[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池和燃料电池装置，更特别地，涉及可抑制燃料电池操作停止时的性能降低和劣化并可执行低温激活时的暖机的燃料电池。

背景技术

聚合物电解质燃料电池(或质子交换膜燃料电池)具有诸如寿命较长、输出较高、由于激活/停止导致的劣化较低、操作温度较低和激活/停止较为容易的优点。

由于这些优点，因此燃料电池可望被用于范围广泛的应用中，这些应用包括：用于诸如数字照相机、数字摄像机、移动电话或笔记本个人计算机的便携式装置的电源；用于电动汽车的电源；和用于商务或家用的分布式电源。

在这些应用中，上面安装聚合物电解质燃料电池的便携式装置(例如，数字照相机)的有利之处是它可被使用比上面安装现在是主流的锂离子电池的便携式装置更长的时间周期。

最近，由于便携式装置的功耗稳定增加并且因此存在仅使用锂离子电池可导致电力短缺的担心，因此需要迅速发展具有较高的效率的燃料电池。出于这种原因，在燃料电池的技术领域中，在膜电极组件、电池结构和发电条件等方面正在进行各种改进。

同时，在上面安装聚合物电解质燃料电池的发电系统中，存在可能由于根据条件重复激活和停止导致输出降低的情况。

特别地，在发电系统停止时，当在燃料电池中保留诸如燃料气体或氧化剂气体的发电反应引发气体时，存在导致诸如输出电压降低和构成部件的腐蚀的劣化的担心。

出于这种原因，迄今为止，如日本专利申请公开No.H02-33866所公开的那样，已提出一种用于发电系统的操作停止方法，在该操作停止方法中，使用不活泼气体以清除(purge)磷酸燃料电池系统中的发电反应引发气体。在该操作停止方法中，为了防止燃料电池在其停止过程中的劣化，在氧化剂电极和燃料电极被短路的同时，保留在燃料路径中的燃料通过氮被清除，由此，溶于浸渍于电解质层中的磷酸中的氧被去除。

此时，为了将氧化剂电极和燃料电极带入短路状态中并然后带入开路状态中，使用定时器。

并且，日本专利申请公开No.H10-144334公开：在燃料电池操作停止时，在电极之间连接假电阻器以导致短路的同时，向阳极和阴极中的每一个供给不活泼气体(氮气)以去除保留在电池中的氢和氧。

另一方面，为了使发电系统节省空间并减小尺寸，采用不使用不活泼气体的操作停止方法是有利的。因此，在日本专利申请公开No.2003-115305中，提出了允许弱电流流动的外部电阻器与燃料电池的各对隔板连接。

日本专利申请公开No.2003-115305公开：外部电阻器具有开关，并且，当燃料电池的操作被停止时，外部电阻器的开关被闭合，并且弱电流被允许在燃料电池的各对隔板之间流动，由此消耗剩余的气体。

另外，燃料电池在低温下具有极小的输出，使得不能获得希望的输出。因此，需要对燃料电池进行暖机。

日本专利申请公开No.2003-115305公开：在利用上述的方法停止燃料电池的操作之后，通过将开关保留在闭合状态直到随后的激活，可以执行用于随后的激活的暖机。并且，日本专利申请公开No.2003-109636公开了其中设置用于短路燃料电池单元的电极的短路电路并且通过导致短路电路的短路执行燃料电池的暖机的结构。此时，当温度变得低于预定温度时，短路电路被闭合，并且，当温度变得不低于预定温度时，短路电路被打开。

但是，防止燃料电池在其操作停止时劣化以及在低温激活时执行暖机的常规技术存在以下的问题。

在要被安装在便携式装置上的燃料电池中，用于容纳燃料电池的空间被限制，使得需要采用尽可能紧凑的控制单元。

相反，在日本专利申请公开No.H02-033866和H10-144334中公开的通过使用氮清除保留在燃料路径中的燃料的燃料电池系统中，另外需要清除气体供给单元。

因此，对于上述的常规技术，在减小燃料电池系统的尺寸方面出现不足。

并且，在上面的日本专利申请公开No.2003-109636中公开的在低温下激活燃料电池时执行暖机的技术具有受使用环境温度等影响的问题。

即，在该技术中，为了打开/闭合在暖机时操作的短路电路，使用电阻值基于元件温度可逆地变化的可变电阻元件。因此，该技术具有操作条件依赖于使用中的温度的问题。

发明内容

本发明针对环境温度几乎不影响、节省空间并具有可自动执行开关的开关的燃料电池和燃料电池装置。

即，本发明涉及可在消耗导致燃料电池操作停止时的性能降低或劣化的发电反应引发气体的情况下或者在低温激活时执行暖机的情况下通过使用开关有效控制短路的燃料电池和燃料电池装置。