実際の発電時条件」下において、上記燃料電池状態における出力電流値と同じ電流値（０．５Ａ／ｃｍ2）を出力する際の出力電圧値を測定した。「実際の発電時条件」は、以下の通りである。燃料電池温度は、８５℃とした。アノード側に供給したガスは。水素であって、相対湿度３４％、流量４０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧０．１ＭＰａ（Ｇ）とした。カソード側に供給したガスは。空気であって、相対湿度３４％、流量１６０ｍＬ／ｍｉｎ／ｃｍ2、背圧０．１ＭＰａ（Ｇ）とした。このような条件で発電を行なったときの出力電圧値は、サンプルＡは０．５５Ｖであり、サンプルＢは０．４９５Ｖであった。すなわち、サンプルＡの方が、電池性能が優れていると評価された。 Further, for each of the fuel cells of Samples A and B described above, the same current as the output current value in the fuel cell state under the “actual power generation conditions” determined in advance as a basis for obtaining the resistance values R1 and R2. an output voltage value when outputting the value (0.5A / cm 2) was measured. The “actual power generation conditions” are as follows. The fuel cell temperature was 85 ° C. The gas supplied to the anode side. Hydrogen, relative humidity 34%, flow rate 40 mL / min / cm 2 , back pressure 0.1 MPa (G). The gas supplied to the cathode side. Air, with a relative humidity of 34%, a flow rate of 160 mL / min / cm 2 , and a back pressure of 0.1 MPa (G). The output voltage values when power generation was performed under such conditions were 0.55V for sample A and 0.495V for sample B. That is, Sample A was evaluated as having superior battery performance.

図４に示したように、水素ポンプ状態で求めた第１の抵抗Ｒ１は、サンプルＡとサンプルＢとの間に差がないことから、電極２１，２２の製造方法の違いは、電極と電解質膜２０、あるいは、電極とガス拡散層２３，２４との間の接触抵抗にはほとんど影響していないと考えられる。さらに、「Ｒ１−Ｒ２」の値から、サンプルＡの方が、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと考えられる。したがって、実際の発電時条件において、サンプルＡの方が電池性能が優れていた要因としては、電極の製造方法が異なることによって、接触抵抗が低減されたのではなく、電解質膜の生成水吸収性能が向上したことによるものと評価することができた。   As shown in FIG. 4, since the first resistance R1 obtained in the hydrogen pump state is not different between the sample A and the sample B, the difference in the manufacturing method of the electrodes 21 and 22 is that the electrode and the electrolyte are different. It is considered that the contact resistance between the film 20 or the electrode and the gas diffusion layers 23 and 24 is hardly affected. Furthermore, from the value of “R1−R2”, it is considered that Sample A has higher performance of absorbing the generated water of the electrolyte membrane in the fuel cell. Therefore, in the actual power generation conditions, the reason why the battery performance of Sample A was superior was that the contact resistance was not reduced due to the difference in the electrode manufacturing method, but the generated water absorption performance of the electrolyte membrane It was possible to evaluate that this was due to the improvement.

なお、サンプルＡの方が、電解質膜の生成水吸収性能が向上した理由の一つとしては、触媒インクを、ガス拡散層２３，２４側にも塗布することによって、接触抵抗には影響しない程度に、電極とガス拡散層２３，２４との密着性が向上したことが考えられる。具体的には、触媒インクをガス拡散層側にも塗布したサンプルＡでは、電極とガス拡散層との間が隙間無く密着しているのに対して、電解質膜側に触媒インクを塗布して形成した電極とガス拡散層とを圧着させるサンプルＢでは、電極とガス拡散層との間には、接触抵抗には影響しない程度の微少な空間が形成されると考えられる。微少な空間がほとんど形成されないサンプルＡにおいては、電極で生じた生成水は、電極とガス拡散層との界面近傍において効率よく電解質膜側へと押し戻されて、電解質膜の生成水吸収性能が向上すると考えられる。これに対して、電極とガス拡散層との間に微少な空間が形成されたサンプルＢでは、この隙間に生成水が液水の状態で滞留しやすくなり、電解質膜の生成水吸収性能が抑えられると考えられる。   In addition, as for one of the reasons that the sample A improved the generated water absorption performance of the electrolyte membrane, the coating resistance is not affected on the contact resistance by applying the catalyst ink also to the gas diffusion layers 23 and 24 side. Furthermore, it is considered that the adhesion between the electrode and the gas diffusion layers 23 and 24 has improved. Specifically, in sample A in which the catalyst ink was applied also to the gas diffusion layer side, the electrode and the gas diffusion layer were in close contact with each other without any gap, whereas the catalyst ink was applied to the electrolyte membrane side. In sample B in which the formed electrode and the gas diffusion layer are pressure-bonded, it is considered that a minute space that does not affect the contact resistance is formed between the electrode and the gas diffusion layer. In sample A in which a very small space is not formed, the generated water generated at the electrode is efficiently pushed back to the electrolyte membrane side in the vicinity of the interface between the electrode and the gas diffusion layer, and the generated water absorption performance of the electrolyte membrane is improved. I think that. On the other hand, in sample B in which a minute space is formed between the electrode and the gas diffusion layer, the generated water tends to stay in the gap in the state of liquid water, and the generated water absorption performance of the electrolyte membrane is suppressed. It is thought that.

燃料電池１０の断面を模式的に示す説明図である。2 is an explanatory view schematically showing a cross section of a fuel cell 10. FIG. 電解質膜の生成水吸収性能の評価方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the evaluation method of the production | generation water absorption performance of an electrolyte membrane. 電解質膜の生成水吸収性能を評価する動作を模式的に表わす説明図である。It is explanatory drawing which represents typically the operation | movement which evaluates the production | generation water absorption performance of an electrolyte membrane. 各々のサンプルについて抵抗値を求めた結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having calculated | required the resistance value about each sample.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池
２０…電解質膜
２１…カソード
２２…アノード
２３，２４…ガス拡散層
２５，２６…ガスセパレータ
３１…カソード側ガス供給装置
３２…アノード側ガス供給装置
４７…単セル内酸化ガス流路
４８…単セル内燃料ガス流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 20 ... Electrolyte membrane 21 ... Cathode 22 ... Anode 23, 24 ... Gas diffusion layer 25, 26 ... Gas separator 31 ... Cathode side gas supply device 32 ... Anode side gas supply device 47 ... Oxidation gas flow path in single cell 48 ... Fuel gas flow path in a single cell

Claims (9)

燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
燃料電池に対して、アノードに水素を供給すると共にカソードに水素または不活性ガスを供給しつつ、予め定めた値の電流を印加して、前記電解質膜における抵抗値を求める第１の工程と、
前記燃料電池に対して、アノードに水素を供給すると共にカソードに酸素を供給しつつ、前記予め定めた値の電流が出力されるように前記燃料電池に負荷を接続して、前記燃料電池が発電する際の前記電解質膜における抵抗値を求める第２の工程と、
前記第１の工程で求めた抵抗値と、前記第２の工程で求めた抵抗値とに基づいて、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能を評価するための評価値を求め、前記評価を行なう第３の工程と
を備える評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell,
A first step of determining a resistance value in the electrolyte membrane by applying a predetermined current while supplying hydrogen to an anode and supplying hydrogen or an inert gas to a cathode for a fuel cell;
While supplying hydrogen to the anode and oxygen to the cathode, a load is connected to the fuel cell so that the predetermined current is output, and the fuel cell generates power. A second step of obtaining a resistance value in the electrolyte membrane when performing,
Based on the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step, an evaluation value for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell is obtained, and the evaluation And a third step of performing evaluation. 請求項１記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記評価値は、前記第１の工程で求めた抵抗値と、前記第２の工程で求めた抵抗値との差であり、
前記第３の工程は、前記差が大きいほど、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価する工程である
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell according to claim 1,
The evaluation value is a difference between the resistance value obtained in the first step and the resistance value obtained in the second step,
The third step is a step of evaluating that the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell is higher as the difference is larger. The method for evaluating the generated water absorption capability of the electrolyte membrane in the fuel cell. 請求項２記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１および第２の工程は、複数の燃料電池の各々について行なわれ、
前記第３の工程は、前記複数の燃料電池毎に、前記評価値として前記差を求め、前記差が大きい燃料電池ほど、燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能が高いと評価する工程である
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to claim 2,
The first and second steps are performed for each of the plurality of fuel cells,
The third step is a step of obtaining the difference as the evaluation value for each of the plurality of fuel cells, and evaluating that the fuel cell having a larger difference has a higher ability to absorb the generated water of the electrolyte membrane in the fuel cell. A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell. 請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１の工程と前記第２の工程との間で、アノードに供給するガス中の湿度同士、および、カソードに供給するガス中の湿度同士は、それぞれ等しい
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
Between the first step and the second step, the humidity in the gas supplied to the anode and the humidity in the gas supplied to the cathode are equal to each other. Water generated in the electrolyte membrane in the fuel cell Absorption performance evaluation method. 請求項４記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１および第２の工程においてカソードに供給するガス中の湿度は、前記第１および第２の工程においてアノードに供給するガス中の湿度よりも低いことを特徴とする
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to claim 4,
The electrolyte membrane in the fuel cell, wherein the humidity in the gas supplied to the cathode in the first and second steps is lower than the humidity in the gas supplied to the anode in the first and second steps Of evaluating water absorption performance of water. 請求項５記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１および第２の工程においてカソードに供給するガス中の湿度は０％である
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell according to claim 5,
The humidity in the gas supplied to the cathode in the first and second steps is 0%. The method for evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. 請求項５または６記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１および第２の工程においてアノードに供給するガス中の湿度は、前記燃料電池を用いて実際に発電を行なう際に前記燃料電池に供給されるガスの条件下における前記電解質膜の抵抗値と等しい抵抗値を前記電解質膜が示すときの湿度として決定される値である
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to claim 5 or 6,
The humidity in the gas supplied to the anode in the first and second steps is the resistance value of the electrolyte membrane under the condition of the gas supplied to the fuel cell when power is actually generated using the fuel cell. A method of evaluating the generated water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell, which is a value determined as humidity when the electrolyte membrane exhibits a resistance value equal to. 請求項１ないし７いずれか記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１の工程におけるアノードおよび／またはカソードに供給するガスの流量、ガス圧、前記燃料電池の温度の少なくとも一つを含む燃料電池パラメータは、前記第２の工程における前記燃料電池パラメータと等しい値に設定されている
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
A fuel cell parameter including at least one of a flow rate of gas supplied to the anode and / or cathode in the first step, a gas pressure, and a temperature of the fuel cell is equal to the fuel cell parameter in the second step. The evaluation method for the water absorption performance of the electrolyte membrane in the fuel cell. 請求項８記載の燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法であって、
前記第１と第２の工程との間で等しい値に設定されている前記燃料電池パラメータは、さらに、前記燃料電池を用いて実際に発電を行なう際の前記燃料電池パラメータと等しい値に設定されている
燃料電池内における電解質膜の生成水吸収性能の評価方法。 A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell according to claim 8,
The fuel cell parameter that is set to an equal value between the first and second steps is further set to a value that is equal to the fuel cell parameter at the time of actual power generation using the fuel cell. A method for evaluating the generated water absorption performance of an electrolyte membrane in a fuel cell.
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