专利名称：燃料电池系统用离子交换过滤器的制作方法
燃料电池系统用离子交换过滤器发明背景(1)发明领域本发明涉及可用于燃料电池系统中的离子交换过滤器、包括离子交换过滤器的燃料电池系统以及用于处理燃料电池流体的方法。(2)相关技术的说明燃料电池的设计和操作在本领域中是广为人知的。燃料电池通过燃料例如氢、甲醇等的电化学氧化产生电。一般将未反应的燃料和/或氧化剂(废气)再循环并再引入到燃料电池中。再循环的成分可以用离子交换过滤器过滤以在被再引入到燃料电池之前移除污染物。这样的污染物包括各种系统组成部分例如膜、管道、冷却剂、催化剂等的降解和/ 或洗脱产物以及可能与燃料和氧化剂一起引入的杂质。举例来说，US2007/0259241描述了包括氢再循环系统的燃料电池系统，所述氢再循环系统用于将未反应的氢废气和水从燃料电池引导至气体-液体分离器。然后使所得废气在被再循环回到燃料电池中用于后续反应之前通过离子交换过滤器。JP 2005/339814A描述了包括具有离子交换过滤器的氢再循环系统的类似燃料电池系统。燃料电池系统通常包括冷却剂系统，所述冷却剂系统将冷却剂流体在燃料电池和热交换器之间循环。离子交换过滤器也用于这样的冷却剂系统以将碎片和洗脱产物从再循环冷却剂中移除。这样的系统的实例描述在US 7，261，816 ；US 6，673，482 ；US 6，663，993 ； US 2004/0028971 和 EP 1791 206 中。用于这样燃料电池应用中的离子交换过滤器典型地包括具有流体流动通道的滤筒以使流体线路的流体通过。已知多种滤筒，包括US7，261, 816和JP 2005/339814A中描述的那些。如US 2007/0259241中所述滤筒可以与气体-液体分离器结合。滤筒含有离子交换树脂，所述离子交换树脂将离子或其它带电成分从与树脂接触的经过的流体中移除。 JP2002-343388描述了将离子交换树脂的混合床用于过滤磷酸燃料电池内的产物水和/或冷却剂。给定燃料电池的高操作温度，在这样系统中使用的离子交换树脂必须具有高温稳定性，即，该树脂甚至在长时期暴露于高温，如高于约80°C的温度以及在许多情况下高于 100°C乃至120°C的温度后，也必须能保持离子交换能力。JP 2002-343388描述了一类在这样的应用中使用的处于氢氧化物(0H_)形式的阴离子交换树脂。除了暴露于高操作温度以外，燃料电池系统的离子交换过滤器还可能暴露于重复的冷冻/解冻条件-特别是对于车载燃料电池系统而言。重复的冷冻解冻产生机械力，所述机械力趋向于使离子交换树脂破裂并且导致在流体线路内不想要的压降。发明概述本发明包括可用于燃料电池系统中的离子交换过滤器。本发明还包括包括离子交换过滤器的燃料电池系统，以及用于处理燃料电池的流体的方法。在一个实施方案中，主题离子交换过滤器包括滤筒，所述滤筒包括至少一个流体流动通道；和碳酸氢盐和/或碳酸盐形式的阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂设置在所述滤筒内。本发明的主题阴离子交换树脂表现出高温稳定性以及甚至在重复暴露于冷冻/解冻条件下也表现出改善的机械稳定性。还公开了许多其它的实施方案、目的、优点和特征。附图简述
图1是根据本发明实施方案的燃料电池系统的示意图。图2是根据本发明实施方案的离子交换过滤器的横截面视图。发明详述通过参考附图对本发明的优选实施方案进行描述。所陈述的实施方案用于描述本发明的目的。将理解的是本发明不限于所述的具体实施方案，而是涵盖落入公开内容的精神和范围内的更改、等效物和备选方案。将进一步理解的是某些特征和子组合具有效用并且可以在不涉及其它特征和子组合的情况下采用。为了简短起见，本说明书集中在氢燃料电池上，但是本发明适用于其它燃料电池， 包括但不限于烃燃料电池，包括柴油、甲醇和化学氢化物。在一个实施方案中，本发明涉及处理燃料电池的流体的方法，所述方法通过使这种流体与阴离子交换树脂接触而进行，所述阴离子交换树脂为选自碳酸氢盐和碳酸盐中的至少一种的阴离子形式。在优选的模式中，该方法包括在使离开燃料电池的流体的至少一部分返回到燃料电池中之前使所述流体的至少一部分通过离子交换过滤器的步骤。本发明另一个实施方案涉及包含至少一个燃料电池、至少一个流体线路和离子交换过滤器的燃料电池系统。燃料电池的类型不受特别限制。一般来说，一类优选的燃料电池包括通过电解质膜分隔的燃料电极(正极)和氧化剂电极(负极)。在操作中，燃料(例如氢气)通过与正极邻接的通路，而氧化剂(例如空气)通过与负极邻接的通路。在正极， 钼催化剂使氢分裂为正氢离子(质子)和带负电的电子。电解质膜仅允许带正电的离子通过其到负极。带负电的电子沿外线路移动至负极，从而产生电流。在负极，电子和带正电的氢离子与氧结合而形成水，所述水从电池流出。电化学反应可以由下式表示在燃料电极(正极)的反应H2 — 2H++2e_在氧化剂电极(负极)的反应2Η++&-+(1/2)Α — H2O总反应H2+(1/2)O2 — H2O在多数实施方案中，多个电池结合而形成燃料电池组，其实例描述在EP 1 791 206 中。在优选的实施方案中，燃料电池系统包括至少一个流体线路。流体线路限定从燃料电池延伸至远端位置并返回到燃料电池的连续流体流路。如在本上下文中使用，术语“连续”不表示流体沿流体流路不断地流动。实际上，在许多实施方案中，流体通过线路的流动可以中断或者通过使用阀(values)或其它类似的装置重新改道。更确切地，该术语意图描述能够将流体从燃料电池再循环和/或再循环回到燃料电池的流体回路。流体线路可以包括管道、阀、调节器和/或如本领域中所熟知的用于传递流体的泵。流体线路的实例包括 冷却剂系统、增湿系统、燃料再循环系统和氧化剂再循环系统。燃料电池系统可以包括这样的流体线路中的一个或多个，或者它们的任意组合。在一些情况下，可以将单独的流体线路结合，例如增湿系统可以与燃料再循环系统或氧化剂再循环系统结合。在这样的结合或合并系统中，还可以包括气体-液体分离器。在优选的实施方案中，离子交换过滤器沿流体线路的流体流路安置。然而，如果在燃料电池系统内使用多于一个流体线路，则不是每个流体线路都需要离子交换过滤器。适用于本发明的冷却系统不受特别限制并且典型地包括在远端热交换器和燃料电池之间的管道或管线内的冷却剂再循环。如US 6，673，482中所述，热交换器可以与散热器、热调节器和/或用于选择性过滤循环冷却剂的旁通装置流体连通，所述文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。冷却系统的另外实例提供在US 6，663，993 ；US 7，261，816 中，所述文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。冷却剂不受特别限制并且典型地包含低传导性流体如纯化的水或水性烷撑二醇混合物。冷却剂中可以包含各种添加剂，包括如US 2004/0028971中所述的原硅酸衍生物，该文献的全部内容通过引用结合在本文中。 其它设计和冷却剂是众所周知的并且可以使用，包括EP 1 791 206中所述的那些。设计增湿系统用于俘获燃料电池产生的水并且将水的至少一部分返回或“再循环”到燃料电池。增湿系统对燃料电池提供水分，预期这可以保持某些电解质膜的操作性能。取决于具体的燃料电池和操作需要，可以将再循环的水在引入燃料电池之前与新鲜的水、燃料和/或氧化剂合并。在引入燃料电池之前，从燃料电池产生的水优选例如借助于包括离子交换树脂的在线滤筒流过离子交换过滤器，以移除污染物如洗脱成分或与燃料或氧化剂一起引入电池中的污染物。US 7，261，816中提供增湿系统的一个实例，该文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。增湿系统可以与另外的流体线路如燃料和/或氧化剂再循环系统结合。这样的结合的系统可以包括如US 2007/0259241中所述的用于将液体水与氢气或氧气分离的气体-液体分离器，该文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。一旦与废气分离，就可以将水在再引入燃料电池之前弓I导通过离子交换过滤器。燃料电池系统中可以包括燃料再循环系统以俘获来自燃料电池的未反应的燃料的至少一部分并且将该燃料再循环到燃料电池用于后续反应。再循环的燃料可以与燃料的新鲜来源合并。燃料再循环系统优选包括在线离子交换过滤器用于移除污染物。如前所述，离子交换过滤器可以与如US 2007/0259241中所述的气体-液体分离器结合，该文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。与燃料分离的水可以废弃或如前所述传送到增湿系统。燃料电池系统中可以包括氧化剂再循环系统以回收未反应的氧化剂的至少一部分。在许多情况下，空气是优选的氧化剂并且不需要回收。然而，在使用氧气或其它氧化剂的情况下，可能需要这样的系统。氧化剂再循环系统优选包括在线离子交换过滤器用于移除污染物。如前所述，离子交换过滤器可以与气体-液体分离器结合。与氧化剂分离的水可以废弃或如前所述传送到增湿系统。虽然对于理解本发明并非关键，但是将参考图1对本发明进一步描述。燃料电池系统总体显示为10，其包括具有燃料入口 14、氧化剂入口 16和水入口 18的燃料电池或燃料电池组12。借助于泵(未显示)在压力下对电池12提供燃料和氧化剂。燃料电池系统包括冷却剂系统20，所述冷却剂系统20包括热交换器22、离子交换过滤器M和旁通线路沈，该旁通线路沈用于选择性地转移离子交换过滤器M周围的冷却剂。燃料电池系统还包括燃料再循环系统观，所述燃料再循环系统观包括组合的离子交换过滤器和气体-液体分离器30。未反应的燃料经由出口 32离开燃料电池，并且通过离子交换过滤器30，并且与燃料入口 14附近的新鲜燃料再合并。将水与燃料分离并引导至增湿系统34。燃料电池系统进一步包括氧化剂再循环系统36，所述氧化剂再循环系统36包括组合的离子交换过滤器和气体-液体分离器38。未反应的氧化剂经由出口 40离开燃料电池，通过离子交换过滤器38并且与氧化剂入口 16附近的新鲜氧化剂再合并。将水与氧化剂分离并且引导至增湿系统34。增湿系统34经由燃料再循环系统、氧化剂再循环系统和水出口 42收集从燃料电池产生的水。收集的水通过离子交换过滤器44，接着与水入口 18附近的新鲜水合并。 流体流过燃料电池系统的方向由箭头显示。如前所述，燃料电池系统优选包括沿流体线路的流体流路安置的离子交换过滤器。离子交换过滤器包括包含至少一个(但是优选两个以上)流体流动通道的滤筒，所述流体流动通道用于使流体在滤筒内流动并且与设置在滤筒内的阴离子交换树脂接触。滤筒的设计不受特别限制并且可以使用许多已知的设计。滤筒的主要作用是以使流体在沿流体线路的流体流路通过的同时与树脂接触的方式沿流体通路封装阴离子交换树脂。因此， 树脂的形式将影响滤筒的设计。例如，如果以多孔块或圆柱体形式提供阴离子交换树脂， 则滤筒可以仅包括沿着流体线路的管道的部分，其中树脂粘附或固定于管道的内衬。更一般地，以装载罐或其它合适的封闭件内的颗粒或珠粒形式提供树脂，所述罐或封闭件以下总体来说都称作滤筒。类似地，流体(例如气体、液体等)的特性也可以影响滤筒的设计。 例如，JP2005-339814A公开了在氢气体再循环系统内使用以将未反应的氢的至少一部分再循环至燃料电池的合适的滤筒。在流体线路同时包括气体和液体的情况下，滤筒可以与如US 2007/0259241中公开的气体-液体分离器一起使用或者作为其一部分而结合。其它合适的设计的实例包括US7J61，816中所述的那些。滤筒可以包括另外的部件和特征，如 US7, 097, 763 中所述的旁通通道。所述 US 7，261, 816 ；US 7，097, 763 和 US2007/0259241 的全部公开内容通过引用结合在本文中。离子交换过滤器优选沿着燃料电池系统的一个或多个流体线路的流体流路设置。离子交换过滤器可以沿着主流路或者主流路的旁通路线的一部分设置，其中通过过滤器的流由阀选择性地控制。虽然对于理解本发明并非关键，但是将参考图2进一步描述本发明。离子交换过滤器总体显示为46，其包括滤筒48、流体入口 50、流体出口 52和珠粒形式的阴离子交换树脂54。在操作中，流体通过流体入口流入滤筒内，在那里其流过阴离子交换树脂并最终在流体出口 52离开滤筒。离子交换过滤器包括设置在滤筒内的阴离子交换树脂。过滤器可以另外地包括氢形式的阳离子交换树脂如DOWEX M0N0SPHERE 650C交换树脂，其可获自陶氏化学公司 (The Dow Chemical Company)。虽然阴离子交换树脂可以制成碳酸盐形式，但优选的是树脂制成碳酸氢盐形式，即，充当离子交换树脂的抗衡阴离子的碳酸氢根阴离子。本领域技术人员将意识到的事实是，尽管取决于大量流体的PH条件而处于不同的比例，碳酸氢根和碳酸根离子是以动力学平衡存在的。本发明的阴离子交换树脂不受其它特别限制，但是优选在高达约80°C、但优选100°C、并且在一些实施方案中高达120°C的温度是热稳定的。树脂可以以多种众所周知的形式提供，例如纤维状、粒状、颗粒、多孔块、多孔圆柱体等，但是优选以工业中通用的圆形珠粒的形式提供。珠粒尺寸不受特别限制并且可以基于操作条件选择。优选的阴离子交换树脂的珠粒直径为约300至1000微米。虽然并非必须，但是可以使用均勻粒度(UPS)树脂，或者可以使用多种珠粒尺寸的混合物。虽然可以同时使用大孔和凝胶状的阴离子交换树脂，但是由于它们的韧性而在多数实施方案中优选凝胶状树脂。在本发明的优选实施方案中，提供强碱性形式的阴离子交换树脂；然而，可以使用弱碱性形式以及强碱性和弱碱性阴离子交换树脂两者的组合。术语“强碱性”和“弱碱性”如在本文中使用，与其在本领域中的公认含义一致。总而言之，强碱性阴离子交换树脂能够进行盐分裂反应，而弱碱性阴离子交换树脂显示很小的或者没有盐分裂能力。强碱性阴离子交换树脂是高度离子化的并且可以在整个PH范围内使用。弱碱性阴离子交换树脂仅在其处于盐形式时是高度离子化的，并因此而具有低于PH 7的离子交换活性。然而，弱碱性树脂可以例如经由侧叔胺(例如在氯甲基化乙烯基芳族聚合物的胺化过程中)与第二氯甲基化芳族基团交联。所得季氮基团即使在较大的弱碱性阴离子交换树脂内也可以充当强碱性基团。因此，弱碱性阴离子交换树脂可以包括强碱性基团。当结合本发明使用时，这样的强碱性基团的主要部分优选转化为碳酸氢根或碳酸根阴离子形式。虽然主题阴离子交换树脂可以包括多种聚合物，但是优选乙烯基芳族聚合物。这些类型的树脂是可商购的并且它们的生产和使用在本领域内众所周知。可适用的乙烯基芳族聚合物的一个代表性种类描述在US6，756，462中，其全部公开内容通过引用结合在本文中。这样的聚合物典型地通过悬浮聚合使乙烯基芳族单体聚合而制备。这样单体的实例包括单不饱和的乙烯基芳族单体苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基二甲苯和C1-C4烷基取代的苯乙烯和乙烯基萘(例如 -甲基苯乙烯，乙基乙烯基苯乙烯、异丙基苯乙烯、二乙基苯乙烯、 乙基甲基苯乙烯和二甲基苯乙烯)以及它们的混合物。任选地，也可以使用非芳族共聚单体，包括脂族不饱和单体如氯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈和(甲基)丙烯酸WC1-C4烷基酯 (如甲基丙烯酸酯)。在使用时，基于用于形成聚合物的全部单体的重量，非芳族单体典型地占约0至20重量％。主题聚合物优选是交联的。交联通常通过包含多官能芳族单体如二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基吡啶、二乙烯基萘和二乙烯基二甲苯而完成。当使用时，基于用于形成聚合物的全部单体的重量，这样的交联单体占约0. 1至20 重量％、优选约0.5至10重量％。二乙烯基苯是优选的交联单体。也可以使用非芳族交联单体，包括但不限于乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷、三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甘醇二乙烯基醚、三乙烯基环己烷、1，5_己二烯、2， 5-二甲基、1，5_己二烯、1，7_辛二烯和异氰尿酸三烯丙酯。优选的乙烯基芳族聚合物衍生自包含苯乙烯和二乙烯基苯的单体。特别优选的乙烯基芳族聚合物衍生自基于用于形成聚合物的全部单体的重量为约0. 1至20重量％的二乙烯基苯单体和大部分(例如典型地大于约50重量％)的苯乙烯单体。可以使用自由基引发剂制备乙烯基芳族聚合物，包括单体-可溶性引发剂如偶氮化合物(例如偶氮二异丁腈)有机过氧化物(过氧化苯甲酰)、氢过氧化物和美国专利 4，192,921 ；4, 246，386 ；4, 283，499和6，756，462中描述的有关引发剂，所述美国专利的全部公开内容通过引用结合在本文中。也可以使用合适的分散剂和悬浮稳定剂，如明胶、聚乙烯醇、氢氧化镁、羟基乙基纤维素、羧基甲基甲基纤维素以及如美国专利4，419，Μ5中描述的那些，所述美国专利的全部公开内容通过弓I用结合在本文中。主题乙烯基芳族聚合物的交联共聚物物种优选通过包含上述单体中的两种或多种(优选包括充当交联剂的多官能单体)、自由基引发剂和任选相分离稀释剂的细分的有机相的悬浮聚合而制备。相分离稀释剂是用于反应单体而非所得共聚物的溶剂。因而，共聚物在其形成时从单体相中沉淀出来。合适的相分离稀释剂是对于悬浮介质、单体和所得共聚物基本上惰性的有机溶剂。通常，沸点为至少约60°C的有机溶剂是合适的，其包括脂族烃类和脂族醇类。具体实例包括己烷、庚烷、异辛烷、叔戊醇和正丁醇。美国专利6，290, 854 ； 4，224，415 ；和3，176，482中提供了其它实例，所述美国专利的全部公开内容通过引用结合在本文中。取决于是否使用相分离稀释剂，所得交联共聚物可以是微孔的，即凝胶状的，或大孔的。术语“大孔的”、“微孔的”和/或“凝胶状”在本领域内众所周知并且表示共聚物多孔性的属性。微孔的或凝胶状共聚物具有大约小于约20埃(Λ)的孔尺寸，而大孔的共聚物典型地具有约20A至约500A的中孔和大于约500A的大孔。凝胶状和大孔的共聚物以及它们的制备描述在美国专利5，231，115和4，256，840中，这两篇美国专利都通过引用而将其全部内容结合在本文中。为了制备阴离子交换树脂，典型地将上述乙烯基聚合物经由氯甲基化反应官能化，如本领域中所熟知的。例如，下面描述了简化的反应，其中术语“乙烯基”表示聚合物骨架的一部分，“Ar”表示侧芳族环并且该组合表示括号内显示的聚合物重复单元。[乙烯基(Ar) ]+CH3OCH2Cl —[乙烯基(Ar-CH2Cl) ]+CH3OH为了本发明的目的，用于氯甲基化一种或多种乙烯基芳族聚合物的具体方法和条件不受特别限制并且许多可适用的技术记载在文献中。氯甲基化典型地通过在催化剂的存在下在约15至100°C、优选35至70°C的温度将乙烯基芳族聚合物与氯甲基化试剂结合，历时约1至8小时。最普通且优选的氯甲基化试剂是氯甲基甲基醚(CMME)和/或CMME-形成反应物如甲醛、甲醇和氯化氢或氯磺酸，或者氯化氢与甲基化甲醛溶液的组合，其典型地以相对于每摩尔的乙烯基芳族聚合物为约0. 5至20、优选约1. 5至8摩尔CMME的量与聚合物结合。虽然较不优选，但是可以使用其它氯甲基化试剂，包括但不限于双-氯甲基醚 (BCME)、BCME-形成反应物如甲醛和氯化氢、以及US 4，568，700中描述的长链烷基氯甲基醚。可用于进行氯甲基化反应的催化剂是众所周知的并且在本领域中一般是指“路易斯酸” 或“弗里德尔-克拉夫茨”催化剂。非限制性的实例包括氯化锌、氧化锌、氯化铁、三氧化二铁、氯化锡、氧化烯、氯化钛、氯化锆、氯化铝和硫酸以及它们的混合物。除了氯化物以外的其它卤素也可以用于前述实例中。优选的催化剂是氯化铁。相对于每摩尔的乙烯基芳族聚合物重复单元，催化剂典型地以相当于约0. 01至0. 2、优选约0. 02至0. 1摩尔催化剂的量使用。催化剂可以与任选的催化剂助剂如氯化钙和活化剂如四氯化硅结合使用。可以使用多于一种催化剂以实现所需的氯甲基化反应分布。溶剂和/或溶胀剂也可以用于氯甲基化反应中。合适的溶剂的实例包括但不限于下列各项中的一种或多种脂族烃卤化物如二氯化乙烯、二氯丙烷、二氯甲烷、氯仿，二乙基醚，二丙基醚，二丁基醚和二异戊醚。当使用CMME作为氯甲基化试剂时，这样的溶剂和/或溶胀剂一般既不需要也不必需。在制备阴离子交换树脂时，氯甲基化的乙烯基芳族聚合物典型地从流出物过滤、 洗涤(例如用甲醇、甲缩醛、水)、并且与胺(例如三甲胺、二甲基乙醇胺、二甲胺等)反应以制备阴离子交换树脂。简化的反应描述在下面的方程式中。[乙烯基(Ar-CH2Cl) ] +NHn (CH3) 3_n —[乙烯基(Ar-CH2N+Hn (CH3) 3_n) ] CF
所得离子交换树脂可以是凝胶状或大孔的，并且一般用作弱碱性(n = 1,2)和强碱性(η = 0)离子交换树脂；然而，为了本发明的目的，强碱性阴离子交换树脂是优选的。为了用于本发明，通过用碳酸氢钠溶液洗涤树脂而将氯化形式的树脂转化为碳酸氢盐形式， 如通常在下式中所描述的
[乙烯基(Ar-CH2N+ (CH3) 3) ] Cl^NaHCO3 —乙烯基(Ar-CH2N+ (CH3) 3) ] HCO3^NaCl其它的转化路线也是众所周知的，包括经由碳酸氢钠洗涤而转化阴离子交换树脂的氢氧化物形式，例如用碳酸氢钠溶液洗涤可获自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的DOWEX M0N0SPHERE 550A 。(例如从氢氧化物、氯化物或其它阴离子形式)至碳酸盐或碳酸氢盐形式的转化率优选等于或大于阴离子官能团的约50%、优选大于约80%、 并且更优选大于约95%。如US 6，448，456 ；6，211，419和5，488，184中所述，适用于本发明的阴离子交换树脂的实例众所周知用作烷撑二醇的制备中的催化剂，所述文献的全部公开内容通过引用结合在本文中。这些树脂已知在高温表现出良好的稳定性，参见例如Ion Exchange at the Millennium, IEX 2000 会议录，JAGreig 编辑，ICP (2000)，见第 253-260 页；Ion Exchange Developments andApplications, IEX 1996 会议录，JA Greig 编辑，SCI (1996)，见第 182—192 页；禾口 Thermal Decomposition of Amberlite IRA-400, Ε. Baumann, Journalof Chemical and Engineering Data,第 5 卷，第 3 期，1960 年 7 月，第 376-382 页。—组优选的阴离子交换树脂包括包含由式I表示的重复单元的聚合物式I
权利要求
1.一种用于燃料电池系统的离子交换过滤器，所述离子交换过滤器包括 滤筒，所述滤筒包括至少一个流体流动通道，和阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂设置在所述滤筒内，其中所述树脂为选自碳酸氢盐和碳酸盐中的至少一种的阴离子形式。
2.任一项前述权利要求所述的过滤器，其中所述阴离子交换树脂包括乙烯基芳族聚合物，所述乙烯基芳族聚合物衍生自包含苯乙烯和二乙烯基苯的单体。
3.任一项前述权利要求所述的过滤器，其中所述阴离子交换树脂是凝胶状的。
4.任一项前述权利要求所述的过滤器，所述过滤器还包括设置在所述滤筒内的阳离子交换树脂。
5.任一项前述权利要求所述的过滤器，其中所述阴离子交换树脂包括含有由式I表示的重复单元的聚合物式I
6.任一项前述权利要求所述的过滤器，其中L、R1,R2和R3是甲基。
7.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括 燃料电池，流体线路，离子交换过滤器，所述离子交换过滤器包括滤筒，所述滤筒包括至少一个流动通道，和阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂设置在所述滤筒中；其中所述流体线路限定从所述燃料电池延伸至远端位置的连续流体流路，并且其中所述离子交换过滤器沿所述流体流路安置，并且其中所述阴离子交换树脂为选自碳酸氢盐和碳酸盐中的至少一种的阴离子形式。
8.任一项前述权利要求所述的燃料电池系统，其中所述流体线路包括下列各项中的至少一种冷却剂系统，所述冷却剂系统包括在热交换器和所述燃料电池之间循环的冷却剂，增湿系统，所述增湿系统用于使由所述燃料电池产生的水的至少一部分返回到所述燃料电池中；燃料再循环系统，所述燃料再循环系统用于将未反应的燃料的至少一部分再循环到所述燃料电池中；和氧化剂再循环系统，所述氧化剂再循环系统用于将未反应的氧化剂的至少一部分再循环到所述燃料电池中。
9.任一项前述权利要求所述的燃料电池系统，其中所述燃料再循环系统包括管道，所述管道用于传送来自所述燃料电池的未反应的氢废气，并且使所述未反应的氢的至少一部分返回到所述燃料电池中。
10.一种处理燃料电池的流体的方法，所述方法通过使这种流体与阴离子交换树脂接触而进行，所述阴离子交换树脂为选自碳酸氢盐和碳酸盐中的至少一种的阴离子形式。
11.任一项前述权利要求所述的方法，所述方法包括以下步骤在将从所述燃料电池排出的流体的至少一部分返回到所述燃料电池中之前，使所述流体的至少一部分通过离子交换过滤器，其中所述离子交换过滤器包括滤筒和阴离子交换树脂，所述滤筒包括至少一个流体流动通道，并且所述阴离子交换树脂设置在所述滤筒内。
12.任一项前述权利要求所述的方法，其中所述阴离子交换树脂包括含有由式I表示的重复单元的聚合物式I
全文摘要
本发明涉及可用于燃料电池系统中的离子交换过滤器，包括所述离子交换过滤器的燃料电池系统以及处理燃料电池流体的方法。本发明的一个实施方案包括含有碳酸氢盐形式阴离子交换树脂的滤筒。本发明在车载燃料电池系统方面是特别有用的。
文档编号H01M8/06GK102362383SQ200980158248
公开日2012年2月22日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者罗伯特·H·高尔茨, 马文·H·帝根 申请人:陶氏环球技术有限责任公司