专利名称：在高功率运行燃料电池的方法和高功率燃料电池体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在高功率运行燃料电池的方法和高功率燃料电池体系。更具体地 讲，本发明涉及一种在高功率运行燃料电池的方法和高功率燃料电池体系，其能防止溢流 并且在电极中保持适量的水分至最佳状态。
背景技术：
近来，由于可以预见的如石油和煤的常规能源的枯竭，对替代能源的兴趣与日俱 增。燃料电池作为替代能源之一，其优点是具有高效率，不释放如NOx和SOx的污染物并且 使用的燃料数量丰富，因此燃料电池吸引了公众的注意力。燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学反应能转化为电能的发电体系，一般使用 氢和烃(如甲醇或丁烷)作为燃料，并且典型地以氧气用作氧化剂。在燃料电池中，膜电极组件(MEA)是用于发电的基本单元，其包括电解质膜和形 成在电解质膜的相对的两侧的阳极和阴极。图1图示了燃料电池发电的原理，和化学反应 式1表示使用氢作为燃料时燃料电池的反应式。参考图1和化学反应式1，燃料的氧化反应 发生在阳极以产生氢离子和电子，并且氢离子通过电解质膜移动到阴极。氢离子穿过电解 质膜和电子在阴极与氧气(氧化剂)反应生成水，该反应使电子移动到外部电路。化学反应式1阳极H2 — 2H++2e"阴极l/202+2H++2f — H2O反应式H2+l/202— H2O图2图示了用于燃料电池的膜电极组件的总的构造。参考图2，用于燃料电池的膜 电极组件包括电解质膜201和位于电解质膜201相对的两侧的阳极电极和阴极电极。阳极 电极和阴极电极分别包括催化剂层203、205和气体扩散层208。气体扩散层包括电极基板 209a、209b和形成在电极基板上的微孔层207a、207b。对于显示高功率的燃料电池的研究变得更加活跃，这种高功率为提高具有上述多 种优点的燃料电池的相容性所必须，尤其是对能连续提供高功率的燃料电池的需求也日益 增加。 如上所述，燃料电池通过移动氢离子来发电。其中，对移动所述氢离子有帮助的是 水分，而水分也是在电极中的反应产物。然而，作为反应结果所产生的水分的量还不足以完 全保证燃料电池的离子导电性，因此通常在湿润条件下运行燃料电池。然而，如果存在过量的水分，则会发生溢流，这会阻挡催化剂层或气体扩散层上的 细孔，减少三相反应点，结果降低了燃料电池的效率。如上所述，燃料电池的电极里的水分的量是决定电极性能的因素。因此，为了从燃 料电池获得高功率，应该适当地控制引入到电极的水分或从电极产生的水分。然而，这种控制非常麻烦，迄今为止还没有提出有效的方案。因此，急需开发出能 在燃料电池的电极里保持适量的水分的技术来获得高功率。
发明内容
技术问题因此，本发明的目的是提供一种运行燃料电池的方法和一种燃料电池体系，其通 过控制溢流现象而无需提供额外的燃料和氧化剂就能提高燃料电池的功率。技术方案为了实现上述目的，本发明提供一种在高功率运行燃料电池的方法，其中向所述 燃料电池的阴极选择性地提供作为氧化剂的湿润气体和干燥气体，该方法包括(Si)在 功率保持恒定或直到功率开始下降期间，提供湿润气体；(S2)在提供湿润气体以后，提供 干燥气体以获得比步骤(Si)的平均功率更高的功率；和(S3)在步骤(S2)中获得预定的 功率以后，重复当功率下降时提供湿润气体和此后当功率再次下降时提供干燥气体，由此 来增加功率以使保持预定的功率。发明者发现在提供一定时间的湿润气体后再提供干燥气体时能极大地提高燃料 电池的功率。发明者还发现当此后交替地提供湿润气体和干燥气体时能保持提高的功率。 因此，根据本发明运行燃料电池的方法能使燃料电池产生较高的功率。在上述方法中，优选以500mA/cm2以上的电流密度运行燃料电池。并且，在步骤 (Si)和(S3)中，优选提供湿润气体20秒以下，以及，在步骤(S2)和(S3)中，优选提供干燥 气体250秒以下。然而，本发明并不限于此。在本发明的另一个实施方式中，还提供一种高功率燃料电池体系，其中向燃料电 池的阴极选择性地提供作为氧化剂的湿润气体和干燥气体，该体系包括电堆，其包括单个 的膜电极组件或包括至少两个膜电极组件和设置在该膜电极组件之间的隔板；检测器，其 连接到电堆的两端以测定电堆两端的电流或电压；控制器，其连接到检测器上，当燃料电池 开始运行时，该控制器产生湿润气体供应信号，然后在最初提供湿润气体以后，当功率保持 恒定或下降时，该控制器从检测器接受测量的电流或电压值以产生干燥气体供应信号以提 高功率，然后交替地产生湿润气体供应信号和干燥气体供应信号以保持提高的或预定的功 率；以及氧化剂供应器，其用于接受控制器的信号并根据信号选择性地提供干燥气体或湿 润气体。
图1为说明燃料电池发电原理的示意图；图2为说明燃料电池膜电极组件的总的构造的示意图；图3为说明当燃料电池在运行时，在依次向阴极提供湿润气体、干燥气体和湿润 气体后,在一定的电流密度(a :300mA/cm2, b :500mA/cm2，c :700mA/cm2，d :900mA/cm2)下测 定的输出电压图；图4为说明根据本发明实施例1的输出电压的测量结果图；图5为说明根据本发明的高功率燃料电池体系的一个实施例的示意图；图6为说明根据本发明实施例1的输出电压的测量结果和输出电压的提高的图； 以及图7为说明根据本发明实施例2的输出电压的测量结果和输出电压的提高的图。
具体实施例方式下文将根据其制备方法详细描述本发明的用于燃料电池的电极。在开始描述之 前，应该明白，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为仅限于一般的和字面的 意义，而是基于这样的原则解释基于本发明的技术方案所对应的意义和概念，允许发明人 对术语作合适的定义以最好的解释。如上所述，发明者发现在预定时间内向阴极提供作为氧化剂的湿润气体，当再向 燃料电池的阴极提供干燥气体时能极大地提高燃料电池的功率。在这方面，图3所示的图 显示了在下述情况下测量的电压向燃料电池的阴极提供相对湿度大约为100%的湿润气 体一定时间，然后提供相对湿度大约为0%的干燥气体，然后再提供湿润气体(a :300mA/ cm2, b :500mA/cm2, c :700mA/cm2, d :900mA/cm2)。其中，可以看出在最初提供湿润气体后再 提供干燥气体时燃料电池的功率提高了。本发明公开了一种高功率燃料电池体系和它的运 行方法，基于上面的观念其能保持燃料电池的高功率。下文将详细说明根据本发明运行燃料电池的方法。根据本发明运行燃料电池的方法用于运行高功率燃料电池，其中向燃料电池的阴 极选择性地提供作为氧化剂的湿润气体和干燥气体。其中，在功率保持或直到功率开始下 降期间首先向阴极提供湿润气体(Si)。如图3所示，在最初提供湿润气体的时候，燃料电池的功率没有大的变化。然而， 随着时间推移，功率保持在一定的水平或略有下降。湿润气体和干燥气体可以采用现有技术中使用的任何氧化剂。例如，湿润气体和 干燥气体可以为空气或氧气，但并不限于此。如果可提供的水分超过最低水平，湿润气体的湿度可以没有任何限制地选择。例 如，湿润气体可具有70%以上的相对湿度，但不限于此。当湿润气体的相对湿度更大时，本 发明所关注的湿润效果会更加优异。例如，湿润气体的相对湿度可为99. 9999%，但并不限 于此。然后，在提供湿润气体以后，向阴极提供干燥气体以使获得比步骤(Si)的平均功 率更大的功率(S2)。如图3所示，在最初提供湿润气体后向阴极提供干燥气体时，燃料电池的功率提 高了。具体地讲，可以理解随着电流密度的变大，功率也极大地提高了。这被认为是由于提 供了干燥气体，解决了电极中的溢流现象，并且水分在三相反应点被蒸发掉，使得氧气可以 更容易地到达三相反应点，由此增加了燃料电池的功率。如果可以解决电极的溢流，干燥气体的湿度可以没有任何限制地选择。例如，干燥 气体可具有20%以下的相对湿度，但不限于此。当干燥气体的相对湿度变小时，本发明所关 注的干燥效果会更加优异。例如，干燥气体的相对湿度最小可为0. 0001%，但不限于此。随后，在步骤S2中获得预定的功率后，当功率下降时，向电极提供湿润气体来保 持预定的功率。此后，当功率再次下降时，提供干燥气体来提高功率以使可以保持预定的功 率(S3)。重复进行上述步骤。如图3所示，当提供干燥气体的时间过后，可以看出功率达到了峰值，并在峰值保 持一段时间，然后再次下降。
当向阴极引入干燥气体时，在功率提高并保持在一定值的区域，溢流现象得以解 决且在三相反应点的水分蒸发，从而有助于功率的增加。然而，在离聚体(ionomer)中的水 分也被一起蒸发，这似乎又降低了功率。结果发现燃料电池的整体功率在该区域是恒定的。此后，如果连续提供干燥气体，溢流现象被完全消除了，并且在离聚体中的水分也 被过度地蒸发了，这会抑制质子通过离聚体的迁移，使得功率开始下降。因此，如图3所示，如果第二次提供湿润气体，水分的缺乏得以解决，由此增加了 功率。然而，如果连续地提供湿润气体，水分的供应过量，使得燃料电池的功率开始下降。如此，根据本发明运行燃料电池的方法包括控制水分的量的步骤，该步骤是通过 在第二次提供湿润气体后当功率下降时再次向阴极提供干燥气体来实现的。交替上述步骤 以循环提供湿润气体和干燥气体，由此提供高功率。通过这种方法，可以保持比步骤(Si) 的平均功率(即初始功率)更高的功率。因此，在湿润气体和干燥气体之间的交替点可能是燃料电池的功率劣化到低于需 要的高功率的点。在运行燃料电池时，本领域技术人员都会很容易地发现所述提供湿润气体和干燥 气体的交替点。例如，可以从开始提供湿润气体的那个点起提供湿润气体20秒以下，但不 限于此。如果提供湿润气体超过20秒，会发生溢流。同样，可以从开始提供干燥气体的那 个点起提供干燥气体250秒以下。如果提供干燥气体超过250秒，在电极膜中的水分会不 充分。提供湿润气体或干燥气体的时间周期在最低限度方面没有特别的限制，只要不发生 溢流或电极膜不特别干燥就足够了。例如，可以提供湿润气体1-20秒，以及可以提供干燥 气体1-250秒，但不限于此。图4、图6和图7为显示在一定电流密度下测定的输出电压图，测定是在下述情况 下进行的初始提供湿润气体，然后提供干燥气体来增加功率，然后再交替地提供湿润气体 和干燥气体。图4清楚地说明，在最初提供湿润气体区域输出电压是恒定的，然后在提供干 燥气体的区域输出电压极大地提高了，再然后在交替提供湿润气体和干燥气体的区域(a) 保持了提高的输出电压。同样，参考图6和图7，在获得高功率以后在交替地提供湿润气体和干燥气体的区 域(对应于图4中的区域(a))，即高功率区域，可以看出功率基于平均功率反复地升高和下 降。如上所述，这种在高功率区域功率的升高或下降是由于反复地交替提供湿润气体和干 燥气体造成的。在高功率区域的平均功率值以及最高和最低功率值可以根据燃料电池应用 的领域来改变和适当地选择，因而对它们没有特别的限制。例如，对于在高功率区域的输出 电压，最低功率值可为高功率区域平均功率值的90%，最高功率值可为高功率区域平均功 率值的110%，但不限于此。另外，在本发明的运行方法中，因为电流密度更大，功率更加提高了。因此，当以 500mA/cm2以上的电流密度运行燃料电池时，可更加有效地获得高功率。根据燃料电池应用 的领域的不同需要不同的电流密度，因此，电流密度的上限没有特别的限制。例如，可以以 大约lOOOmA/cm2的电流密度运行燃料电池，且当用于车辆时，也可以以1200-1400mA/cm2的 电流密度运行燃料电池。下文将结合作为本发明运行方法的一个实施例的附图详细说明高功率燃料电池 体系。然而，这里所描述的和附图所说明的实施方式只是本发明的一个优选实施例并不代表本发明的所有实质，因此应该理解存在可替代本发明的各种等同方式和修改。根据本发明的一个实施方式配置高功率燃料电池体系以向燃料电池的阴极选择 性地提供作为氧化剂的湿润气体或干燥气体。高功率燃料电池体系包括电堆，其包括单 个的膜电极组件或包括至少两个膜电极组件和设置在膜电极组件之间的隔板；检测器，其 连接到电堆的两端以测定电堆两端的电流或电压；控制器，其连接到检测器上，当燃料电池 开始运行时，该控制器产生湿润气体供应信号，然后在最初提供湿润气体以后，当功率保持 恒定或下降时，该控制器从检测器接受测量的电流或电压值以产生干燥气体供应信号以提 高功率，然后交替地产生湿润气体供应信号和干燥气体供应信号以保持提高的或预定的功 率；以及氧化剂供应器，其用于接受控制器的信号并根据该信号选择性地提供干燥气体或 湿润气体。图5为显示根据本发明的一个实施方式的高功率燃料电池体系的示意图。参考图 5，该实施例的高功率燃料电池体系包括膜电极组件，其具有阳极511、阴极512和电解质 膜513 ；燃料电池的气体口，其具有阳极进口 501、阳极出口 502、阴极进口 503和阴极出口 504 ；检测器，其具有输出电流和输出电压测量线路507 ；控制器514 ；以及氧化剂供应器，其 具有干燥气体线路506、阀门516、湿润器515和湿润气体线路505。如图2所示，用于本发明的膜电极组件可使用现有技术中普遍使用的任何膜电极 组件。根据本发明用于燃料电池的膜电极组件包括电解质膜201 ；和位于电解质膜201的 相对的两侧的阳极和阴极。所述阳极和阴极可分别包括气体扩散层208以及催化剂层203 和205。根据本发明用于燃料电池的气体扩散层208可分别包括基板209a和209b以及形 成在基板209a和209b —侧的微孔层207a和207b。本发明的电解质膜把两电极分开并且成为质子和水分的通道。用于本发明的电解 质膜可以采用现有技术中使用的任何电解质膜，例如选自全氟磺酸聚合物、基于烃的聚合 物、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、聚磷腈、聚萘二甲酸乙二酯、聚酯、 掺杂的聚苯并咪唑、聚醚酮、聚砜或者它们的酸和碱中的任一种聚合物，但本发明不限于 此。本发明的催化剂层是氧化反应和还原反应的场所。催化剂层分别存在于阳极和阴 极上，其包括催化剂和聚合物离聚物。所述催化剂可使用现有技术中的任何催化剂而没有限制。例如，催化剂可为金属 催化剂或在碳基载体上的金属催化剂，典型的金属催化剂可使用钼、钌、锇、钼-钌合金、 钼-锇合金、钼-钯合金、钼-钼合金、钼-铑合金和钼-过渡金属合金，或者它们的化合物， 但不限于此。碳基载体可为基于碳的材料，优选石墨、炭黑、乙炔黑、超导电乙炔黑(denta black)、科琴黑(ketjen black)、活性碳、介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳纳米 环、碳纳米线、富勒烯(C60)和Super-P中的任一种，或它们的混合物。聚合物离聚物可用现有技术中普遍使用的任何一种，例如典型地高氟化离子交换 树脂(nafion)离聚物或磺化聚合物如磺化聚三氟苯乙烯，但不限于此。本发明的气体扩散层在隔板和催化剂层之间起到电流传导材料的作用并且成为 作为反应物的气体和作为产物的水的通道。因此，气体扩散层具有多孔结构(具有20-90% 的空隙率)使得气体可以容易地通过。
气体扩散层可采用现有技术中使用的任何一种气体扩散层，其可包括选自碳纸、 碳布和碳毡中的导电基板。气体扩散层可进一步包括形成在导电基板一侧的微孔层，并且 微孔层可由碳基材料或氟基树脂制成。所述碳基材料可为选自石墨、炭黑、乙炔黑、超导电乙炔黑(denta black)、科琴黑 (ketjen black)、活性碳、介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳纳米环、碳纳米线、 富勒烯(C60)和Super-P中的任一种，或它们的混合物，但本发明并不限于此。所述氟基树脂可为选自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇、乙酸纤维 素、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物和丁苯橡胶(SBR)中的任一种，或它们的 混合物，但本发明并不限于此。气体扩散层可根据需要具有适当的厚度，例如100-400 μ m，但不限于此。如果气体 扩散层的厚度太小，催化剂层和隔板之间的接触电阻增加了，并且气体扩散层可能没有足 够的力保证压缩。如果厚度太大，气体反应物不能很容易地移动。因此，气体扩散层的厚度 应保持在适当的水平。同时，催化剂层形成在电解质膜和气体扩散层的微孔层之间。隔板起到了阻止膜电极组件彼此之间电连接和将外部提供的燃料和氧化剂转移 到膜电极组件的作用。隔板可采用现有技术中普遍使用的任何一种。例如典型地有石墨和 不锈钢，但不限于此。引入到阳极进口 501的燃料可使用气态或液态的氢或烃燃料，并且烃燃料可为甲
醇、乙醇、丙醇、丁醇或天然气。引入到阴极进口 503的氧化剂可典型地使用氧气或空气，并且氧化剂是通过湿润 气体线路505或干燥气体线路506引入的。在本发明的燃料电池体系中，在运行燃料电池时，检测器507连接到电堆的两端 以测量电堆两端的电流和电压。有多种仪器可电连接到燃料电池的两端来测定电流和电 压，并且它们可以没有任何限制地用作检测器。在本发明的燃料电池体系中，控制器514将预定功率或最大功率(通过最初提供 干燥气体来设定的)与从检测器507传输的功率比较来决定是提供湿润气体还是干燥气 体，然后，将信号传输给氧化剂供应器。详细地讲，在运行燃料电池时，在最初阶段当功率保持恒定或直到功率开始下降 期间，控制器将湿润气体供应信号传输给氧化剂供应器。然后，控制器将干燥气体供应信号 传输给氧化剂供应器以增加功率，此时，在功率提高时或保持在提高的状态或直到功率开 始下降到低于从检测器507传输的功率的预定值期间，连续传输干燥气体供应信号。随后，如果从检测器507传输的功率低于提高的功率或预定功率，控制器再次传 输湿润气体供应信号。控制器持续检查从检测器507传输的功率，然后如果在传输湿润气 体供应信号以后功率再次下降到低于提高的功率或预定功率，控制器传输干燥气体供应信 号。此后，如上所述，控制器交替地向氧化剂供应器传输湿润气体供应信号和干燥气体供应 信号使得从检测器507传输的功率不低于提高的功率或预定功率。换句话说，把提供最初湿润气体时从检测器507传输的平均功率作为最低限，控 制器514测定比此平均功率大的功率，然后向氧化剂供应器传输湿润气体供应信号和干燥 气体供应信号以使功率不下降到预定功率以下。
控制器514可以现有技术中已知的各种方式实现。例如，控制器可为执行上述步 骤的程序，完成所述程序的电子线路或微处理器等等，但不限于此。在本发明的燃料电池体系中，氧化剂供应器从控制器514接受信号以向阴极电极 提供作为氧化剂的湿润气体或干燥气体。湿润气体和干燥气体可根据现有技术中普遍使用 的各种方法来选择性地提供而没有任何特别的限制。例如，如图5所示，本发明使用的氧化剂供应器可包括干燥气体线路506，其连 接到燃料电池的阴极进口 503上；三向阀门516，其设置在干燥气体线路上；湿润气体线路 505，其从三向阀门分出并连接到燃料电池的氧化剂输入部，并且在其上设有湿润器515，但 不限于此。其中，氧化剂供应器根据来自控制器514的信号控制着三向阀门交替地提供湿 润气体和干燥气体。详细地讲，如果从控制器514接受到干燥气体供应信号，三向阀门关闭 湿润气体线路并打开干燥气体线路以提供干燥气体。相反，如果接受到湿润气体供应信号， 三向阀门关闭干燥气体线路并打开湿润气体线路以提供湿润气体。如果提供的水分的量不低于电极所需的最低水平，从氧化剂供应器提供的湿润气 体的湿度可以没有任何限制地选择。例如，湿润气体的相对湿度可为70%以上，但不限于 此。当湿润气体的相对湿度更高时，本发明所关注的湿润效果会更加优异。例如，湿润气体 的相对湿度可为99. 9999%，但不限于此。如果能解决电极的溢流，从氧化剂供应器提供的干燥气体的湿度可以没有任何限 制地选择。例如，干燥气体的湿度可为20%以下，但不限于此。当湿润气体的相对湿度更低 时，本发明所关注的干燥效果会更加优异。例如，干燥气体的相对湿度最低可为0. 0001%, 但不限于此。图5所示的干燥气体线路、湿润气体线路、阀门和湿润器的种类和位置仅是本发 明的一个实施例，应该理解它们的位置和构造可以以各种形式改变。
实施例下文将用实施例对本发明作更加详细的说明。然而，下述实施例可用各种方式进 行修改，并且本发明也不应解释为仅限于此。下面给出的实施例只是为了本领域的一般技 术人员可以更好地理解本发明。实施例1使用钼催化剂的催化剂层形成在电解质膜(Nafion 112，杜邦)的两个表面，由石 墨纤维制成的气体扩散层粘合在其上以构成单元电池。在氢气/空气条件下、在70°C的电池温度下运行上述制备的单元电池，其间在 900mA/cm2时测量电压变化。此时，气体的化学计量为1. 3(阳极)和2. 0(阴极)。从开始运行直到63秒，向阴极提供相对湿度为100% (士0. 5)的湿润气体，此后， 向阴极提供相对湿度为0% (士0. 5)的干燥气体直到132秒。从提供干燥气体之后直到528 秒，在输出电压增加过程中出现降低时，交替提供湿润气体和干燥气体，由此保持功率。在 528秒后，只提供湿润气体，然后在850秒停止运行。在运行燃料电池时，观测输出电压的变化。结果如图6中所示。实施例2在ΙΑ/cm2时测量电压变化。从开始运行燃料电池直到83秒，向阴极提供湿润气体，此后，提供干燥气体直到209秒。此后直到705秒，在输出电压增加过程中出现降低时， 交替提供湿润气体和干燥气体。在705秒后，只提供湿润气体，然后在1060秒停止运行。在运行燃料电池时，观测输出电压的变化。结果如图7中所示。参考图6和图7，本发明的燃料电池体系能连续保持高功率，不同于图3所示的向 阴极电极提供恒定湿度的气体的情况。另外，可以发现，在提供干燥气体后保持在提高的功 率，与最初提供湿润气体时的平均功率相比，平均功率分别提高了 16. 5%和17.6%。工业实用性根据本发明运行燃料电池的方法，能够以有效的方式甚至是在暂时需要大功率的 状态获得大功率。另外，即使在使用相同量的燃料和氧化剂时，本发明的方法与常规燃料电 池相比可以以更高的功率运行燃料电池。而且，本发明的燃料电池体系可以比常规燃料电池产生更高的功率。上述公开的 燃料电池运行方法和燃料电池体系可用于使用燃料电池的各种工业领域，尤其适合用于需 要大功率的车辆和家庭加热装置。
权利要求
一种在高功率运行燃料电池的方法，其中向所述燃料电池的阴极选择性地提供作为氧化剂的湿润气体和干燥气体，该方法包括(S1)在功率保持恒定或直到功率开始下降期间，提供湿润气体；(S2)在提供湿润气体以后，提供干燥气体以获得比步骤(S1)中的平均功率更高的功率；和(S3)在步骤(S2)中获得预定的功率以后，当功率下降时重复提供湿润气体和此后当功率再次下降时提供干燥气体，由此来增加功率以保持预定的功率。
2.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，在步骤(Si)和(S3) 中，提供所述湿润气体20秒以下。
3.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，在步骤(S2)和(S3) 中，提供所述干燥气体250秒以下。
4.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，在500mA/cm2以上的电 流密度下运行燃料电池。
5.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，在步骤(S3)中的平均 功率比在步骤(Si)中的平均功率大。
6.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，在步骤(S3)中功率值 符合下列数学式1 数学式1在步骤(S3)中平均功率的在步骤(S3)中功率值<在步骤(S3)中平均功率的 110%。
7.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，所述湿润气体的相对 湿度为70%以上。
8.根据权利要求1所述的在高功率运行燃料电池的方法，其中，所述干燥气体的相对 湿度为20%以下。
9.一种高功率燃料电池体系，其中向所述燃料电池的阴极选择性地提供作为氧化剂的 湿润气体和干燥气体，该体系包括电堆，其包括单个的膜电极组件或包括至少两个膜电极组件和设置在所述膜电极组件 之间的隔板；检测器，其连接到所述电堆的两端以测定电堆两端的电流或电压；控制器，其连接到所述检测器上，当燃料电池开始运行时，所述控制器产生湿润气体供 应信号，然后在最初提供湿润气体以后，当功率保持恒定或下降时，所述控制器从所述检测 器接受测量的电流或电压值以产生干燥气体供应信号，以提高功率，然后交替地产生湿润 气体供应信号和干燥气体供应信号以保持提高的或预定的功率；以及氧化剂供应器，其用于接受所述控制器的信号并根据信号选择性地提供干燥气体或湿 润气体。
10.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，提供所述湿润气体20秒以下。
11.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，提供所述干燥气体250秒以下。
12.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，在500mA/cm2以上的电流密度 下运行燃料电池。
13.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，在最初提供作为氧化剂的湿润 气体期间的平均功率比在此后交替地提供干燥气体和湿润气体期间的平均功率小。
14.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，在最初提供湿润气体后保持提 高的功率的高功率区域，功率值符合下列数学式2 数学式2在高功率区域平均功率的90% <在高功率区域功率值《在高功率区域平均功率的 110%。
15.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，所述湿润气体的相对湿度为 70%以上。
16.根据权利要求9所述的高功率燃料电池体系，其中，所述干燥气体的相对湿度为 20%以下。
全文摘要
在高功率运行燃料电池，向燃料电池的阴极选择性地提供作为氧化剂的湿润气体和干燥气体。该方法包括(S1)在功率保持恒定或直到功率开始下降期间，提供湿润气体；(S2)在提供湿润气体以后，提供干燥气体以获得比步骤(S1)中的平均功率更高的功率；和(S3)在步骤(S2)中获得预定的功率以后，当功率下降时重复提供湿润气体和此后当功率再次下降时提供干燥气体，由此来增加功率以使保持预定的功率。该方法提供一种对燃料电池的最佳运行条件，由此保证高功率。
文档编号H01M8/04GK101897067SQ200880120618
公开日2010年11月24日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月12日
发明者李源镐, 鲁台根 申请人:Lg化学株式会社