燃料電池啟動方法

2023-10-10 06:25:24

燃料電池啟動方法
【專利摘要】本發明公開了一種燃料電池模塊，其配置和/或操作成在關閉過程之後使燃料電池堆放電，所述燃料電池模塊的陰極在至少一段時間內至少部分地被氮覆蓋。如果在這種條件下重新啟動所述燃料電池模塊，則電化學反應受到限制並且不會快速地再充電所述燃料電池堆。為了減少啟動時間，在對所述燃料電池堆再充電之前使空氣移動至所述陰極中。空氣可以由泵、風扇或者被電池或存儲的氫的流動或壓力所驅動的風機供給。例如，直至所述燃料電池堆能夠供給足夠的電流以驅動操作風機正常操作為止，可以通過電池驅動附加風扇或操作風機。
【專利說明】燃料電池啟動方法
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本專利要求2012年4月2日提交的美國臨時專利申請第61/619，073號的利益，在此將其以引用的方式併入本文。

【技術領域】
[0003]本發明涉及燃料電池，特別是涉及一種用於重新啟動燃料電池的方法和設備。

【背景技術】
[0004]燃料電池將燃料中存儲的化學能轉換成諸如電力等有用形式的能量。具體類型的燃料電池的一個例子是:可操作產生電力的質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)燃料電池。
[0005]典型的PEM燃料電池包括布置在陽極與陰極之間的電解質膜。氫燃料被供給到陽極並且氧化劑被供給到陰極。在產生電力、熱和水的一系列互補電化學反應中，在PEM燃料電池中，氫燃料和氧化劑用作反應物。
[0006]許多因素導致不希望的反應發生，從而增大了磨損率並且使PEM燃料電池的一些成分發生降解。例如，在停止進行這些反應物的分別供給之後，保留在PEM燃料電池內的小量氫燃料和氧化劑已知在關閉和重新啟動過程中發生燃燒。PEM燃料電池內的燃燒使包括電解質膜和沉積在電極上的催化劑層的各種成分降解。各種成分的累積降解會降低PEM燃料電池的功效，並可能導致PEM燃料電池失效。
[0007]更具體地，出現與氫和氧的電化學消耗相反的燃燒，這是因為PEM燃料電池模塊內的條件隨著在PEM燃料電池模塊的正常操作(即，「接通」狀態)轉換為「關閉」狀態的過程中可操作的支持系統開始發生變化。隨著內部條件變化，一些氫分子擴散至膜的陰極側並在氧存在下燃燒。類似地，一些氧分子穿過膜擴散並在膜的陽極側與氫燃料發生反應。因為氫分子比氧分子小，所以氫穿過膜的擴散實際上更加普遍(在沒有驅動壓差的情況下穿過膜)，因而能更容易地穿過膜擴散。
[0008]可能發生的另一種不希望的反應是:PEM燃料電池內至少一個催化劑層的電化學腐蝕。這會進一步使PEM燃料電池的性能劣化。
[0009]2008年9月16日公開的美國專利第7，425，379B2號，名稱為燃料電池中的被動電極覆蓋(Passive Electrode Blanketing in a Fuel Cell)描述了一種燃料電池模塊，其具有燃料電池堆、可穿過電極連接的寄生負載和用於存儲諸如氫等一定量第一反應物的反應物容器。當關閉燃料電池模塊時，存儲量的第一反應物被取出而與留在燃料電池堆中的一定量第二反應物(例如，空氣中的氧氣)發生反應，從而電化學消耗第一反應物和第二反應物，這樣留下了基本上包含非反應性試劑(例如，氮氣)的混合物，因此被動地覆蓋電極。寄生負載限制了燃料電池堆的電壓，且包括在關閉期間燃料電池堆中殘餘的第一反應物和第二反應物的電化學消耗。電極間的壓力梯度以及任選的止回閥可以允許非反應性試劑在電極間移動。也可以提供與所述燃料電池模塊相關的處理。


【發明內容】

[0010]下面的討論旨在向讀者介紹下面的具體說明，並且不限制或限定任何所要保護的發明。
[0011]本發明人注意到，覆蓋有非反應性試劑的燃料電池，例如美國專利第7，425，379B2號中所述的關閉的燃料電池，可能需要不同量的時間來重新啟動。例如，僅關閉I分鐘的燃料電池以及關閉I天以上的燃料電池傾向於基本上立刻重新啟動。然而，關閉I小時的燃料電池可能花費更長的時間來重新啟動。在燃料電池堆不操作時，通常被提供用於操作閥門和電子控制的電池非常大，這時延遲啟動是不太值得注意的。然而，通常期望在一定程度上儘可能減小電池的尺寸。
[0012]當關閉燃料電池模塊時，它的燃料電池堆通常處於放電狀態以出於其他原因而避免存在未知的電氣危險。儘管不希望受理論限制，但是對於被動電極覆蓋而言，在關閉之後的一段時間內，燃料電池堆的陰極被氮氣完全覆蓋，如果有的話，存在極少的用於陰極的氧氣。電化學反應相應地受到限制，或者不可用，因此在重新啟動燃料電池模塊時不能對燃料電池堆進行快速地電力再充電。在通過一些其他方法被非反應性試劑覆蓋的燃料電池堆中也可能出現類似問題。
[0013]本發明說明了在啟動過程中將氧引入燃料電池堆的陰極的方法和設備。當燃料電池模塊通常具有在操作過程中適於向陰極供給空氣的風機時，操作風機的尺寸設成為燃料電池堆的最大功率輸出提供足夠的空氣，並且在燃料電池堆再充電之後通常由燃料電池堆為風機供電。上述方法和設備除了降低電力要求以外還提供了較小的氧流動。在燃料電池堆再充電之前，可以由電池對這種較小的氧流動提供或充以動力。
[0014]本文說明的燃料電池模塊具有燃料電池堆，所述燃料電池堆設有將反應物(例如，空氣中的氧)供給至一個以上陰極的裝置。所述裝置(諸如風扇、泵或操作風機等)在所述燃料電池堆被充電之前藉助電池提供的電力或者壓力能量或者這二者進行操作。例如，但不是限制性的，所述裝置可以是設置為與陰極流體連通的風扇。所述風扇設置成在啟動之後除了操作風機以外也用來向所述燃料電池堆供給空氣，並且具有比所述操作風機更低的閾值功率要求。任選地，在所述風機操作時所述風扇可以用作流量計。在另一個模塊中設有電路，所述電路能夠使電池在例如直至所述燃料電池堆被再充電為止的一段時間內以低速轉動所述操作風機。
[0015]本文說明了燃料電池模塊的啟動方法。所述方法包括如下步驟:在對燃料電池堆進行充電之前或者在不使用燃料電池堆產生的電能時使氧流動至陰極。所述陰極可以預先覆蓋有非反應性試劑。任選地，可以通過由電池驅動的電氣裝置供給或使氧流動。
[0016]在詳細說明書中說明的一個燃料電池模塊中，存在有:燃料電池堆，其包括至少一個燃料電池，每個燃料電池包括陽極、陰極以及布置在所述陽極與所述陰極之間的電解質介質，其中，在正常操作期間，所述陽極被供給第一反應物並且所述陰極被供給含有第二反應物和非反應性試劑的第一混合物；寄生負載，其跨越所述陽極和所述陰極連接；反應物容器，其與所述陽極連接並能夠存儲一定量適於所述燃料電池模塊的關閉過程的第一反應物，因此，在使用中當所述燃料電池模塊關閉時，所存儲的一定量第一反應物從所述反應物容器取出並與留在所述燃料電池模塊中的一定量第二反應物發生電化學反應，從而將一定量或全部第一反應物或第二反應物或者這兩者電化學消耗掉，由此剩下基本上包含非反應性試劑的第二混合物；以及泵、風扇或風機，其與所述陰極連接並且操作成在未對所述燃料電池進行充電時向所述陰極供給第一混合物。所述反應物容器例如可以是在所述燃料電池模塊的正常操作中用於供給第一混合物的單獨儲罐或管道。所述反應物容器可以設定尺寸，或者可以是重複填裝的，使得除了在關閉時留在所述燃料電池堆內的第一反應物之外，可以供給一定量第一反應物，以在關閉過程期間電化學消耗留在所述燃料電池模塊中並引入其中的一定量第二反應物。所述燃料電池模塊還具有以下裝置:在重新啟動程序中，例如直至燃料電池堆被充電為止，用於向使用所述燃料電池堆之外的電源的陰極供給多種固定混合物。
[0017]在詳細說明書中說明的一種用於關閉和重新啟動燃料電池的方法中，所述燃料電池包括:第一電極、第二電極以及布置在第一電極與第二電極之間的電解質膜，其中，在正常操作期間，第一電極被供給第一反應物並且第二電極被供給含有第二反應物和非反應性試劑的第一混合物；所述方法包括:使第一反應物停止流入第一電極；切斷用來支持配套設施的電力；經由跨越第一電極和第二電極連接的寄生負載引出電流；提供一定量第一反應物，用來電化學消耗殘餘量的第二反應物；允許一定量第一混合物延緩流入第二電極，任選地，其中，在關閉時一定量第一反應物和燃料電池堆中殘餘的第一反應物與殘餘量和流入量的第二反應物發生電化學反應，從而留下包含非反應性試劑的第二混合物；並且，在所述燃料電池堆再充電之前或者利用從所述燃料電池堆之外的電源引出的電能時，使一定量第一混合物流入，從而重新啟動燃料電池模塊。
[0018]基於下面一個以上示例或方法和裝置的說明，對本領域技術人員而言，本發明的各個方面及特徵是顯而易見的。這些示例旨在包括每個權利要求的至少一個實施方案，並且每個示例對於每個權利要求的實施方案而言不是必要的，每個權利要求不是必須包括每個示例。這些示例也可以包括任何權利要求的步驟或元件之外的特徵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是燃料電池模塊的簡化示意圖；
[0020]圖2是示出了燃料電池模塊的第一布置的示意圖；
[0021]圖3是示出了在關閉過程的相繼階段中圖2所示的燃料電池模塊的陰極中存在的氣體組成的圖表；
[0022]圖3B是示出了在啟動處理的相繼階段中圖2所示的燃料電池模塊的陰極中存在的氣體組成的圖表；
[0023]圖4是示出了燃料電池模塊的第二布置的示意圖；
[0024]圖5是示出了燃料電池模塊的第三布置的示意圖；以及
[0025]圖6是示出了燃料電池模塊的第四布置的示意圖。

【具體實施方式】
[0026]燃料電池模塊通常由多個串聯連接的燃料電池構成，由此形成燃料電池堆。燃料電池模塊還包括被用於維持燃料電池模塊的功能和操作的相關結構部件、機械系統、硬體、固件和軟體的適當組合。這些物件包括但不限於管路、傳感器、調節器、集電器、密封件和絕緣器。
[0027]參照圖1，示出了質子交換膜(PEM)燃料電池模塊(在下文中簡稱為燃料電池模塊100)的簡化示意圖，這裡的說明是為了示出與燃料電池模塊的操作相關的一些一般注意事項。應理解的是，本發明適用於包括一個以上燃料電池的各種構造的燃料電池模塊。
[0028]存在多種不同的燃料電池技術，一般地，本發明期望應用於所有類型的燃料電池。除了質子交換膜(PEM)燃料電池之外，其他類型的燃料電池包括但不限於:鹼性燃料電池(AFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和再生燃料電池(RFC)。
[0029]燃料電池模塊100採用氫作為燃料而空氣作為氧化劑來源。空氣是約80%氮氣(N2)和20%氧氣(O2)，因而是合適的氧化劑來源。這些估計的百分比忽略了大氣中其他氣體的存在(例如，C02、C0、S02、PbS等)。
[0030]燃料電池模塊100包括陽極21和陰極41。陽極21包括氣體輸入口 22和氣體輸出口 24。類似地，陰極41包括氣體輸入口 42和氣體輸出口 44。電解質膜30布置在陽極21與陰極41之間。
[0031]燃料電池模塊100還包括位於陽極21與電解質膜30之間的第一催化劑層23、位於陰極41與電解質膜30之間的第二催化劑層43。在一些實施例中，第一催化劑層23和第二催化劑層43分別沉積在陽極21和陰極41上。
[0032]負載115連接在陽極21與陰極41之間。
[0033]在操作中，在某些條件下經由氣體輸入口 22將含有氫的燃料引入陽極21。上述條件的示例包括但不限於:諸如流速、溫度、壓力、相對溼度等因素以及氫與其他氣體的混合物。氫在電解質膜30和第一催化劑層23的存在下，根據下面給出的反應式(I)發生電化學反應。
[0034]H2= 2H++2e_ (I)
[0035]反應式⑴的化學產物是氫離子(S卩，陽離子)和電子。氫離子穿過電解質膜30到達陰極41，電子被負載115吸引。多餘的氫(有時與其他氣體和/或液體組合)從氣體輸出口 24引出。
[0036]同時，在某些條件下經由氣體輸入口 42將諸如空氣中的氧等氧化劑引入陰極41。上述條件的示例包括但不限於:諸如流速、溫度、壓力、相對溼度等因素以及氧化劑與其他氣體的混合物。包含未反應的氧化劑和生成的水的多餘氣體通過氣體輸出口 44從陰極41引出。
[0037]氧化劑在電解質膜30和第一催化劑層43的存在下，根據下面給出的反應式(2)發生電化學反應。
[0038]l/202+2H++2e-= H2O (2)
[0039]反應式(2)的化學產物是水。在陽極21中由反應式(I)產生的電子和離子化的氫原子，在陰極41中經反應式(2)被電化學消耗。電化學反應式⑴和反應式(2)是彼此互補的，並且表明對於電化學消耗的每個氧分子(O2)，電化學消耗兩個氫分子(H2)。
[0040]向燃料電池模塊(例如，圖1中所示的燃料電池模塊100)連續地供給氫燃料和氧化劑來驅動電化學反應式⑴和反應式⑵是很浪費的，並且在很多情況下(例如，存在波動負載或間歇負載的情況下)是不必要的。然而，在某些情況下，關閉燃料電池模塊會引發一個以上的不希望的反應，從而使燃料電池模塊的一些組件劣化。因此，在不引起燃料電池模塊的一些組件過度劣化的情況下，期望能夠可靠地斷開(即，關閉)燃料電池模塊。在一些燃料電池模塊100中，提供了一種變型，在關閉和重啟期間降低了燃料電池模塊的一些組件的磨損率和劣化。在一些燃料電池模塊100中，該修改方式適於被動地降低磨損率和劣化，然而在其他實施例中，採用主動機制來支持磨損率和劣化的被動下降。特別地，在一些燃料電池模塊100中，在關閉過程期間，在增大殘餘反應物的電化學消耗的同時，通過減少這些反應物的燃燒量來降低磨損率和劣化。
[0041]參照圖2，示出了燃料電池模塊300的示意圖。本領域技術人員應當理解的是，燃料電池模塊還包括被統稱為「配套設施」(balance of plant)支持部件的適當組合，圖2中未示出上述支持部件，但可與燃料電池模塊300 —起設置。
[0042]燃料電池模塊300包括由一個以上PEM燃料電池組成的燃料電池堆200。每個PEM燃料電池(未示出)包括如圖1示意性示出的設置在陽極與陰極之間的電解質膜。燃料電池堆200具有陰極入口 202、陰極出口 203、陽極入口 204和陽極出口 205。陰極入口 202和陰極出口 203與燃料電池堆200中的各陰極流體連接。同樣地，陽極入口 204和陽極出口205與燃料電池堆200中的各陽極流體連接。
[0043]燃料電池堆200還包括可連接負載(例如，電動機)的電連接件18a、18b。跨過燃料電池堆200的電連接件18a、18b任擇地連接有相對較小的寄生負載17。小寄生負載17在關閉過程期間幫助限制電壓響應，下面會更具體地說明。
[0044]寄生負載17的值優選被選擇成與由燃料電池模塊300供電的實際負載(例如，電動機)相比相對較小，使得在正常操作期間寄生負載17的耗電量小於實際負載的耗電量。可選擇地，寄生負載17被選擇成它的耗電量比正常操作中實際負載的耗電量少0.03%。
[0045]在圖2中，小寄生負載17與電連接件18a、18b恆定地連接，因此，在正常操作期間通過小寄生負載17耗電。任選地，小寄生負載17可以布置成在關閉燃料電池模塊300之前或者之後立即與燃料電池堆200的電連接件18a、18b連接，並且在正常操作期間與燃料電池堆200脫離。
[0046]可選擇地，寄生負載17可以由燃料電池堆200內的內部阻抗組成。特別地，燃料電池堆200中包含的膜可以提供足夠大的內部阻抗作為在關閉過程期間限制燃料電池堆200的電壓響應用的足夠的寄生電阻。
[0047]燃料電池模塊300包括分別對陰極入口 202和陽極入口 204的反應物氣體流入的切斷進行控制的輸入閥10和輸入閥12。類似地，分別設有對陰極出口 203和陽極出口 205的廢氣流出的切斷進行控制的輸出閥11和輸出閥13。
[0048]輸入閥10串聯連接在陰極入口 202與風機60之間。風機60是在輸入閥10打開時用於迫使空氣進入陰極入口 202的任何裝置(例如，機動風扇、壓縮機等)。可選擇地，風機60也用於被動地延緩但不必須停止當切斷電力時來自風機60的空氣自由流入到陰極入口 202。下面參照圖3、圖4和圖6更具體地進行說明這種情況。
[0049]輸入閥12串聯連接在燃料供給口 107與陽極入口 204之間。燃料供給口 107還與氫燃料供給容器(未示出)或者一些其他氫燃料運送系統(未示出)連接。燃料容器19和流動控制裝置14分別串聯連接在輸入閥12與陽極入口 204之間。
[0050]輸出閥11串聯連接在陰極出口 203與第一排出口 108之間。類似地，輸出閥13串聯連接在陽極出口 205與第二排出口 109之間。排出口 108和排出口 109任選地與其他裝置連接，例如，包括用於對來自燃料電池模塊300的廢氣或者液體進行再循環利用的電解槽的排出系統等。
[0051]止回閥15連接在通向外界環境(未圖示)的空氣供給口 106與陰極入口 202之間，使得止回閥15與輸入閥10並聯。任選地，止回閥15可以是當陰極入口 202處的壓力下降到預定量的外界環境壓力(被稱為開啟壓力)以下時打開的壓力敏感機構。可將開啟壓力設成與外界環境的氣壓和陰極入口 202的內部壓力之間的預定壓差相對應。預定壓差可以對應於燃料電池堆200的陰極中氣體混合物的總體積，尤其是，可以對應於陰極中的氧相對於其他氣體(例如，空氣中的氮氣等)的量。下面參照圖3進一步具體地進行說明這種情況。
[0052]氫容器19設置為用於存儲在燃料電池模塊300的關閉過程期間使用的固定量的氫，參照圖3下面進一步具體地進行說明。任選地，氫容器19可以是具有能夠存儲足夠氫燃料的適宜大小的容器，以便在閥10、閥11、閥12和閥13關閉且使來自風機60的空氣的迫使流入停止時將留在燃料電池模塊300中的氧基本上電化學消耗掉。另一種選擇是，氫容器19由用於相同目的能夠存儲足夠氫的預定長度的軟管或管道(可以是捲成圈的)構成。可選擇地，無論容器、軟管還是管道形式的氫容器19都可以比所需的小，但是在關閉過程期間將氫容器19中的氫燃料量按照所需量重新裝滿，從而提供足夠的氫燃料以便電化學消耗殘餘的氧。此外，本領域技術人員應當理解的是，當設計氫(反應物)容器的大小時，將考慮關閉後燃料電池堆中殘餘的氫(或相關反應物)的量。如下面將討論的那樣，還優選調節所提供的氫量，以說明空氣或氧的量(如果存在)，期望在關閉過程期間其流入燃料電池堆。
[0053]流動控制裝置14設置為例如通過對輸送至陽極入口 204的氫燃料的壓力進行設定來調節輸送至陽極入口 204的氫燃料的供給。任選地，流動控制裝置14可以是前置壓力調節器，即，採用氣壓與偏置彈簧組合的圓頂負荷。該前置壓力調節器將陽極入口 204處的壓力設定為相對於陰極入口 202處的壓力相差一定量。例如，陽極入口 204處的壓力可以被調節為比陰極入口 202處的壓力高出預定的固定量。可選擇地，可以使用在操作中需要電力供給的流動控制裝置，然而，流動控制裝置可以是被動式元件，例如被動式前置壓力調節器等。
[0054]燃料電池模塊300任選地包括使陽極出口 205與陽極入口 204連接的氫再循環泵16。在燃料電池模塊300的正常操作中，氫再循環泵16進行操作使通過陽極出口 205排出的一部分未使用的氫再循環至陽極入口 204。
[0055]用於閥10、閥11、閥12和閥13的各類型閥的示例包括但不限於普通閉閥、普通開閥和自鎖閥(latching valve)。本領域技術人員應當理解的是，可以適當採用不同其他類型的閥。
[0056]任選地，閥10、閥11、閥12和閥13中的一些可以是普通閉閥。僅當向特定閥連續供給控制信號(或某一電動勢)時，普通閉閥是打開的，因而允許氣體(或液體)的自由流動。也就是說，在未向特定普通閉閥供電時該閥保持關閉，這樣能防止氣體(或液體)通過該閥自由流動。
[0057]任選地，閥10、閥11、閥12和閥13中的一些可以是普通開閥。僅當向特定閥連續供給控制信號(或某一電動勢)時，普通開閥是關閉的，因而停止氣體(或液體)的自由流動。也就是說，在未向特定普通開閥供電時該閥保持打開，這樣能允許氣體(或液體)通過該閥自由流動。
[0058]任選地，閥10、閥11、閥12和閥13中的一些可以是自鎖閥。自鎖閥要求控制信號脈衝在「打開」位置與「關閉」位置之間切換。在沒有控制信號脈衝(或另一電動脈衝)的情況下，自鎖閥保持在其當前位置不發生變化。
[0059]在燃料電池模塊300的正常(即，能量產生或者「接通」狀態)操作中，閥10、閥11、閥12和閥13是打開的，從而允許氣體(和液體)自由流向各埠 202、埠 203、埠 204和埠 205或者從其流出。此外，向風機60、流動控制裝置14和氫再循環泵16供電，從而對進入燃料電池堆200的反應物氣體的流入進行調節。本領域技術人員應當理解的是，向其他支持元件相應地供電，並且由燃料電池模塊300產生的能量通過電連接件18a、18b連接。
[0060]燃料電池堆200中用於陰極的氧化劑由空氣獲得，該氧化劑由大約20%的氧組成。風機60經由打開的輸入閥10迫使空氣進入陰極入口 202。在陰極內部，來自空氣的一部分氧用於上述電化學反應式(2)中。
[0061]氫燃料穿過燃料供給口 107經由氫容器19和流動控制裝置14行進至陽極入口204。氫再循環泵16也有助於將氫燃料供給輸送至陽極入口 204，它操作為迫使一部分未使用的氫(即，從陽極出口 205排出的氫)返回至陽極入口 204。在陽極內部，一部分氫用於上述電化學反應式(I)中。
[0062]來自陰極出口 203和陽極出口 205的多餘廢氣和廢液流過相應的輸出閥11和輸出閥13，並分別通過排出口 108和排出口 109從燃料電池模塊300排出。
[0063]在正常操作期間止回閥15保持關閉，這是因為陰極入口 202內的壓力等於或大於外界環境的氣壓。
[0064]當將傳統燃料電池模塊關閉時，燃料電池堆內的條件發生改變。由於支持並調節燃料電池堆的操作的元件切換成它們各自的關閉狀態，因而上述條件發生改變。例如，輸入閥和輸出閥是關閉的，這樣切斷了供給流入和排放流出。此外，當諸如流動控制裝置等元件切換成關閉狀態時，諸如陽極內壓力等內部條件發生改變。與上述的電化學反應式(I)和
(2)中的消耗相反，當燃料電池堆的內部條件改變時，燃料電池堆中殘餘的氫和氧以及進給線(位於燃料電池堆與閉合閥之間)通常在燃燒反應中基本上被消耗掉。
[0065]圖2中圖示的燃料電池模塊300不是傳統的燃料電池模塊，因為燃料電池模塊300的組件配置成在關閉過程期間使燃料電池堆200內氫和氧的燃燒總量被動地減小。這是通過如下方式實現的:與在關閉過程期間傳統燃料電池模塊內通常發生的情況相對地，通過向留在燃料電池模塊300內的氫和氧的電化學消耗被動地引入增量。
[0066]特別地，氫容器19用作在輸入閥12關閉之後燃料電池堆200用的足夠量額外氫燃料的來源。簡單地說，從與燃料電池模塊300的其他部件組合的氫容器19取出的額外氫燃料與燃料電池堆200內部殘餘氧引起電化學消耗。另外，由於氧的來源是空氣(大約80%的氮)，因而燃料電池堆200內電極被動地覆蓋有氮。高濃度氮降低了燃料電池堆200內部發生的燃燒的量。被動覆蓋處理具有使燃料電池模塊300內並具體是燃料電池堆200內壓力變化的作用。下面參照圖3並繼續參照圖2詳細說明在關閉過程期間發生的覆蓋處理。
[0067]圖3示出了在關閉期間的相繼階段中圖2所示的燃料電池堆200的陰極中存在的氣體混合物的近似簡易明細圖表。圖3僅僅提供作為基本連續的可視化和流體處理的幫助，並且不旨在限制下面章節中所要求的本發明的範圍。
[0068]當關閉燃料電池模塊300時，反應物氣體(氫燃料和空氣中帶有的氧)的流入被切斷，使得燃料電池堆200有效地缺乏需要繼續進行電化學反應式(I)和(2)的反應物氣體。為此，關閉閥10、閥11、閥12和閥13並向風機60供電，切斷流動控制裝置14和氫再循環泵16。當燃料電池模塊300關閉時，關閉輸出閥11和輸出閥13，減少了經由相應的出口 203和出口 205分別洩漏至陰極和陽極的氣體的量。
[0069]無論寄生負載17是否恆定連接，它的作用都是限制燃料電池模塊300關閉和/或與實際負載脫離時燃料電池堆200的電壓(即，堆電壓)。如果寄生負載17不是恆定連接的，那麼在開始關閉過程之前或之後，寄生負載17立即跨過電連接件18a、18b連接。防止燃料電池堆200的輸出電壓達到很高水平有助於限制可能由高的堆電壓觸發的電化學腐蝕機制。寄生負載17的存在進一步引導在開始關閉過程時燃料電池模塊300中殘餘氫和氧的電化學消耗。
[0070]具體地，通過為從燃料電池堆200放電的電流和電壓提供路徑，寄生負載17被動地引導殘餘反應物氣體的電化學消耗。隨著陽極或陰極中一者或兩者上的反應物氣體濃度的減小，燃料電池堆200的構成燃料電池的電化學電勢(根據電壓測得)下降。如果寄生負載17是簡單的電阻器，則隨著燃料電池電壓下降，流過該電阻器的相應電流也會減小。在沒有燃料電池堆內的燃料電池變成負向的危險的情況下，燃料電池電壓電位的逐漸減小與靜態電阻器的電流損耗所致的減小之間的這種結合會導致燃料電池電壓的逐漸減小，就好象在沒有充分供給反應物氣體的情況下將會發生較大電流引出的情況。
[0071]下面參照圖3中的3-1，就在關閉過程啟動之後，燃料電池堆200中的陰極含有與空氣(地球上)的成分大致對應的氣體混合物。也就是說，燃料電池堆200中的各陰極含有約80%氮和20%氧(忽略其他微量氣體)的氣體混合物。各陰極的壓力大致與外界環境的氣壓相同(例如，約Iatm)。
[0072]隨著燃料電池堆內條件的改變(出於上面討論過的原因)，燃料電池堆200的陰極中的氧主要根據電化學反應式(I)和(2)發生電化學消耗。用來維持電化學反應式(I)和
(2)的所需氫燃料由氫容器19供給。隨著氧的消耗，陰極中氣體混合物的體積明顯下降，這導致陰極內部壓力相應地下降。圖3的3-2示出了在基本消耗掉氧之後陰極內氣體混合物的明細的示例。氮構成陰極中存在的氣體的約98%，並且陰極內的壓力為約0.8atm。
[0073]繼續參照圖2，由於燃料電池堆200的陰極的內部壓力下降到外界環境的氣壓以下，因而止回閥15打開，斷定超過了開啟壓力。額外空氣經由空氣供給口 106和打開的止回閥15流入燃料電池模塊300，導致陰極中有新的氣體混合物。當陰極內壓力升高到足以關閉止回閥的水平(考慮了所用止回閥的容差)時止回閥15關閉，在足夠量空氣進入陰極之後將會發生這種情況。當使用傳統止回閥時，一旦陰極內壓力升到足夠高時彈簧就迫使閥關閉，從而使δ壓力低於止回閥開啟壓力。
[0074]假設直至陽極內的壓力約等於外界環境的壓力為止，止回閥都保持打開，則新的氣體混合物的明細如圖3的3-3所示。新的氣體混合物由來自3-1所示的原始氣體混合物的80%氮和20%的新加入空氣組成。考慮到空氣為約80%氮，圖3的3-4示出了 3_3所示的新氣體混合物的等效明細。陰極中存在的氮總量為約96%並且壓力大約與外界環境的氣壓相同(例如，latm)。重複該過程，使陰極中存在的氧(大約為陰極體積的4%)與氫容器19提供的氫發生電化學消耗。然後，在陰極中由氧消耗所產生的空隙將被外界環境的空氣(還是由約80%氮和20%氧組成)填滿。因此，通過這種基本上連續的過程，使燃料電池堆200的陰極主要被氮覆蓋。
[0075]此外，圖2所示的燃料電池模塊300的布置還誘發燃料電池堆200中陽極的被動氮覆蓋。隨著來自氫容器19的氫燃料的消耗，陽極中存在的氣體混合物的體積減小，隨後導致陽極內相應的壓力下降。陽極內的壓力下降導致在燃料電池堆200中從各膜的陰極到陽極側的跨膜建立的壓力梯度。該壓力梯度從各陰極到陽極跨膜被動地取出氮，從而也會使陽極覆蓋有氮。
[0076]本領域技術人員應注意的是，陰極和陽極的覆蓋會一齊以連續不斷的流體方式出現，因此難以在離散步驟中圖示這一過程。因此，上面提供的說明不是旨在將本發明的範圍限制成離散事件或處理的具體順序。
[0077]任選地，可以將燃料電池模塊配置成在關閉過程期間主動地減小燃料電池堆200內氫和氧的總燃燒量。例如，在關閉過程期間，可以將來自容器的氮注入燃料電池模塊的陰極、陽極或者這二者中。
[0078]任選地，為了實現陰極和陽極更有效地覆蓋有大氣壓的氮，可以提供足夠接近的額外空氣，從而在氧被幾乎完全消耗掉之後，留下高濃度的氮餘量。這需要向燃料電池堆的陽極供給接近化學計算量的氫，從而促進氧的電化學消耗。更普遍地，供給燃料電池的至少一種反應物必須提供有非反應性試劑，其在反應物被另一種反應物幾乎完全電化學消耗之後仍留在燃料電池中。
[0079]仍然參照圖3，可以對燃料電池模塊300的一些方面進行考慮。如上所述，在圖3的3-3中，陰極41中的氣體混合物包含約4%氧並且通過寄生負載17不能使燃料電池堆200完全放電。如果此時需要重啟燃料電池模塊，例如使用來自設有燃料電池模塊300的電池的電力，可以使輸入閥12和輸出閥13暫時或恆定地打開，從而允許密封燃料罐中的氫取代陽極21中的氮。利用陰極41中存在的一部分氧，可以開始進行電化學反應，並且電化學反應用於促進電池對燃料電池堆200的再充電。一旦燃料電池堆200被再充電，就可以重新開始正常操作。此外，在將氮引入陽極21之後，可以打開輸入閥10和輸出閥11。經過一段時間，例如幾個小時、一天以上，由於自然力將使空氣或氧移動至陰極41。在此情況下如果啟動燃料電池模塊300，則電化學反應能夠再次幫助再充電燃料電池堆200。然而，在圖3的3-4中，或者近似情況，極少氧(如果有的話)可以在陰極41中，並且極少電化學反應(如果有的話)能夠幫助再充電燃料電池堆200。在這種情況下，在沒有用來再充電燃料電池堆的其他不必要大電池的情況下，燃料電池模塊300不能快速重啟。
[0080]參照圖3B，在啟動方法的開始階段，陰極41如3-5所示幾乎完全被氮覆蓋。為了減少所需的啟動時間，向陰極加入一定量的空氣，如3-6所示取代一部分氮。這樣空氣中的氧能用於電化學反應，從而有助於充電燃料電池堆200。3-6中所示的空氣的量僅僅是示例。在燃料電池堆再充電之前加至燃料電池堆200的陰極41中的空氣的量例如可以是陰極41中可用氣體體積的10%?100%。空氣可由除了燃料電池堆以外的其他能量源(例如，電池或加壓氣體)提供。
[0081]當燃料電池堆200達到所選的充電水平時，可以考慮對燃料電池堆200進行充電、再充電或者不放電。所選的充電水平不需要像正常操作或燃料電池堆200的最大充電水平那樣大。例如，所選的充電水平可以是正常操作或燃料電池堆200的最大充電水平的50%或75%。所選的充電水平優選對燃料電池堆200而言足夠大，從而向配套設施供電。例如，燃料電池堆200優選能夠通過普通操作電路充電而操作下述風機60。
[0082]參照圖2，在對燃料電池堆200進行再充電之前使用泵300將空氣移動至燃料電池堆200的陰極41。在啟動過程中，打開入口閥12使罐中壓縮的氫流入燃料供給口 107。氫稀釋陽極21中的氮，並且還使與陽極入口 204連通的氣缸304中的活塞302發生移位。活塞302的相對面與陰極供給口 202連通。因此，氫壓力使活塞302將一定體積的空氣從氣缸304中排出至燃料電池堆200的陰極41。在下一個關閉過程期間通過打開閥306將空氣再填充至氣缸304中，同時在陽極21 (圖3的3-2)中存在使活塞302縮回的部分真空。可選擇地，在不會產生足夠真空的燃料電池模塊中(例如圖4中)，可以使用彈簧308。當活塞302縮回時對容器19的容積進行調節以補償添加至燃料電池堆200的氫。任選地，可以設置其他泵送機構以便在啟動過程中利用壓力、壓降或氫的流動，從而使空氣移動至燃料電池堆200。
[0083]參照圖4，示出了第二燃料電池模塊302的示意圖。本領域技術人員應注意的是，燃料電池模塊還包括被統稱為「配套設施」的支持部件的適當組合，圖4中未示出上述支持部件，但上述支持部件可與第二燃料電池模塊302 —起設置。
[0084]圖4所示的燃料電池模塊302與圖2所示的燃料電池模塊300相似。因此，燃料電池模塊300和燃料電池模塊302共同的元件具有共同的附圖標記。燃料電池模塊300和燃料電池模塊302之間的差異在於，燃料電池模塊302不包括輸入閥10、輸出閥11、止回閥15和空氣供給口 106。此外，在啟動過程中，燃料電池模塊302不使用泵300而使用風扇400向燃料電池堆200供給空氣。
[0085]圖4所示的風機60與陰極入口 202連接，且在風機60與陰極入口 202之間未布置閥(例如，輸入閥10)。風機60是用於迫使空氣進入陰極入口 202的任何裝置(例如，機動風扇、壓縮機等)。風機60也用於被動地延緩但不必須停止當切斷電力時來自風機60的空氣自由流入到陰極入口 202。下面參照圖3、圖4和圖6更具體地進行說明這種情況。風機60設計成或者選擇為在燃料電池堆200的電壓下進行操作，且在第二燃料電池模塊302的正常操作中由燃料電池堆200供電。
[0086]在正常操作期間，燃料電池模塊302以與上述燃料電池模塊300基本相同的方式操作。
[0087]在關閉過程期間，第二燃料電池模塊302的操作與燃料電池模塊300的操作相同；然而，正如已經提到的，不存在延緩和允許空氣自由流入陰極入口 202的止回閥。反而，流入陰極入口 202的空氣經由風機60的路徑得以充分減慢，這樣在額外的空氣流入陰極取代被消耗氧的損失體積之前，燃料電池堆200的陰極中殘餘的氧(當關閉燃料電池模塊300時)基本上被電化學消耗。也就是說，進一步參照圖3，在由於壓力的相對下降而將額外空氣被動引入陰極之前，陰極中氣體混合物的明細與圖3-2所示的明細相同。一旦額外空氣以其自己的方式穿過風機60進入燃料電池堆200的陰極，則陰極中氣體混合物的明細與圖3-3所示(並且，等同於3-4)的明細相同。
[0088]換句話說，局部限制流過風機60的空氣，防止了對於陰極上電化學消耗掉的氧的連續、快速補給，這將防止在陰極上形成佔優勢的富氮氣體組成。因此，除了不會在陰極中生成大的可測真空之外，陰極上的氧濃度的逐漸耗盡與上述參照圖2所述的過程相同。相反，氧的電化學耗盡會在陰極中產生體積空隙和局部耗盡的氧濃度，這會將額外空氣引至電極表面(通過壓力與濃度差驅動力的組合)。
[0089]此外，由於沒有輸出閥(例如，輸出閥11)阻擋從陰極出口 203到第一排出口 108的路徑，所以一部分空氣經由陰極出口 203和第一排出口 108流入陰極。另外，如上述參照圖2所示，隨著氫被消耗掉，在燃料電池模塊302 (圖4)中，陽極中的壓力下降，使氮經過各膜被引出。
[0090]還應當注意的是，由於燃料電池模塊302中不包括圖2中的閥10和閥11，因而空氣會繼續擴散至陰極。經過一段時間，這會使陰極中的氣體組成與周圍大氣的氣體組成近似相同。繼而，這會逐漸導致陽極氣體組成的濃度發生變化，從而在延長的一段時間內，可以假設陽極和陰極氣體組成與周圍大氣的氣體組成近似相同。在這樣的實施例中，與上述示例相比期望略微更高水平的降解。
[0091]此外，本領域技術人員應注意的是，陰極和陽極的覆蓋會一齊以連續不斷的流體方式出現，因此難以在離散步驟中圖示這一過程。因此，上面提供的說明不是旨在將本發明的範圍限制成離散事件或處理的具體順序。
[0092]如上所述，在關閉燃料電池模塊302之後，在燃料電池模塊302中陰極最終含有空氣。這使得氧能夠支持電化學反應，從而有助於在啟動時對燃料電池堆進行充電。然而，在關閉燃料電池模塊302之後且在足夠量空氣重新進入陰極電之前，存在可以從五分鐘至一天的時間段，由此提供了快速啟動。例如，如圖3B的3-5所示，在這段時間中，陰極完全或部分地被氮覆蓋，並且通過迫使空氣進入能夠減少啟動時間。
[0093]為了使空氣移動至陰極，直至燃料電池堆200能夠使風機60操作為止，接通風扇400。風扇400例如可以是用於冷卻電子產品的瑪芬型(muffin)風扇。風扇400藉助由電池供給的DC電壓進行操作，例如用於操作閥12、閥13並對燃料電池模塊302進行電子控制的電池。例如，如圖3A的3-6所示，操作風扇400使空氣移動至陰極，從而減少啟動時間。
[0094]任選地，風扇400可以與燃料電池模塊302的其他組件組合。例如，風扇400可以是風機60內的第二線圈。可選擇地，風扇400可以是在正常操作期間用於測量風機60的輸出的流動傳感器。風扇400可以位於陰極出口 203的下遊或者風機60的上遊，而不是處於圖4所示的風機60與陰極入口 202之間的位置。風扇400也可以帶有或沒有絕緣閥地與風機60並聯，或者可以帶有或沒有絕緣閥地與連接至陰極入口 202或陰極出口 203的管道中的三通接頭連通。
[0095]參照圖5，示出了第三燃料電池模塊304的示意圖。本領域技術人員應注意的是，燃料電池模塊還包括被統稱為「配套設施」支持部件的適當組合，圖5中未示出上述支持部件，但上述支持部件可與第三燃料電池模塊304 —起設置。
[0096]圖5所示的燃料電池模塊304與圖2所示的燃料電池模塊300相似。因此，燃料電池模塊300和燃料電池模塊304共同的元件具有共同的附圖標記。兩個燃料電池模塊300和燃料電池模塊304之間的差異在於，燃料電池模塊304不包括輸出閥11、止回閥15和空氣供給口 106。燃料電池模塊304也使用風扇400而不是泵300，然而，燃料電池模塊300可選擇性地使用風扇400，且燃料電池模塊304可選擇性地使用泵306。
[0097]在正常操作期間，燃料電池模塊304以與上述燃料電池模塊300基本相同的方式操作。
[0098]在關閉過程期間，燃料電池模塊304的操作與上述燃料電池模塊302的操作相同。同樣地，不存在延緩及允許空氣自由流入陰極入口 202的止回閥。此外，風機60與陰極入口 202之間設有輸入閥10，由於輸入閥10是關閉的，因而在關閉過程期間額外空氣不能經由風機60流入燃料電池堆200的陰極。相反，空氣經由第一排出口 108穿過陰極出口 203流入陰極。在該實施例中，期望將第一排出口 108的尺寸和/或形狀設定成在反向方向上空氣的流動經由第一排出口 108的反向路徑得以充分減慢，這樣在額外的空氣流入陰極取代被消耗氧的損失體積之前，燃料電池堆200的陰極中殘餘的氧(當關閉燃料電池模塊300時)基本上被電化學消耗。也就是說，進一步參照圖3，在由於壓力的相對下降而將額外空氣被動引入陰極之前，陰極中氣體混合物的明細與圖3-2所示的明細相同。一旦額外空氣以其自己的方式穿過風機60進入燃料電池堆200的陰極，則陰極中氣體混合物的明細與圖3-3所示(並且，等同於3-4)的明細相同。此外，如上述參照圖2所示，隨著氫被消耗掉，在燃料電池模塊304(圖5)中，陽極中的壓力下降，使氮經過各膜被引出。
[0099]此外，本領域技術人員應注意的是，陰極和陽極的覆蓋會一齊以連續不斷的流體方式出現，因此難以在離散步驟中圖示這一過程。因此，上面提供的說明不是旨在將本發明的範圍限制成離散事件或處理的具體順序。
[0100]在啟動過程中，在接通風扇400之前打開入口閥10。
[0101]參照圖6，示出了本發明另一實施例各方面的第四燃料電池模塊306的示意圖。本領域技術人員應注意的是，燃料電池模塊還包括被統稱為「配套設施」支持部件的適當組合，圖6中未示出上述支持部件，但上述支持部件可與第四燃料電池模塊306 —起設置。
[0102]圖6所示的燃料電池模塊306與圖2所示的燃料電池模塊300相似。因此，燃料電池模塊300和燃料電池模塊306共同的元件具有共同的附圖標記。燃料電池模塊300和燃料電池模塊306之間的差異在於，燃料電池模塊306不包括輸入閥10、止回閥15和空氣供給口 106。此外，儘管所示的燃料電池模塊306可以使用泵300，但它還使用了風扇400。
[0103]如圖4所示，圖6中所示的風機60與陰極入口 202連接，且在其間沒有布置閥(例如，輸入閥10)。風機60是用於迫使空氣進入陰極入口 202的任何裝置(例如，機動風扇、壓縮機等)。風機60也用於被動地延緩但不必須停止當切斷電力時來自風機60的空氣自由流入到陰極入口 202。
[0104]在正常操作期間，燃料電池模塊306以與上述燃料電池模塊300基本相同的方式操作。
[0105]在關閉過程期間，燃料電池模塊306的操作與燃料電池模塊300和302的操作相同；然而，正如已經提到的，不存在延緩及允許空氣自由流入陰極入口 202的止回閥。反而，流入陰極入口 202的空氣通過風機60的路徑得以充分減慢，這樣在額外的空氣流入陰極取代被消耗氧的損失體積之前，燃料電池堆200的陰極中殘餘的氧(當關閉燃料電池模塊300時)基本上被電化學消耗。也就是說，進一步參照圖3，在由於壓力的相對下降而將額外空氣被動引入陰極之前，陰極中氣體混合物的明細與圖3-2所示的明細相同。一旦額外空氣以其自己的方式穿過風機60進入燃料電池堆200的陰極，陰極中氣體混合物的明細與圖3-3所示(並且，等同於3-4)的明細相同。
[0106]此外，由於燃料電池模塊306包括輸出閥11，所以在關閉過程期間能夠防止額外的空氣進入陰極出口 203，這是因為在關閉過程期間輸出閥11是關閉的。另外，如上述參照圖2所示，隨著氫被消耗掉，在燃料電池模塊306 (圖6)中，陽極中的壓力下降，使氮經過各膜被引出。
[0107]此外，本領域技術人員應注意的是，陰極和陽極的覆蓋會一齊以連續不斷的流體方式出現，因此難以在離散步驟中圖示這一過程。因此，上面提供的說明不是旨在將本發明的範圍限制成離散事件或處理的具體順序。
[0108]在啟動過程中，在接通風扇400之前打開輸出閥11。
[0109]參照圖2、圖4、圖5和圖6，作為燃料電池模塊300、302、304、306的替代，任選的第二止回閥26(僅在圖6中示出)可以連接在陽極入口 204與陰極入口 202之間。當在陽極中的壓力與陰極中的壓力之間存在預定壓差時第二止回閥26配置成打開，這樣在關閉過程期間僅允許從陰極流向陽極；並且在正常操作期間，第二止回閥26配置成保持關閉。
[0110]第二止回閥26用來確保當來自氫容器19的很大一部分氫燃料被電化學消耗掉時來自陰極的氮穿過陽極，如上所述，這將導致相應的壓力下降。這是為了補充和/或替代穿過燃料電池堆200中各膜的氮擴散的需要，也是作為一種覆蓋陽極的方式。
[0111]參照圖4、圖5和圖6，作為燃料電池模塊302、304、306的替代，可以省略風扇400並且它的作用被用於使用電池(例如，配套設施中已經存在的電池)驅動風機60的附加電路替代。如上所述，在正常操作期間由燃料電池堆驅動風機60。在該替代中，電池與風機60連接，從而在啟動過程中象對於風扇400進行的說明那樣操作風機60。電池僅能夠緩慢地轉動風機60，例如在風機60的正常操作速度的25%以下或10%以下。電池通過變壓器可以與風機連接，從而提供適於移動風機的電壓輸出和電流輸出。可選擇地，電池可以通過包含配置成向風機60提供電力脈衝的一個以上電容器的電路與風機60連接。在啟動過程開始或接近開始時將與風機電路連接的電池切換成接通。一段時間之後，通過檢測燃料電池堆200任選地進行測定，以確定是否對燃料電池堆200進行再充電，將與風機電路連接的電池切換成斷開，並且燃料電池堆200與風機60電連接。
[0112]任選地，但不是優選地，在對燃料電池堆200進行充電之前，燃料電池堆200可以用來驅動風扇400或風機60，或者幫助電池驅動風扇400或風機60。這種選擇一般不是優選的，因為與電池提供相同電量的選擇相比，從燃料電池堆200引出的電力會延遲對燃料電池堆200的再充電。然而，這種選擇對於電池容量受限的情況是有益的。如果風扇400具有足夠低的電阻，則通過加速燃料電池堆200中的化學反應得到的利益可以證明從燃料電池堆200引出電力是正確的。如果沒有風扇400，則燃料電池堆200可以通過啟動電路與風機60連接，該啟動電路具有配置成在減小風機60的表觀電阻或者限制從燃料電池堆200引出電力的同時向風機60供給脈衝或連續的電力的一個以上電晶體或電容器。在另一選擇中，啟動過程可以具有由電池驅動風扇400或風機60的初始時間段，隨後風扇400與燃料電池堆200電連接或者風機60通過電力限制電路與燃料電池堆電連接(而電池沒有與風扇400或風機60連接)的中間時間段。當對燃料電池堆200再充電時，該中間時間段結束。再充電狀態可以通過檢測燃料電池堆200進行測定，以確定是否達到指定充電水平，例如燃料電池堆200的正常操作充電或最大充電的50 %以上或75 %以上。然後，燃料電池模塊302、304、306恢復正常操作。
[0113]所描述的僅僅是本發明原理的應用的說明性描述。本領域技術人員應當理解的是，在不脫離本發明的範圍內，可以有其他布置。因此，應當理解的是，在所附權利要求的範圍內，本發明可以具體說明之外的方式實施。
【權利要求】
1.一種燃料電池模塊，其使用作為第一反應物的氫以及包括作為第二反應物的氧和作為非反應性試劑的氮的空氣，所述燃料電池模塊包括: 燃料電池堆，其包括至少一個燃料電池，每個燃料電池包括陽極、陰極以及布置在所述陽極與所述陰極之間的電解質介質，其中，在正常操作期間，所述陽極被供給第一反應物並且所述陰極被供給空氣； 寄生負載，其跨越所述陽極和所述陰極連接； 反應物容器，其與所述陽極連通；以及， 泵、風扇或風機，(a)在所述燃料電池堆處於放電狀態時或者(b)使用所述燃料電池堆之外的電源時，其被操作成向所述陰極供給空氣。
2.一種用於關閉和重新啟動燃料電池的方法，所述燃料電池包括:第一電極、第二電極以及布置在第一電極與第二電極之間的電解質，其中，在正常操作期間，第一電極被供給第一反應物並且第二電極被供給含有第二反應物和非反應性試劑的第一混合物；所述方法包括: 使第一反應物停止流入第一電極； 切斷向所述燃料電池的支持部件的電力； 經由跨越第一電極和第二電極連接的寄生負載引出電流； 提供一定量第一反應物，用來電化學消耗殘餘量的第二反應物； 允許一定量第一混合物流入第二電極；以及 當重新啟動所述燃料電池模塊時，(a)在燃料電池堆再充電之前或者(b)使用所述燃料電池堆之外的電源時，使一定量第一混合物流入第二電極。
3.一種燃料電池模塊，其包括: 燃料電池堆； (a)在所述燃料電池堆處於放電狀態時或者(b)使用所述燃料電池堆之外的電源時，適於向所述燃料電池堆的一個以上陰極供給空氣的裝置。
4.根據權利要求3所述的燃料電池模塊，還包括電池，其中所述裝置藉助所述電池提供的電能進行操作。
5.根據權利要求4所述的燃料電池模塊，其中，所述裝置是風扇並且所述燃料電池模塊還包括風機，所述風機當在充電狀態下操作所述燃料電池時適於向所述一個以上陰極供給空氣。
6.根據權利要求5所述的燃料電池模塊，其中，當操作所述風機時所述風扇適於作為流量計或流動傳感器進行操作。
7.根據權利要求3所述的燃料電池模塊，還包括含有壓縮氫的儲罐，其中，所述裝置藉助氫的流動、壓力或壓力變化所提供的能量來操作。
8.根據權利要求4所述的燃料電池模塊，其中，所述裝置是通常由所述燃料電池堆供電的風機，並且所述燃料電池模塊還包括適於將所述電池臨時連接至所述風機的電路。
9.一種燃料電池模塊的啟動方法，包括如下步驟:(a)在燃料電池堆再充電之前或者(b)使用所述燃料電池堆之外的電源時，使氧流入所述燃料電池堆的陰極。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述陰極預先覆蓋有非反應性試劑。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其中，通過操作由電池驅動的電氣裝置使氧流動。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述電氣裝置是在所述燃料電池模塊的正常操作期間由所述燃料電池堆驅動的風機以外的風扇。
13.根據權利要求11所述的方法，其中，所述電氣裝置是閥。
14.根據權利要求11所述的方法，其中，所述電氣裝置是在所述燃料電池模塊的正常操作期間由所述燃料電池堆驅動的風機。
15.根據權利要求9?14中任一項所述的方法，還包括如下步驟:當對所述燃料電池堆進行再充電時檢測所述燃料電池堆以進行確定。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，當所述燃料電池堆達到其正常操作或最大充電狀態的至少50%時，考慮對其進行再充電。
【文檔編號】H01M8/04GK104488122SQ201380022983
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年4月2日
【發明者】納撒尼爾·伊恩·約斯 申請人:水吉能公司