與操作燃料電池的方法有關的裝置的製作方法

2023-05-05 01:54:51

專利名稱：與操作燃料電池的方法有關的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對供給有含氫和氧化碳氣體的燃料電池進行操作的方法以及與其有關的裝置。
背景技術：
人們早就知道用作電化學裝置的燃料電池，它允許從化學反應的自由能向電能的直接轉換。這樣，燃料電池不受Carnot循環典型限定條件的影響，它們的能量轉換效率明顯高於以燃燒為基礎的系統例如Otto和Diesel型馬達以及通常用於民用的加熱器和工業加熱系統。此外，燃料電池工作的特點是沒有有害的釋放物，例如一氧化碳、芳香族多環碳氫化合物、氧化氮和相反作為內部燃燒系統常量的粉末。目前人們普遍認識到的這兩個正面特性和在大城市密集、環境質量逐步惡化的問題增加了人們對燃料電池的興趣，今天，已經獲得了用於燃料電池內部關鍵部件的新的、先進的結構材料，以及在限定成本的情況下，用於大批量生產的可行的新生產方法。
在各種已知的類型中，薄膜燃料電池看上去相當接近於商用階段。這些電池主要由兩個多孔電極構成，這兩個電極設置有合適的催化劑的並包括插入的薄質子導電膜。該組件設置在兩個導電板之間，這兩個導電板具有向兩個電極輸送反應物、防止反應物釋放到外部環境以及取回由催化劑催化的化學反應產生的電能的多種功能。為了獲得常規應用所需要的高電流密度，將多個單電池組裝成真正的電池，目前稱作「電池堆」。為了使這種類型的電池堆正常工作，質子導電膜必須表現出高導電性，以便儘可能地減小由於歐姆降引起的電能流失。目前採用的薄膜基於磺化聚合物，尤其是全氟化聚合物，必須保持在高的水合條件。此目標通過將操作溫度限制到60-90攝氏度並僅在適當加溼之後輸送上述氣體而得以實現。
使膜組件工作的反應物由輸送到正極(陰極)的含氧氣體(最好是空氣)構成，以及由輸送到負極(陽極)的含氫氣體構成。對於空氣而言，沒有遇到明顯的不能供應的限制條件，僅有的問題關係到減少粉末的要求和壓力值，尤其對於汽車應用，此值優選高於大氣壓。對於氫而言，可以在瓶中、在壓力下以純氫方式提供，或者在具有高效熱絕緣性的特殊容器中以低溫液體的方式提供。然而，如今不再直接使用純氫，這當然表示對於燃料電池普及的決定性障礙，至少對於批量應用，例如為了在民用和工藝建築中產生電能和熱量的固定應用，以及用於汽車的應用。這些應用獲得了最大的工業興趣，對於研製和隨後的試驗階段需要證明獲得最大利潤的事實。為此，如今的技術趨向於藉助現有的吸熱或熱自動補償重整工藝從碳氫化合物例如甲烷、LPG、汽油和醇類例如甲醇和乙醇得到氫的原位產物。因此，此處的燃料電池系統由電池堆、重整反應器、輔助組件例如風扇/壓縮機、循環泵、熱交換器、閥和控制電子元件構成。
在碳氫化合物或醇和水之間的蒸汽重整反應在第一高溫步驟中生成氫、一氧化碳、二氧化碳、水、在某些情況下的碳的混合物，隨後這些混合物以比較低的溫度轉化為氫、二氧化碳、剩餘的水和在某些情況下的碳(此操作通常稱為「CO-轉變」)。這種最終的混合物仍含有少量的一氧化碳，根據在CO轉變過程中採用的條件下通常在0.5-1％之間。
二氧化碳沒有負面影響，反之存在一氧化碳(CO)會給結合到電池堆中的催化劑的正常工作帶來嚴重問題，這是因為CO能夠吸收到活性位置上，因此不能再進行與氫的所需反應。在原有技術膜燃料電池的工作溫度下，典型為60-90攝氏度，吸收是特別明顯的，僅當來自重整單元的氣體中CO的含量特別小時，尤其低於百萬分之十(10ppm)，才能消除吸附。在設置有非常特殊催化劑的附加可選的氧化反應器中的最下遊CO單元獲得此結果在添加適當的特製量空氣之後，將含有氫、二氧化碳、水、在某些情況下的碳的氣體注入到反應器的內部，在反應器中，含在空氣中的氧將CO氧化成二氧化碳。這種裝置有一系列不利的負面效應，具體來說氫的損失，即使僅有一部分氫與氧結合形成了水，隨後也存在著可選的氧化反應器溫度升高的危險，利用空氣中所含的氮稀釋，臨界值的調整，隨著時間引起了對工作可靠性的質疑，在可能達到電池堆的CO含量的重峰的情況下控制的可能損失，系統的附加成本。
R.A.Lemons在Journal of Power Source，29(1990)，第251頁中描述了一種用於操作膜燃料電池的可選溶液，該燃料電池中的重整氣體含有的CO濃度遠遠地超過10ppm的嚴格限制添加有適量空氣的重整氣立即使上遊電池堆顯示出非常接近於完全沒有CO的氣體的性能。
然而，由Lemons公開的方法需要非常精密的調整系統，隨著時間的推移該系統被證明不是完全可靠的，並且它增加了整個系統的成本。空氣注入裝置的失效會引起許多後果，例如，可能導致陽極溫度增加，這使催化劑不可逆地失去活性，在更壞的一種情況下，在電池堆中形成爆炸性氫氧混合物。允許避免空氣流動調整裝置的這一構思的可選實施方式在DE19646354中描述。對於CO氧化所必需的氧在水電解池中產生並添加到含氫和一氧化碳的氣體中在這種情況下，即使當由電池堆產生的電能輸出發生變化時，通過適當的調整輸送到水電解池中的電流，也能保持氧的百分比恆定。因此必須應用合適的調整裝置，這再一次帶來了成本以及類似於與注入空氣流動的調節有關的上述問題。
DE19710819描述了一種用於使受到在含氫氣體中存在的一氧化碳引起的性能失效的影響的燃料電池重新活化的方法，該方法基於在工作過程中電池的周期性短路。假設在短路過程中陽極的電化學電位增加至一定值，其中在陽極界面中存在的水轉化為完全吸附到催化顆粒表面的OH-和O:自由基(radical)。這些自由基將堵塞催化位置的CO轉化為不吸附的惰性二氧化碳。在短路結束時，催化劑可以正常工作；然而，在缺乏連續性保護的情況下，性能再次惡化。這就需要周期性的重複短路步驟。顯然將這種方法應用於商業系統中的電池堆操作會導致電流輸出的周期性變化，這對使用者來說是無法接受的。
為了克服與上述方法有關的問題，用於研製膜燃料電池技術的大部分努力都集中在陽極催化劑的最佳化，這些陽極催化劑對於在來自重整和一氧化碳轉化單元的氣體中存在的至少100ppm的一氧化碳濃度具有固有的抵制性。這些催化劑有與其它貴金屬或非貴金屬混合的Pt構成，例如釕和鉬，後者在US6165636中描述。這些配方基於兩方面的原則減弱一氧化碳吸收能量，加強氫吸收能量，多虧了這些合金的電子結構，在通過所添加的金屬如在釕和鉬的情況下提供的催化位置上增加了吸收氧化物質的形成例如OH-。這些催化劑顯示出相當的脆弱例如鉬可以進行可逆的氧化，在過高的電流輸出下或者當保持重整氣體流速方面的問題是從經驗中得出時，這種可逆的氧化會破壞其所有的抵制性能。在最有利的假設中，最有利的數據表明以抑制催化劑中毒為基礎的方法允許採用含高達約100ppmCO的氣體在此情況下，重整和CO轉化單元必須配置有可選的氧化反應器，隨著設計的簡化，甚至對所生成的氣體純度的要求可以不再那麼嚴格。然而在切斷或性能失效的過程中萬一出現影響組成的強烈的異常，破壞的可能性還是不能消除，其消除需要對電池堆和/或重整和CO轉化反應器的附加控制。
解決由一氧化碳所引起的中毒問題的另一種方案表明膜燃料電池堆的操作基本上在比60到90℃的前述特定值更高的溫度下進行。例如在150到180℃，CO的吸收實際上是可忽略的，甚至含0.5-1％的CO的重整氣體也可以在不進行任何處理的情況直接採用。在這些條件下能夠令人滿意地工作的膜目前正在研究當中，考慮到將要解決的問題，例如機械穩定性和具有低水合值的可接受導電性，對於第一次商業應用來說需要花費很長的時間。
對原有技術的嚴格分析表明現在強烈需要用於輸送具有含高CO濃度的氣體的電池堆的裝置和方法，CO濃度遠遠高於100ppm，並且該裝置和方法簡單、內在可靠、價格合理。

發明內容
本發明公開了用於操作電池堆的方法和相關裝置，該電池堆由多個質子導電膜燃料電池製成，在陰極側供給空氣，在陽極側供給含有氫和一氧化碳的氣體，例如通過碳氫化合物或醇的吸熱或熱自動補償蒸汽重整獲得的氣體。本發明的方法依據的基本原理在於，在既沒有使設備昂貴和複雜化也沒有使催化劑配方過於複雜的條件下，在完全安全的條件下，藉助簡單的和自調節的系統，對電池堆的陽極進行氧化，其中所述氧化包括將所吸收的一氧化碳轉化為惰性二氧化碳。
特別是，本發明包括在第一實施方式中至少一個集成到電池堆中的水電解池；或者在第二實施方式中包括具有受控孔隙度的導電板和設置其間的陽極/隔膜/陰極組件的燃料電池；或者在第三實施方式中展現出增加的氧擴散性的薄膜；或者在第四實施方式中用於燃料電池堆的連續周期性短路系統。


圖1表示根據本發明第一實施方式的電池堆的橫截面，該電池堆包括多個根據現有的壓濾機結構設計並以串聯方式電連接的燃料電池和水電解池。
圖2表示根據本發明第二實施方式的電池堆的橫截面，其中所述電池堆包括多個燃料電池，各燃料電池由導電板限定，導電板設置有至少一個帶有受控孔隙率的區域，通過這些孔可注入到含氫氣體中，由在陰極和陽極之間的壓力差調整特定量的空氣。
圖3描述本發明的第三實施例，該圖表示出結合了質子交換膜的單個燃料電池的橫截面，該質子交換膜的特徵在於，通過向該膜中嵌入適當量的具有顯示出高的內在孔隙率的顆粒的材料，獲得了增加的氧擴散速率。具有相同膜類型的氧擴散速率通過作用於陽極/陰極壓差的值的方式進行調節。
圖4示出當電池輸送有含1000ppm一氧化碳的重整氣體時、作為陽極/陰極壓差的函數的對於圖3電池的電壓/電流比率特性。
圖5示出電路示意圖，該圖說明了本發明的另一實施方式，該實施方式包括電池堆和燃料電池組件的連續短路裝置。
圖6示出在輸送有純氫的電池堆中平均電池電壓的時間特性對於輸送有含有1000ppm的一氧化碳的重整氣體並設置有應用於電池封裝或單電池的圖5的裝置的另一電池堆中平均電池電壓的時間特性之間的對比。
圖7表示利用雙極板中的橫向電流路徑指示的被短路的單電池的截面圖。
具體實施例方式
本發明的第一實施例由圖1的裝置表示，圖1的裝置表示包括多個燃料電池(100)的電池堆，圖中僅說明了一個燃料電池，各電池由通常定義為雙極板的一對導電板(1)限定邊界，按照現有的壓濾機結構的設置方式機械裝配水電解池(200)，並以串聯的方式電連接。在通過按(9)設計的緊固杆壓緊的條件下保持電池(100)和(200)的裝配，緊固杆鄰接具有高厚度和硬度的端板(8)。各燃料電池包含與氣體擴散陽極(3)和氣體擴散陰極(4)緊密接觸的的質子交換膜(2)，兩個多孔集流體(5)還充當向(3)和(4)的表面上的氣體分布器。集流體(5)保持膜/陽極/陰極組件與雙極板(1)電連接。按(10)供給的預先浸飽了水蒸汽的含氫氣體(特別是重整氣體)穿過各燃料電池包含陽極(3)的部分；而(12)中輸送的空氣穿過包含陰極4的部分。含有氫或空氣的廢氣分別通過(11)和(13)釋放出來。在工作過程中，氫轉變為通過隔膜向陰極遷移的電子(電流)和質子，在陰極處它們與含在空氣中的氧反應形成水。外圍襯墊(6)防止含在各電池(100)中的氣體釋放到周圍環境中。
水電解池(200)具有與燃料電池(100)類似的結構，具有一對雙極板(1)，在此對雙極板之間包括藉助集流體(5)與雙極板(1)保持電接觸的膜(2)/陽極(7)/陰極(4)組件。與燃料電池的區別在於，預先浸飽了水蒸汽的含氫氣體穿過包含陰極(4)的電池部分，陰極(4)可具有與含在燃料電池中的空氣擴散陰極相同的結構((200)中的點劃線)，然後通過集流體-分布器(14)派送燃料電池(100)。含有陽極(7)的電池部分(200)沒有輸送任何氣體，或可選地輸送最小流量的空氣。在工作過程中，由含氫氣體傳輸的水與薄膜水合，在陽極(7)處電解，形成氧和質子。離開電池(200)含陽極部分的氧混合到含氫氣體流中，在穿過電池的其它部分之後進入集流體-分布器(14)。質子通過膜(2)遷移到陰極(4)，其中它們形成氫，混入含氫的輸送氣體流。作為選擇，還可以通過圖1中未示出的導管將液態水注入到電池(200)中，以幫助保持膜(2)的水合。在陽極(7)處氧的形成導致了強氧化條件，這確實會破壞用於生產氣體擴散陽極和陰極(3)和(4)的用作催化劑支撐體的活性碳。為此，陽極(7)的催化劑必須由微小顆粒的純鉑(或者甚至更好地由合金或鉑和銥)和化學抗蝕的聚合物粘合劑(優選為全氟化聚合物)的混合物製成。
經過電池(200)的電流在人們熟知的法拉第定律的基礎上產生一定量的氧，流過電池(200)的電流必定同樣流過電串聯到電池(200)的電池堆的燃料電池(100)。此外，因為相對於電流輸出按一定比例調節含氫氣體的流速，所以在含氫氣體中的氧百分比僅取決於電解池(200)和形成電池堆的燃料電池(100)的數量。因此，事實上，在含氫氣體中氧的百分比圍繞組裝電池堆時的最佳值預先確定並且在工作過程中有規則地保持在相同水平，而不再需要對含氫氣體流速的調節所明顯需要的其它控制。
所採用的實施例僅以示例為目的，並不表示對本發明的限制，向包括100個電池、僅設置有一個電解池的電池堆輸送通過重整利用在80攝氏度的水蒸汽、利用2巴絕對壓力飽和的液態碳氫化合物獲得的氣體，除了水蒸汽之外該氣體還含有約55％體積的氫、20％體積的二氧化碳和1000ppm的一氧化碳。利用比反應的化學計量值高20％的重整氣體流速，藉助於電解注入的氧的百分比為0.4mol％，如果涉及溼氣體，相對於單獨氫量等於0.7mol％，相對於一氧化碳為4∶1的摩爾比。在這些條件下，利用2.5巴的絕對壓力、利用超過2的化學計量以及在70攝氏度預加溼，所輸送的空氣的電池堆的性能沒有表現出由於在不同電流輸出值下一氧化碳的毒化作用引起的任何惡化。對於由95-105個燃料電池對應一個電解池製成的電池堆可獲得類似的結構，其中相對於溼氣氧濃度為0.38-0.42mol％。氧的抗毒化作用是最可能的，由於它吸收到陽極催化劑的活性位置上，形成吸附的自由基例如O:和OH-，這些自由基是具有氧化一氧化碳的作用的物質，這樣一氧化碳就被轉化為二氧化碳。
很顯然，當電流輸出為零時不產生氧；當這種情況發生時，為了保護電池堆，將控制系統適當地設計成立即堵塞重整氣體通過電池堆的路徑，可選地將重整氣體偏離至合適的旁路。
本發明的第二個可選實施例在圖2中示出，它構造成類似於圖1的用於電池堆的新型燃料電池結構(100)，但沒有電解池(200)。為簡便起見，圖2僅表示出了一對電池(100)，儘管完整的電池堆包括多個所述電池。各電池包括一對雙極板(1)；質子交換膜(2)；與隔膜(2)緊密接觸的陽極(3)和陰極(4)；一對多孔集流體(5)，具有在陰陽極和各雙極板之間提供電連接的雙重功能，分別在陽極(3)的表面上均勻分布含氫的氣體以及在陰極(4)的表面上分布空氣；一對外圍襯墊(6)，它防止含在電池內部的氣體釋放到周圍環境中。在其路徑中，含氫的氣體穿過集流體/分布器(14)、含陽極(3)的電池部分(16)以及排放收集器(15)。至於空氣相同的路徑包括集流體/分布器(17)、含陰極(4)的電池部分(20)和排放收集器(18)。雙極板(1)至少在其上部分的區域中設置有由不同方法獲得的微孔(19)，例如在由雙極板壁製成的孔中插入燒結後的金屬材料。通過讓陰極側的壓力值高於陽極側的壓力值並適當的調節壓力差，可以以簡單的方式改變通過雙極板多孔區域的空氣流動，以達到最佳值，該值消除了含氫的空氣中存在的一氧化碳的毒化作用。在與圖1所描述的電池堆相同的工作條件下，還發現，當由電池堆的出口釋放出的含氫廢氣中的氧濃度為0.8-1.2mol％時，達到了對一氧化碳毒化作用的實際抑制性。在電流輸出減小時此流速降至低值的情況下，通過以容易確定的算法為依據降低空氣壓力並隨後降低在陰極和陽極之間的壓力差，簡單實現作為含氫氣體流速的函數的空氣注入量的調節。還發現，當多孔材料(19)由疏水的、例如通過吸入PTFE懸浮液、然後穩定熱處理製成時，獲得了空氣注入的最好穩定性。由此可知，通過根據本發明的本可選實施方式的操作，當如原有技術所描述的那樣在電池對外部進行空氣的添加時就不再需要精密的控制系統。
在圖3A中說明了本發明的第三實施方式，圖3A代表基本上由與圖1和2相同的電池組件組成製成的單個燃料電池的截面圖。此實施例的特點在於，由(21)表示的質子交換膜具有高氣體擴散性。在陰極和陽極之間存在足夠高的壓力差的情況下(陰極壓力高於陽極壓力)，這一性質允許通過薄膜向陽極提供限定的氧氣流動，由箭頭(23)表示。以不同的方式獲得高氣體擴散，例如通過採用非常薄的薄膜，但這樣會存在孔隙過大、陰極和陽極之間短路的危險，或者用於生產膜狀離子交聯聚合物，該交聯聚合物的特點在於對氣體尤其是氧的高溶解性以及高擴散係數(但這些性質與需要使膜具有良好機械特性和高離子導電性的要求相衝突)。圖3B說明了獲得高氣體擴散的一種非常有效地方式，並且它與機械性能和離子導電特性的衝突達到最小，圖3B中示出了一種含化學惰性材料的顆粒(22)的薄膜，該化學惰性材料具有高的比表面，即，高的內部微孔隙率。
由於通過在膜的生產過程中沒有被離子交聯聚合物佔據的顆粒(22)的微孔部分能夠迅速地擴散氣體，因此最大可能地增加了氣體擴散性能。結果，通過實際上構成阻擋層的聚合物路徑完全降低了氣流的增加，其它條件保持相同。合適的多孔材料可以是任何耐酸材料，典型為質子導電材料，這裡是通過在聚合物背底上嵌入磺酸基獲得導電性。合適的材料為氧化鋯、氧化鈦、通常是所有所謂閥金屬的氧化物，特別是比表面不低於27m2/g的二氧化矽，比表面最好高於130m2/g。
已經證實，在工作過程中為了它們的穩定性而更優選的材料是具有疏水特性的微孔材料，例如聚四氟乙烯的粉末，這大概是由於這些疏水材料能夠防止在工作過程中在陰極處形成的反應水湧進內孔。
具有上述類型的複合膜，隨著微孔顆粒含量的增加，氣體擴散以穩定的形式增加；但發現，不超過最大值以避免薄膜機械性能的惡化和離子導電性的降低。本發明人進行的測試證實，在將利用Nafion聚合物(由DuPont、Aldrich Or Solution Technology提供的水溶液或5％水醇溶液)混合到具有180m2/g的比表面和0.007微米的平均尺寸的二氧化矽生產出薄膜的情況下，利用佔總重量的2.5-3.5％的含量獲得了這些相互衝突的需求的最好折衷。
圖4表示由單個燃料電池獲得的結果，該單個燃料電池具有200cm2的活性表面，裝配有如上獲得的複合Nafion-silica薄膜，具有40微米的厚度。電池在與圖1的電池堆相同的工作條件下、在0.6V的恆壓下保持電池，區別僅在於，在陽極和陰極之間的壓力差設定為0.1-0.9巴。已經發現，對於低壓差，電流輸出保持得非常低，表示為當輸送沒有一氧化碳的氣體時(點劃線)所獲得的典型值的約20％。當壓力差超過0.3巴的限制時，電流輸出以約0.7巴逐步增加到在缺乏一氧化碳時可獲得的相同值。在此最佳操作條件下，在放出的廢重整氣中存在的氧僅為0.1％。因此，防一氧化碳的保護作用的效率遠遠高於用圖1的裝置檢測出的值，對於圖1中的裝置，在重整氣體中所需要的氧含量是在燃料電池輸送點處測量的0.4％。此更高的效率可能是由於只要氧從膜表面露出就與催化劑顆粒緊密接觸引起的，此催化劑顆粒準確地設置在界面處並且作為對於反應真正起決定性作用的僅有的一個。因此，各過量的氧僅作用於在陽極內部中設置的催化劑顆粒，對於性能沒有顯著的影響。因此，過量的氧也是沒有必要的。
還發現，本發明複合膜尤其適用於實現本發明的目的，當以70-90攝氏度測量、優選具有0.3-1巴的壓力差、它們的氣體透過性等於每cm2約1ml/hour時，幾乎以在廢氣中存在的氧的最小值完成了對一氧化碳的不敏感性。
圖5表示本發明第四實施例的電路，該電路由以下部分構成由多個膜燃料電池(100)製成的電池堆；控制系統(31)，包括用於將電池堆的恆向電流轉換為交變電流的換流器和一個或多個電負載；一連串開關(24)，關閉開關引起燃料電池組件的短路；以及控制單元(25)，以連續的方式和確定的頻率起動開關的關閉。
在2巴下將含有100ppm一氧化碳的重整氣體輸送給電池堆，以2.5巴將空氣輸送給電池堆(圖中未示出管道)，電池通過由(31)構成的外部電路放出電流。由於在重整氣體中含有一氧化碳，因此在沒有採取對策的情況下電功率輸出逐漸減小。在本發明實施方式的情況下，控制單元(25)依次起動開關(24)當第一開關關閉時，相應的電池組件短路，隨後陽極電位增加值幾乎與陰極一致。這種電位以吸附的O:和OH-的自由基的形式向陽極上提供能夠容易地將一氧化碳氧化為惰性二氧化碳的氧化條件以此方式，第一電池組件的陽極再生，第一電池組件可以在正常工作條件下重新起動。當控制單元打開第一單元並關閉第二開關時這種情況發生，這導致了第二電池組件短路，其陽極如上所述的那樣依次再生。重複進行此工序直至使連接於最後一個電池組件的最後一個開關工作。隨著最後一個開關的隨後打開和第一個開關的關閉，由控制單元重複此工序。
圖6表示這種類型操作的結果，它表示對於把沒有一氧化碳的氫輸送到有100個電池的電池堆的條件下平均電池電壓隨時間的情況(300)；對於把含有1000ppm的一氧化碳的重整氣體輸送給相同電池堆並依次短路10個電池組件的條件下平均電池電壓隨時間的情況(600)；對於把相同的氣體輸送給相同的電池堆、但如原有技術所描述的那樣依次短路單電池的條件下平均電池電壓隨時間的情況(500)；最後是在沒有任何對策的情況下把相同的氣體輸送給相同的電池堆時平均電池電壓隨時間的情況(400)。在曲線(500)和曲線(600)之間的對比表明，本發明的裝置達到了遠遠好於以單個電池的依次短路為基礎的一種原有技術的類型。實際上，如圖7中所示，在單個電池中，這種操作僅在陽極接近於外部短路接點(27)和(28)的部分(27)上有效，而更內部的面積尤其是最遠距離受到沿著雙極板建立的歐姆降的負面影響，這是由於電路的橫向路徑(29)和(30)由外部接點取出(withdrawn)而引起的。由於減小了雙極板的厚度和用於構成雙極板的材料不可忽略的電阻，因此這些歐姆降是明顯的。由於這些歐姆降可輕易地達到在0.5伏特範圍內的值，相對於外部接點在最遠區域內的陽極的電化學電位沒有充分增加，如果不缺恢復活性是不充分的。
通過電池組件的工作，歐姆降基本上停留在各組件的兩個端電池的板上並由於通過不同的雙極板進行電壓的重新分配而在中間電池上消失。這種情況的結果在於，在以電壓的降低為代價的條件下在順序短路過程中各組件充分再生，如果含在短路組件中的電池數量例如10個受到電池堆電池總數的限制例如100個，那麼電壓降保持適度。
權利要求
1.一種壓濾機結構，包括至少一個用於產生氫和氧的水電解池和多個在陽極供給有含至少100ppm的一氧化碳的燃料的燃料電池，其特徵在於，所述至少一個電解池和所述燃料電池通過相同的電流供給系統以串聯的方式電連接，且傳送由所述至少一個水電解池產生的氧的導管連接到向所述燃料電池的陽極供給燃料的氣體分布管道。
2.根據權利要求1的壓濾機結構，其特徵在於包括旁路電路，用於當電流輸送系統中斷時燃料自動打開。
3.根據權利要求2的壓濾機結構，其特徵在於對於每一個所述水電解槽，有95至105個燃料電池。
全文摘要
本發明描述了一種方法和相關裝置，讓供給有空氣和含氫和至少100ppm的一氧化碳的氣體的膜燃料電池的電池堆隨著時間穩定工作，其特徵在於它以自調節的連續方式或以依次斷開的方式在所述電池的陽極側提供了氧化條件。描述了本發明的不同實施方式，其中通過以下方式獲得氧化條件向含有氫和一氧化碳的氣體中添加由與燃料電池堆結合在一起的電解槽中產生的氧；或者讓空氣流過在雙基板中獲得的多孔區域；或者採用高擴散速率膜，其中，通過調節在空氣和含氫和一氧化碳的氣體之間存在的壓力差，在兩種情況下調節空氣流速。根據本發明另一個實施例，通過依次短路設置有連接到控制單元的外部接點的燃料電池堆，獲得氧化條件。
文檔編號H01M8/04GK1870338SQ20061007437
公開日2006年11月29日 申請日期2002年3月6日 優先權日2001年3月6日
發明者朱賽佩·費塔, 恩瑞克·拉姆尼 申請人:紐韋拉燃料電池歐洲有限責任公司