燃料电池供给系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃料电池(1)的阳极回路的供给系统，其包括：用于在所述燃料电池的运行阶段期间供给所述阳极回路的主燃料罐(2)，以及用于当所述燃料电池停用时供给所述阳极回路的副燃料罐(4)，所述主罐和所述副罐被安装，以使得在所述燃料电池的运行阶段期间利用来自所述主罐的燃料再充填所述副罐，所述系统的特征在于，该系统包括安装在所述副燃料罐与燃料电池的所述阳极回路之间的渗透膜(6)。本发明还涉及一种包括燃料电池和根据本发明的供给系统的燃料电池系统。
【专利说明】燃料电池供给系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池，特别是以氢气供给的燃料电池。具体地说，本发明涉及燃料电池供给系统。
【背景技术】
[0002]众所周知，燃料电池能够在不经过机械能转换步骤的情况下由利用氢气(燃料)与氧气(氧化剂)的电化学氧化还原反应直接产生电能。该技术看起来很有前途，特别是对于机动车辆应用而言。
[0003]燃料电池通常包括单个电池元件的串联组合，每个电池元件实质上或基本上由通过聚合物膜隔开的阳极和阴极组成，所述聚合物膜允许离子通过而从阳极至阴极。该组合也被称为电池堆。燃料电池包括阳极回路和阴极回路，在电池的运行阶段中，例如氢气的燃料经由该阳极回路被输送至阳极，例如氧气的氧化剂通过该阴极回路被输送至阴极。
[0004]另一方面，当停用燃料电池时，切断电池的燃料和氧化剂的供给。然而已经注意到，即使在停用阶段，在电池的阳极回路中的燃料的存在使得可以减缓电池的老化或退化并且从而延长其使用寿命。实际上，电池中氢气的存在使得可以确保零电化学电压，并且因而可以在当电池保持停用的长时间期间避免不期望的电化学反应。
[0005]通过阳极回路中的过量氢气终止停用而实现在短暂停用阶段期间在阳极处具有氢气的燃料电池是已知的。在该情况下，以取自空气的氮气使阴极回路加压。然而，已知的燃料电池不能实现电池堆的理想密封性。实际上，电池堆由双极板和膜电极组件构成，借助于具有一定透气性的密封件确保不同部件之间的密封性。因而，存在于阳极处的例如氢气的气体或者其他燃料具有随时间迁移至电池外部的倾向。相反，存在于大气中的空气具有进入阳极的倾向，其经证实对燃料电池的使用寿命不利。实际上，由于存在于燃料电池中的催化剂，随着空气引入的氧气具有与氢气反应的倾向，其趋向于使残余的氢气消失。当氢气已经完全消失时，氧气于是将其1.48V的电化学电势强加于电极上，其加速了腐蚀。
[0006]为了克服该缺陷，已经提出一种解决方案，其中当氢气的浓度低于一定的阈值时，打开罐体，以将一定的压力的氢气再输入到电池堆中。该解决方案虽然有效，然而就安全性而言是不能令人满意的。具体地说，其将意味着，车辆可能在无人的情况下打开氢气罐的主阀，其经证实是危险的。
[0007]此外，从申请W02007/090284已知一些燃料电池系统，其包括在燃料电池的运行阶段期间输送氢气的主罐和在燃料电池停用期间输送氢气的副罐。然而，该申请中描述的系统不确保直到下次重新启动时为止维持氢气的存在。
[0008]本发明的目的在于提出一种能够克服上述问题中的全部或一些的解决方案。为此，本发明旨在提出一种能够绝对安全地确保电池中燃料的适当(正确)水平的燃料电池供给系统。
【发明内容】
[0009]因此，本发明涉及一种燃料电池的阳极回路的供给系统，其包括:
[0010]-用于在燃料电池的运行阶段期间供给阳极回路的主燃料罐，
[0011]-用于当燃料电池停用时供给阳极回路的副燃料罐，
[0012]主罐和副罐被安装，以使得在燃料电池的运行阶段期间利用来自主罐的燃料再充填副罐，并且该系统包括安装在副燃料罐与燃料电池的阳极回路之间的渗透(可透)膜。
[0013]主燃料罐为诸如存在于燃料电池中的储罐，其容纳例如氢气的燃料。在说明书的其余部分中，所述实例将涉及氢电池，但是本发明也涵盖使用其他燃料的电池的使用。
[0014]由于在停用阶段期间将释放的氢气量小于电池运行所需的氢气量，副罐与主罐相比具有较小的容量。此外，在本发明的一个实施例中，副罐包括金属氢化物。因此，存在于副罐中的氢气与主罐相比处于较少量，并且其被吸收到金属氢化物中，这确保了系统的安全，因为打开副罐不会导致快速释放或排放。
[0015]供给系统的副罐被布置为使得来自主罐的氢气再充填存在于副罐中的氢化物，这能够在例如4巴量级的低压下存储氢气。
[0016]在本发明的另一实施例中，系统包括燃料电池入口阀，所述入口阀能够允许或防止通过主燃料罐向阳极回路的供给。因此，当电池停用时，该阀处于关闭位置，这意味着，容纳于主罐中的氢气未被传送至燃料电池。
[0017]在本发明的一个特定实施例中，燃料电池的入口阀还安装在将副罐连接至电池的阳极回路的回路中。在此情况下，渗透膜可选地与阀并联地安装。实际上，在该实施例中，燃料电池的入口阀当处于关闭位置时防止氢气接近燃料电池，不论该氢气来源于主罐或副罐。在所述情况下，并且为了确保经由副罐的氢气供给，与阀并联地定位渗透膜是有用的，以便在电池停用阶段期间提供替代回路。
[0018]有利地，该渗透膜例如直接安装在燃料电池的入口阀的本体中。
[0019]在本发明的一个实施例中，该膜包括由例如硅酮的聚合物材料制成的圆盘和安装在圆盘的每个表面上的格栅。稍后将详细描述这些部件。
[0020]本发明还涉及一种包括燃料电池和根据本发明的供给系统的燃料电池系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]本发明的其他目的和优点将从以下通过附图图解的优选但非限制性实施例的说明中变得显而易见，其中:
[0022]-图1示出了根据本发明的、供给燃料电池的供给系统。
[0023]-图2示出了在不同膜上实施渗透性测量的图表。
【具体实施方式】
[0024]图1示出了根据本发明的、用于供给燃料电池I的供给系统。该燃料电池例如为氢气/氧气或者氢气/空气型电池，也就是说，氢气为燃料，并且氧化剂为纯氧或空气。
[0025]供给系统包括主罐2，在该主罐2中，在例如八巴压力的压力下存储氢气。主罐包括作为打开和关闭储罐的阀以及作为在低于八巴的压力下释放氢气的膨胀阀的部件3。
[0026]系统附加地包括副罐4，该副罐4包括金属氢化物，从而使得其能够存储氢气。如图中所示，副罐4设置在将主罐2连接至燃料电池的供给管线上，其使得能够在电池的运行阶段期间再充填副罐4。实际上，例如，存在于副罐中的氢化物的类型被选择，以使得在24°C时、高于4巴的压力下进行再充填。因此，如果供给管线中的压力为八巴的量级，则在电池运行期间将进行再充填。
[0027]系统附加地包括与燃料电池的入口阀5并联地安装的渗透膜6。在燃料电池停用期间，阀5被关闭，但是膜6能够将氢气从副罐4缓慢地释放到燃料电池的阳极回路中。取决于示例性实施例的、也被称为分级渗透性膜的该渗透膜如图所示并联地安装或者直接安装在入口阀5的本体上。
[0028]渗透膜被优选地设定尺寸，以经受得起供给管线中存在的八巴的压力。实际上，如可以在图1中看到，在运行阶段，膜经受来自主罐2的氢气的压力并且供给燃料电池。此外，膜被设定尺寸，以便在氢气的释放速度与氢气损失的补偿之间提供平衡。
[0029]图2示出了在不同膜上执行渗透性测量的图表。上部曲线对应于具有0.25mm的厚度的玻璃纤维和硅酮膜。中间曲线对应于具有0.25mm的厚度的单一硅酮膜，并且下部曲线对应于具有0.41mm的厚度的单一硅酮膜。所述图表显示了在燃料电池被完全密封的理想情况下燃料电池中的压力变化。对于测试目的，为了量化不同膜的渗透性，通过容积等于燃料电池的缓冲罐来替代燃料电池，并且该缓冲罐的压力随着时间而升高。因而执行的压力测量使得能够确定所释放的氢气的量，并且因此能够从中推导出所测试的膜的渗透性。
[0030]如果膜具有太高的渗透性，如上部曲线所示，氢气被太快地释放到燃料电池中。这意味着，副罐必须被显著地设定更大尺寸，以便确保在电池的整个停用阶段存在有氢气。然而，如在现有技术已知的系统中那样，使用太大的储罐可能被证实是危险的。
[0031]相反，如果膜具有如下部曲线的太低的渗透性，则未释放足够量的氢气来补偿从电池堆损失至外部的氢气，并且因此不能确保电池堆中存在有氢气。
[0032]因此，在一个有利实例中，膜包括具有0.25mm的厚度和20mm的直径的硅酮圆盘。该硅酮圆盘在其每个表面上包括具有15_的直径的不锈钢格栅，从而能够在所述表面之上扩散氢气。圆盘和格栅有利地以密封(气密)方式保持在两个圆柱形部件(部分)之间。
【权利要求】
1.燃料电池(I)的阳极回路的供给系统，其包括: ?用于在所述燃料电池的运行阶段期间供给所述阳极回路的主燃料罐(2)， ?用于当所述燃料电池停用时供给所述阳极回路的副燃料罐(4)， 所述主罐和所述副罐被安装，以使得在所述燃料电池的运行阶段期间利用来自所述主罐的燃料再充填所述副罐，所述系统的特征在于，所述供给系统包括安装在所述副燃料罐与燃料电池的所述阳极回路之间的渗透膜(6)。
2.根据权利要求1所述的供给系统，其特征在于，所述副罐(4)包括金属氢化物。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统包括入口阀(5)，所述入口阀(5)能够允许或防止通过所述主燃料罐向所述阳极回路的供给。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述膜(6)与所述阀并联地安装。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述渗透膜(6)直接安装在所述入口阀的本体中。
6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述渗透膜包括由聚合物材料制成的圆盘和安装在所述圆盘的每个表面上的格栅。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述圆盘由硅酮制成。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述硅酮圆盘和所述格栅以密封方式保持在两个圆柱形部件之间。
9.根据权利要求6至8之一所述的系统，其特征在于，所述硅酮圆盘具有0.25毫米的厚度。
10.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述膜被设定尺寸，以在不破裂的情况下经受得起8巴的压力。
11.包括燃料电池和根据权利要求1至10之一所述的供给系统的燃料电池系统。
【文档编号】H01M2/02GK104428936SQ201380034160
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】G·帕加内利, D·奥尔索默 申请人:米其林企业总公司, 米其林研究和技术股份公司