提供一种用于停止燃料电池系统发电的方法，该燃料电池系统包括：燃料电池，具有燃料电极和氧化剂电极；燃料容器；和燃料流路，用于将燃料从燃料容器提供给燃料电池，其能够在燃料电池的操作停止状态期间抑制燃料电极与氧化剂电极之间的压力差，在燃料电池的操作停止状态期间，所述方法包括以下步骤：停止将燃料从燃料容器提供给燃料电池；通过将燃料电极与氧化剂电极之间短路或在燃料电极与氧化剂电极之间连接负载来消耗燃料流路中的残留燃料；以及向大气开放燃料流路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于停止燃料电池系统发电的方法以及包括发 电停止单元的燃料电池系统。
技术介绍
近来，移动电子设备(诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、 笔记本个人计算机、数字相机或数字摄像放像机)变得多功能化，它 们的信息处理量在增加，这导致较大的功耗。因此，非常需要所安装的电池具有较大的能量密度。 燃料电池将通过氢与氧的化学反应获得的化学能直接转换为电能。氢本身的能量密度是高的，而氧从外部空气获得，因此，在阴极 侧不必预先提供活性材料。因此，与传统的燃料电池相比，可动态地 增加每单位体积/每单位质量的能量容量。在》匕《中,高^子燃;fr电池(polymer electrolyte fuel cell, PEFC)适合安装在便携式电子设备上，这是因为它具有高的 处理能力，在低温下被激励，并实现快速的开始/停止等。高分子燃料电池主要包括质子导电高分子电解质膜(proton conductive polymer electrolyte membrane ); 和一对电极， 设置在高分子电解质膜的两侧。所述电极包括催化剂层，由铂或铂族金属催化剂制成；以及气 体扩散电极，形成在催化剂层的外表面以提供并收集气体。通过将电极与高分子电解质膜集成而获得的部件称为膜电极组 件(MEA)。燃料(氢)被提供到所述电极中的一个，氧化剂(氧)被提供给所述电极中的另一个，由此执行发电。此时，生成水，作为发电的产物。阳极和阴极中的反应式如下阳极H2 — 2H+ + 2e一阴极1/2〇2 + 2H+ + 2e— — H2〇一个膜电极组件组的逻辑电压大约为1.23V。在正常操作状态下， 通常在逻辑电压大约为0.7V时使用所述膜电极组件。因此，当需要 较高的电动电压时，将多个电池单元堆叠，以电的方式串联以供使用。如上所述的堆叠结构被称为燃料电池堆。通常，在燃料电池堆中，通过称为分离件的部件将氧化剂流路与燃料流路彼此分离。存在各种类型的燃料，作为用于燃料电池的燃料。釆用直接提供诸如甲醇的液态燃料的方法、提供纯氢的方法、通过对液态燃料进行 改性(reform)来提供氢的方法。对于便携式电子设备，提供氢的方法是优选的，因为输出高，并 且氢提供方法具有缩小尺寸的优点。在高分子燃料电池中，在用于将燃料电池的输出端子与负栽彼此 连接的电路处于打开状态的状态下，当燃料和氧化剂有残留时，所述 燃料由于燃料流经高分子电解质膜(交叉泄漏)的现象而引起催化燃 烧，这导致燃料电池的劣化。此外，已知的是当燃料和氧化剂有残留以造成燃料电极与氧化 剂电极之间的电势差时，会促使诸如催化剂和电解质的成分的劣化。为了防止劣化，在停止燃料电池时，需要一种用于快速消除剩余 燃料和氧化剂的单元。在传统技术中，为了防止劣化，第H07-272740号特许公开曰本 专利申请公开了一种在停止燃料电池时使用惰性气体(氮)来净化 (purge)气体流路内部的方法。然而，在这种方法中，有必要在燃料电池系统中安装容器，用来 存储惰性气体。在这种情况下，作为获得惰性气体的方法，第2002-50372号特 许公开日本专利申请公开一种通过使用氢燃烧室将氢与空气反应来获得用于净化的惰性气体的方法。此外，第H08-255625号特许7>开日本专利申请>^开了 一种通过 在净化之后消耗燃料电池发电的残留气体而将燃料电池的端子之间 的电压减小到等于或小于预定电压的方法。此外，第2003-317770号特许公开日本专利申请公开了一种具有 如下结构的燃料电池系统，其中，在停止燃料电池之后，通过切断燃 料气体的分送并将端子短路，阳极中的燃料被消耗。此外，在大的燃料电池系统中，在许多情况下，所提供的流通的 燃料量等于或大于在发电中消耗的燃料量。另一方面，在用于小型电 子设备的燃料电池系统中，在许多情况下，采用这样一种系统，其中， 燃料流路是闭塞的(dead ended),只提供消耗的燃料量。应注意在这种情况下，出现的问题在于杂质在燃料流路中积 累，所以发电性能随时间流逝而下降。因此，通常，在流路中设置净化阀，以便周期性地执行净化操作。具体说来，第6423437号美国专利公开了这样一种技术在闭塞 的小型燃料电池中，不使用主动净化阀，而通过被动的机制来净化燃 料流路，从而防止发电性能的下降。泄放阀也称为安全阀，这种阀在流路中的压力超过预定压力时被 打开以向外部泄放压力。泄放阀的具体结构在第H06-94147号特许公开日本专利申请中示出。同时，止回阀是一种具有允许流体仅沿着一个方向流动并防止流 体沿相反方向流动的功能的阀。止回阀的具体结构在第H05-126267号特许7>开日本专利申请中示出。然而，在上述的传统技术中，提供一种具有以下结构的燃料电池 系统，其中所提供的气体量等于或大于其在发电中消耗的量，所提 供的气体在流路中流通。这些包括主动控制的排除单元或排出单元，所以存在导致系统尺寸增加的问题。此外，在电阻被连接到燃料电池的燃料电极和氧化剂电极以消耗 剩余气体的情况下，当没有执行净化时，燃料流路或氧化剂流路中的 压力变为负压，从而引起燃料电极与氧化剂电极之间的压力差在很大 程度上波动。因此，存在加剧机械劣化或泄漏的问题。相反，当执行净化时，存在的问题在于未反应的燃料可能被泄 放到系统的外部。此外，在多个燃料电池单元串联(堆叠)使用的情况下，出现下 列问题。也就是说，在燃料电池处于接近燃料电池的发电性能极限(其中， 端子被短路)的状态下的操作中，存在出现极性反转的情况，其中， 一个燃料电池单元被强制性地施加有其它燃料电池单元的电压，从而 造成燃料电池的劣化。此外，在用于便携式电子设备的小型燃料电池系统中，作为氧化 剂气体，通过自然扩散来提供空气中的氧，将作为燃料气体的氢的压 力设置为稍大于大气压力，由此允许氢被51入燃料流路并扩散。燃料流路具有闭塞机制，其为非流通系统，具有用于氢的入口和 出口，出口基本上是关闭的。在许多情况下，使用仅装有所消耗的燃 料量的系统。此外，为了减小尺寸，期望尽可能地省略不必要的配件。因此，期望通过置换(replace)燃料流路中的空气来代替引入 惰性气体，而防止产生燃料电极(作为阳极)与氧化剂电极(作为阴 极)之间的电势差。在这种情况下，需要在不使用用于控制排除和排出的控制器的情 况下，执行自动控制，从而实现燃料流路中的快速空气置换并防止未 反应的燃料泄放到系统的外部。此外，需要一种快速消除阳极与阴极之间的压力差的结构。在上 述第6423437号美国专利中公开的技术不能完全满足这些要求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有以下结构的燃料电池系统，其中，在不使用 惰性气体的情况下，用空气置换燃料流路的内部，从而在操作的停止 状态期间抑制阳极与阴极之间的压力差，并能够抑制燃料电池的劣化 和实现缩小尺寸。本专利技术还涉及一种用于停止燃料电池系统发电的方 法。此外，本专利技术涉及一种燃料电池系统以及用于停止燃料电池系统 发电的方法，所述燃料电池系统能够在上述空气置换时，在操作的停 止状态期间快速消除阳极与阴极之间的压力差，根据本专利技术，提供一种用于停止燃料电池系统发电的方法，该燃料电池系统包括燃料电池，具有燃料电极和氧化剂电极；燃料容器； 和燃料流路，用于将燃料从燃料容器提供给本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于停止燃料电池系统发电的方法，所述燃料电池系统包括：燃料电池，其包含燃料电极和氧化剂电极；燃料容器；和燃料流路，用于将燃料从燃料容器提供给燃料电池，其能够在燃料电池的操作停止状态期间抑制燃料电极与氧化剂电极之间的压力差，在燃料电池的操作停止状态期间，所述方法包括以下步骤： 停止将燃料从燃料容器提供给燃料电池； 通过在燃料电极与氧化剂电极之间短路或在燃料电极与氧化剂电极之间连接负载来消耗燃料流路中的残留燃料；以及 向大气开放燃料流路。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：中窪亨，山本润，井原正二，上田和幸，茂木聪史，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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