专利名称：启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法及采用该方法的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池系统，以及启动燃料电池堆的方法和采用该方法的燃料电池系统，更具体地，本发明涉及高效启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法及采用该方法的燃料电池系统。
背景技术：
聚合物电解质膜燃料电池是采用具有氢离子交换性能的聚合物膜作为电解质的燃料电池。聚合物电解质膜燃料电池具有不同的名称如固体聚合物电解质燃料电池(SPEFC)，固体聚合物燃料电池(SPFC)，聚合物电解质燃料电池(PEFC)，质子交换膜燃料电池(PEMFC)，或者聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。
与诸如磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、聚合物电解质膜燃料电池或碱性燃料电池等燃料电池相比，PEMFC具有很多优点，因为PEMFC工作温度低而具有高效率，电流密度和输出密度大，及PEMFC启动和响应迅速。特别地，由于使用具有氢离子交换性能的聚合物膜作为电解质，所以在PEMFC工作期间不存在电解质损失。而且，采用现有的经过验证的技术的甲醇重整器容易与PEMFC相连。PEMFC较少受反应气体压力变化的影响。此外，PEMFC可以设计成具有简单的结构，使其容易制造并且使燃料电池的主体可以使用各种材料。而且，PEMFC可以应用于诸如无污染汽车的电源、就地安装的电源、宇宙飞船的电源、可移动的电源及军用电源等不同领域。
一般地，PEMFC制成适于大功率输出的电池堆结构。在电池堆中，膜电极组件(MEA)和隔板交替地堆叠。这里，膜电极组件将阴极和阳极分隔开，传递电化学反应所产生的离子材料，并且通过阴极与阳极之间的电动势产生电。而且，隔板与膜电极组件的电极相连以在电极之间传递电子，提供燃料和氧化剂，排放反应产物，并且是各电极的集电体。
膜电极组件是由聚合物电解质膜，以及置于聚合物电解质膜相对侧的多孔阳极和阴极构成。作为聚合物电解质膜的实例，广泛采用的材料是包含磺酸基(-SO3H)并且采用固有质子导电性的磺化聚合物的全氟磺酸离子交换膜。例如，采用Nafion、Gore、Flemion和Aciplex作为聚合物电解质膜。具体地，1mol的磺酸基可吸收约10mol的水，其具有约0.1Scm-1的高质子电导率。聚合物电解质膜燃料电池因为磺酸聚合物一般在约60～80℃的温度下工作，并且需要外部蒸汽以表现出良好的性能。
然而，用于聚合物电解质膜燃料电池之电解质的聚合物膜非常昂贵，并且在聚合物电解质膜燃料电池工作时难于调整聚合物膜的水含量。而且，聚合物电解质膜燃料电池需要蒸汽进料器以在工作时向电解质膜提供合适的蒸汽，因此难于实现聚合物电解质膜燃料电池结构的小型化和简单化。另外，由于聚合物电解质膜燃料电池在较低温度下工作，所以难以利用聚合物电解质膜燃料电池所产生的废热，也难以将聚合物电解质膜燃料电池与在较高温度下工作的重整器结合。此外，由于聚合物电解质膜燃料电池的电极催化剂采用铂(Pt)，所以对反应气体中的一氧化碳(CO)的耐受性应当是低的，并且需要降低催化剂浸渍率，以降低生产成本。
为了解决前述问题，最近研究了聚合物电解质膜燃料电池，其可以在没有外部蒸汽时于高温下工作。例如，采用酸(磷酸)掺杂的聚苯并咪唑(PBI)代替磺化的聚合物的高温聚合物电解质膜燃料电池，可以在无外部蒸汽的情况下于约120～200℃的高温下工作。
由于该高温聚合物电解质膜燃料电池具有约120～200℃的工作温度，所以，与其它的聚合物电解质膜燃料电池相比，启动该高温聚合物电解质膜燃料电池需要较长的时间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供改进的燃料电池。
本发明的另一目的是提供启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法。
本发明的又一目的是提供高效启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法，其中适当地利用来自预热器的传导热和燃料重整器的废气(即废热)，以高效地预热和迅速地启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆，进而防止电池堆中的电解质膜被破坏。
本发明的再一目的是提供采用上述高效启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法的燃料电池系统。
通过提供启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法，可以实现本发明的这些及其它目的，所述高温聚合物电解质膜燃料电池堆电化学氧化来自燃料重整器的燃料而产生电，在高温下运行，并且不需要外部蒸汽。该方法通过与电池堆相结合的加热块预热电池堆，检测电池堆的温度，将所检测到的电池堆的温度与参考温度进行比较，及根据比较结果向电池堆提供来自燃料重整器的废气。
本发明的另一目的是通过提供燃料电池系统实现的，该燃料电池系统装有燃料重整器，其重整燃料以产生富含氢气的重整气体，提供产生重整气体所需的热能，并排放废气；聚合物电解质燃料电池堆，其电化学氧化重整气体中所包含的氢以产生电，在高温下运行，并且不需要外部蒸汽；预热器，其与电池堆相结合以利用传导热预热电池堆；温度传感器，其检测电池堆的温度；及控制器，其停止预热器的工作，并在温度传感器检测到的电池堆温度等于或高于参考温度时，向电池堆提供废气，以另外地预热电池堆。
优选地，参考温度为100℃，及电池堆装有采用酸掺杂的聚苯并咪唑的电解质膜。
对本发明及与之相伴随的很多优点的更完整的评价将会是显而易见的，因为通过结合附图并参照下面的详细说明，可以更好地理解本发明及与之相伴随的很多优点，附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组成部分，其中图1是采用作为根据本发明原理的实施方案而构建的高温聚合物电解质燃料电池堆的启动方法的燃料电池系统的示意图；
图2是启动作为根据本发明原理的实施方案而构建的高温聚合物电解质燃料电池堆的流程图；及图3是电池堆预热时间对电池堆温度的曲线图，其分别基于作为根据本发明原理的实施方案的高温聚合物电解质燃料电池堆的启动方法和对比性电池堆的启动方法。
具体实施例方式
下文中，将参照附图详述本发明的优选实施方案，其中相同的附图标记表示相同的组成部分。
图1是采用作为根据本发明原理的实施方案而构建的高温聚合物电解质燃料电池堆的启动方法的燃料电池系统的示意图。
参照图1，作为根据本发明原理的实施方案的燃料电池系统装有高温聚合物电解质膜燃料电池堆10，预热器20，及燃料重整器30。任选地，该燃料电池系统可以装有冷却器40。而且，作为根据本发明原理的实施方案，该燃料电池系统可适当地采用来自预热器20的传导热以及来自燃料重整器30的废气，以防止燃料电池堆10中的电解质膜11被损坏并迅速地预热电解质膜11。
具体地，燃料电池堆10装有电解质膜11，阳极12a和12b，阴极13a和13b，垫板14，隔板15、15a和15b，端板16，及紧固装置17。而且，燃料电池堆10装有重整气体引入其中的阳极入口18a，氧化剂引入其中的阴极入口19a，通过它排放未反应气体和其它废产物的阳极出口18b，及通过它排放水和其它废产物的阴极出口19b。这里，电解质膜11与置于电解质膜11相对侧的阳极12和阴极13形成膜电极组件(MEA)60，作为单元电池。
优选地，电解质膜11包含酸(磷酸)掺杂的聚苯并咪唑，其在没有蒸汽的情况下于约200℃的高温下工作。例如，所述酸或者磷酸包含H2SO4和H3PO4。作为选择，电解质膜11可以包含选自下列中的至少一种烷基磺化的聚苯并咪唑，烷基磷酸化的聚苯并咪唑，含磷酸的丙烯酸单体聚合物(phosphate containing acrylic-monomer-polymer)，聚苯并咪唑/强酸的复合物，碱性聚合物/酸性聚合物的复合物，及其衍生物。仍然作为选择，电解质膜11可以包含磺化聚亚苯基衍生物或磺化聚醚醚酮(PEEK)之一，它们是通过在工程塑料上引入磺酸基而得到的。仍然作为选择，电解质膜11可以包含下列中的至少一种具有纳米孔的质子导电电解质膜，有机-无机的质子导电电解质膜，NAFION-磷酸锆电解质膜(NAFIONTM可得自E.I.DuPont deNemours and Co.)，磷酸掺杂的NAFION 117，及磷灰石增强的电解质膜。
阳极12和阴极13各自包括催化剂层12a和13a，以及扩散层12b和13b。扩散层12b，13b装有多微孔层和背衬层。催化剂层12a和13a充当促进提供给各电极的燃料和氧化剂快速化学反应的反应加速器。多微孔层的作用不仅包括将燃料或氧化剂均匀地分配给催化剂层12a和13a，而且包括顺利地排放阴极催化剂层13a中所产生的水。这里，多微孔层可以通过涂布于背衬层上的碳层来实现。背衬层支撑每个电极，扩散燃料、水和空气，收集所产生的电，并防止催化剂层12a和13a损耗。背衬层可以由炭布、炭纸或其它碳材料制成。催化剂层12a和13a包含选自下列的金属催化剂铂(Pt)，钌(Ru)，锇(Os)，Pt-Ru合金，Pt-Os合金，Pt-Pd合金，及Pt-M合金(这里，M包括一种或多种选自Ga，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，及Zn的过渡金属)。作为选择，催化剂层可以包含一种或多种选自下列的金属催化剂Pt，Ru，Os，Pt-Ru合金，Pt-Os合金，Pt-Pd合金，及Pt-M合金(这里，M包括一种或多种选自Ga，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，及Zn的过渡金属)，它们可以担载在担体上。这里，所述担体可由任何材料制成，只要其具有导电性。优选地，该担体为碳担体。
优选多微孔层包含一种或多种选自下列的碳材料石墨，碳纳米管(CNT)，富勒烯(C60)，活性炭，Vulcan，科琴碳黑(Ketjen black)，碳黑，及碳纳米角。而且，多微孔层可以包含一种或多种选自下列的粘结剂聚(全氟磺酸)，聚(四氟乙烯)，及氟化乙烯-丙烯(prophylene)。
垫板14可以直接施用于燃料电池堆10活性区域周围需要密封的部分，或者形成单独的板状物置于膜电极组件60与隔板15、15a和15b之间，从而防止液体泄漏流经燃料电池堆10。这里，垫板14可以通过诸如橡胶、硅等弹性部件或者金属板等实现。
隔板15、15a和15b与多个膜电极组件60串联，以形成电池堆结构，进而提供所需要的电压。而且，隔板15、15a和15b收集电子，将电子通过导线从阳极12转移至阴极13，通过流道传递富含氢气的重整气体至阳极12，及通过流道传递含氧的空气至阴极13。此外，隔板15、15a和15b支撑薄的聚合物电解质膜11以及阳极12和阴极13。隔板15、15a和15b可包括这样的材料，该材料具有用于隔离燃料与氧化剂的非多孔性，良好导电性，及用于控制燃料电池堆10的温度的良好导热性。另外，隔板15、15a和15b可包括机械强度足以承受夹紧燃料电池堆10所需的力并且抗氢离子腐蚀的材料。
这样，将膜电极组件60，垫板14以及隔板15、15a和15b堆叠；将两个端板16置于该堆叠结构的两端，并通过诸如螺栓和螺母等紧固装置17连在一起，由此形成燃料电池堆10。
此外，燃料电池堆10，通过经阳极入口18a引入的重整气体与经阴极入口19a引入的氧化剂之间的电化学反应，产生电能和热量。燃料电池堆10在约120～200℃的高温下工作。而且，阳极流出物如未反应的燃料和阴极流出物如反应产物，分别通过阳极出口18b和阴极出口19b排放。燃料电池堆10中的反应如下[反应式1]阳极H2(g)→2H++2e-阴极1/2O2(g)+2H++2e-→H2O(l)总反应H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)+电+热量参照反应式1，当重整气体经隔板15、15a和15b提供给膜电极组件60的阳极12，且当氧化剂(空气)提供给阴极13时，重整气体中所包含的氢分成电子和质子(氢离子)，同时流向阳极12。质子移动经过电解质膜11，并与阴极13中产生的氧离子以及经过外部导线(未示出)移动来的电子反应，生成水。然后，阳极流出物(未反应的重整气体)和阴极流出物(水和空气)通过电池堆10的阳极出口18b和阴极出口19b排放。由此，经过外电路而移动的电子产生电，其次，重整气体中所含的氢与氧反应，产生热量。
预热器20首先用于预热电池堆10。预热器20在电池堆10的温度小于100℃时工作。在电池堆10的温度小于100℃的情况下，如果自燃料重整器30向电池堆10的内部提供实质上由CO2和N2组成的废气，则浸渍于电池堆10中的电解质膜11中的磷酸盐会熔化。为了防止电解质膜11熔化，在提供废气加热电池堆10之前，利用预热器20将电池堆迅速预热至100℃的温度。这里，预热器20装有与燃料电池堆10相结合的加热块21，并且通过加热块21的传导热加热燃料电池堆10。优选地，预热器20可以通过具有简单结构并容易安装的电加热器实现。这种情况下，加热块21由围绕燃料电池堆10的外表面的线圈制成。在图1中，标记(⊙)表示围绕电池堆10的加热块21从观察面中出来，标记()表示围绕电池堆10的加热块21进入观察面。
燃料重整器30装有热源31和重整器32。而且，燃料重整器30可以选择性地装有一氧化碳脱除器。热源31内部装有燃烧催化剂，并且利用提供给热源31的空气燃烧燃料，从而产生热量和废气。将废气提供给电池堆10，并且在燃料电池堆10工作时用于预热电池堆10。重整器32内部装有重整催化剂，而且重整器32利用热源30产生的热量蒸汽-重整(steam-reform)燃料，进而产生富含氢气的重整气体。将重整气体提供给燃料电池堆10。重整催化剂是由至少一种选自下列的材料制成的Cu/ZnO/Al2O3，Ni/Al2O3，Ru/ZrO2，及Ru/Al2O3/Ru/CeO2-Al2O3。优选地，重整器32可以采用蒸汽-重整方式，通过烃类燃料与水蒸汽之间的反应得到高浓度的氢，但是本发明并不限于这些。作为选择，除了蒸汽-重整方式，重整器32也可以采用优先氧化(PROX)方式，自动热重整(ATR)方式，烃分解，及其组合中的至少一种方式。
当燃料重整器30中装有一氧化碳脱除器时，该一氧化碳脱除器置于重整器32与燃料电池堆10之间，并从重整气体中除去有害物质如一氧化碳。例如，一氧化碳脱除器可以通过水煤气转换(water gas shift，WGS)反应单元来实现，其中一氧化碳与所添加的水蒸汽在约200℃的温度下转换成氢和二氧化碳。这种情况下，一氧化碳脱除器可包含诸如Cr2O3/Fe3O4、Cu/ZnO/Al2O3等催化剂。作为选择，一氧化碳脱除器可以通过优先的CO氧化(PROX)反应单元来实现，其中一氧化碳通过约100～200℃的温度下的氧化反应转换成二氧化碳，也可以通过与WGS反应单元组合的一氧化碳反应单元来实现。
冷却器40的作用是调节电池堆10的温度，使得燃料电池堆10在最佳工作温度下运行。冷却器40装有经过燃料电池堆10的管路，并于管路中提供冷却剂，进而冷却具有过高温度(即高于燃料电池堆的工作温度)的燃料电池堆10。冷却器40可通过各种装置来实现，只要它们提供温度低于燃料电池堆10过温时的过高温度的液体或气体即可。所述过高温度可以定义为高于燃料电池堆的工作温度的温度。
控制器50接收测温装置51如温度传感器的电信号，以检测电池堆10的温度，并根据该电信号确定电池堆温度。而且，控制器50产生控制信号CS0、CS1和CS2，以控制预热器20，阀门41、42和43，冷却器40，及温度传感器51。阀门41控制热源31产生的废气的流量，阀门42和43控制自冷却器40提供的冷却剂的流量。例如，先驱动预热器20以预热电池堆10，直至电池堆温度达到100℃，然后使第一阀门41的通道放空，从而将废气从热源31排放到空气中。同时，关闭第二阀门42和第三阀门43的通道。然后，在电池堆温度大于100℃但小于限定温度(如200℃)时，将第一阀门41的通道向电池堆10开启，以便利用热源31所排放的废气加热电池堆10。同时，第二阀门42的通道放空，第三阀门43关闭。接下来，在电池堆温度高于限定温度时，开启第二阀门42和第三阀门43的通道，并关闭第一阀门41的通道，使得来自冷却器40的冷却剂在电池堆10内循环。
在作为根据本发明原理的实施方案而构建的燃料电池系统中，预热器20在燃料电池堆10工作时预热电池堆10，然后控制阀门41、42和43，以提供来自燃料重整器30的废气并提供冷却剂至传递冷却剂的管路(下文中称之为“冷却管路”)，从而进一步预热电池堆10。然后，在燃料电池堆10开始工作时提供冷却剂。
根据该实施方案，在采用冷却器40的高温聚合物电解质燃料电池中，燃料重整器30的废气是通过装在电池堆10中的冷却管路提供的，但是本发明并不限于此。作为选择，例如，即使高温聚合物电解质燃料电池不使用冷却器40，废气也可以通过单独装在隔板中的管路或者燃料电池堆10中的其它设施提供。
下面，将参照图2说明燃料电池系统的工作。图2是启动作为根据本发明原理的实施方案而构建的高温聚合物电解质燃料电池堆的流程图。
参见图2，预热器20开始工作并通过加热块21预热燃料电池堆10(S10)。在该步骤中，在电化学氧化来自燃料重整器30的燃料以产生电并且在高温下工作而无需外部蒸汽的聚合物电解质燃料电池中，将启动聚合物电解质燃料电池的启动信号输入给燃料电池系统的控制器40，然后预热器20响应来自控制器40的控制信号开始工作。接下来，控制器40利用温度传感器51确定电池堆的温度(S12)。这里，温度传感器51可通过热敏电阻来实现。
然后，控制器50比较所检测到的电池堆温度与参考温度(S14)。在该步骤中，控制器50确定电池堆的温度是否达到参考温度，例如水沸腾的100℃。
如果控制器50在步骤S14中确定检测到的电池堆温度达到了100℃，则控制器50控制预热器20停止运行加热块21(S16)。相反，如果所检测到的电池堆温度未达到100℃，则控制器50控制温度传感器51以一定的时间间隔或者接近于连续地检测电池堆温度，直至电池堆温度达到100℃为止。
当电池堆温度达到100℃时，将高温废气自燃料重整器30提供给电池堆10(S18)。该操作利用废气迅速预热已经通过加热块21差不多稳定地预热了的电池堆。这里，废气可通过具有各种结构的内部和/或外部管路提供，以高效地预热电池堆10。优选地，可以使用为其它目的而安装的管路，作为提供高温废气的管路。例如，可以使用为防止电池堆10过度升温而安装的冷却管路，作为提供废气的管路。作为选择，为了预热电池堆，废气的管路可以单独提供。
当电池堆温度达到工作温度时，控制器50停止提供废气(S20)。例如，如果工作温度为180℃，当电池堆温度达到180℃时，控制器40控制配置在燃料重整器与电池堆之间的阀门，以停止提供废气。
在前述的启动方法中，由于来自燃料重整器30的废气在预热之前具有远高于电池堆的温度，如果废气在开始预热电池堆10时提供给电池堆10，则电池堆10与废气之间的温差会导致冷凝水被引入到电池堆10中，而且所引入的水自高温电池堆10中的电解质膜11中抽提酸(磷酸)，从而损坏电解质膜11。为了避免损坏电解质膜11，电池堆10可以通过外加热结构进行加热。然而，这种情况下，需要额外的至少部分围绕电池堆10的管路，从而导致结构复杂和生产成本增加。
此外，在前述启动方法中，电池堆10通过加热块21的传导热预热，以具有100℃的温度的原因是，这样容易通过预热器20调节加热块21的温度，使得冷凝水不被引入到电池堆10中。此外，在预热高温电池堆10的过程中当温度大于100℃时停止加热块21的原因是，这样可以减少驱动加热块21的费用。
图3是电池堆预热时间对电池堆温度的曲线图，其分别基于作为根据本发明原理的实施方案的高温聚合物电解质燃料电池堆的启动方法和对比性电池堆的启动方法。
在采用作为根据本发明原理的实施方案的启动高温电池堆的方法的燃料电池系统中，如图3的‘A’所示，在高温电池堆开始工作之后，高温电池堆通过加热块的传导热，进行第一时段(t1)的预热，然后通过来自燃料重整器的废气，进行第二时段(t2-t1)的预热。另一方面，在根据对比例的采用加热器作为预热装置的燃料电池系统中，如图3中的‘B’所示，在高温电池堆开始工作之后，高温电池堆进行第三时段(t3)的预热。
如图3中所示，作为根据本发明原理的实施方案的启动高温电池堆的方法，与对比例的方法相比，可以迅速地预热电池堆。而且，作为根据本发明原理的实施方案的启动方法，不仅可以防止因为高温聚合物电解质膜燃料电池堆开始工作时采用高温废气而导致的电解质膜被损坏，而且可以在第一时段t1过后，停止运行预热器。因而，根据本发明原理的启动方法，与对比例的启动方法相比，可以快速地启动电池堆，并且降低费用。
同时，采用作为根据本发明原理的实施方案的启动高温电池堆的方法的燃料电池系统，包括额外的外围设备如控制器，其可以检测氧化剂提供装置和电池堆的温度，将所检测到的温度与参考温度进行比较，并根据比较结果产生控制信号。而且，提供给燃料重整器的燃烧燃料和重整燃料可以是烃类燃料如汽油、柴油、甲醇、乙醇、天然气、城市煤气或其它烃燃料。此外，氧化剂可以是空气或纯氧。
如上所述，本发明提供高效启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法及采用该方法的燃料电池系统，其中利用加热块(预热单元)和现有燃料重整器的废气的传导热，于两个步骤中预热高温的电池堆，因此不仅可以迅速地启动电池堆，同时防止高温电池堆中的电解质膜被损坏，而且可以降低费用。
尽管已经给出和说明了本发明的一些实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以在该实施方案中作出改变，而不脱离本发明的原理和构思，本发明的范围由权利要求书及其等价物来定义。
权利要求
1.一种启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法，该电池堆电化学氧化来自燃料重整器的燃料而发电，在高温下运行，并且无需外部蒸汽，该方法包括通过与电池堆相连的加热块预热电池堆；检测电池堆的温度；将所检测到的电池堆的温度与参考温度进行比较；及根据比较结果向电池堆提供来自燃料重整器的废气(off-gas)。
2.根据权利要求1的方法，包括在电池堆的温度等于或高于参考温度时，提供燃料重整器的废气。
3.根据权利要求1的方法，还包括依据比较结果停止加热块工作。
4.根据权利要求1的方法，还包括在电池堆的温度等于或高于参考温度时，停止加热块工作。
5.根据权利要求3的方法，还包括控制安装在燃料重整器与电池堆之间的阀门，以在电池堆的温度达到工作温度时，停止提供废气。
6.根据权利要求1的方法，包括利用加热块，该加热块包括以传导热加热电池堆的单元。
7.根据权利要求1的方法，包括将废气提供给冷却管路，以调整电池堆的温度。
8.根据权利要求1的方法，其中所述参考温度为100℃。
9.一种燃料电池系统，包括为了重整燃料以产生富含氢气的重整气体而配置的燃料重整器，其被提供产生重整气体所需的热能，并排放废气；为了电化学氧化重整气体中所包含的氢以进行发电而配置的聚合物电解质燃料电池堆，其在高温下工作并且不需要外部蒸汽；与电池堆相连以利用传导热预热电池堆的预热器；与电池堆相连以检测电池堆温度的温度传感器；及与电池堆相连的控制器，其用于在温度传感器所检测到的电池堆温度等于过高于参考温度时，停止预热器工作，并向电池堆提供废气，以另外地以热电池堆。
10.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述参考温度为100℃。
11.根据权利要求9的燃料电池系统，还包括装有经过电池堆以调节电池堆温度的冷却管路的冷却器，其中所述废气是通过该冷却管路提供的。
12.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述电池堆包括采用酸掺杂的聚苯并咪唑的电解质膜。
13.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述电池堆包括采用选自下列至少一种的电解质膜烷基磺化的聚苯并咪唑，烷基磷酸化的聚苯并咪唑，含磷酸的丙烯酸单体聚合物，聚苯并咪唑/强酸的复合物，碱性聚合物/酸性聚合物的复合物，及其衍生物。
14.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述电池堆包括采用磺化聚亚苯基衍生物或磺化聚醚醚酮(PEEK)之一的电解质膜，所述磺化聚亚苯基衍生物或磺化聚醚醚酮(PEEK)是通过在工程塑料上施加磺酸基而得到的。
15.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述电池堆包括采用下面至少一种的电解质膜具有纳米孔的质子导电电解质膜，有机-无机的质子导电电解质膜，NAFIONTM-磷酸锆电解质膜，磷酸掺杂的NAFIONTM117，及磷灰石增强的电解质膜。
16.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述预热器包括利用传导热加热电池堆的单元。
17.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述燃料重整器包括通过燃烧燃料以产生高温废气的热源，以及通过热源的热量蒸汽重整燃料的重整器。
全文摘要
本发明提供一种有效启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法，及采用该方法的燃料电池系统。高温聚合物电解质膜燃料电池堆电化学氧化来自燃料重整器的燃料进行发电，其在高温下工作，并且不需要外部蒸汽。该启动高温聚合物电解质膜燃料电池堆的方法通过与电池堆相连的加热块预热电池堆，检测电池堆的温度，将检测到的电池堆的温度与参考温度进行比较，并根据比较结果向电池堆提供来自燃料重整器的废气。因而，依次使用加热块的传导热以及燃料重整器的高温废气，进而降低成本并且防止电解质膜被损坏。
文档编号H01M8/06GK101030647SQ20071008434
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者金周龙, 李东旭 申请人:三星Sdi株式会社