專利名稱：：操作熔融碳酸鹽燃料電池的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋰離子二次電池，并且尤其是涉及其負(fù)極。
背景技術(shù)：
：鋰離子二次電池具有高的電壓和高的能量密度。最近，鋰離子二次電池已經(jīng)被用作許多裝置的主電源，包括例如，移動通訊裝置和便攜式電子裝置。隨著這些裝置尺寸的減小和性能的提高，還要求提高鋰離子二次電池性能，許多研究正在進(jìn)行中。已經(jīng)提出并研究了多種材料作為鋰離子二次電池的正極活性材料和負(fù)極活性材料。對于負(fù)極活性材料，例如碳材料和鋁合金己經(jīng)投入實際使用。其中，碳材料表現(xiàn)出最高的性能，并且正被廣泛使用。但是，碳材料具有大約370mAh/g的理論容量，并且已經(jīng)使用了接近理論容量的容量。因此，難以實現(xiàn)能量密度的進(jìn)一步顯著增加。所以，為了實現(xiàn)鋰離子二次電池容量的進(jìn)一步增加，已經(jīng)研究了使用許多新材料作為負(fù)極活性材料。例如，已經(jīng)提出了金屬如硅和錫、以及含有硅或錫的合金或氧化物(見專利文獻(xiàn)1和2)。但是，包含上述新材料的活性材料由于在充電/放電期間鋰的吸收和解吸而產(chǎn)生的大的體積變化。在負(fù)極吸收鋰的充電狀態(tài)中，活性材料體積增加，并且相應(yīng)地負(fù)極膨脹。相反，在解吸鋰的放電狀態(tài)中，活性材料體積減小，并且相應(yīng)地負(fù)極也會收縮。在使用含有金屬、合金或氧化物的活性材料制備電極的情況中，一般要制備包含活性材料粉末和粘結(jié)劑的電極材料混合物作為其主<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>串聯(lián)熱阻(16)頂端電池Ttop-上底板的溫度[K]5Tbot-下相鄰電池的溫度[K]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>串聯(lián)熱阻(17)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>Kbot-Kbot來自(16)底端電池ioTtop-上相鄰電池[K]Tbot-下底板溫度[K]Ktop-Ktop來自(16)Kbot=Kbot來自(17)集流器的傳導(dǎo)性被認(rèn)作一組并聯(lián)熱阻。l)[W/mK](18)如上所述，額外陰極或額外陽極可以出現(xiàn)在最小化電解質(zhì)沿著外岐管墊圈遷移效應(yīng)的電池堆棧(蓄液器)的末端(專利申請WO2003EP10589)。這里蓄液器被模擬為電化學(xué)反應(yīng)不發(fā)生的電池，并且僅熱影響被考20慮o動量平衡沿電池通道氣壓降被計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>通過電池電勢作為平均電流函數(shù)如果后者被作為輸入數(shù)據(jù)提供或通25過計算電流本身如果電勢被提供，電化學(xué)性能被反復(fù)計算。電化學(xué)動力被計算如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中根據(jù)階段I,系數(shù)KCT、A、B、ciR、D和G被實驗確定。因為經(jīng)5常發(fā)生相同結(jié)構(gòu)的相同堆棧電池但行為不同，為了更容易地解釋實驗數(shù)據(jù)，每一個電池的參數(shù)可在輸入時確定。為應(yīng)用理論模型的計算程序代碼為i^CFC-A55^且隨后更新。該程序使用Fortran語言，具有一個主程序和十九個子程序，并且反復(fù)計算幾打超過80個元素的4D向量。io圖3為流程圖，其中主要部分與每個電池主要特性的計算相關(guān)，并且通過主要重復(fù)循環(huán)獲得的不同電池的溫度集中變?yōu)榭梢暋７枮閚max-電池總數(shù)(或者包含一定數(shù)量且為了加速計算而假設(shè)操作條件相同的電池的電池包數(shù))15ij=坐標(biāo)指示電池平面的位置T(i丄n)=電池n在坐標(biāo)點ij上計算得出的固體溫度T0(ij,n)=初始化電池n在坐標(biāo)點ij上的固體溫度eps=固體溫度集中允許的誤差。程序代碼運行中平均電流密度作為輸入值，之后計算相關(guān)電勢，或20計算源自電勢值的平均電流密度。在圖4的流程圖中顯示了源自電流密度的計算。這可以區(qū)別與計算每個次級電池的主要特征相關(guān)的主要部分和兩個主要用于獲取平均電池電流的集中且之后獲取電池本身熱分布的集中的迭代。如所預(yù)料的，熔融碳酸鹽燃料電池本地操作條件(假設(shè)注入不同溶25液)的計算，與陽極和陰極通道相關(guān)的微分方程式被寫入程序代碼，并且正確的流速方向作為已選項的函數(shù)。在逆流情況，因為陰極氣體進(jìn)口條件，額外的迭代循環(huán)被考慮，且可以沿從陰極到陽極方向計算出口條件。(2Q)每一個次級電池的計算如圖5所示。在電池電勢作為輸入數(shù)據(jù)被提供的情況下，通過缺省電勢的集中循環(huán)(convergenceloop)來簡化運算法則。通過迭代方法需要解決的計算如下5局部電流的收斂帶加權(quán)平衡值的預(yù)估校正器；次級電池電流的收斂預(yù)估校正器；電池電勢的收斂最佳迭代法(與切線法相同)，反應(yīng)進(jìn)展度的收斂牛頓-拉夫遜方法；固體溫度的收斂Landweber方法；io沿堆棧的垂直軸的溫度收斂預(yù)估校正器；陰極出口條件(僅用于逆流)的收斂帶加權(quán)平衡值的預(yù)估校正器；通過每個沿著堆的迭代作為從上一個循環(huán)獲得的相鄰電池溫度函數(shù)，每個電池?zé)釀討B(tài)條件被計算。15程序提供如下計算選項計算交叉流、并流或逆流進(jìn)料的操作條件；計算固定工作條件或瞬時操作；在固定電流密度下計算電壓或在固定電壓下計算電流密度；計算每個電池的熱分布或在平面上考慮等溫電池；20在陽極部分僅考慮電化學(xué)反應(yīng)或伴有水煤氣轉(zhuǎn)換的電化學(xué)反應(yīng)；為了氣體特殊熱量而使用常量平均值或作為溫度函數(shù)計算它們，考慮或不考慮擴散現(xiàn)象，通過球狀恒定電阻或作為溫度函數(shù)的局部電阻和氣體成分來確定電化學(xué)動力；計算每個電池的工作條件，或為了縮短程序運行時間，把電池劃分25為不同的且相互連接的電池包，并在假設(shè)相同工作條件下計算；動態(tài)仿真情況下，選擇局部和/或全局變量作為時間函數(shù)來追蹤。數(shù)據(jù)輸入操作條件陽極和陰極進(jìn)口溫度[K]環(huán)境溫度[K]陽極和陰極進(jìn)口壓力[atm]操作電流密度[A/cm2]5加熱板上端和下端溫度[K]每個隔間陽極和陰極進(jìn)口流速[NmVh]yz鄉(xiāng)猶錄絲進(jìn)料類型(交叉流，并流或逆流)電池堆棧數(shù)量io電池尺寸[cm]電池通道數(shù)量[cm一1]電池通道高度[cm'1]陽極和陰極接觸表面氣/固比多孔組分、兩極化板、集流器、熱絕緣的厚度[cm]15化學(xué)-物理特征傳熱系數(shù)[W/cm2K]質(zhì)量傳遞系數(shù)[em/s]水轉(zhuǎn)換反應(yīng)的熱動平衡修正因子20努塞爾數(shù)(Nusseltnumber)壓降系數(shù)氣體滲透率[Nm3/hmbar]多孔組分，兩極化金屬板、集流器、熱絕緣的傳導(dǎo)性[W/cmK]電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)25計算參數(shù)次級部分?jǐn)?shù)量有限差分(Finitedifferencesubdivisionnumber計算選項(即等溫行為、動力簡單化、擴散模型、無水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng))最大化迭代數(shù)公差(即電流密度和固體溫度集中誤差)不銹鋼、氧化鋁、Ni、NiO、Li2C03禾QK2C03熱容量[cal-IC不銹鋼、氧化鋁、Ni、NiO、Li2C03和K2C03密度[kg/1]5同時多孔和熔融碳酸鹽每個隔間的進(jìn)料程度。數(shù)據(jù)輸出電池堆電壓[V]和每個電池平面分配的固體溫度[K],陽極和陰極氣體溫度[K],io電流密度[mA/cm2]陽極和陰極限制電流密度[mA/cm2],全部電阻[f^cm2],歐姆電阻[Q*cm2〗，極化損失[Q*cm2],is濃度極化損失[Q*cm2]，熱動電壓[V],在陽極和陰極端氣體混合物的每種組分的摩爾分?jǐn)?shù)，在陽極和陰極端氣體混合物的每種組分的摩爾流速，水煤氣變換反應(yīng)變換率[Nm3/h]，20在陽極和陰極端壓力下降[mbar],在陽極和陰極端壓力差[mbar]。當(dāng)動態(tài)仿真進(jìn)行時，這些結(jié)果在初始工作點和一些中間過渡狀態(tài)被計算，直到新的最終穩(wěn)定狀態(tài)。階段III:性能最佳化25通過計算程序代碼所獲結(jié)果可最佳化操作條件和電池堆棧的性能。使用該程序代碼的方法為一種用于預(yù)測、設(shè)計、診斷和校驗的工具。在此階段，無論方法被用于設(shè)計或預(yù)測最佳工作條件，都要記住為了熔融碳酸鹽燃料電池堆棧工作最佳化所需必要操作條件涉及-.最大局部溫度973K最小局部溫度853K陽極和陰極間最大壓力差20mbar沿著陽極和陰極的最大壓降值:20mbar5沿著電池堆垂直軸的工作條件相同最低電池操作電勢0.6V最大dT/dt:50°C/h最大局部J/Jlim:0.9最大燃料利用率(H2+CO):85%io最大氧化劑利用率(C02):56%在下列表中，程序代碼的使用指出限制是不予考慮的，根據(jù)本發(fā)明的方法指出該設(shè)計和操作行為保證系統(tǒng)處于理想機能。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>因為本方法作為使用動態(tài)模擬的控制工具的應(yīng)用可以預(yù)測出修正動作的系統(tǒng)響應(yīng)時間，從而可以預(yù)測修復(fù)安全工作條件的時間。5在預(yù)測、診斷和設(shè)計應(yīng)用的實施例這里所公開的計算方法能夠被用于管理熔融碳酸鹽燃料電池電池堆棧的工作條件的方法，體現(xiàn)其優(yōu)勢，并且當(dāng)其特征為已知，可最佳化其功能。方形平面為0.75m2且通過交叉流方法注入改良的天然氣的電池堆io棧獲得足夠高的局部溫度值，當(dāng)電流密度大于1350A/r^時，壓力下降。這些現(xiàn)象的形成帶來性能和能量供應(yīng)的急劇降低，并且電池材料也受損。根據(jù)本發(fā)明方法的仿真模擬手段，設(shè)計和工作參數(shù)能夠被演示并且上述現(xiàn)象通過檢查溫度曲線圖和因為壓力下降溫度數(shù)值被計算來避免。例如，圖6和圖7為在參考電流密度1500A/m2和工作壓力3.5Atmis下，陰極氣體經(jīng)計算的溫度和壓力下降分布圖(燃料57.1%112,27%(:02，14.3%N2，1.6%H20，總流速16.18NmVh;氧化劑7.2%C02,59.2%N2,10%02，23.6%H20，總流量243.14Nm3/h)。仿真模擬成功計算出當(dāng)最高可接受溫度值為973K時，最高溫度達(dá)到1018K,并確定以基質(zhì)的最大壓力差為34.9mbar，陰極氣體流速最大下降為35mbar，都高于最大承20受值20mbar。系統(tǒng)通過降低氣體進(jìn)入電池溫度到最小允許值853K,之后再提高陰極總流量在特殊的特殊情況下起作用，因此電池堆棧自身可空氣冷卻。然而，應(yīng)該注意最后一個操作不對施加于陰極流速允許的最大下降的限制起作用。另外，系統(tǒng)通過改變電池從方形到流經(jīng)陰極的空氣比流經(jīng)陽極的稀薄的矩形幾何形狀來起作用。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法引導(dǎo)和解決那些確定電池總面積相等和合適的陰極長度以便降低壓力下降的參數(shù)分析，并且避免了在單獨電池內(nèi)形成過熱區(qū)域。陰極氣體壓力下降限制值20mbar已經(jīng)通過陰極氣體流經(jīng)長度567cm達(dá)到。之后系統(tǒng)通過減小陰極端和增長陽極端來保持溫度和壓力下降在能夠保證最大電量供應(yīng)的范圍。使用本發(fā)明提供的仿真模擬來控制操作條件的方法使設(shè)計者改變幾何形狀，盡管這本身不會影響電池溫度，但可通過加大陰極進(jìn)料20%來降低溫度。本發(fā)明提供的系統(tǒng)以計算出現(xiàn)在圖8和圖9單獨電池基質(zhì)的io溫度和壓力差為目標(biāo)。當(dāng)溫度值較高，在973K左右，陽極和陰極最大壓力差為18mbar和陰極減負(fù)荷到20mbar時，都能在操作范圍內(nèi)提供相同電力供應(yīng)。在燃料電池設(shè)計階段，為了電池內(nèi)部的溫度分配和壓力損失，評估不同幾何形狀的氣流進(jìn)口變得非常有用。根據(jù)本發(fā)明的程序代碼15MCFC-D3S可檢査系統(tǒng)在并流、交流或逆流情況下的有效工作條件機會巨。例如圖10為由15個表面積為0.75n^方形電池組成的電池組的結(jié)果，方形電池被注入電流密度1350A/m2、壓力3.5atm、燃料流速NmVh:4.45C02，14.69H2，4.97H20,40.04N2、氧化劑流速NmVh:26.33C02,5.26H20,141.71N2，33.7502的并流溶液。20通過保證陽極和陰極間的壓力下降的控制避免有害現(xiàn)象滲透的發(fā)生。反應(yīng)氣體的滲透導(dǎo)致反應(yīng)物通過與直接接觸同時發(fā)生的電化學(xué)氧化作用產(chǎn)生的化學(xué)燃燒，這意味著大量負(fù)面的熱量會影響電池堆良好的工作并降低產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明的模擬模型能夠計算每塊電池的固體溫度分布和確定所述現(xiàn)象是否存在。根據(jù)本發(fā)明的模擬模型，圖11和圖12為25電池電勢和15塊表面積為0.75m2的方形電池組成的電池堆溫度的實驗和計算值，其中電池堆為交流操作且滲透存在。所提及的操作條件為操作壓力3.5atm,電流密度132mA/cm2,陽極流速Nl/h:0.32C02，1.02H2,0.75H20，2.92N2，陰極流速M/h:2C02，10.37N2,2.4802?；趯嶒灪湍M值間的一致，僅憑著可獲得的滲透存在的假設(shè)，能夠分析堆棧電池行為和根據(jù)值640'6mol/sm2Pa來評估滲透隨陽極和陰極間不同壓力成比例的變化。使用模擬的方法確定了滲透存在或不存在時最大溫度都是電池氣體排出部的一部分，然而滲透不存在情況下，電池進(jìn)口和出口的記錄熱量5跳躍余約為77K，平均溫度約為908K;當(dāng)滲透存在時，電池平均溫度為932K，溫度梯度不小于90K/電池長度。同時用于本發(fā)明的模擬方法可以測量局部電阻分布。由于滲透導(dǎo)致的溫度升高是低電阻的原因，首要影響是較高電池電勢，實際電勢為0.87V，相對在無滲透存在時電勢為0.8V。因為反應(yīng)物io的化學(xué)燃燒比電化學(xué)燃燒更能破壞電效率，因此明顯的性能提升(較電勢對應(yīng)更大的電能生產(chǎn)可)降低化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的總能量性能。應(yīng)用于處理熔融碳酸鹽燃料電池堆控制的模擬方法可估算電池堆的最大操作尺寸和修正流速、溫度和操作壓力，因此，使電池堆在最佳化學(xué)和電性能條件下操作。15本發(fā)明使電流分配在電池水平面(celllever)(知道如果燃料消耗值高，本發(fā)明將變得特別重要)被測定，因此在限制擴散現(xiàn)象下盡可能靠近電流限制值。如圖13所示，在大氣壓力、650°C和每塊電池充入下列材料mol/s*105:anode1.4C02，2.3H20，16.6N2，5.7H2，cathode:14.3C02,12520N2,15.102時，可獲得的最大電流特征曲線圖體現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)間的良好一致性。電池的工作已經(jīng)被研究證明在電勢523mV下，即特征曲線的最后直線部分，正常工作條件顯然對擴散現(xiàn)象是安全的。圖20和圖21為關(guān)系陽極反應(yīng)物H2和陰極反應(yīng)物C02的局部電流25密度J和限制電流密度；m間的比率分布圖。從程序代碼處獲得的分布圖分析能看出部分電池工作處于限制操作條件下(J/Jr,Hm—1)。在電池平面上可以確定靠近燃料排出口的陽極擴散控制和陰極處于燃料剛添加但氧化劑已耗盡的狀況。這些區(qū)域的位置精準(zhǔn)地取決于局部反應(yīng)物的濃度和那些使用MCFC-D3S獲得的電流密度分布和參數(shù)。另外，當(dāng)極化濃度值(能夠通過程序代碼獲得的另一參數(shù))遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電池電勢時，觀察限制操作條件怎樣能達(dá)到是有趣的。例如，在電池5水平面的最大局部極化值僅是電池電勢的1/5，但是電流密度接近限制值。對于選擇全部電池的安全工作條件，了解J/Jr，Um分布是非常重要的，實際上標(biāo)準(zhǔn)工作點可以披露破壞性能的嚴(yán)重擴散現(xiàn)象。當(dāng)電池堆棧和來成為再循環(huán)系統(tǒng)會減弱加料流速的設(shè)備的一部分，10這方面問題特別重要。本發(fā)明的用于短時間內(nèi)實時檢査電池機能的例子如圖14和圖14所示，其中電和熱量值的負(fù)載突然變化被描述。根據(jù)本發(fā)明的實驗數(shù)據(jù)和計算值間的比較確定了在短時機能中根據(jù)本發(fā)明的方法的可靠性。圖14和圖15中，在實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)中，電勢的即時升高約為40mV和15溫度的較慢變化，導(dǎo)致電流密度的降低，約為240A/m2。如圖所示，特別是在電池表面或在每個電池堆所獲得的局部值也具有同樣的一致性，測量和計算值間的不同比平均溫度低4度。符號目錄在等式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)中使用的符號<image>imageseeoriginaldocumentpage24</image>V=化學(xué)計算系數(shù)在等式(11)、(12)、(13)、(14)、(16)、(17)(18)中使用的符號T=溫度[K〗5Ttop=在電池上端的電池堆棧元件的溫度計算值[K]Tb。t=在電池底端的電池堆棧元件的溫度計算值[K]Tsc)1=固體溫度[K]S=特別氣體/固體接觸面面積比s=電池組件厚度[m]io=特殊熱量[J/molK]，h=氣體-固體熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)[W/m2K],X=多孔組件熱傳導(dǎo)率[W/mK]，Q=熱能密度[W/m2]△H=烚變量[J/mole]，15r=反應(yīng)率[moli/s]，scd=多孔元件厚度[m]kcel=電池多孔元件傳導(dǎo)率[W/mK]spiat=帶有兩極金屬板厚度[m]kacc=鋼的傳導(dǎo)率[W/mK]20kcoll=集流器傳導(dǎo)率[W/mK〗hcdl=氣體分配器/集流器的厚度[m]scoll=分配器/集流器鋼厚度[m〗ncan=每單位長度的通道數(shù)量[m"]send=末端板厚度[m]25smar=硅酸媽板厚度(thicknessmariniteplates)[m]kmar=硅酸鈣板熱傳導(dǎo)率[W/mK]p=電池密度[mol/m3]在等式(19)中使用的符號d=通道高度[m]K=電池幾何形狀、原料和流動狀態(tài)系數(shù)P=壓力[Pa〗x一—通道坐標(biāo)v=氣體速度[m/s]5p=氣體粘性[Pas]在等式(20)中使用的符號E=能斯脫電勢(Nemstpotential)[V]F=法拉第常數(shù)[Cmo1—1]Jr，lim=反應(yīng)物r的限制電流密度[A/m2]=nFKcrXrioKCT=反應(yīng)物r的傳送系數(shù)(見步驟1)n=反應(yīng)(1)，(2)中被轉(zhuǎn)移的電子R=局部電阻[Qm2]Rg=氣體常量[Jmol'1K"]T=溫度[K]15Xr=反應(yīng)物r的局部摩爾分?jǐn)?shù)V=電池電勢[V]n咖c=濃度超電壓[V]索引a=陽極20c=陰極i=化學(xué)種類j=反應(yīng)數(shù)n=組分iR=內(nèi)部電阻權(quán)利要求1.一種操作熔融碳酸鹽燃料電池堆棧的方法，其中電池堆棧的每塊燃料電池包括多孔陽極、包含碳酸鹽的基質(zhì)和多孔陰極，其中提供給陽極部件氫氣，提供給陰極部件包含氧和二氧化碳的混合氣體，在溫度823-973K范圍內(nèi)操作燃料電池，包含碳酸鹽的基質(zhì)中的碳酸鹽處于液態(tài)，氧和二氧化碳在陰極反應(yīng)，產(chǎn)生的碳酸鹽離子從陰極移動到陽極，因此在陽極和陰極間產(chǎn)生電壓并且在產(chǎn)生循環(huán)于外部電路的電流，已形成的水和二氧化碳被排出燃料電池，該方法包括反應(yīng)物進(jìn)料口溫度取樣反應(yīng)物排放口溫度取樣電流密度和電壓取樣氣體進(jìn)口和出口氣體成分和流速取樣分析所取樣的溫度、電流密度、電壓、流速和氣體成分，和調(diào)節(jié)進(jìn)口流速例如進(jìn)口和出口壓力下降低于20mbar和每個電池堆電池元件溫度低于973K。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其中所述分析步驟包括計算分布于燃料電池堆棧的每個元件的溫度，對比產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與預(yù)先溫度的閾值以確定陽極和陰極合適的氣體用量，以及調(diào)節(jié)陽極和/或陰極氣體進(jìn)口氣流，例如電池堆棧中每塊電池陽極和陰極間壓力下降低于20mbar。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其中陽極或陰極氣體進(jìn)口氣流的調(diào)節(jié)步驟保持電池堆棧中每塊電池溫度在923-973K。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述方法，其中陽極或陰極氣體輸入溫度被調(diào)25控在823-973K,優(yōu)選853-873K。5.根據(jù)權(quán)利要求l-4所述方法，其中所述分析步驟還包括計算分布于電池堆棧中每個電池元件的電流密度和電池平均電流密對比產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的限制電流密度的閾值以確定陽極和陰極合適的利用系數(shù)，以及調(diào)節(jié)平均電流值以便保持電池電壓在閾值之上。6.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述方法，其中所述分析步驟還包括計算分布于電池堆棧中每個電池元件的電流密度和電池平均電流密度，對比產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的限制電流密度的閾值以確定陽極和陰極合適的利用系數(shù)，以及調(diào)節(jié)平均電流值以便保持最大溫度低于閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求l-6所述方法，其中電池電勢高于0.6V。8.根據(jù)權(quán)利要求l-7所述方法，其中所述分析方法還包括計算分布于電池堆棧中每個電池元件的電流密度，對比產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的電流密度的閾值，以及調(diào)節(jié)陽極和陰極的電池幾何形狀以維持電流密度低于閾值。9.根據(jù)權(quán)利要求l-8所述方法，其中電化學(xué)反應(yīng)動力通過下列公式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中系數(shù)K^、A、B、ciR、D和G通過實驗確定10.根據(jù)權(quán)利要求l-9所述方法，其中電腦程序MCFC-D3S⑤已被使用,11.一種熔融碳酸鹽燃料電池堆棧，其中電池堆棧的每塊電池包括25多孔陽極、包含碳酸鹽的基質(zhì)和多孔陰極，提供給陽極部件氫氣和提供給陰極部件包含氧和二氧化碳的混合氣體的裝置，電池堆桟包括反應(yīng)物進(jìn)口溫度取樣裝置，反應(yīng)物出口溫度取樣裝置，電流密度和電壓取樣裝置，氣體進(jìn)口和出口氣體成分和流速取樣裝置，用于分析溫度、電流密度、電壓、流速和氣體成分取樣計算機運行程序，以及調(diào)節(jié)進(jìn)口反應(yīng)物流速的裝置。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熔融碳酸鹽燃料電池堆還包括改變陽極和陰極電池幾何形狀的裝置。13.根據(jù)權(quán)利要求11和12所述的熔融碳酸鹽燃料電池，其中計算機程序代碼為MCFC-D3S。全文摘要一種熔融碳酸鹽燃料電池堆棧和一種操作熔融碳酸鹽燃料電池堆棧的方法，其燃料電池包括多孔陽極、包含碳酸鹽的基質(zhì)和多孔陰極，其中提供給陽極部件氫氣，提供給陰極部件包含氧和二氧化碳的混合氣體，在溫度823-973K范圍內(nèi)操作燃料電池，包含碳酸鹽的基質(zhì)中的碳酸鹽處于液態(tài)，氧和二氧化碳在陰極反應(yīng)，產(chǎn)生的碳酸鹽離子從陰極移動到陽極，因此在陽極和陰極間產(chǎn)生電壓并且在產(chǎn)生循環(huán)于外部電路的電流，已形成的水和二氧化碳被排出燃料電池，方法包括在進(jìn)口和在出口反應(yīng)物溫度和壓力取樣，電流和電壓取樣，進(jìn)口和出口處氣體的流速和成分取樣，分析溫度、電流密度、電壓、流速和氣體組成的取樣以及調(diào)節(jié)陽極和/或陰極氣體進(jìn)口處流速，例如電池堆棧中每個電池元件進(jìn)口和出口間壓力下降低于20mbar和電池堆棧中電池每個元件溫度低于973K。文檔編號H01M8/14GK101103481SQ200580045885公開日2008年1月9日申請日期2005年1月4日優(yōu)先權(quán)日2005年1月4日發(fā)明者伊麗莎白·阿拉托,巴巴拉·伯斯奧,菲利普·帕羅迪申請人:安薩多燃料電池(共同)股份公司