[發明專利]含有使燃料電池堆與岐管組件電隔離的單元的燃料電池系統及方法

無效

• 申請號: 200580044538.1
• 申請日: 2005-12-22
• 公開（公告）號: CN101088186A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 達納·A·凱利;莫罕莫德·法魯克;基思·戴維思
• 申請（專利權）人: 燃料電池能有限公司
• 主分類號: H01M8/00
• 分類號: H01M8/00;H01M2/14;H01M2/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王萍

技術領域

本發明涉及燃料電池，并且尤其涉及一種適應阻止電解液從該系統的燃料電池堆流到和該電池堆一起使用的岐管中的外部岐管燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是一種通過電化反應把烴燃料中貯存的化學能直接轉換成電能的器件。燃料電池通常包括被電解液隔開的陽極和陰極，其中電解液用于傳導帶電離子。燃料電池是通過使反應燃料氣體穿過陽極同時使氧化氣體穿過陰極來工作的。為了產生有用的功率電平，可將若干單個燃料電池串聯堆疊在一起，其中每個電池之間放置導電隔板。

燃料電池堆可以是內部岐管堆或者是外部歧管堆。內部岐管堆典型地帶有嵌入在燃料電池板中的用來傳送燃料氣體和氧化劑氣體的氣體通道。在外部岐管堆中，燃料電池板在它們的二端上是開放的并且通過密封在燃料電池堆的各個表面上的岐管把氣體傳送到電池中。各種燃料電池堆中的岐管提供把燃料氣體和氧化劑氣體傳送到燃料電池中的密封通道并且防止這些氣體流到環境和其它岐管中。必須在燃料電池堆的操作條件下和在電池堆的生命周期期間實現岐管的這些功能。

燃料電池堆是導電的并且沿著它的長度方向具有電勢梯度，從而電池堆的一端處于最正電勢(電池堆的正電勢端)并且另一端處于最負電勢(電池堆的負電勢端)。從而典型地用金屬材料做成的外部岐管必須對燃料電池堆電隔離，以便不短路電池堆。已在金屬岐管和燃料電池堆之間使用帶有電介質絕緣體以及一個或更多的墊圈的電隔離組件，以產生期望的電隔離。典型外岐管系統包括三到四個岐管，每個岐管使用類似的電隔離組件以便對每個岐管提供類似的密封和介質隔離。

圖1中示出常規外部岐管燃料電池系統100的典型結構中的一個岐管以及一個電隔離組件的示意分解圖。如所示，系統100包括燃料電池堆1，由復蓋堆1的一個表面1a的金屬岐管6構成的岐管，以及設置在堆1和岐管6之間的電隔離組件101。組件101包括電介質部件5，靠著堆表面1a的濕墊圈2，靠著濕墊圈2的陶瓷塊或件3，以及按倚靠關系設置在陶瓷塊3和電介質部件5之間的干墊圈4。該燃料電池系統中的其它岐管采用類似設計。

液體電解液燃料電池系統中，例如溶態碳酸鹽燃料電池中，當燃料電池中的液體電解液從電池堆遷移到會弄濕隔離組件的靠著岐管的構件的位置上時，可能嚴重損害電隔離組件101提供的電隔離。尤其，燃料電池工作期間，堆表面1a會因可被濕墊圈2吸收的液體電解液而變濕。陶瓷塊3通過它的和濕墊圈2表面相靠的表面變成和液體電解液接觸。當電解液越過陶瓷墊圈到達干墊圈4時，陶瓷塊3的絕緣能力明顯降低。后果是，岐管6和堆1之間的電隔離難以保持干墊圈負責堆1和岐管6之間的大部分電壓降。該電壓降可能高達500伏。

燃料電池堆和岐管之間的電勢差促使電解液從堆表面1a越過電隔離組件101。岐管通常具有在電池堆的最正和最負電勢之間浮動的固定電勢。這造成岐管的電勢比電池堆的正電勢端的電勢低。結果是，在電池堆和岐管之間施加正電勢。這轉而促進電解液從電池堆流入并穿過隔離組件101。

更具體地，堆1正電勢端處的電勢導致按如下形成碳酸鹽離子(CO₃＝)：

CO₂+1/2O₂+2e^-→CO₃^＝

這些碳酸鹽離子吸附在岐管6處的低電勢上，該較低電勢是按相對于堆的正電勢以負電勢示出的。從而形成一個幫助電解液從該堆的正電勢端經過電隔離組件101流到岐管6的“電化泵”。這造成電解液弄濕塊3、墊圈4和電介質隔離體5，從而損害它們的絕緣性質并且降低組件101的電隔離能力。

如美國專利6,413,665號中公開那樣，常規電隔離組件通過對塊3采用例如光滑陶瓷塊消解電解液流動。這種結構通過延遲和岐管相鄰的隔離組件構件的濕化來延長電隔離組件的能力以保持它們的電隔離特性。但是，遲早仍會發生電解液遷移。從而，仍在尋找阻止電解液從電池堆流過這種電隔離組件的其它方法。

從而本發明的一個目的是提供一個燃料電池系統，其適于進一步減少電解液遷移越過用于提供燃料電池堆和與該堆一起使用的岐管之間的電隔離的電隔離組件。

本發明的另一個目的是提供一種上述類型的系統，其中以簡單和低成本的方式實現電解液遷移的減少。

發明內容