专利名称：用于燃料电池组的经济介电冷却剂的制作方法
背景技术：
本发明主要涉及液体冷却的燃料电池，更具体地说，本发明涉及燃料电池、燃料电池系统和冷却燃料电池或燃料电池系统的方法。
发明简述燃料电池依靠氢氧化和氧还原来产生电能。这些催化反应的副产物为水。热动力学上，在阳极氢燃料的氧化和在阴极氧的还原应提供约1.23V的电池电势，其中所述阳极和阴极均位于燃料电池内。但是，实际测量值一般约1V。这种电池电压差异主要是由于阴极的缓慢运动，其可导致电池电压约200mV的损失。这种电池电压损失的结果是燃料电池内过热的表现。这种过量热的去除是提高燃料电池组件可用寿命的关键。
在将多个电池组成电池组来提高电输出时，产生的热变得非常高。为此，为了去除这种过量热，使用了具有高热容以及在约-40℃到约140℃的温度下物理稳定的冷却剂。伴随常规的燃烧发动机机车使用的含水冷却剂属于该范围并且一般包括乙二醇和水的混合物。但是，如今的燃料电池组的设计要求冷却剂具有非电导性(介电性)。如果冷却剂具有显著的电导性，其将导致各种电导性冷却剂诱导的电池组问题，包括降低燃料效能的分流，在顶部区域气体逸出(O2和H2)而提高了燃料电池组内的压力而需要排空，冷却剂降解，电池组组件的氧降解如涂层起泡和腐蚀加速。
本领域人们熟知利用离子交换树脂和去离子水来去除冷却剂中的杂质并保持其低的电导性。但是，在要经历温度可达-40℃恶劣冬天气候的区域，去离子水的使用受到限制。在这种温度下，水结冰而不再适合作为电池组的冷却剂。
人们也已知可使用纯的介电冷却剂(即可购自Solutia Inc.，St.Louis，MO的Therminol-D)。作为纯的电介质，所述流体不会让电流流过电池组的顶部区域。但是，这种冷却剂的费用和与目前燃料电池组中使用的密封垫圈不相容使得这种纯电介质在实践中无法使用。
为此，本发明人认识到了改善燃料电池组用液体冷却剂技术的必要。
本发明通过提供经济和易得的燃料电池组用介电冷却剂来满足上述需要。虽然本发明并不局限于具体的优点或功能，但应指出因为所述冷却剂是介电冷却剂而不容许任何离子传输，所以其不影响电池组组件，并且不会容许有电池组顶部分路电流导致的任何性能损失。结果，不需要加入腐蚀抑制剂来抑制燃料电池组件的O2降解。虽然本发明的介电冷却剂的热容稍低于水基冷却剂，但是本发明的冷却剂具有低的运动粘度，使得可以较高流量泵送，在没有显著增加附加泵功率下去除废热。此外，介电冷却剂较高的沸点使得燃料电池组件和冷却剂环路在较高温度(约140℃)下运作，提高了从散热器到环境排放热的容量。
在一个实施方案中，本发明提供了一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜和至少一个冷却剂流径。阳极流径构制成让燃料流过至少一部分燃料电池。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过至少一部分燃料电池。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。
在另一实施方案中，本发明提供了一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜、至少一个冷却剂流径和循环组件。阳极流径构制成让燃料流过至少一部分燃料电池。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过至少一部分燃料电池。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。循环组件包括循环流径、泵和散热器。循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相通。
在再一个实施方案中，本发明提供了一种包含多个燃料电池的燃料电池组组成的燃料电池系统，其中各个燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。各燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜和至少一个冷却剂流径。阳极流径构制成让燃料流过各燃料电池的至少一部分。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过各燃料电池的至少一部分。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在各燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。
还在另一个实施方案中，本发明提供了一种包含多个燃料电池的燃料电池组组成的燃料电池系统，其中各个燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。各燃料电池包括阳极流径、阳极、阴极流径、阴极、置于阳极和阴极间的膜、至少一个冷却剂流径和循环组件。阳极流径构制成让燃料流过各燃料电池的至少一部分。阳极与阳极流径流体相通并且在其上进行与燃料的催化反应。阴极流径构制成让氧气通过各燃料电池的至少一部分。阴极与阴极流径流体相通并在其上进行与氧气的催化反应。膜置于阳极和阴极之间，从而在燃料电池运作时建立两者之间的电解质交换。冷却剂流径与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。循环组件包括循环流径、泵和散热器。循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相通。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种冷却燃料电池的方法，包括提供构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述方法还包括将燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；和将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。
在还一个实施方案中，本发明提供了一种冷却燃料电池的方法，包括提供构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。所述方法还包括将燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；和将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。此外，所述方法包括构制含循环流径的循环组件，从而使循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相连，该循环组件还包括泵和散热器，使流体介电冷却剂循环通过冷却剂独立管路，由此流体介电冷却剂吸收燃料电池的热而形成热的流体介电冷却剂，将热的流体介电冷却剂从冷却剂独立管路出口经循环流径循环到散热器，由此热的流体介电冷却剂被冷却并返回到冷却剂独立管路进口。
还在另一实施方案中，本发明提供了一种冷却燃料电池系统的方法，所述方法包括提供含多个燃料电池的电池组，其中各燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。所述方法还包括将各燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；并将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。
另外还在另一实施方案中，本发明提供了一种冷却燃料电池系统的方法，所述方法包括提供含多个燃料电池的电池组，其中各燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。所述方法还包括将各燃料电池构制成包括阳极、阴极和两者之间的膜；将阳极流径和阴极流径构制成让燃料和氧气分别通到阳极和阴极；并将至少一部分冷却剂流径构制成与阳极流径和阴极流径不流体连通。冷却剂流径为包括进口、出口流体介电冷却剂(包括煤油烃类)的冷却剂独立管路。此外，所述方法包括构制含循环流径的循环组件，从而使循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相连，该循环组件还包括泵和散热器，使流体介电冷却剂循环通过冷却剂独立管路，由此流体介电冷却剂吸收燃料电池的热而形成热的流体介电冷却剂，并将热的流体介电冷却剂从冷却剂独立管路出口经循环流径循环到散热器，由此热的流体介电冷却剂被冷却并返回到冷却剂独立管路进口。
本发明的种种特点和优点可由下面本发明的详细说明连同附图而得到更全面的理解。应指出权利要求的范围由权利要求书的描述确定而不受本说明书所述特点和优点具体讨论的限定。
附图的简要说明将下面本发明的实施方案的详细说明与下面附图对应起来阅读可获得对本发明最好的理解，附图中同样的结构用同样的编号，其中
图1为符合本发明的燃料电池系统的示意图。
本领域技术人员理解图中的组件只用于简单清晰的说明而并不必要与实际尺寸相符。例如，图中某些组件的尺寸可比其他组件放大从而有助于对本发明实施方案的理解。
本发明某些实施方案的详细说明按照本发明的一个实施方案，提供燃料电池并将其构制成使燃料(一般是气态氢气)与氧气反应产生电流和至少一种反应产物。燃料电池的其他组件将在下面更详细地描述，所述燃料电池包括至少一个冷却剂流径，所述冷却剂流径为冷却剂独立管路。所述管路包括用于冷却燃料电池和提高其组件使用寿命的流体介电冷却剂。
在本发明的第一个实施方案中，流体介电冷却剂包括煤油烃类。“煤油烃类”是指包括至少一些C10-C16范围的链烷烃和/或环烷烃的石油馏分。所述煤油烃类可以是煤油。虽然其他非介电的水基冷却剂具有比煤油烃类更高的热容，但是煤油烃类的低运动粘度使得其可以更高的流量泵送。煤油烃类的热容可达到并包括约2.5J/g/K(水为4.2J/g/K)，并且在约80℃其具有低于或约10cP的粘度，在约0℃具有低于或大约40cP的粘度。这有利于在没有显著增加附加泵功率下从燃料电池除去废热。循环流体介电冷却剂所需的泵功率可通过使用拥有另一开放的冷却剂流径的双极板来降低。
不像水基冷却剂会在冷环境中冷冻，本发明的煤油烃类冷却剂的冰点低于或约为-35℃。更具体地说，所述煤油烃类的冰点可在约-40℃到约0℃之间。因此，煤油烃类可用于冷环境中而没有冷却剂冷冻失灵的危险。
在温度谱图的另一端，本发明的煤油烃类冷却剂的沸点大于或大约为85℃。更具体地说，煤油烃类的沸点可在约175至约325℃之间。此外，煤油烃类具有约37.7至约65.5℃的闪点，并可在约444°F(228℃)自动燃烧。煤油烃类冷却剂的导热性可达到和包括约0.15W/m-K，更具体地说，可在约0.05至约0.4W/m-K之间。本发明的煤油烃类冷却剂的电阻率大于或约为18莫姆厘米(Mohm cm)。更具体地说，所述煤油烃类冷却剂的电阻率可在约0.25至约40Mohm cm之间。
使用煤油烃类作为冷却剂可延长燃料电池的使用寿命，煤油烃类如煤油不会如水基冷却剂那样降解组件。因此，无需向本发明的流体介电冷却剂添加腐蚀抑制剂。
按照本发明的另一实施方案，所述流体介电冷却剂可包括水/煤油(油包水)乳液。可在配制乳液时使用约0至约30％的去离子水。所述乳液利用了水的高热容(4.2J/g/K)来提高煤油烃类冷却剂的热容。因此，包括水/煤油(油包水)乳液的本发明的本实施方案的流体介电冷却剂的热容为约2.3J/g/K。这种热容增加的同时，仍然保持本发明的第一种实施方案的纯煤油冷却剂的非导电性能和低粘度。水/煤油(油包水)乳液的一个典型例子是可购自Lubrizol Corporation(Wickliffe，Ohio)的PuriNOxTM，其为一种低污染的柴油。
按照本发明的再一实施方案，提供了燃料电池系统，所述燃料电池系统包括多个燃料电池组合形成的燃料电池组。在组内的各燃料电池构制成使燃料与氧气反应而产生电流和至少一种反应产物。电池组中包括至少一个冷却剂流径，所述冷却剂流径为冷却剂独立管路。所述管路包括可以是煤油烃类(即煤油)或水/煤油(油包水)乳液的流体介电冷却剂。
选择用于燃料电池组的冷却剂时，重要考虑的是流体介电冷却剂的电导性。这主要是因为电池组设计使用顶部区域来分布反应气体以及冷却剂到冷却剂流径。在所述顶部区域，可容易地获得10V/cm的电场。含水冷却剂的离子污染可使电导性提高到不可接受的水平而在顶部区域产生分路电流。
但是，本发明的煤油和水/煤油(水包油)乳液冷却剂为电介质，不会有离子传递。因此，即使受污染时，所述煤油烃类流体介电冷却剂不会影响电池组组件，也不会造成电池组顶部区域的分路电流引起的性能损失。不像离子交换树脂在超过90℃的温度下会过早热解，本发明的介电冷却剂可在没有离子交换剂下在高得多的温度下操作从而在散热器处有效排出废热。
本发明的再一实施方案提供了燃料电池和燃料电池系统，各包括至少一个冷却剂流径和循环组件，所述循环组件包括循环流径、泵和散热器。所述冷却剂流径为包括进口、出口和流体介电冷却剂的冷却剂独立管路，所述冷却剂可包括煤油烃类如煤油或水/煤油(油包水)乳液。循环流径由冷却剂独立管路进口延伸并将泵和散热器流体流体相连到冷却剂独立管路出口。循环组件被构制成将冷却剂循环通过冷却剂流径，从而从燃料电池或燃料电池组吸收废热并经循环流径送到散热器。所述散热器可以是任何能有效除去循环回冷却剂独立管路的热介电冷却剂的热的散热器。
本发明的燃料电池和燃料电池系统各还包括构制用于使燃料通过各燃料电池的至少一部分的阳极流径。所述阳极与阳极流径流体相通，在阳极上使燃料发生催化反应。此外，各燃料电池包括构制用于让氧气通过各燃料电池的至少一部分的阴极流径。所述阴极与阴极流径流体相通，催化反应设计成在阴极发生。还有，在阳极和阴极间配置有膜，从而在燃料电池或燃料电池系统运作时在阳极和阴极间建立电解质交换。
现在参见图1，其提供了按照本发明使用的典型的燃料电池或燃料电池系统的图示说明。燃料电池组1包括多个可串联、并联或串并联组合的单燃料电池。在燃料电池组1的阳极侧11，燃料(一般为氢气H2)可通过阳极流径由供应室22经阀24和管线26进入阳极，所述阳极流径位于燃料电池内。因此燃料在进口28进入燃料电池组1，同时含未消耗的氢气和水的阳极排气在出口30从燃料电池组排出。冷凝出来的水可在收集容器32中接收，而一部分排出的氢气可经泵34返回到进口28。剩余的阳极侧排放气体可经阀50和管线36送到燃烧装置38与来自通风机40的空气一起燃烧，燃烧产物(主要是氮气和水蒸气)经管线42离开燃料电池组1。在容器32收集的水通过排放阀44定期排放。
在燃料电池组1的阳极侧11，还可在的存贮器46中有氮气供应线。当燃料电池组1关闭时，可关闭阀24，打开阀48，从而将氮气经管线26导入到燃料电池的阳极流径中，置换燃料电池中的氢气。然后氢气可在燃烧器38中在受控条件下燃烧，从而降低氢气在燃料电池中积累的危险。燃烧装置38不需要连续运作，并且可通过阀50与阳极侧11管线隔离。
氧气经管线52进入燃料电池组1的阴极侧13，并可通过由马达54驱动的压缩器56压缩。通过压缩器56后，氧气通过管线58进入阴极进口60，其经阴极流径进入燃料电池内的阴极。阴极排出主要由水蒸气、氮气和氧气组成的气体，从燃料电池组1的阴极出口62排出，水蒸气可收集于容器64，同时其余的排出气体经管线66和阀67排放到大气中。可使用也由马达(未显示)驱动的一个任选辅助压缩器68或压缩器56启动燃料电池系统。如在燃料电池系统的阳极侧11那样，可使用阀65选择性地从系统排出收集于容器64中的水。
按照本发明，循环组件16采用回路形式以确保系统运作时燃料电池组1的足够冷却。组件16与阳极侧11和阴极侧13相对独立，而使组件16中的介电冷却剂(煤油烃类如煤油，或水/煤油(油包水)乳液)不会与由在阴极的氢气与氧气反应产生的流体混合。组件16还包括具有泵18和散热器20的封闭循环流径。
本发明的再一个实施方案提供了一种冷却燃料电池或燃料电池系统的方法，所述方法包括提供如上所述构制的燃料电池或燃料电池组，并使流体介电冷却剂通过冷却剂独立管路循环，从而使流体介电冷却剂吸收燃料电池的热，产生热的介电冷却剂。如上更详细所述，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类如煤油，或水/煤油(油包水)乳液。所述方法还包括将来自冷却独立管路的热流体介电冷却剂经循环流径循环到散热器，将热的流体介电冷却剂在散热器中冷却，并将冷却的流体介电冷却剂返回到所述管路进口。
虽然已经参照某些实施方案描述了本发明的内容，但是应理解在所述本发明概念的宗旨和范围内可有许多变化。因此，本发明并不受限于所公开的实施方案，而是包括下面权利要求书中列出的全部内容。
权利要求
1.一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，所述燃料电池包括构制用于让所述燃料通过所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。
2.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类包括煤油。
3.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有高达并包括约2.5J/g/K的热容。
4.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约80℃下具有低于或约10cP的粘度。
5.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约0℃下具有低于或约40cP的粘度。
6.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有低于或约-35℃的冰点。
7.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约-40℃到约0℃的冰点。
8.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有大于或约85℃的沸点。
9.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约175至约325℃的沸点。
10.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约37.7至约65.5℃的闪点。
11.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类在约228℃自动燃烧。
12.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有高达并包括约0.15W/m-K的热导率。
13.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约0.05至约0.4W/m-K的热导率。
14.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有大于或约18莫姆厘米的电阻率。
15.权利要求1的燃料电池，其中所述煤油烃类具有约0.25至约40莫姆厘米的电阻率。
16.权利要求1的燃料电池，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
17.权利要求16的燃料电池，其中所述乳液具有高达并包括约2.3J/g/K的热容。
18.权利要求16的燃料电池，其中所述乳液包括约0至约30％的水。
19.权利要求16的燃料电池，其中所述水包括去离子水。
20.一种构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，所述燃料电池包括构制用于让所述燃料通过所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；和循环组件，所述循环组件包括循环流径、泵和散热器，其中所述循环流径与所述冷却剂独立管路进口和所述冷却剂独立管路出口流体相通。
21.权利要求20的燃料电池，其中所述煤油烃类包括煤油。
22.权利要求20的燃料电池，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
23.一种燃料电池系统，所述燃烧电池系统包括含多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物，各所述燃料电池包括构制用于让所述燃料通过各所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过各所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交流；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。
24.权利要求23的燃料电池系统，其中所述煤油烃类包括煤油。
25.权利要求23的燃料电池系统，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
26.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括含多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成使燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物，各所述燃料电池包括构制用于让所述燃料通过各所述燃料电池的至少一部分的阳极流径；与所述阳极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述燃料的催化反应的阳极；构制用于让所述氧气通过各所述燃料电池的至少一部分的阴极流径；与所述阴极流径流体相通并且构制成在其上发生与所述氧气的催化反应的阴极；置于所述阳极和阴极之间的膜，从而在所述燃料电池操作时在阳极和阴极间建立电解质交换；和至少一个不与所述阳极流径和所述阴极流径流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径确立了冷却剂独立管路，并且所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；和循环组件，所述循环组件包括循环流径、泵和散热器，其中所述循环流径与所述冷却剂独立管路进口和所述冷却剂独立管路出口流体相通。
27.权利要求26的燃料电池系统，其中所述煤油烃类包括煤油。
28.权利要求26的燃料电池系统，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
29.一种冷却燃料电池的方法，所述方法包括提供构制用于让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池；构制所述燃料电池而使其包括阳极、阴极和置于所述阳极和所述阴极间的膜；构制用于让所述燃料和氧气分别流到所述阳极和阴极的阳极流径和阴极流径；和构制至少一个与所述阳极流径和阴极流径不流体相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径为冷却剂独立管路，并且其中所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。
30.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类包括煤油。
31.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有高达并包括约2.5J/g/K的热容。
32.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类在约80℃下具有低于或约10cP的粘度。
33.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类在约0℃下具有低于或约40cP的粘度。
34.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有低于或约-35℃的冰点。
35.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有约-40℃到约0℃的冰点。
36.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有大于或约85℃的沸点。
37.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有约175至约325℃的沸点。
38.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有约37.7至约65.5℃的闪点。
39.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类在约228℃自动燃烧。
40.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有高达并包括约0.15W/m-K的热导率。
41.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有约0.05至约0.4W/m-K的热导率。
42.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有大于或约18莫姆厘米的电阻率。
43.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述煤油烃类具有约0.25至约0.4莫姆厘米的电阻率。
44.权利要求29的冷却燃料电池的方法，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
45.权利要求44的冷却燃料电池的方法，其中所述乳液具有高达并包括约2.3J/g/K的热容。
46.权利要求44的冷却燃料电池的方法，其中所述乳液包括约0至约30％的水。
47.权利要求44的冷却燃料电池的方法，其中所述水包括去离子水。
48.一种冷却燃料电池的方法，所述方法包括提供构制用于让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池；构制所述燃料电池而使其包括阳极、阴极和置于所述阳极和所述阴极间的膜；构制用于让所述燃料和氧气分别流到所述阳极和阴极的阳极流径和阴极流径；和构制至少一个与所述阳极流径和阴极流径流体不相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径为冷却剂独立管路，并且其中所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；构制含循环流径的循环组件，从而使所述循环流径与冷却剂独立管路进口和冷却剂独立管路出口流体相通，所述循环组件还包括泵和散热器；使所述流体介电冷却剂循环通过所述冷却剂独立管路，由此所述流体介电冷却剂吸收所述燃料电池的热而形成热的流体介电冷却剂；和将所述热的流体介电冷却剂从所述冷却剂独立管路出口经所述循环流径循环到所述散热器，由此所述热的流体介电冷却剂被冷却并返回到所述冷却剂独立管路进口。
49.权利要求48的方法，其中所述煤油烃类包括煤油。
50.权利要求48的方法，其中所述流体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
51.一种冷却燃料电池系统的方法，所述方法包括提供包括多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物；构制各所述燃料电池而使其包括阳极、阴极和置于所述阳极和所述阴极间的膜；构制用于让所述燃料和氧气分别流到所述阳极和阴极的阳极流径和阴极流径；和构制至少一个与所述阳极流径和阴极流径流体不相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径为冷却剂独立管路，并且其中所述冷却剂独立管路包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类。
52.权利要求51的方法，其中所述煤油烃类包括煤油。
53.权利要求51的方法，其中所述液体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
54.一种冷却燃料电池系统的方法，所述方法包括提供包括多个燃料电池的燃料电池组，其中各所述燃料电池构制成让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物；构制各所述燃料电池而使其包括阳极、阴极和置于所述阳极和所述阴极间的膜；构制用于让所述燃料和氧气分别流到所述阳极和阴极的阳极流径和阴极流径；和构制至少一个与所述阳极流径和阴极流径流体不相通的冷却剂流径，其中所述冷却剂流径为冷却剂独立管路，并且其中所述冷却剂独立管路包括进口、出口和流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类；构制含循环流径的循环组件，从而使所述循环流径与所述冷却剂独立管路进口和所述冷却剂独立管路出口流体相通，所述循环组件还包括泵和散热器；使所述流体介电冷却剂循环通过所述冷却剂独立管路，由此所述流体介电冷却剂吸收所述燃料电池的热而形成热的流体介电冷却剂；和将所述热的流体介电冷却剂从所述冷却剂独立管路出口经所述循环流径循环到所述散热器，由此所述热的流体介电冷却剂被冷却并返回到冷却剂独立管路进口。
55.权利要求54的方法，其中所述煤油烃类包括煤油。
56.权利要求54的方法，其中所述液体介电冷却剂包括水/煤油的油包水型乳液。
全文摘要
本发明涉及用于燃料电池组的经济的介电冷却剂。本发明涉及燃料电池、燃料电池系统和冷却燃料电池和燃料电池系统的方法。所述燃料电池构制成让燃料与氧气反应产生电流和至少一种反应产物并且包括阳极、阳极流径、阴极、阴极流径和置于阳极和阴极间的膜。具有至少一个与阳极和阴极流径流体不相通的冷却剂流径，所述冷却剂流径为冷却剂独立管路。冷却剂独立流径包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括煤油烃类，其可以是煤油或水/煤油的油包水型乳液。要强调的是提供本摘要是为了遵循需要摘要的规定，从而让检索者或其他读者快速了解本发明公开的实质内容。应理解它不能用于诠释或限定本发明的范围或意义。
文档编号H01M8/04GK1701457SQ03825293
公开日2005年11月23日 申请日期2003年9月5日 优先权日2002年9月23日
发明者M·H·阿布德埃尔哈米德, Y·M·米克海尔, R·H·布伦克, D·J·利西 申请人:通用汽车公司