[发明专利]燃料电池除湿系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月13日提交的名称为“FUEL CELL DEHUMIDIFICATION SYSTEM AND METHOD”的美国非临时专利申请No.12/966,564的优先权，其通过引用以其整体并入本文。

技术领域

实施方式总体上涉及燃料电池，并且更具体地涉及在燃料电池的阳极室和/或阴极室内形成液态水的燃料电池。

背景技术

燃料电池生成可以在各种应用中使用的电能。构成为具有质子交换膜的燃料电池(PEM燃料电池)具有附连在阳极室和阴极室之间的部分由固体电解质构成的离子交换膜。为了通过电化学反应发电，而对阳极供应氢并对阴极供应空气。氢和空气中的氧之间的电化学反应产生电流。燃料电池中的能量生成的电化学反应的副产物之一是水蒸气。

燃料电池的使用寿命可能受到燃料电池系统关闭后残留在阳极室和阴极室内的水蒸气的冷凝的不利影响。通常，蒸气形式的水对燃料电池性能没有不利影响。然而，在关闭期间，燃料电池阳极室和阴极室内的剩余反应气体是富水蒸气的。随着燃料电池的温度降低并接近大气温度，燃料电池阳极室和阴极室中的水蒸气会冷凝，可能引起使膜电极组件(MEA)被水淹和损坏，从而降低燃料电池性能和耐用性。这种水淹在采用重整作为燃料电池系统的氢源时会是尤其有问题的，因为通过重整获得的氢带有相对较高的水蒸气浓度。

关闭期间除去水蒸气的一种解决方案是用惰性干燥气体例如二氧化碳或氮或者用干燥的燃料净化阳极室和阴极室。这些解决方案因为需要随系统携带储存净化气体，这增加了系统的重量并导致更加频繁的燃料补给，所以具有缺点。而且，如果使用气体燃料，则净化导致整体工作效率的浪费和损失。另一方面，对于使用液体燃料的系统而言，因为燃料将必须在引入到燃料电池中之前被重整或蒸发，所以净化方法更加复杂。这两种工艺都消耗燃料，从而导致了较低的系统效率。

因此需要能够使这样的担心最小的系统和方法。

发明内容

本发明的实施方式涉及燃料电池除湿的系统和方法。在本发明的第一实施方式中，提供一种燃料电池系统。该系统包括具有阳极室和阴极室的燃料电池。该系统还包括以选择性流体连通的方式与燃料电池的阳极室操作性地连接的氢源。在燃料电池工作期间，向燃料电池的阳极室供应来自氢源的氢，并且在燃料电池关闭期间，限制氢向燃料电池的阳极室的供应。该系统还包括含有吸湿水解化学制品的除湿剂源，其中除湿剂源以选择性流体连通的方式与燃料电池的阳极室操作性地连接。在燃料电池关闭期间，允许除湿剂源与阳极室之间的流体连通，使得吸湿水解化学制品与阳极室中的水蒸气反应。

在本发明的第二实施方式中，提供一种燃料电池系统的除湿方法，燃料电池系统包括：燃料电池，具有在其中具有水蒸气的阳极室、阴极室；氢源；和除湿剂源，其中氢源以选择性流体连通的方式与燃料电池的阳极室操作性地连接，并且其中除湿剂源以选择性流体连通的方式与燃料电池的阳极室操作性地连接。该方法包括以下步骤：在燃料电池关闭期间限制氢向阳极室的供应，并且选择性地允许阳极室与除湿剂源之间的流体连通，使得除湿剂与阳极室中的水蒸气反应，以产生使阳极室增压的气体。

在各实施方式中，吸湿水解化学制品是氢化物、硅化物、或碱硅胶例如钠硅胶(Na[SiO_2-n(OH)_n])或钠硅化物(NaSi)中的一种。

附图说明

图1是第一燃料电池除湿系统的简图。

图2是第二燃料电池除湿系统的简图。

图3是第三燃料电池除湿系统的简图。

图4是表示燃料电池工作10年所需要的钠硅化物的质量相对于阳极室和/或阴极室的体积的关系的图表。

具体实施方式

实施方式涉及燃料电池除湿系统和方法。将与各种可能的系统和相关联的操作方法一起说明各方面，但是详细描述旨在仅为示例性的。在图1-图4中示出了实施方式，但是实施方式不限于图示的结构或应用。将认识到为了图示的简单和清楚，在适当时，在不同的附图之间重复参考标记来指示对应的或类似的元件。此外，为了提供本文中所描述的实施方式的全面理解，而提出了许多具体细节。然而，本领域技术人员将理解的是，本文中所描述的实施方式可以不具有这些具体细节地实施。

可以使用本文描述的实施方式来去除或减少燃料电池的阳极室和阴极室内的湿气。图1表示燃料电池除湿系统10的一个示例。该系统可以包括燃料电池12、氢源14和除湿剂源16。