燃料电池再生制造技术

一种燃料电池系统，包括：构造和设置为接收燃料的阳极；构造和设置为接收氧化剂的阴极；和至少部分地位于阳极和阴极之间的电解液。可控开关构造和设置为选择性地耦合阳极和阴极之间的负载。控制器构造和设置为控制由阳极接收的燃料、由阴极接收的氧化剂、可控开关其中至少之一，并执行从包括以下操作的群组中选择的至少两个重整操作：反向电流充电操作、正向电流充电操作、无氧操作和开路操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及燃料电池，并且更具体地涉及燃料电池重整。
技术介绍
燃料电池是通过将化学能转换为电能来产生可用电力的电化学 设备。典型的燃料电池包括由电解液(例如，聚合物电解液膜(PEM )) 分隔的正电极和负电极。在典型的直接甲醇燃料电池(DMFC)中， 提供给负电极的诸如氢或曱醇的燃料扩散到阳极催化剂，并分离为 质子和电子。质子通过PEM行进到阴极，而电子行进通过外部电路 而为负载提供功率。
技术实现思路
本专利技术的重要目的是提供一种改进的燃料电池。在一个方面，本 专利技术体现为 一种利用燃料电池进行化学发电的方法。该方法包括向 燃料电池的阳极供应燃料。将氧化剂供应给燃料电池的阴极。该方 法还包括对燃料电池执行至少两个重整操作。这两个重整操作选自 反向电流充电操作、正向电流充电操作、无氧操作和开路操作。在一个实施例中，间断地、同时地或顺序地d丸行所述两个重整操 作。例如，可以顺序地执行反向电流充电4喿作、无氧操作和开路操 作。可选地，可以间断地执行反向电流充电才乘作、无氧纟喿作和开路7操作。在其他实施例中，可以间断地、同时地或顺序地执行反向电 流充电《|喿作和无氧#:作。在一些实施例中，可以间断地、顺序地或 同时地执行无氧操作和开路操作。可以间断地或顺序地^执行正向电流充电4喿作、反向电流充电操: 作、无氧操作和开路操作。该方法还可以包括监^f见燃料电池的工作状况。当监^f见的工作状况 指示燃料电池的性能衰减时，可以执行重整操作。燃料电池的监视 可以包4舌监一见燃^牛电池的电压。在 一 个实施例中，与至少 一 个其他重整操作相结合地执行反向电 流充电操作来增加燃料电池的工作电压。在一个实施例中，与至少 一个其他重整操作相结合地执行正向电流充电操作来增加燃料电池 的工作电压。在一个实施例中，与至少一个其他重整操作相结合地 执行无氧操作来增加燃料电池的工作电压。在一个实施例中，向阴极供应氧化剂包括使空气流到阴极，或者 将包含氧化剂的液体递送到阴极。氧化剂可以包括从分解氯酸钾或 分解氯酸钠而得到的氧。该方法还包括连接阳极和阴极之间的负载。该方法还包括连接阳 极和阴极之间的电源。该方法还包括存储来自燃料电池的能量。在另一方面，本专利技术体现为一种用于进行化学发电的装置。该装 置包括用于接收燃料的阳极。阴极接收氧化剂。电解液至少部分地 位于阳极和阴极之间。该装置还包括可控开关，其能够切换阳极和 阴极之间的负载。控制器控制由阳极接收的燃料、由阴极接收的氧 化剂、可控开关其中之一。控制器执行包括以下操作的至少两个重 整操作反向电流充电操作、正向电流充电操作、无氧操作和开路 操作。该装置还可以包括电源，其耦合在可控开关与阳极和阴极其中的 一个之间。该装置还可以包括能量存储设备，其耦合在可控开关与 阳极和阴极其中的 一 个之间。燃料可以包括碳基燃料、氢燃料或掺杂有一氧化碳(CO)的氢。根据本专利技术的燃料电池包括阳极、阴极和电解液。控制器可以监 视燃料电池的性能和工作状态中的至少 一 个。控制器可以监视通过 负载的电流。通过使空气或液体流到阴极而将氧化剂供应给所述阴 极。氧化剂包括来自空气的氧气或者从分解氯酸钾而得到的氧或从 分解过氧化氢而得到的氧。控制器可以间断地、同时地或顺序地执行所述两个重整操作。控 制器执行的至少两个重整操作可以包括反向电流充电操作、无氧操 作和开路操作。控制器执行的至少两个重整操作可以包括反向电流 充电操作和无氧操作。控制器执行的至少两个重整操作可以包括无 氧操作和开路操作。控制器执行的至少两个重整操作可以包括正向电流充电操作、反向电流充电操作、无氧操作和开路操作。控制器 执行的至少两个重整操作可以包括正向电流充电才喿作、无氧操作和 开路操作。当结合附图阅读以下描述时，本专利技术的其他特征、目的和优点将变得明显，其中附图说明图1示出了根据本专利技术的工作燃料电池的系统方框图2示出了根据本专利技术的电压随时间变化的曲线图，其展现了使 用反向电流充电的燃料电池的预处理效果；图3示出了根据本专利技术的电压随时间变化的曲线图，其展现了使 用反向电流充电的燃料电池的电压长期衰减的改进；图4示出了根据本专利技术的电压随时间变化的曲线图，其示出了在 使用反向电流充电的电池反向之后燃料电池电压的恢复；图5示出了根据本专利技术的电压随时间变化的曲线图，其示出了使 用反向电流充电的燃料电池电压的改进以及阴极侧气流率的增加；图6是根据本专利技术的各种重整操作的电压随时间变化的曲线以及图7是根据本专利技术的作为时间函数的电压和作为时间函数的阴极上C02的曲线图。具体实施方式将参考直接甲醇燃料电池(DMFC )来描述本专利技术的方法和系统。 然而，该方法和系统可以用于任何类型的燃料电池，包括但不限于， 使用诸如甲醇和乙醇的碳基燃料的燃料电池。它还应用于使用纯氢 或摻杂一氧化碳(CO)的氢作为燃料的氢燃料电池。参考图1，示出了 DMFC 110的系统框图，其中将曱醇提供给负 电极(阳极)120，负电极(阳极)120被电化学地氧化以产生电子(e-)和质子(H+)。燃料供应112将甲醇提供给阳极120。阀114 可以控制曱醇的流速。控制器190通过信号传输线116控制阀114。 阳极120产生的质子通过电解液100行进到阴极130。电解液100 可以是固体聚合物电解液膜(PEM)的形式。电子通过外部电路200(以下描述)行进到正电极(阴极)130。电子与氧(或氧化剂)以 及已经通过PEM传导的质子进行反应，从而形成水和热。在一个实施例中，空气或氧供应132将氧提供到阴极130。阀134 可以控制氧的流速。控制器190通过信号传输线136控制阀134。在 可选的实施例中，可以通过多种方法将氧4是供给阴极130,例如使气 体流动或者经由液体携带。例如，氧化剂可以用于氧化和/或经由液 体或气体将氧递送到阴极130。当加热时，例如氯酸钾(KC103)和 氯酸钠(NaC103)的多种可能的氧化剂可以分解和释放氧。当接触 催化剂或酸时，过氧化氢(液体形式)还可以分解和释放氧。尽管 这些氧化剂可以直接接触阴极130并与电子进行反应以完成还原反 应，但是它们还可以首先被分解，然后所释放的氧被递送到阴极130。 电极与PEM的每一侧相接触，并且通常是覆盖有催化剂的碳纸(carbon paper)的形式，诸如铂(Pt)或铂与钌的混合物或铂钌合 金(Pt-Ru)。发生在阳极和阴极处的电化学反应可以如下示出阳极(氧化半反应)CH3OH + H20 —> C02 + + fe— 阴极(还原半反应)3/2 Oa + 6H+ + 6e' 4 3H20 净反应 CH3OH + 3/2 02 — COa + 2H20在阳极生成的电子通过外部电路200行进，其中该外部电路200 包括功率处理电路和负载电路(在以下进行讨论)。外部电路200 包括能量存储设备150,其可以包括例如电池和/或电容器。来自燃 料电池的能量可以保存在能量存储设备150中。外部电路200可选 地可以包括第一功率处理电路140,其调节从燃料电池生成的功率， 以便在需要时适当地供应能量存储设备150。第一功率处理电路140 可以包括例如DC/DC转换器。保存在能量存储设备150中的能量可 以用于经由可选的第二功率处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用燃料电池进行化学发电的方法，所述燃料电池具有阳极和阴极，包括：将燃料供应给所述阳极；将氧化剂供应给所述阴极；以及对所述燃料电池执行从包括以下操作的群组中选择的至少两个重整操作：反向电流充电操作、正向电流充电操作、无氧操作和开路操作。

【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：K卡尔森，L林，RF卡雷拉斯，
申请(专利权)人：伯斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]