燃料电池系统技术方案

公开了一种燃料电池系统以及操作燃料电池系统的方法。在一些实施方案中，该系统和方法包括排放控制系统，该排放控制系统减少了从燃料电池系统释放的有机排放物的量。该有机排放物包括诸如甲醇、甲酸和／或甲醛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统本专利技术涉及燃料电池系统和操作该系统的方法。燃料电池是能够提供来自典型的两种或多种反应物之间的电化学反应的电能的装置。一般地，燃料电池包括称为阳极和阴极的两个电极和放置在电极之间的固体电解质。该阳极含有阳极催化剂，以及该阴极含有阴极催化剂。诸如固体膜电解质的电解质典型地具有离子导电性而不具有电子导电性。该电极和固体电解质可以放置在两个气体扩散层(GDL)之间。在燃料电池的操作期间，反应物引到适当的电极上。在阳极上，反应物(阳极反应物)与阳极催化剂反应并且生成诸如离子和电子的反应中间体。该离子反应中间体可以从阳极，流经电解质到达阴极。然而，该电子从阳极流经与阳极和阴极电连接的外部负载到达阴极。当电子流经外部负载时，提供电能。在阴极，阴极催化剂与其他反应物(阴极反应物)、在阳极上产生的中间体和电子反应以完成燃料电池反应。例如，在诸如时常称为直接甲醇燃料电池(DMFC)的一种燃料电池中，阳极反应物包括甲醇和水，以及阴极反应物包括氧(例如，来自空气)。在阳极，甲醇被氧化；而在阴极，氧被还原：            (1)               (2)              (3)如等式(1)所示，甲醇氧化产生二氧化碳、质子和电子。该质子从阳极流经电解质并到达阴极。该电子从阳极流经外部负载到达阳极，从而提供电能。在阴极，质子和电子与氧反应产生水(等式2)。等式3示出整个燃料电池反应。本专利技术涉及燃料电池系统及操作该系统的方法。一方面，本专利技术的特征在于：某些材料的排放物减少的燃料电池系统，以及操作能够减少燃料电池系统排放物的该系统的方法。在诸如直接甲醇燃料电池系统的一些燃料电池系统中，会产生某些有机材料。诸如甲醇、甲酸和/或甲醛的这些有机材料如果释放到环境中，会是危险的。通过减少这些材料的释放，-->可以减少这些材料造成的健康和安全危险。另一方面，本专利技术的特征在于：一种包括出口、与出口流通的燃料电池堆(stack)、与燃料电池堆流通的有机燃料以及与出口流通的排放控制系统的燃料电池系统。该排放控制系统能够减少从出口排放的有机排放物的量。该有机排放物包括甲醇、甲酸和/或甲醛。实施方案可以包括一个或多个的下列特点。出口是阳极和/或阴极出口。排放控制系统包括填充床，例如具有活性炭、高锰酸钾、elumine或氧化镧的填充床。排放控制系统包括基底和分散在基底上的第一材料，该第一材料能够减少有机排放物的量。第一材料可以包括活性炭、高锰酸钾、elumine和/或氧化镧。有机燃料和排放控制系统是模块化系统的组成部分。燃料电池系统可以还包括将适于气体流限于燃料电池堆的装置，例如，通过与燃料电池堆流通的出口和/或入口。该装置可以包括压敏阀，例如裂隙阀。作为选择或者另外，该装置可以包括形状记忆材料有机燃料可以包括醇，例如甲醇。燃料电池堆可以包括具有气体扩散层的燃料电池，该气体扩散层具有第一材料，该第一材料能够减少与第一材料接触的有机排放物的量。第一材料可以包括铂、钯和/或钌。在另一方面，本专利技术的特征在于一种燃料电池系统，包括含有气体扩散层的燃料电池，该气体扩散层具有分散在其中能够减少与第一材料接触的有机排放物的量的第一材料。实施方案可以包括一个或多个下列特点。第一材料以小于约0.1mg/cm2分散在气体扩散层中，例如，约小于0.05mg/cm2或者约小于0.01mg/cm2。该第一材料可以包括铂、钯或钌。该第一材料包括氧化物，诸如氧化铂、氧化钌、氧化锰或氧化铬。有机排放物可以是甲醇、甲酸和/或甲醛。在另一方面，本专利技术的特征在于一种包括燃料电池堆的燃料电池系统，其中该燃料电池堆包括阴极催化剂、与阴极催化剂流通的通道以及适于限制气流通过通道的装置。实施方案可以包括一个或多个下列特征。该通道是阴极入口。该通道是阴极出口。该装置包括诸如裂隙阀的压敏阀。该装置包括形状记忆材料。另一方面，本专利技术的特征在于一种操作燃料电池系统的方法。该方法包括-->将有机燃料与燃料电池系统中的燃料电池的催化剂接触，并且减少从燃料电池系统的出口排出的有机排放物的量。实施方案可以包括一个或多个下列特征。使从出口排出的排放物与第一材料接触，该第一材料例如为碳，能够减少从出口排出的甲醇、甲酸和/或甲醛的量。该出口是阳极出口，其中从阳极出口排出的排放物包括甲醇，还包括将从阳极出口排出的甲醇引入燃料电池中。该出口是阴极出口。该有机排放物包括甲醇、甲酸和/或甲醛。该有机燃料可以包括醇，例如甲醇。该方法还可以包括将有机排放物与分散在燃料电池的气体扩散层中的第一材料接触，该第一材料能够减少有机排放物的量。该第一材料包括铂、钯、钌和/或氧化物。另一方面，本专利技术的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，其包括钝化燃电池系统并减少到达燃料电池系统的气流。减少气流可以包括活化含有形状记忆材料的装置，以及/或者减少气流在钝化燃料电池系统后进行。减少的气流可以通过燃料电池系统的阴极入口，以及/或者通过燃料电池系统的阴极出口。减少气流可包括采用压敏阀限制通道。从下述附图、描述和权利要求中本专利技术的其它方面、特征和优点将显而易见。图1是燃料电池系统的实施方案的示意图。图2是排放控制系统的实施方案的示意图。图3是排放控制系统的实施方案的示意图。图4是排放控制系统的实施方案的示意图。图5是基底的实施方案的说明。图6A是排放控制系统的实施方案的前视图；以及图6B是图6A的排放控制系统沿着线6B-6B的横截面图。图7是燃料电池系统的实施方案的示意图。图8A和8B分别是在打开位置和关闭位置的闭塞装置的实施方案的示意图。图9是燃料电池的实施方案的示意图。参照图1，示出诸如直接甲醇燃料电池(DMFC)系统的有机燃料电池系统20。系统20包括燃料电池堆22、燃料源24(例如甲醇存储器(cartridge))、空气推进器26(例如风扇或鼓风机)、两个排放控制系统28和30以及泵31。-->燃料电池堆22可以包括一个燃料电池32(以下描述)或者多个燃料电池32，该多个燃料电池例如是以串联或并联排列的。燃料源24通过阳极入口34与燃料电池堆22流通，并且排放控制系统28通过阳极出口36与燃料电池堆流通。空气推进器26通过阴极入口38与燃料电池堆22流通，以及排放控制系统30通过阴极出口40与燃料电池堆流通。泵31可以将来自燃料电池堆22的水传送到阳极入口34(例如用于上述反应1)。如下所述，排放控制系统28和30能够降低(例如消除)燃料电池系统20产生的有机排放物的量。诸如甲醛的某些有机排放物是有害的，从而通过减少有机排放物的量，可以降低燃料电池系统20的操作所带来的健康和安全危害。不期望受到理论的束缚，在直接甲醇燃料电池系统中，该有机排放物是通过甲醇的不完全氧化产生的。在燃料电池系统20的操作中，将来自燃料源24的甲醇和水通过入口34引入从而与燃料电池堆22中的燃料电池32的阳极接触。在完全氧化时，甲醇被氧化形成多种进一步氧化以生成作为最终反应产物的二氧化碳的中间体(例如甲醛(HCHO)和甲酸(HCOOH))，其通过阳极出口36(反应1)释放到环境中。在阳极产生的二氧化碳也可扩散到阴极并通过阴极出口40释放到环境中。然而，在某些操作条件下，甲醇没有完全氧化。结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　　　　出口；　　　　与出口流通的燃料电池堆；　　　　与燃料电池堆流通的有机燃料；和　　　　与出口流通的排放控制系统，该排放控制系统能够减少从出口排放的有机排放物的量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-5-14 10/438,0311、一种燃料电池系统，包括：出口；与出口流通的燃料电池堆；与燃料电池堆流通的有机燃料；和与出口流通的排放控制系统，该排放控制系统能够减少从出口排放的有机排放物的量。2、权利要求1的系统，其中该有机排放物选自甲醇、甲酸和甲醛。3、权利要求1的系统，其中该出口是阳极出口。4、权利要求1的系统，其中该出口是阴极出口。5、权利要求1的系统，其中该排放控制系统包括填充床。6、权利要求5的系统，其中该填充床包括选自活性炭、高锰酸钾、elumine和氧化镧的材料。7、权利要求1的系统，其中该排放控制系统包括基底和分散在基底上的第一材料，该第一材料能够减少有机排放物的量。8、权利要求7的系统，其中该第一材料选自活性炭、高锰酸钾、elumine和氧化镧。9、权利要求1的系统，其中该有机燃料和排放控制系统是模块化系统的组成部分。10、权利要求1的系统，还包括适于将气体流限于燃料电池堆的装置。11、权利要求10的系统，其中该装置包括压敏阀。12、权利要求11的系统，其中该压敏阀包括裂隙阀。13、权利要求10的系统，其中该装置包括形状记忆材料。14、权利要求10的系统，其中该装置适于限制气流通过出口。15、权利要求10的系统，其中该装置适于限制气流通过与燃料电池堆流通的入口。16、权利要求1的系统，其中该有机燃料包括醇。17、权利要求16的系统，其中该醇包括甲醇。18、权利要求1的系统，其中该燃料电池堆包括具有气体扩散层的燃料电-->池，该气体扩散层具有第一材料，该第一材料能够减少与第一材料接触的有机排放物的量。19、权利要求18的系统，其中该第一材料选自铂、钯、钌、锇和铱。20、权利要求18的系统，其中该第一材料包括氧化物。21、一种燃料电池系统，包括含有气体扩散层的燃料电池，该气体扩散层具有分散在其中的第一材料，该第一材料能够减少与其接触的有机排放物的量。22、权利要求21的系统，其中该第一材料以小于约0.1mg/cm2的量分散在气体扩散层中。23、权利要求21的系统，其中该第一材料以小于约0.05mg/cm2的量分散在气体扩散层中。24、权利要求21的系统，其中该第一材料以小于约0.01mg/cm2的量分散在气体扩散层中。25、权利要求21的系统，其中该第一村料选自铂、钯、钌、锇和铱。26、权利要求21的系统，其中该第一村料包括氧化物。27、权利要求26的系统，其中该氧化物选自氧化铂、氧化钌、氧化锰和氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴仁台，AG吉利希斯基，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]