用于燃料电池组的经济介电冷却剂制造技术

本发明专利技术涉及用于燃料电池组的经济的介电冷却剂。本发明专利技术涉及燃料电池、燃料电池系统和冷却燃料电池和燃料电池系统的方法。所述燃料电池构制成让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物并且包括阳极、阳极流径、阴极、阴极流径和置于阳极和阴极间的膜。具有至少一个与阳极和阴极流径流体不相通的冷却剂流径，所述冷却剂流径为冷却剂独立管路。冷却剂独立流径包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类，其可以是煤油或水／煤油的油包水型乳液。要强调的是提供本摘要是为了遵循需要摘要的规定，从而让检索者或其他读者快速了解本发明专利技术公开的实质内容。应理解它不能用于诠释或限定本发明专利技术的范围或意义。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池组的经济介电冷却剂专利技术背景本专利技术主要涉及液体冷却的燃料电池，更具体地说，本专利技术涉及燃料电池、燃料电池系统和冷却燃料电池或燃料电池系统的方法。专利技术简述燃料电池依靠氢氧化和氧还原来产生电能。这些催化反应的副产物为水。热动力学上，在阳极氢燃料的氧化和在阴极氧的还原应提供约1.23V的电池电势，其中所述阳极和阴极均位于燃料电池内。但是，实际测量值一般约1V。这种电池电压差异主要是由于阴极的缓慢运动，其可导致电池电压约200mV的损失。这种电池电压损失的结果是燃料电池内过热的表现。这种过量热的去除是提高燃料电池组件可用寿命的关键。在将多个电池组成电池组来提高电输出时，产生的热变得非常高。为此，为了去除这种过量热，使用了具有高热容以及在约-40℃到约140℃的温度下物理稳定的冷却剂。伴随常规的燃烧发动机机车使用的含水冷却剂属于该范围并且一般包括乙二醇和水的混合物。但是，如今的燃料电池组的设计要求冷却剂具有非电导性(介电性)。如果冷却剂具有显著的电导性，其将导致各种电导性冷却剂诱导的电池组问题，包括降低燃料效能的分流，在顶部区域气体逸出(O2和H2)而提高了燃料电池组内的压力而需要排空，冷却剂降解，电池组组件的氧降解如涂层起泡和腐蚀加速。本领域人们熟知利用离子交换树脂和去离子水来去除冷却剂中的杂质并保持其低的电导性。但是，在要经历温度可达-40℃恶劣冬天气候的区域，去离子水的使用受到限制。在这种温度下，水结冰而-->不再适合作为电池组的冷却剂。人们也已知可使用纯的介电冷却剂(即可购自Solutia Inc.，St.Louis，MO的Therminol-D)。作为纯的电介质，所述流体不会让电流流过电池组的顶部区域。但是，这种冷却剂的费用和与目前燃料电池组中使用的密封垫圈不相容使得这种纯电介质在实践中无法使用。为此，本专利技术人认识到了改善燃料电池组用液体冷却剂技术的必要。本专利技术通过提供经济和易得的燃料电池组用介电冷却剂来满足上述需要。虽然本专利技术并不局限于具体的优点或功能，但应指出因为所述冷却剂是介电冷却剂而不容许任何离子传输，所以其不影响电池组组件，并且不会容许有电池组顶部分路电流导致的任何性能损失。结果，不需要加入腐蚀抑制剂来抑制燃料电池组件的O2降解。虽然本专利技术的介电冷却剂的热容稍低于水基冷却剂，但是本专利技术的冷却剂具有低的运动粘度，使得可以较高流量泵送，在没有显著增加附加泵功率下去除废热。此外，介电冷却剂较高的沸点使得燃料电池组件和冷却剂环路在较高温度(约140℃)下运作，提高了从散热器到环境排放热的容量。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜和至少一个冷却剂流径。阳极流径构制成让燃料流过至少一部分燃料电池。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过至少一部分燃料电池。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。-->在另一实施方案中，本专利技术提供了一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜、至少一个冷却剂流径和循环组件。阳极流径构制成让燃料流过至少一部分燃料电池。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过至少一部分燃料电池。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。循环组件包括循环流径、泵和散热器。循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相通。在再一个实施方案中，本专利技术提供了一种包含多个燃料电池的燃料电池组组成的燃料电池系统，其中各个燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。各燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜和至少一个冷却剂流径。阳极流径构制成让燃料流过各燃料电池的至少一部分。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过各燃料电池的至少一部分。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在各燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。还在另一个实施方案中，本专利技术提供了一种包含多个燃料电池的燃料电池组组成的燃料电池系统，其中各个燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。各燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜、至少一个冷却剂流径和循环组件。阳极流径构制成让燃料流过各燃料电池的至-->少一部分。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过各燃料电池的至少一部分。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。循环组件包括循环流径、泵和散热器。循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相通。在另一个实施方案中，本专利技术提供了一种冷却燃料电池的方法，包括提供构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述方法还包括将燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；和将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。在还一个实施方案中，本专利技术提供了一种冷却燃料电池的方法，包括提供构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述方法还包括将燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；和将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。此外，所述方法包括构制含循环流径的循环组件，从而使循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相连，该循环组件还包括泵和散热器，使流体介电冷却剂循环通过冷却剂独立管路，由此流体介电冷却剂吸收燃料电池的热而形成热的流体介电冷却剂，将热的流体介电冷却剂从冷却剂独立管路出口经循环流径循环到散热器，由此热的流体介电冷却剂被冷却并返回到冷却剂独立管路进口。-->还在另一实施方案中，本专利技术提供了一种冷却燃料电池系统的方法，所述方法包括提供含多个燃料电池的电池组，其中各燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，所述燃料电池包括：构制用于让所述燃料通过所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用 于让所述氧气通过所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；和至少一个不 与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。

【技术特征摘要】
US 2002-9-23 10/252,7361.一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，所述燃料电池包括：构制用于让所述燃料通过所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。2.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类包括煤油。3.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有高达并包括约2.5J/g/K的热容。4.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约80℃下具有低于或约10cP的粘度。5.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约0℃下具有低于或约40cP的粘度。6.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有低于或约-35℃的冰点。7.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约-40℃到约0℃的冰点。-->8.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有大于或约85℃的沸点。9.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约175至约325℃的沸点。10.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约37.7至约65.5℃的闪点。11.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约228℃自动燃烧。12.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有高达并包括约0.15W/m-K的热导率。13.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约0.05至约0.4W/m-K的热导率。14.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有大于或约18莫姆厘米的电阻率。15.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约0.25至约40莫姆厘米的电阻率。16.权利要求1的燃料电池，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。17.权利要求16的燃料电池，其中所述乳液具有高达并包括约2.3J/g/K的热容。18.权利要求16的燃料电池，其中所述乳液包括约0至约30％的水。19.权利要求16的燃料电池，其中所述水包括去离子水。20.一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，所述燃料电池包括：构制用于让所述燃料通过所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催-->化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；和循环组件，所述循环组件包括循环流径、泵和散热器，其中所述循环流径与所述冷却剂独立管路进口和所述冷却剂独立管路出口流体相通。21.权利要求20的燃料电池，其中所述煤油烃类包括煤油。22.权利要求20的燃料电池，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。23.一种燃料电池系统，所述燃烧电池系统包括：含多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物，各所述燃料电池包括：构制用于让所述燃料通过各所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过各所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；-->置于所述阳极和阴极之间的膜从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交流；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。24.权利要求23的燃料电池系统，其中所述煤油烃类包括煤油。25.权利要求23的燃料电池系统，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。26.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括含多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物，各所述燃料电池包括：构制用于让所述燃料通过各所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过各所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；和循环组件，所述循环组件包括循环流径、泵和散热器，其中所述循环流径与所述冷却剂独立管路进口和所述冷却剂独立管路出口流体相通。-->27.权利要求26的燃料电池系统，其中所述煤油烃类包括煤油。28....

【专利技术属性】
技术研发人员：MH阿布德埃尔哈米德，YM米克海尔，RH布伦克，DJ利西，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]