专利名称：燃料电池重整器以及包括其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的重整器，其中，热源或重整反应器或二者可以是由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成，从而改善焊接特性和通过形成氧化膜提高对催化剂的粘附性。本发明还涵盖了包括该重整器的燃料电池系统。
背景技术：
典型的燃料电池是一种发电系统，用于通过氧与包含在诸如甲醇、乙醇或天然气等的碳氢基材料中所含的氢之间的化学反应来产生电能。有机燃料有特别高的比能，例如对于甲醇的6232Wh/kg，使得燃料电池具有吸引力。
根据电池中所使用的电解质的类型，燃料电池可以划分为这些类别碱性电池、磷酸电池、熔融碳酸盐电池、固态氧化物电池或聚合物电解质电池。聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)是多种聚合物电解质电池。与传统燃料电池相比，PEMFC具有优异的功率特性、更低的工作温度和更快的启动和响应特性。于是，PEMFC具有宽泛的应用，并且可以被用作车辆的便携电源、住所和公共建筑的分布式电源，或电子装置的小型电源。
PEMFC基本上包括堆体、重整器、燃料罐和燃料泵。堆体形成PEMFC的主体，燃料泵将存储在燃料罐中的燃料提供到重整器。重整器重整燃料以产生氢气，并将氢气供应到堆体，在那里氢与氧发生电化学反应以产生电能。
或者，燃料电池可以是直接甲醇燃料电池(DMFC)，其中，液体甲醇燃料被直接导入到堆体中。与PEMFC不同，DMFC不需要重整器。
在上述燃料电池系统中，用于产生电的堆体可以具有几个彼此相互邻近堆叠的单元电池。每个单元电池包括膜-电极组件(MEA)和隔板，也称为“双极板”。MEA包括阳极和阴极，阳极也称为“燃料电极”或“氧化电极”，阴极也称为“空气电极”或“还原电极”。MEA的阳极和阴极由聚合物电解质膜隔开。隔板不但作为向阳极和阴极提供反应所需的燃料和氧的通道，而且作为导体，用于将MEA中的阳极和阴极串联地耦合起来或用于将一个MEA的阴极耦合到相邻MEA的阳极。燃料的电化学氧化发生在阳极上，并且氧的电化学还原发生在阴极上。该氧化/还原反应所产生的电子转移的结果就产生了电能、热和水。
在PEMFC系统中所使用的重整器将水和含氢的燃料重整并转变为在堆体中产生电所需的氢气。重整器还去除对燃料电池有毒且缩短其寿命的物质，比如一氧化碳。传统的重整器包括重整燃料的重整反应器以及一氧化碳去除器或一氧化碳缩减器。重整反应器将燃料转变为富含氢的重整气体，这通过比如蒸汽重整、部分氧化或自热重整的催化反应。一氧化碳去除器从重整气体中去除一氧化碳，这通过比如水煤气转换(WGS)或优先氧化(PROX)的催化反应，或通过使用分隔膜的氢净化。
如上所述，传统重整器使用热能通过化学催化反应从含氢燃料产生氢气。通常，重整器包括用于产生热能的热源、使用热能从燃料产生氢气的重整反应器、用于降低随氢气所包含的一氧化碳水平的一氧化碳去除器。
在传统燃料电池系统的重整器中，重整反应器具有用于重整经混合液相燃料和水而得到的混合燃料的催化重整层。通过催化重整层中的催化重整反应，重整反应器可以从被加热到某预定温度的混合燃料中产生富氢的重整气体。
发明内容
为了改进上述工艺，本发明的实施例提供了一种燃料电池系统的重整器，该重整器通过使用能够形成阻挡层的金属和能够增强机械强度并通过形成氧化膜提高了衬底和催化剂之间的粘附性的金属的合金而提高了焊接特性。能够形成阻挡层的金属被称为阻挡层形成金属，能够增强机械强度的金属被称为机械强度增强金属。
本发明的实施例还包括使用本发明所述的重整器的燃料电池系统。
本发明的实施例提供了燃料电池的重整器，用于通过重整混合水和包括氢的液相燃料所的混合燃料来产生由大量氢的富氢重整气体。重整器包括热源，用于提供热量来蒸发混合燃料，并具有预定长度的混合燃料流经的热源流动路径。重整器还包括形成于该流动路径内表面上的催化剂层，和通过加热的化学催化反应从混合燃料产生氢气的重整反应器。混合燃料的流动路径具有混合燃料流经的预定长度。热源或重整反应器或二者可以是由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成。
还给出了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括堆体，用于通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电；重整器，用于通过蒸发混合水和包括氢的液相燃料所获得的混合燃料并重整经蒸发的混合物来产生氢气；燃料供给器，用于将混合燃料供给到重整器；氧化剂供给器，用于将大气供给到堆体。重整器包括用于提供热来蒸发混合燃料的热源并具有混合燃料流经的预定长度的流动路径。催化剂层形成于流动路径的内表面上，镶衬该流动路径。燃料电池系统还包括重整反应器，该重整反应器用于通过热导致的化学催化反应从混合燃料产生氢气，具有混合燃料流经的预定长度的流动路径，还具有形成于流动路径内表面上并镶衬该流动路径的催化剂层。热源和所述重整反应器中至少一个是由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成。
图1是图示根据本发明一个实施例的燃料电池系统的结构的示意图；图2是示出了图1所示的重整器核心部分的分解透视图；图3是图1所示的堆体结构的分解透视图。
具体实施例方式
图1是图示根据本发明一个实施例的燃料电池系统的结构的示意图。在燃料电池系统100中，用于产生电的燃料是含氢的燃料，比如甲醇、乙醇和天然气。为方便起见，本文所公开的实施例所采用的是液相含氢燃料，比如甲醇，但是本发明不仅限于液相燃料。此外，术语“混合燃料”将表示水和液相燃料的混合物。
为与燃料中所含的氢反应，本发明的燃料电池系统100可以使用单独存放的纯氧，或它可以使用空气中的气氛氧。以下所说明的实施例假设燃料电池系统100使用的是气氛氧而非纯氧，但是本发明并不限于仅使用空气作为氧化剂。
参考图1，本发明的燃料电池系统100包括重整器30，用于通过重整混合燃料产生氢气；堆体10，用于通过将氧化剂和重整器30中所产生的氢气的化学反应的能量转化为电能来产生电；燃料供给器50，用于将混合燃料提供给重整器30；空气供给器70，用于从外部将气氛氧提供给堆体10。
本发明所给出的燃料电池系统采用PEMFC方法，这在重整器30中产生氢气，通过向堆体10供给氢气，由氧化剂和氢的电化学反应来产生电能。
燃料供给器50与重整器30相耦合。燃料供给器50包括用于存储液相燃料的第一罐51和用于存储水的第二罐53。第一罐51和第二罐53通过可选的燃料泵相互耦合。燃料供给器50与重整器30可以通过第一供给线路81和第三供给线路83相互耦合。空气供给器70耦合到堆体10，并且其提供有空气泵71，来使用预定泵力将空气提供堆体10。堆体10和空气供给器70可以通过第六供给线路86相互耦合。
在所讨论的实施例中，重整器30包括热源31，用于通过在液相燃料和氧之间诱导催化氧化燃烧来产生燃烧热；重整反应器32，用于通过重整混合燃料来产生氢气。此外，重整器30可以包括至少一个一氧化碳去除器33、34以有效地从氢气中去除一氧化碳。
图2是示出了图1所示的重整器30的部分的分解透视图。参考图1和图2，在本发明中所使用的重整器30可以通过传统的使用热能的催化化学反应来重整混合燃料从而产生氢气。此外，重整器30可以降低在氢气中所含的一氧化碳的浓度。重整器30从液相燃料产生氢气，这通过比如蒸汽重整、部分氧化或自热重整的催化反应。重整器30可以降低在氢气中所含的一氧化碳的浓度，这通过比如WGS反应或PROX反应的催化反应，或通过使用分隔膜的氢净化。
在燃料电池系统100的重整器30中，混合燃料通过的流动路径包括入口，用于接纳通过混合水和含氢液相燃料所获得混合燃料；出口，用于排除通过重整反应所产生的富氢重整气体。
重整器30包括热源31，用于产生催化化学反应所需的热；重整反应器32，用于通过吸收热源31所产生的热而蒸发混合燃料并通过蒸汽重整催化反应从蒸发的混合燃料产生氢气。重整器30可以包括至少一个一氧化碳去除器33、34，用于降低氢气所包含的一氧化碳的水平。例如，第一一氧化碳去除器33首先通过WGS催化反应来去除随氢气所包括的一氧化碳的水平。第二一氧化碳去除器34再次通过PROX催化反应来去除随氢气所包括的一氧化碳的水平。
本发明的重整器30可以划分为热发射部分和热吸收部分。热源31属于热发射部分，该热发射部分在通过诱导燃料和氧之间的催化氧化反应来产生燃烧热。另一方面，重整反应器32属于热吸收部分，该热吸收部分通过接受燃烧热和诱导燃料的催化重整反应来产生氢气。热发射部分通过提高重整器30的温度来提供蒸汽重整所需的热量。
在本实施例中，重整器30的热源31、重整反应器32以及第一一氧化碳减少器33和第二一氧化碳减少器34形状类似板状，并相互依靠堆叠。重整器30是通过在热源31的上面部分中依次堆叠重整反应器32和第一一氧化碳去除器33和在热源31的下面部分中堆叠第二一氧化碳去除器34来形成的。第一一氧化碳去除器33的上表面设置于重整器30的顶上，并连接到盖35。
本实施例所示出的重整器30的示例不包括蒸发器，其通过使用在热源31中所产生的热能蒸发重整反应器32中的混合燃料。但是，在可替换的实施例中，重整器30可以在热源31和重整反应器32之间包括蒸发器(未示出)，用于使用在热源31中所产生的热能来蒸发混合燃料。
在重整器30中，热源31用于产生获得氢气所需的热能。热源31包括通过催化氧化反应烧取液相燃料和空气的反应基板31a。为了燃烧液相燃料和空气，反应基板31a具有主体31b和流动路径通道31c以允许燃料和空气流经。流动路径通道31c镶衬有催化剂层。该催化剂层包括促进燃料和空气之间的氧化反应的典型氧化催化剂层。催化剂层的支撑层位于流动路径通道31c和催化剂层的内表面之间。流动路径通道31c具有在主体31b一侧的起始端和结束端。例如，用于接收液相燃料和空气的入口31f形成于起始端，用于产生从液相燃料和空气之间的燃烧反应所获得的燃烧气体的出口31g形成于结束端。入口31f和燃料供给器50的第一罐51通过第一供给线路81相耦合。入口31f和空气供给器70的空气泵71可以通过第二供给线路82相耦合。
重整反应器32包括反应基板32a，反应基板32a通过吸收在热源31中所产生的热来蒸发混合燃料，并通过蒸汽重整(SR)催化反应来从蒸发混合燃料产生氢气。为了产生氢气，反应基板32a具有主体32b和流动路径通道32c以允许混合燃料流经。流动路径通道32c镶衬有催化剂层。该催化剂层包括促进燃料和空气之间的氧化反应的典型氧化催化剂层。催化剂层的支撑层位于流动路径通道32c和催化剂层的内表面之间。流动路径通道32c具有在主体32b一侧的起始端和结束端。例如，用于接收混合燃料的入口32f形成于起始端，用于得到从混合燃料所产生的氢气的出口32g形成于结束端。入口32f和燃料供给器50的第一罐51、第二罐52通过第三供给线路83相耦合。入口32f可以通过单独的管线(未示出)耦合到热源31的出口32g。
第一一氧化碳去除器33包括反应基板33a，反应基板33a通过WGS催化反应产生出在重整反应器32中所形成的氢气之外的氢气，并且首先降低包括在氢气中的一氧化碳的浓度。为了产生额外的氢气和降低一氧化碳的浓度，反应基板33a具有流动路径通道33c，用于允许重整反应器32中所产生的氢气流动；主体33b，设置有形成于内侧并镶衬流动路径通道33c的催化剂层。该催化剂层包括促进氢气的WGS反应的典型水煤气转换催化剂层。为了支撑催化剂层，在流动路径通道33c的内表面和催化剂层之间有支撑层。流动路径通道33c具有在主体32b一侧的起始端和结束端。例如，用于接收氢气的入口33f形成于起始端，用于产生其一氧化碳浓度被首先降低的氢气的出口33g形成于结束端。第一一氧化碳去除器33的入口33f可以通过单独的连接器，比如管线或穿通开口，耦合到重整反应器32的出口32g。
第二一氧化碳减少器34包括反应基板34a，反应基板34a通过在空气和从第一一氧化碳去除器33所排出的氢气之间的PROX催化反应，再次降低包括在氢气中所包括的一氧化碳的浓度。为了再次降低一氧化碳的浓度，反应基板34a具有主体34b和衬有催化剂层的流动路径通道34c，以允许氢气流经。该催化剂层包括促进氢气的优先氧化反应的典型优先氧化催化剂层。在流动路径通道34c的内表面和催化剂层之间有支撑催化剂层的支撑层。流动路径通道34c具有在主体34b一侧的起始端和结束端。例如，用于接收氢气的入口34f形成于起始端，用于产生其一氧化碳浓度被再次降低的氢气的出口34g形成于结束端。入口34f和空气供给器70的空气泵71可以通过第四供给线路84相互耦合。出口34g和堆体10可以通过第五供给线路85相互耦合。此外，第二一氧化碳减少器34的入口34f和第一一氧化碳去除器33的出口33g可以通过单独的连接器，比如管线或穿通开口，彼此耦合。
本发明的重整器30是微重整器。当热源31或重整反应器32中任何一个反应基板31a、32a是由能够形成阻挡层的金属和能够增强机械强度的金属的合金形成时，微重整器与由纯Al形成的重整器相比，可以具有改进的焊接特性。阻挡层形成金属是这样的金属，其可以通过阳极氧化形成有效的保护薄膜。阻挡层形成金属至少包括由Al、Ti、Zn和Zr所构成的组中选择的一种金属。机械强度增强金属包括至少从由Fe、Ni、Mn和Mg所构成的组中所选择的一种金属。
例如，形成重整器30的反应基板31a、32a、33a、34a和主体31b、32b、33b、34b中的至少一个可以由Al和Fe的合金形成。在一个实施例中，它们所有都是由Al和Fe的合金形成。如果反应基板31a、32a、33a、34a中至少一个是由Al和Fe的合金形成，那么其他的可以是由选自由硅酮、玻璃和不锈钢所构成的组的任何材料形成。此外，在一个实施例中，可以使用除Al和Fe外还含有微量Cr的合金。
阻挡层形成金属对机械强度增强金属的合金比率可以在10∶90和90∶10的重量比范围内变化。低于10∶90的合金比率难于形成包括比如氧化铝的非晶氧化物的催化剂支撑层。在范围的另一端，超过90∶10的合金比率则降低了重整反应器的机械强度。
在一个实施例中，阻挡层形成金属与机械强度增强金属的合金是Al和Fe的合金，在另一个实施例中，热源31和重整反应器32二者都是由A1和Fe的合金形成。Al对Fe的合金比率在10∶90和90∶10的重量比范围内。
形成于热源31内的流动路径通道31c可以通过传统方法形成。在流动路径通道31c内表面和催化剂层之间的支撑层支撑了催化剂层。在一个实施例中，例如Pt或Ru的贵金属可以是用于热源31的催化剂。重整反应器32可以包括由传统方法形成的流动路径通道31c。流动路径通道31c的内表面包括支撑层和催化剂层。在多个实施例中，用于重整反应器的催化剂可以由Zn、Fe、Cr、Cu、Ni、Rh、Cu/Zn等形成。如果在本发明中热源和重整反应器二者都是由Al和Fe的合金形成的，那么氧化铝薄膜的催化剂支撑层可以通过氧化形成，而无需经过形成催化剂支撑层的工艺。此外，如果热源31和重整反应器32二者中至少一个是由Al和Fe的合金形成的，那么氧化铝薄膜的催化剂支撑层也可以通过氧化形成，即使没有执行形成催化剂支撑层的工艺。两者的另一个也可以包括支撑层，所述支撑层由选自由氧化铝、硅石和氧化钛构成的组的任何一种形成。
包括热源31和重整反应器32的重整器30可以是具有预定长、宽和厚的盒子形状，或可以是具有圆形横截面的管状。但是，重整器30的形状并不限于盒形与管状。燃料电池系统100的重整器30还可以具有通过焊接热源31到重整反应器32形成的一体形状。反应基板31a、32a、33a、34a的主体31b、32b、33b、34b可以成形为具有预定宽度和长度的矩形板。但是，主体31b、32b、33b、34b的外形并不限于矩形板，可以采取各种形式。
热源31和重整反应器32在图2的重整器30中相互相邻堆叠。重整器30可以通过焊接热源31和重整反应器32在一起，预留用于流动路径通道31c、32c的开口来形成。在加载陶瓷催化剂之后，在陶瓷催化剂和其基板之间的粘附性通过对重整器30在高温和氧气气氛下热处理以在流动路径通道31c、32c中形成非晶氧化物层而得到提高。在一个实施例中，包括通过氧化A1所产生的氧化铝的催化剂支撑层也形成于流动路径通道31c、32c中。虽然对于热处理不需要特定的条件，但是在一个实施例中，热处理可以在400℃到800℃的温度下，优选地在600℃下进行。总之，热源31和重整反应器32的流动路径通道31c、32c在高温下进行热处理，该热处理能够产生用于支撑催化剂的非晶氧化物层。
于是，在一个实施例中，重整器30可以通过焊接除为流动路径通道31c、32c、33c和34c预留的部分外和通过在高温和氧气气氛下的热处理而形成。
本发明的实施例不限于图1和图2所示的那些，其中，重整器30具有堆叠型结构，其具有相互靠近堆叠的热源31、重整反应器32和第一一氧化碳去除器33和第二一氧化碳去除器34。根据第一示范性替换例，重整器30具有这样的结构，其中，热源31和重整反应器32堆叠在一起。根据第二示范性替换例，重整器30可以包括堆叠在一起的热源31、重整反应器32，以及包括第一一氧化碳去除器33和第二一氧化碳去除器34中的任一个。根据第三示范性替换例，重整器30可以在热源31中包括传统的加热器，比如燃烧器。而且，在第一替换和第三替换中，热源31可以放置在重整反应器32之下，盖35可以放置在重整反应器32的上表面上并与之相邻。在第二替换中，重整反应器32可以位于热源31之上，并且第一一氧化碳去除器33和第二一氧化碳去除器34中任一个可以位于热源31之下。在该替换中，盖35可以连接到重整反应器31的上表面。一氧化碳去除器33、34可以与热源31和重整反应器32堆叠，或可以单独耦合到重整反应器32的出口32g。
除热源31和重整反应器32之外，重整器30还可以包括燃烧反应器主体，该燃烧反应器主体具有形成于流动路径内表面上形成的催化剂层，并产生蒸发混合燃料的热量。
此外，在燃料电池系统100的重整器30中，热源31还可以包括加热单元，该加热单元与流动路径通道31c、32c、33c、34c相接触和相耦合，并且加热流动路径通道31c、32c、33c、34c。加热单元包括与流动路径通道31c、32c、33c、34c接触的加热板，和设置在加热板内的加热丝。在一个实施例中，加热板可以包括与流动路径通道31c、32c、33c、34c在形状方面相匹配的凹槽。流动路径通道31c、32c、33c、34c可以形成为Z字形。
图3是图1所示的堆体结构的分解透视图。参考图1到图3，在本发明的燃料电池系统100中所使用的堆体10包括至少一个电源产生单元11，用于通过在重整器30产生的氢气的氧化反应和氧化剂的还原反应来产生电能。
电源产生单元11是产生电的单位电池。电源产生单元11包括MEA 12，用于氧化/还原重整气体和空气中氧；隔板16，用于将重整气体和空气供给到MEA 12。
在电源产生单元11中，隔板16设置在MEA 12的两侧上。堆体10通过彼此相邻地堆叠多个电源产生单元11来形成。除隔板16，设置在堆体10最外侧的那些界定为端板13。
MEA 12具有典型的膜电极组件结构，其中，电解质膜位于形成两侧的阳极和阴极之间。通过隔板16向阳极提供重整气体。阳极是由通过氧化反应将重整气体转变为电子和质子的催化剂层，以及用于自由传输电子和质子的气体扩散层(GDL)构成。通过隔板16向阴极提供空气。阴极是由通过还原反应将空气中的氧转变为电子和氧离子的催化剂层，以及用于自由传输电子和质子的气体扩散层构成。电解质膜是厚度为50到200μm的固态聚合物电解质。该电解质膜执行将阳极催化剂层所产生的质子传输到阴极催化剂层的功能。
隔板16作为将MEA 12的阳极和阴极串联耦合的导体。隔板16也作为将MEA 12的氧化/还原反应所需的重整气体和空气供给到阳极和阴极的路径。为了起到路径的功能，隔板16具有将MEA 12的氧化/还原反应所需的气体提供到MEA表面的流动路径通道。
更具体而言，隔板16设置在MEA 12的两侧，并且与MEA 12的阳极和阴极紧密地接触并挤压它们。隔板16在与阳极和阴极的接触表面上具有流动路径通道17，用于将重整气体提供到阳极，将空气提供到阴极。
每个端板13设置在堆体10的一端，并同时作为相应的电源产生单元11的隔板16，还作为多个电源产生单元11的紧固件。每个端板13可以与相邻的MEA 12的阳极和阴极中的一个紧密接触并挤压之。流动路径通道17也形成于端板13的一个侧面上。在堆体10的一端的端板13与相邻MEA 12的接触表面上，流动路径通道17可以提供重整气体或空气到两个电极中的任何一个。此外，在堆体10另一端的另一个端板13的与它的相邻MEA 12的接触表面上，在端板13上形成的流动路径通道17可以将氢气或空气提供到两个电极中的任一个。
此外，端板13包括第一供给线路13a、第二供给线路13b、第一排出线路13c和第二排出线路13d。在重整器30中所产生的氢气通过第一供给线路13a被引入到一条流动路径通道17中。空气通过第二供给线路13b被引入到另一条流动路径通道17中。在反应中未使用的以及在电源产生单元11后留下的氢气通过第一排出线路13c排出。在反应中未使用的以及在电源产生单元11后留下的空气通过第二排出线路13d排出。
如图2所示，并如上所述，第一供给线路13a通过第五供给线路85耦合到重整器30的第二一氧化碳去除器34，第二供给线路13b通过供给空气的第六供给线路86耦合到空气供给器71。
在燃料电池系统100的工作期间，在第一罐51中所存储的液相燃料首先通过操作燃料泵85经由第一供给线路81首先被供给到热源31。同时，空气通过操作空气泵71经由第二供给线路82被供给到热源31。然后，液相燃料和空气流经热源31的流动路径通道31c以诱导氧化/还原反应。通过催化氧化反应，热源31产生预定温度的反应热。在热源31中所产生的热能被传输到重整反应器32和第一一氧化碳去除器33和第二一氧化碳去除器34以与加热整个重整器30。
在重整器预热之后，操作燃料泵55来将存储在第一罐51中的液相燃料和存储在第二罐53中的水通过第三供给线路83提供至重整反应器。
随后，通过由热源31所提供的热量来蒸发液相燃料和水的混合物，同时该混合物流经重整反应器32的流动路径通道32c。然后，重整反应器32通过SR催化反应从被蒸发的混合燃料产生氢气。此外，重整反应器32通过SR催化反应同时进行混合燃料的分解反应和一氧化碳退化反应，从而产生含有一氧化碳和氢的氢气。因为重整反应器32不能够很好地进行一氧化碳的重整反应，所以它产生了含有少量一氧化碳作为副产品的氢气。
含有少量一氧化碳的氢气流经第一一氧化碳去除器33的流动路径通道33c。第一一氧化碳去除器33此外通过WGS催化反应产生氢气并首先降低随氢气包含的一氧化碳的含量。
随后，流经第一一氧化碳去除器33的流动路径通道33c的氢气流经第二一氧化碳去除器34的流动路径通道34c。同时，操作空气泵71来通过第四流动线路84将空气提供至第二一氧化碳去除器34的流动路径通道34c。第二一氧化碳去除器34再次通过优先一氧化碳氧化催化反应去除包括在氢气中的一氧化碳，并且通过出口34g排出氢气。
排出的氢气通过第五供给线路85被供给到堆体10的第一供给线路13a。同时，操作空气泵71来通过第六流动线路86将空气提供至堆体10的第二供给线路13b。
氢气通过隔板16的氢路径被供给至MEA 12的阳极。空气通过隔板16的空气路径被供给至MEA 12的阴极。
在阳极，氢气通过氧化反应分解为电子和质子。质子通过电解质膜传导至阴极，不能通过电解质膜传导的电子通过隔板16传导至相邻膜电解质组件12的阳极。电子流产生电流，并且还附带产生热和水。
上文说明了重整器30的一个示范性实施例。但是，重整器的结构并不限于上述的堆叠类型结构。例如，重整器可以具有圆柱形式。如果包括热源和重整反应器的重整器是具有预定长、宽、厚的矩形板形状，那么堆叠类型结构是优选的。另一方面，如果重整器具有圆形管的外形，那么圆柱形结构是优选的。
本发明使用了阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金来形成燃料电池系统的重整器。所以，该重整器与由纯Al形成的重整器相比具有改进的焊接性能。通过形成氧化膜，该合金还对催化剂具有改进的粘附性。
尽管已经对本发明的示范性实施例进行了说明，但是，本领域的技术人员应该理解，本发明并不限于所公开的示范性实施例；相反，本发明意于覆盖包括在权利要求及其等同方案的范围和精神内的各种修改。
权利要求
1.一种燃料电池的重整器，用于从包含水和含氢燃料的混合燃料产生富氢的重整气体，所述重整器包括用于蒸发所述混合燃料的热源，所述热源具有所述混合燃料流经的热源流动路径，所述热源流动路径具有预定长度和衬在所述热源流动路径内表面上的第一催化剂层；以及用于从所述混合燃料产生氢气的重整反应器，所述重整反应器具有所述混合燃料流经的重整反应器流动路径，所述重整反应器流动路径具有预定长度和衬在所述重整反应器流动路径内表面上的重整催化剂层，其中，所述热源和所述重整反应器中至少一个由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成。
2.根据权利要求所述1的重整器，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的提供的重量比从10∶90至90∶10。
3.根据权利要求2所述的重整器，其中，所述阻挡层形成金属选自由Al、Ti、Zn、Zr和它们的组合所构成的组。
4.根据权利要求2所述的重整器，其中，所述机械强度增强金属选自由Fe、Ni、Mn、Mg和它们的组合所构成的组。
5.根据权利要求2所述的重整器，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金是Al和Fe的合金。
6.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述重整器流动路径包括接收混合燃料的入口和用于产生所述重整气体的出口。
7.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述重整器是堆叠结构或圆柱结构。
8.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述重整器具有一体结构，其中所述热源和所述重整反应器焊接在一起。
9.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述热源流动路径和所述重整反应器流动路径每个都包括非晶氧化物催化剂支撑层。
10.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述热源还包括加热单元，与所述热源流动路径热耦合，用于加热所述流动路径。
11.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述重整器还包括一氧化碳去除器，与所述重整反应器流动路径耦合并用于从所述氢气去除一氧化碳。
12.一种燃料电池系统，包括用于通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电的堆体；用于将空气供给到所述堆体的氧化剂供给器；用于从包含水和含氢燃料的混合燃料产生富氢的重整气体的重整器，所述重整器包括用于提供热量来蒸发所述混合燃料的热源，所述热源具有所述混合燃料流经的热源流动路径，所述热源流动路径具有预定长度和衬在所述热源流动路径内表面上的第一催化剂层；以及重整反应器，包括所述混合燃料流经的重整反应器流动路径，所述重整反应器流动路径具有预定长度和衬在所述重整反应器流动路径内表面上的重整催化剂层，其中，所述热源和所述重整反应器中至少一个由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成；以及用于将所述混合燃料供应到所述重整器的燃料供给器。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的提供的重量比从10∶90至90∶10。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述阻挡层形成金属选自由Al、Ti、Zn、Zr和它们的组合所构成的组。
15.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述机械强度增强金属选自由Fe、Ni、Mn、Mg和它们的组合所构成的组。
16.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金是Al和Fe的合金。
17.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述重整器流动路径包括接收混合燃料的入口和用于产生所述重整气体的出口。
18.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述重整器是堆叠结构或圆柱结构。
19.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述重整器具有一体结构，其中所述热源和所述重整反应器焊接在一起。
20.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述热源流动路径和所述重整反应器流动路径每个都包括非晶氧化物催化剂支撑层。
21.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述热源还包括加热单元，与所述热源流动路径热耦合，并用于加热所述流动路径。
22.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述重整器还包括一氧化碳去除器，与所述重整反应器流动路径耦合并用于从所述氢气去除一氧化碳。
23.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统是聚合物电解质膜燃料电池。
24.根据权利要求1所述的重整器，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金还包括Cr。
25.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金还包括Cr。
全文摘要
本发明公开了一种燃料电池的重整器和包括其的燃料电池系统。重整器包括热源，用于提供热量来蒸发混合燃料，并具有预定长度的混合燃料流经的热源流动路径和镶衬在流动路径内表面上的催化剂层；以及重整反应器，用于通过加热的化学催化反应从混合燃料产生氢气，具有混合燃料流经的预定长度和镶衬在流动路径内表面上的催化剂层。热源或重整反应器或二者可以由阻挡层形成金属和机械强度增强金属的合金形成。
文档编号H01M8/00GK1716673SQ20051008136
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月28日 优先权日2004年6月29日
发明者林炫廷 申请人:三星Sdi株式会社