[发明专利]用于借助于循环伏安式测量来检查燃料电池的方法和系统

说明书

根据本发明借助于循环伏安式测量来确定所述燃料电池(5)中的气体成分、尤其氢气盈余用于检查燃料电池(5)。本发明能够特别有利地用于尤其也从远方监控储存的或未运行的燃料电池(5)的气体室(6，7)中的氢气盈余。本发明但也能够非常有利地用于监控和/或控制燃料电池(5)的关断过程，尤其以便在此设定燃料电池(5)中的所希望的气体环境、例如氢气盈余。这可以以仅一个唯一的测量设备完成，而不会干预燃料电池(5)。只需触及燃料电池的负载端子。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1或11的用于借助于循环伏安式测量来检查燃料电池的方法和系统。

背景技术

在燃料电池中，通过氢气(H₂)和氧气(O₂)在电极上电化学化合成水(H₂O)来高效地产生电流。燃料电池在其运行期间供应有工作气体——即含氢燃料气体和含氧的氧化气体。氢气和氧气也称为“反应物”。

燃料电池在此通常包括离子可渗透的电解质并且在两侧分别包括催化剂层和电极。在聚合物电解质膜燃料电池(PEM燃料电池)的情况下，电解质是质子传导膜。所述膜与催化剂层和电极一起形成膜电极单元。在其上，在两侧分别连接有用于燃料气体和氧化气体的气体室。由燃料气体穿流的气体室处的电极通常称为“阳极”并且该气体室称为“阳极侧气体室”。由氧化气体穿流的气体室处的电极通常称为阴极并且该气体室称为“阴极侧气体室”。

已经已知用于在燃料电池的常规、持续运行中(即在给气体室供应工作气体并且由工作气体穿流气体室的运行中)检查燃料电池的多种方法，其中测量燃料电池的阻抗，以便例如确定燃料气体的供给状态和电解质的湿度状态(参见例如EP 1 898 483 A1)。

还已知，借助于循环伏安式测量来检查燃料电池。在下文中，循环伏安式测量被理解为如下测量：其中定义的电压或电势曲线(例如具有优选恒定进给速度或电势增加速率的基本上三角形的电压或电势曲线)循环地施加到燃料电池的电极上，并且测量产生的电流曲线。循环伏安式测量有时也称为循环伏安法、循环的伏安法、周期伏安法或三角电压法。

由DE 10 2007 002 426 A1已知一种诊断设备，其中在系统停止时借助于循环伏安法测试燃料电池以确定其老化状态。在已知的诊断设备中，对于阴极的测量，以氮气穿流阴极气体室并且以氢气穿流阳极气体室。交换气体以测量阳极。

但除了通常的运行状态、即以燃料气体和氧化气体穿流燃料电池的气体室之外，燃料电池还可以具有不给气体室供应气体并从而不由所述气体穿流气体室的运行状态。

例如，这是储存状态或(暂时)停止或关断状态。在这种状态下，没有输送燃料气体和氧化气体，也没有电流导出。气体室在入口侧(例如借助于被截止的阀)与气体输送装置或气体供给装置分离或根本不连接到其上。

为了防止燃料电池及其结构元件中的腐蚀和氧化，气体室通常以氢气填充，使得化学计量盈余的氢气总是面对因泄漏和不密封渗入的氧气。所述所谓的“氢气盈余”例如在燃料电池的制造商处在测试运行中在关断燃料电池的情况下产生(参见例如EP 0 914 685B1)。

这种燃料电池的电负载端子通常也被短路以防止燃料电池的阴极和阳极之间的电势差。

例如，燃料电池在其制成和后续测试之后通常不会立即使用，而是必须暂时存放在燃料电池的制造商和/或客户处。这尤其适用于替代或更换燃料电池，所述替代或更换燃料电池被保持，以便在燃料电池出现故障和需要更换时确保燃料电池设备的高可用性。对应地，所述燃料电池也不连接到用于反应物的供给装置上。

在储存燃料电池时确保气体室中始终有氢气盈余。此外，确保电解质(在PEM燃料电池的情况下电解质膜)不会变干。