燃料电池再生制造技术

本发明专利技术总体上涉及用于降级之后的燃料电池再生的系统和方法。池再生的系统和方法。池再生的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池再生
[0001]相关申请的交叉引用本非临时申请要求2021年8月19日提交的序列号为63/234,994的美国临时专利申请的根据35 U.S.C.
§
119(e)和任何其他适用法律或法规的权益和优先权，该申请的全部公开内容在此通过引用明确地并入本文中。


[0002]本专利技术总体上涉及用于降级（degradation）之后的燃料电池再生（fuel cell regeneration）的系统和方法。

技术介绍

[0003]燃料电池、燃料电池堆和/或燃料电池系统以其对燃料的高效利用来开发用于固定或移动应用的直流（DC）和/或交流（AC）电功率而已知。在高电压（诸如，开路电压）处的燃料电池或燃料电池堆操作由于电极处的过氧化物自由基形成和/或铂金属氧化和/或由于MEA的变干（fry out）而可能对燃料电池或燃料电池堆的健康有害。燃料电池或燃料电池堆当在这种高电压处操作时可能会经历降级。因此，典型地要避免燃料电池或燃料电池堆在高电压处的操作，以防止这种降级。
[0004]实现用于避免在低电流密度和/或高电压条件下操作燃料电池或燃料电池堆的策略可能会增加燃料电池或燃料电池堆操作的复杂性。复杂性中的这种增加可能会导致降低包括燃料电池或燃料电池堆的载具的操作效率和/或增加其操作成本。因此，需要开发用于在对燃料电池或燃料电池堆健康的最小影响的情况下在低负载和/或高电压条件下操作燃料电池或燃料电池堆的策略和方法。
[0005]本文中描述的是用于标识燃料电池或燃料电池堆何时需要再生的方法和系统、以及用于在由于在低负载和/或高电压条件下操作所引起的降级之后使燃料电池再生的方法和系统。本公开涉及可以被实现以逆转（reverse）性能损失和/或增加包括燃料电池或燃料电池堆的载具和/或动力系的效率的方法和系统。

技术实现思路

[0006]本公开的实施例被包括以满足这些和其他需要。在本文中描述的本公开的一个方面，一种使燃料电池或燃料电池堆的降级再生的方法包括以下步骤：监测在阈值电压以上操作燃料电池或燃料电池堆所花费的时间，确定对于使燃料电池或燃料电池堆的降级再生的需要，使燃料电池或燃料电池堆的降级再生，以及结束燃料电池或燃料电池堆的再生。
[0007]在一些实施例中，使燃料电池或燃料电池堆再生可以包括使燃料电池或燃料电池堆的可逆降级再生。
[0008]在一些实施例中，使燃料电池或燃料电池堆再生可以包括改变燃料电池或燃料电池堆的操作电流密度、实现间歇非开路电压操作、或增加燃料电池或燃料电池堆中的湿度。在一些实施例中，改变操作电流密度可以包括以约0.2A/cm2至约0.8A/cm2的中间电流密度
来操作燃料电池或燃料电池堆。增加燃料电池或燃料电池堆中的湿度可以包括调整燃料电池或燃料电池堆的过量（excess）燃料比或过量空气比。
[0009]在一些实施例中，监测在阈值电压以上操作燃料电池或燃料电池堆所花费的时间可以包括确定所花费的时间是否在阈值时间以上。在一些实施例中，阈值时间可以是约25小时。
[0010]在一些实施例中，确定对于使燃料电池或燃料电池堆再生的需要可以包括使用模型来估计燃料电池或燃料电池堆在阈值电压以上操作可以花费的阈值时间。
[0011]在一些实施例中，确定对于使燃料电池或燃料电池堆再生的需要可以包括：确定燃料电池或燃料电池堆在高电压条件下操作已经花费的时间，以及将燃料电池或燃料电池堆在高电压处操作已经花费的时间与阈值时间进行比较。在一些实施例中，燃料电池或燃料电池堆在高电压条件下操作已经花费的时间可以是固定时间或加权时间，并且可以由模型基于燃料电池或燃料电池堆的操作电流密度或操作电压来确定。
[0012]在一些实施例中，结束燃料电池或燃料电池堆的再生可以在固定时间之后被发起。
[0013]在一些实施例中，结束燃料电池或燃料电池堆的再生可以基于模型，或者可以基于生成燃料电池或燃料电池堆之前和之后的燃料电池或燃料电池堆电压。使燃料电池或燃料电池堆再生之后的燃料电池或燃料电池堆电压与再生之前的燃料电池或燃料电池堆电压的改变不能够多于约1%。
[0014]在一些实施例中，使燃料电池或燃料电池堆的降级再生可以包括增加燃料电池或燃料电池堆中的燃料的再循环速率、减小燃料的净化（purge）速率、降低燃料电池或燃料电池堆的操作温度、降低燃料电池或燃料电池堆的操作压强、或调整燃料电池或燃料电池堆的过量空气比或过量燃料比。在一些实施例中，阈值电压可以是约0.7V至约0.85V。
[0015]在本公开的第二方面，一种燃料电池或燃料电池堆以操作电流密度、操作电压、以及在过量空气比的情况下进行操作。该燃料电池或燃料电池堆包括以第一流率流过该燃料电池或燃料电池堆的阳极入口的燃料和以第二流率流过该燃料电池或燃料电池堆的阴极入口的氧化剂。如果操作电压高于阈值电压，则监测该燃料电池或燃料电池堆的操作时间。当需要时，该燃料电池或燃料电池堆经历再生。
[0016]在一些实施例中，该燃料电池或燃料电池堆的再生可以包括改变该燃料电池或燃料电池堆的操作电流密度、改变操作电压、降低第一流率、或降低第二流率。
[0017]在一些实施例中，操作电压可以通过实现间歇非开路操作来降低。该燃料电池或燃料电池堆的操作电流密度可以被改变为约0.2A/cm2至约0.8A/cm2的中间电流密度。第一流率或第二流率可以通过分别调整阳极入口处的阳极化学计量学（stoichiometry）或调整阴极入口处的阴极化学计量学来降低。如果在阈值电压以上操作该燃料电池或燃料电池堆所花费的时间在阈值时间以上，则可以降低操作电压，可以降低第一流率，或者可以降低第二流率，以使该燃料电池或燃料电池堆再生。在一些实施例中，阈值时间可以是约25小时。
[0018]在一些实施例中，该燃料电池或燃料电池堆的再生可以包括使该燃料电池或燃料电池堆的可逆降级再生。在一些实施例中，阈值电压可以是约0.7V至约0.85V。在一些实施例中，使用模型来确定何时发起生成或者何时停止再生。
附图说明
[0019]图1A是包括连接到电厂辅机设备（balance of plant）的一个或多个燃料电池堆的燃料电池系统的图示。
[0020]图1B是具有燃料电池模块的燃料电池系统的图示，每个燃料电池模块具有燃料电池堆和/或燃料电池。
[0021]图1C是燃料电池堆中的燃料电池的组件的图示。
[0022]图2是图示了用以在由在诸如开路电压（OCV）之类的高电压处操作燃料电池或燃料电池堆所引起的降级之后使燃料电池或燃料电池堆再生的路径的示意图。
[0023]图3是图示了由于在诸如开路电压（OCV）之类的高电压处操作燃料电池或燃料电池堆所致的可逆和不可逆降级的示意图。
[0024]当参考本文中描述的附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。还参考了附图，该附图形成本文的一部分，并且其中通过说明的方式示出了其中可以实践本专利技术的特定实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使燃料电池或燃料电池堆的降级再生的方法，包括：监测在阈值电压以上操作所述燃料电池或燃料电池堆所花费的时间，确定对于使所述燃料电池或燃料电池堆的降级再生的需要，使所述燃料电池或燃料电池堆的降级再生，以及结束所述燃料电池或燃料电池堆的再生。2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述燃料电池或燃料电池堆再生包括：使所述燃料电池或燃料电池堆的可逆降级再生。3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述燃料电池或燃料电池堆再生包括：改变所述燃料电池或燃料电池堆的操作电流密度、实现间歇非开路电压操作、或增加所述燃料电池或燃料电池堆中的湿度。4.根据权利要求3所述的方法，其中改变操作电流密度包括以约0.2A/cm2至约0.8A/cm2的中间电流密度来操作所述燃料电池或燃料电池堆，以及其中增加所述燃料电池或燃料电池堆中的湿度包括调整所述燃料电池或燃料电池堆的过量燃料比或过量空气比。5.根据权利要求1所述的方法，其中监测在阈值电压以上操作所述燃料电池或燃料电池堆所花费的时间包括：确定所花费的时间是否在阈值时间以上。6.根据权利要求1所述的方法，其中确定对于使所述燃料电池或燃料电池堆再生的需要包括：使用模型来估计所述燃料电池或燃料电池堆在阈值电压以上操作可以花费的阈值时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中确定对于使所述燃料电池或燃料电池堆再生的需要包括：确定所述燃料电池或燃料电池堆在高电压条件下操作已经花费的时间，以及将所述燃料电池或燃料电池堆在高电压条件下操作已经花费的时间与阈值时间进行比较。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述燃料电池或燃料电池堆在高电压条件下操作已经花费的时间可以是固定时间或加权时...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：