[發(fā)明專利]減少電解質被沖洗掉的HTM燃料電池或電池組和用于起動電池的方法

無效

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• 申請日: 2000-03-17
• 公開（公告）號: CN1347574A
• 公開（公告）日: 2002-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 烏爾里克·格布哈特;曼弗雷德·韋達斯
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 侯宇

本發(fā)明涉及一種減少電解質被沖洗掉的HTM燃料電池。一種新型的結構建議，借助它收集沖洗出的電解質并引回HTM燃料電池中。此外本發(fā)明涉及一種起動HTM燃料電池的方法，其中，借助此新型結構，在正常運行時將沖洗出的電解質重新引回電池中。

由DE19844983.6(尚未公開)已知一種用于燃料電池尤其用于PEM燃料電池的液體阻擋層。

此外已知聚合物-電解質-膜片-燃料電池(Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle)，它有與[-SO₃H]基有關的基本聚合物作為電解質。電解的導電在這里通過水合的質子發(fā)生。膜片需要相應的液態(tài)水，亦即在正常壓力下工作溫度低于100℃，以保證質子的電導性。由此產生了一個問題，即入流的過程氣體在溫度高于約65℃時必須被增濕。

為了取消工作溫度的限制，取代含[-SO₃H]基的膜片采用另一種膜片(它也可以是離子交換膜)和/或具有游離的和/或物理和/或化學結合的磷酸的基體作為燃料電池的電解質。這種燃料電池稱為高溫膜燃料電池(HTM燃料電池)。然而在實現含游離的磷酸的HTM燃料電池時，至少會產生在溫度低于100℃，亦即在燃料電池裝置起動時電解質被沖洗掉的問題。這主要是在燃料電池進入起/停運行，亦即例如在移動式應用時產生的問題。由于沖洗引起的電解質損失可能導致功率損失直至電池失去工作能力。沖洗掉的電解質例如隨過程氣流(Prozeβgasstrom)離開電池。為了獲得電池的工作能力必須補充電解質。

已知在磷酸燃料電池PAFC(Phosphor?Acid?Fuel?Cell)中也存在此類問題，不過在那里這是次要的，因為PAFC主要固定式地應用于長期連續(xù)運行，而電解質損失如所述那樣大部分在起動過程中產生。顯然本發(fā)明也可應用在固定式系統(tǒng)中。

因此本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種燃料電池，它在工作溫度高于100℃的情況下工作并且無需補充電解質就可保持工作能力。

本發(fā)明的對象是一種HTM燃料電池和一種HTM燃料電池組，它包括兩側帶有電極層的電解質、以及分別與該電極層毗鄰的氣體擴散層和極板，其中，還設有一儲存罐，在儲存罐內可暫時儲存由電池沖洗出的電解質并可重新提供給電池使用。

此外本發(fā)明的對象是一種起動HTM燃料電池的方法，其中，收集被沖洗出的電解質并將其重新引回電池中。

作為高溫膜片(HTM)燃料電池的是任何有下列特點的燃料電池，即它含有傳統(tǒng)的電解質膜片和/或它含有一個作為物理和/或化學地吸收電解質的基體并作為心部的膜片以及它的工作溫度高于傳統(tǒng)的PEM燃料電池的工作溫度，亦即高于80℃，優(yōu)選高于100℃。最高工作溫度約為220℃。HTM燃料電池有一種電解質，它在上述溫度下在非水狀的環(huán)境內有良好的電導率。

可作為儲存罐的是任何有下列特點的容器，即能在其中儲存電解質以及在有些情況下還能蒸發(fā)所生成的水和/或過程排氣。

按一種實施形式，此容器緊連在HTM燃料電池堆疊上，它可能有堆疊的溫度。在這種情況下應相應地選擇儲存罐的材料，使之耐電解質并盡管如此還能輕度加熱。

按另一種實施形式，在儲存罐內含有一壓力平衡裝置。

按另一種實施形式，儲存罐用可擴張和/或彈性的材料制造并且具有可變的容量，所以流入的電解質決定性地影響儲存罐的體積(按照氣球和/或伸縮風箱原理)。

作為電解質例如有磷酸、硫酸、含硫的酸等，所有的化合物在HTM燃料電池內部物理和/或化學地結合在一塊膜片上或一個惰性基體上(下面稱電解質載體或載體)，并促使在HTM燃料電池內部質子的電解導電。

作為電解質優(yōu)選地采用磷酸和/或另一種自離解的Broenstedt酸。

按本發(fā)明方法的一種措施，收集沖洗出的電解質并在調整平衡后將其重新自動引回電池中。

按本發(fā)明的一項設計，在HTM燃料電池內有水的阻擋層，它是可透氣的。阻擋層可設在電極與氣體擴散層之間或導氣層和以極板為界的氣體腔之間。在這種結構中比較有利的是，儲存罐直接連接在HTM燃料電池上(圖1和2)，所以在起動時電解質借助產物水(Produktwasser)壓入儲存罐，并在電池工作時，尤其是在工作溫度高于100℃時汽化產物水，如此形成的毛細管負壓重新將電解質又吸入電池中。