[發明專利]一種高溫液體燃料電池系統啟動方法

有效

• 申請號: 201210564085.7
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887545A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 孫公權;孫海;陳利康;董艷
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及高溫液體燃料電池系統，具體的說涉及高溫液體燃料電池系統啟動方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池以其高效、無污染的特性，成為新型的清潔發電方式。常規質子交換膜燃料電池采用純氫為燃料，限制了其應用范圍，開發以重整氣為燃料氣的質子交換膜燃料電池（通常稱為高溫重整燃料電池）對于燃料電池的商業化具有重要的意義。

在高溫重整燃料電池系統中，重整氣供應裝置通過對燃料源進行處理以產生富含氫氣的燃料氣，燃料源用作氫氣載體。液態燃料源因具有高能量密度和易于儲存和輸運的能力，目前被廣泛應用，并通常稱此類電池為高溫液體燃料電池。該電池的穩定工作溫度通常在160℃以上，為使系統啟動運行，不僅需縮短燃料重整器的啟動時間，同時需要縮短燃料電池電堆的啟動時間。

中國專利200480024524.9披露了一種高效微燃料電池系統，該系統使用來自燃料處理器的加熱介質加熱燃料電池內部，但由于加熱介質（燃料燃燒后產生的氣體）在傳輸過程中的熱量損失較大，傳遞給電堆的熱量有限，且加熱介質進入燃料電池堆和離開燃料電池堆時的溫度高低不同，電堆加熱不均等問題的存在，不利于燃料電池堆放電性能的提高，也不利于燃料電池堆放電性能的穩定。

中國專利200610162715.2披露了一種燃料電池系統的啟動方法，該方法是一種將加熱重整器的燃燒器中排出的氣體供給轉換反應器從而顯著減少提高轉換反應器催化劑溫度的時間并能使燃料電池系統迅速達到穩態運行的啟動方法，即該方法的主要目的是為了燃料電池系統中重整器的快速啟動并達到穩定運行，對于燃料電池堆溫度的快速升高并沒有提出實質性的解決方案。

發明內容

本發明針對以上現有技術的不足，提供一種高溫液體（甲醇、乙醇、乙二醇等）燃料電池系統的啟動方法。

本發明采用的具體技術方案包括以下內容：

一種高溫液體燃料電池系統啟動方法，所述高溫液體燃料電池系統包括燃料罐、含燃燒室和重整室的重整器、燃料電池電堆，所述燃料罐物料出口經液體泵與重整器重整室的物料入口管路相連，所述燃料重整器重整室的物料出口與所述燃料電池電堆陽極物料入口管路相連，所述燃料電池電堆陰極物料入口通過氣體泵與空氣或氧氣氣源管路相連；

于燃料電池電堆端板遠離電堆一側設置有燃料催化燃燒加熱室，于燃料催化燃燒加熱室內部裝填有燃料催化燃燒催化劑；燃料于所述燃料催化燃燒加熱室中與空氣或氧氣進行催化燃燒反應并釋放熱量，釋放的熱量用于加熱燃料電池堆；

于液體泵與重整器重整室的物料入口間的連接管路上設有第一分支管路，第一分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的燃料入口相連，于氣體泵與燃料電池電堆陰極物料入口間的連接管路上設有第二分支管路，第二分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的氣體入口相連。

于第一分支管路和第二分支管路分別上設有閥門。

所述閥門為電磁閥，于燃料電池堆內部設置有一溫度傳感器，溫度傳感器與一控制器信號連接，控制器與電磁閥通過導線電連接；所述控制器根據溫度傳感器輸出的溫度信號控制電磁閥的動作，進一步控制燃料電池電堆外部的燃料催化燃燒加熱室中燃料、和空氣或氧氣的供給。

所述控制器由單片機、電阻、三極管和MOSFET組成；燃料電池堆內部設置的一溫度傳感器與單片機信號連接，單片機接收所述溫度傳感器的輸出信號，并與單片機內部設定的溫度值進行邏輯比較判斷，單片機的輸出信號通過電阻連接到三極管的基極，三極管的發射極接地，三極管的集電極與MOSFET的G極線路連接，三極管控制MOSFET主回路的通斷，電磁閥接于MOSFET的主回路上，MOSFET再控制電磁閥的開啟或關閉。

于燃料電池堆垂直于端板的側壁面上設置有熱交換室，熱交換室上設有氣體進口和出口，熱交換室的氣體進口與重整器中燃燒室尾氣排出口相連，熱交換室用于將所述重整器中燃燒室排出的氣體的熱量進一步傳遞給所述燃料電池堆。

所述燃料催化燃燒催化劑為Pt/Al₂O₃、V₂O₅/TiO₂、MoO₃/TiO₂、Mn(Ⅲ)/TiP、Pt/BN、Pt/Si中的一種或兩種以上。

本發明具有以下優點：本發明所述的高溫液體燃料電池系統啟動方法，通過燃料催化燃燒加熱室中的燃料催化燃燒反應釋放的熱量為燃料電池電堆加熱，增加了系統啟動途徑，縮短系統啟動時間。

附圖說明

圖1、一種本發明所述高溫燃料電池系統啟動方法示意圖。