專利名稱：燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法
技術領域：
本發(fā)明屬于能源、發(fā)電技術領域，特別涉及燃料電池的制造技術。
燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕的目的是使質(zhì)子交換膜保持傳輸質(zhì)子的能力，增濕不足，質(zhì)子交換膜傳輸能力差，影響電池性能，增濕過份，會使淹沒電極，同時也導致了電池性能下降，因此，增濕是質(zhì)子交換膜燃料電池的技術關鍵。
德國磁電機技術有限公司阿爾圖爾·科沙尼克里斯蒂安·盧卡斯托馬斯·施韋西格申請的專利(97182101)涉及一種高分子電解質(zhì)—燃料電池的交換膜增濕方法，該方法使用較低超壓的空氣為氧化劑，和不同的燃氣，特別是氫氣，通過將液態(tài)水直接送入燃燒空氣及燃氣的氣體通道中進行冷卻。被送入氣體通道中的水同時起到潤濕固體電解質(zhì)的作用。該方法的缺點是增濕度不易控制，經(jīng)常由于氣流將增濕水沖進電堆，導致電極被淹。
德國磁電機技術有限公司阿爾圖爾·科沙尼申請的專利(97182102)中提出一種高分子電解質(zhì)一燃料電池中膜片濕度的調(diào)節(jié)方法，在不使用輔助電極的情況下電測量膜片濕度的參量，并且依據(jù)所測得的膜片濕度控制膜片最佳濕度的調(diào)節(jié)。由于質(zhì)子交換膜在汽車上使用時，工況變化很大，很快，要求控制的動態(tài)響應極強。該方法的缺點是，根據(jù)膜汽溫度來控制加濕，其動態(tài)響應跟不上汽車工況變化的要求，難以有實效。
美國H動力公司申請申請的專利(95196322)公開了一種包括疊層分隔器/隔膜電極組件單元的燃料電池疊層，其中分隔器包括一系列堆疊的薄板，薄板上分別配置有蛇形微通道反應氣潤濕區(qū)，作用區(qū)和冷卻區(qū)。蛇形通道以化學或激光蝕刻，切割，壓或模壓成型，以適應各種熱管理和潤濕技術?！拔眯挝⑼ǖ婪磻獨鉂櫇穹ā辈⒉荒芙鉀Q與電堆之間的響應問題。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法，使之能適應劇烈、大幅度變化的電堆運行工況。
本發(fā)明提出的一種燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法，其特征在于，包括以下步驟1)在燃料電池增濕器的入口處安裝能量發(fā)生器(超聲波或激光發(fā)生器)，可控制地給增濕液輸入外加能量；2)將該能量發(fā)生器與電堆功率變化情況，以占電堆總功率的0-5％之間的比例調(diào)節(jié)或智能調(diào)節(jié)方式聯(lián)系起來；3)增濕過程中，根據(jù)電堆電堆功率變化情況控制能量發(fā)生器給增濕液的能量大小，可從0-10千瓦之間變化；4)增濕過程中，根據(jù)燃料氣氫中的CO含量超過100PPm時，朝增濕液中自動注入相應的氧化性強的液體，將CO轉(zhuǎn)化為CO2，以保證電堆燃料氣成份的穩(wěn)定。所說的能量發(fā)生器可采用超聲波或激光發(fā)生器。所說的氧化性強的液體為雙氧水。
本發(fā)明的特點可以歸結為兩點，其一是壓增濕液進入電堆增濕器入口處設置能量發(fā)生器，給增濕液預置能量，增強增濕液與氣體混和的能力，因該能力很容易控制故可適應變化幅度大、，變化頻率高的情形。其二是增濕液不全為純凈水，而是根據(jù)電堆工作環(huán)境，添加輔助試劑，可消除燃料氣中有毒成份如CO，SO2等。保證燃料電池在良好的工作環(huán)境中運行。
本發(fā)明提出的一種燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法的實施案例，具體包括以下步驟1)在增濕器的入口處安裝超聲波發(fā)生器的探頭；2)經(jīng)由計算機將超聲波發(fā)生器的探頭與電堆功率監(jiān)測器聯(lián)系起來；3)在增濕器回路上安裝添加劑儲罐，加入雙氧水，由電磁閥控制與增濕液的隔離；4)根據(jù)計算機得到的電堆功率監(jiān)測信號，當電堆功率小于或等于額定功率時，超聲波發(fā)生器不工作，當電堆功率大于額定功率時，超聲波發(fā)聲器工作，調(diào)節(jié)其功率與電堆功率之比為0-0.05之間，調(diào)節(jié)增濕溫度，最高不超過150℃；5)由燃料氣成份儀得到的信號，當CO濃度高于100ppm時，指示電磁閥開啟，讓H2O2以1毫升-10毫升/秒的流速進入增濕液，當其與燃料氣相混合時，可將其中的CO氧化為對電堆無大害的CO2。
權利要求
1.一種燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法，其特征在于，包括以下步驟1)在燃料電池增濕器的入口處安裝能量發(fā)生器，可控制地給增濕液輸入外加能量；2)將該能量發(fā)生器與電堆功率變化情況，以占電堆總功率的0-5％之間的比例調(diào)節(jié)或智能調(diào)節(jié)方式聯(lián)系起來；3)增濕過程中，根據(jù)電堆電堆功率變化情況控制能量發(fā)生器給增濕液的能量大小，從0-10千瓦之間變化；4)增濕過程中，根據(jù)燃料氣氫中的CO含量超過100PPm時，朝增濕液中自動注入相應的氧化性強的液體，將CO轉(zhuǎn)化為CO2，以保證電堆燃料氣成份的穩(wěn)定。
2.如權利要求1所述的燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法，其特征在于，所說的能量發(fā)生器采用超聲波或激光發(fā)生器。
3.如權利要求1所述的燃料電池中質(zhì)子交換膜增濕方法，其特征在于，所說的氧化性強的液體為雙氧水。
全文摘要
本發(fā)明屬于燃料電池的制造技術。包括:在燃料電池增濕器的入口處安裝能量發(fā)生器,可控制地給增濕液輸入外加能量;增濕過程中,根據(jù)電堆電堆功率變化情況控制能量發(fā)生器給增濕液的能量大小,并根據(jù)燃料氣氫中的CO含量超過100ppm時,朝增濕液中自動注入相應的氧化性強的液體,將CO轉(zhuǎn)化為CO
文檔編號H01M4/88GK1388599SQ0111834
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月25日 優(yōu)先權日2001年5月25日
發(fā)明者曾憲林, 毛宗強, 王利生 申請人:北京飛馳綠能電源技術有限責任公司