[發(fā)明專利]吹掃燃料電池的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780052372.7
• 申請日: 2007-05-21
• 公開（公告）號: CN101689656A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裵重冕;李東偉
• 申請（專利權(quán)）人: 喜特恩特有限公司;韓國科學(xué)技術(shù)情報研究院;燃料艙供電公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司
• 代理人: 崔 征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種吹掃燃料電池的方法，更具體地，涉及一種可以提高燃料電池的效率和性能的吹掃燃料電池的方法。

背景技術(shù)

一般地，假設(shè)電池是一種能量儲存裝置，則燃料電池可稱為用于將化學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。

也就是說，燃料電池通過將氫和氧結(jié)合為水的過程產(chǎn)生電。

另外，與發(fā)動機和渦輪不同，燃料電池不會產(chǎn)生氧化氮或硫磺，因為其并不燃燒燃料。

現(xiàn)在，燃料電池以各種方式用作替代能源。在下文中，為了解釋的方便，在各種類型的燃料電池中，將簡要地描述聚合電解質(zhì)燃料電池。

聚合電解質(zhì)燃料電池用作非污染性汽車、家用發(fā)電系統(tǒng)、移動通信設(shè)備、軍事裝備、醫(yī)療器械以及類似裝置的能源，這是由于它具有高輸出密度和高能量轉(zhuǎn)化效率，能夠在80℃或更低的溫度下工作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及密封封裝。

在這種聚合電解質(zhì)燃料電池中，電能輸出依賴于作為氫離子的質(zhì)子通過稱為Nafion^TM的聚合膜的程度。聚合膜必須適當?shù)嘏c水結(jié)合，從而允許氫離子通過。

通過使用附加的增濕器使得被引入聚合電解質(zhì)燃料電池正負極的反應(yīng)氣體變得潮濕從而使得聚合電解質(zhì)燃料電池的相對濕度在燃料電池堆棧的操作溫度上達到100％，來實現(xiàn)聚合膜的水合作用。

在聚合電解質(zhì)燃料電池的工作期間，在負極上產(chǎn)生作為反應(yīng)產(chǎn)物的水，并且在聚合電解質(zhì)燃料電池中可能出現(xiàn)多余數(shù)量的水。

由于負極上產(chǎn)生的多余數(shù)量的水可能出現(xiàn)通過聚合膜的氫離子的反向擴散，因此在聚合電解質(zhì)燃料電池的運行中，使用聚合膜作為邊界來控制負極和正極上的水量是重要的。

也就是，當包括正負極的電極沒有被充分濕潤時，對聚合膜進行脫水，從而提高聚合膜的電阻值。但是，由于聚合膜的電阻值的增加而阻止了質(zhì)子的運動，所以會存在這樣的問題，即聚合電解質(zhì)燃料電池的電效率會降低。

另外，由于多余數(shù)量的水而阻止了氣體到電極的運動以及質(zhì)子的擴散，所以會存在這樣的問題，即聚合電解燃料電池的穩(wěn)定性和化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能的效率會降低。

一般地，在聚合電解質(zhì)燃料電池中，多余量的水的問題(以下稱為“泛濫現(xiàn)象”)比脫水的問題更加重要。

特別地，在高電流區(qū)域中的工作環(huán)境中，在負極上產(chǎn)生了額外的反應(yīng)產(chǎn)物，另外，當水超量時，由于水滴的作用，阻止了將氣體供應(yīng)到催化層以及將質(zhì)子擴散到聚合膜，從而損害了整個燃料電池堆棧的性能。

另外，由于水不均勻地分布在燃料電池堆棧中的單元電池中，所以可能會損害一些單元電池的性能，從而使得正常的工作變得困難。

同樣，由于聚合電解質(zhì)電池中存在的泛濫現(xiàn)象使得聚合電解質(zhì)燃料電池的反應(yīng)效率被降低以及它的穩(wěn)定工作變得困難，因此絕對需要將多余數(shù)量的水釋放到燃料電池堆棧的外部。

將水從燃料電池釋放出去的常規(guī)方法可能包括結(jié)構(gòu)方法和吹掃方法。

結(jié)構(gòu)方法是一種這樣的方法，即通過設(shè)計一種容易釋放水的彎曲形狀的分離板的流動通道容易地根據(jù)壓力下降和流速將水從燃料電池中釋放出去。

吹掃方法是一種這樣的方法，即使用提供在燃料電池堆棧的后端上的吹掃閥加速水和氣混合形式中的水的釋放。

這種吹掃方法包括短周期吹掃方法和長周期吹掃方法。

圖1示出了根據(jù)常規(guī)的短周期吹掃方法的吹掃信號的示意圖。這里，吹掃條件是1rev/5-60sec的吹掃周期以及0.5-2秒鐘的吹掃持續(xù)時間。

同樣地，在短周期吹掃方法中，吹掃閥頻繁地打開很短(0.5-2sec)的時間。短周期吹掃方法的優(yōu)勢在于，一點一點地釋放水，從而使得燃料電池能夠產(chǎn)生正常的輸出，但是它的問題在于，短周期之內(nèi)不能完全釋放水，從而水保留在燃料電池中，從而由于所保留的水而損害燃料電池的性能。

圖2示出了根據(jù)常規(guī)的長周期吹掃方法的吹掃信號的示意圖。這里，吹掃條件是吹掃周期為1rev/10min的吹掃周期以及3秒鐘的吹掃持續(xù)時間。

同樣地，在長周期吹掃方法中，吹掃閥打開相對較長的周期(3秒鐘或更長)，但是由于考慮到燃料的消耗大約每10分鐘打開一次。長周期吹掃方法的問題在于，由于吹掃閥打開較長的周期，所以增加了燃料的消耗。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明考慮到了現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種吹掃燃料電池的方法，該方法能夠通過適當?shù)亟Y(jié)合短長周期吹掃方法和長周期吹掃方法來提高燃料電池的效率和性能。