燃料電池供給系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種燃料電池(1)的陽極回路的供給系統，其包括：用于在所述燃料電池的運行階段期間供給所述陽極回路的主燃料罐(2)，以及用于當所述燃料電池停用時供給所述陽極回路的副燃料罐(4)，所述主罐和所述副罐被安裝，以使得在所述燃料電池的運行階段期間利用來自所述主罐的燃料再充填所述副罐，所述系統的特征在于，該系統包括安裝在所述副燃料罐與燃料電池的所述陽極回路之間的滲透膜(6)。本發明還涉及一種包括燃料電池和根據本發明的供給系統的燃料電池系統。
【專利說明】燃料電池供給系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池，特別是以氫氣供給的燃料電池。具體地說，本發明涉及燃料電池供給系統。
【背景技術】
[0002]眾所周知，燃料電池能夠在不經過機械能轉換步驟的情況下由利用氫氣(燃料)與氧氣(氧化劑)的電化學氧化還原反應直接產生電能。該技術看起來很有前途，特別是對于機動車輛應用而言。
[0003]燃料電池通常包括單個電池元件的串聯組合，每個電池元件實質上或基本上由通過聚合物膜隔開的陽極和陰極組成，所述聚合物膜允許離子通過而從陽極至陰極。該組合也被稱為電池堆。燃料電池包括陽極回路和陰極回路，在電池的運行階段中，例如氫氣的燃料經由該陽極回路被輸送至陽極，例如氧氣的氧化劑通過該陰極回路被輸送至陰極。
[0004]另一方面，當停用燃料電池時，切斷電池的燃料和氧化劑的供給。然而已經注意到，即使在停用階段，在電池的陽極回路中的燃料的存在使得可以減緩電池的老化或退化并且從而延長其使用壽命。實際上，電池中氫氣的存在使得可以確保零電化學電壓，并且因而可以在當電池保持停用的長時間期間避免不期望的電化學反應。
[0005]通過陽極回路中的過量氫氣終止停用而實現在短暫停用階段期間在陽極處具有氫氣的燃料電池是已知的。在該情況下，以取自空氣的氮氣使陰極回路加壓。然而，已知的燃料電池不能實現電池堆的理想密封性。實際上，電池堆由雙極板和膜電極組件構成，借助于具有一定透氣性的密封件確保不同部件之間的密封性。因而，存在于陽極處的例如氫氣的氣體或者其他燃料具有隨時間遷移至電池外部的傾向。相反，存在于大氣中的空氣具有進入陽極的傾向，其經證實對燃料電池的使用壽命不利。實際上，由于存在于燃料電池中的催化劑，隨著空氣引入的氧氣具有與氫氣反應的傾向，其趨向于使殘余的氫氣消失。當氫氣已經完全消失時，氧氣于是將其1.48V的電化學電勢強加于電極上，其加速了腐蝕。
[0006]為了克服該缺陷，已經提出一種解決方案，其中當氫氣的濃度低于一定的閾值時，打開罐體，以將一定的壓力的氫氣再輸入到電池堆中。該解決方案雖然有效，然而就安全性而言是不能令人滿意的。具體地說，其將意味著，車輛可能在無人的情況下打開氫氣罐的主閥，其經證實是危險的。
[0007]此外，從申請W02007/090284已知一些燃料電池系統，其包括在燃料電池的運行階段期間輸送氫氣的主罐和在燃料電池停用期間輸送氫氣的副罐。然而，該申請中描述的系統不確保直到下次重新啟動時為止維持氫氣的存在。
[0008]本發明的目的在于提出一種能夠克服上述問題中的全部或一些的解決方案。為此，本發明旨在提出一種能夠絕對安全地確保電池中燃料的適當(正確)水平的燃料電池供給系統。
【發明內容】
[0009]因此，本發明涉及一種燃料電池的陽極回路的供給系統，其包括:
[0010]-用于在燃料電池的運行階段期間供給陽極回路的主燃料罐，
[0011]-用于當燃料電池停用時供給陽極回路的副燃料罐，
[0012]主罐和副罐被安裝，以使得在燃料電池的運行階段期間利用來自主罐的燃料再充填副罐，并且該系統包括安裝在副燃料罐與燃料電池的陽極回路之間的滲透(可透)膜。
[0013]主燃料罐為諸如存在于燃料電池中的儲罐，其容納例如氫氣的燃料。在說明書的其余部分中，所述實例將涉及氫電池，但是本發明也涵蓋使用其他燃料的電池的使用。
[0014]由于在停用階段期間將釋放的氫氣量小于電池運行所需的氫氣量，副罐與主罐相比具有較小的容量。此外，在本發明的一個實施例中，副罐包括金屬氫化物。因此，存在于副罐中的氫氣與主罐相比處于較少量，并且其被吸收到金屬氫化物中，這確保了系統的安全，因為打開副罐不會導致快速釋放或排放。
[0015]供給系統的副罐被布置為使得來自主罐的氫氣再充填存在于副罐中的氫化物，這能夠在例如4巴量級的低壓下存儲氫氣。
[0016]在本發明的另一實施例中，系統包括燃料電池入口閥，所述入口閥能夠允許或防止通過主燃料罐向陽極回路的供給。因此，當電池停用時，該閥處于關閉位置，這意味著，容納于主罐中的氫氣未被傳送至燃料電池。
[0017]在本發明的一個特定實施例中，燃料電池的入口閥還安裝在將副罐連接至電池的陽極回路的回路中。在此情況下，滲透膜可選地與閥并聯地安裝。實際上，在該實施例中，燃料電池的入口閥當處于關閉位置時防止氫氣接近燃料電池，不論該氫氣來源于主罐或副罐。在所述情況下，并且為了確保經由副罐的氫氣供給，與閥并聯地定位滲透膜是有用的，以便在電池停用階段期間提供替代回路。
[0018]有利地，該滲透膜例如直接安裝在燃料電池的入口閥的本體中。
[0019]在本發明的一個實施例中，該膜包括由例如硅酮的聚合物材料制成的圓盤和安裝在圓盤的每個表面上的格柵。稍后將詳細描述這些部件。
[0020]本發明還涉及一種包括燃料電池和根據本發明的供給系統的燃料電池系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]本發明的其他目的和優點將從以下通過附圖圖解的優選但非限制性實施例的說明中變得顯而易見，其中:
[0022]-圖1示出了根據本發明的、供給燃料電池的供給系統。
[0023]-圖2示出了在不同膜上實施滲透性測量的圖表。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了根據本發明的、用于供給燃料電池I的供給系統。該燃料電池例如為氫氣/氧氣或者氫氣/空氣型電池，也就是說，氫氣為燃料，并且氧化劑為純氧或空氣。
[0025]供給系統包括主罐2，在該主罐2中，在例如八巴壓力的壓力下存儲氫氣。主罐包括作為打開和關閉儲罐的閥以及作為在低于八巴的壓力下釋放氫氣的膨脹閥的部件3。
[0026]系統附加地包括副罐4，該副罐4包括金屬氫化物，從而使得其能夠存儲氫氣。如圖中所示，副罐4設置在將主罐2連接至燃料電池的供給管線上，其使得能夠在電池的運行階段期間再充填副罐4。實際上，例如，存在于副罐中的氫化物的類型被選擇，以使得在24°C時、高于4巴的壓力下進行再充填。因此，如果供給管線中的壓力為八巴的量級，則在電池運行期間將進行再充填。
[0027]系統附加地包括與燃料電池的入口閥5并聯地安裝的滲透膜6。在燃料電池停用期間，閥5被關閉，但是膜6能夠將氫氣從副罐4緩慢地釋放到燃料電池的陽極回路中。取決于示例性實施例的、也被稱為分級滲透性膜的該滲透膜如圖所示并聯地安裝或者直接安裝在入口閥5的本體上。
[0028]滲透膜被優選地設定尺寸，以經受得起供給管線中存在的八巴的壓力。實際上，如可以在圖1中看到，在運行階段，膜經受來自主罐2的氫氣的壓力并且供給燃料電池。此外，膜被設定尺寸，以便在氫氣的釋放速度與氫氣損失的補償之間提供平衡。
[0029]圖2示出了在不同膜上執行滲透性測量的圖表。上部曲線對應于具有0.25mm的厚度的玻璃纖維和硅酮膜。中間曲線對應于具有0.25mm的厚度的單一硅酮膜，并且下部曲線對應于具有0.41mm的厚度的單一硅酮膜。所述圖表顯示了在燃料電池被完全密封的理想情況下燃料電池中的壓力變化。對于測試目的，為了量化不同膜的滲透性，通過容積等于燃料電池的緩沖罐來替代燃料電池，并且該緩沖罐的壓力隨著時間而升高。因而執行的壓力測量使得能夠確定所釋放的氫氣的量，并且因此能夠從中推導出所測試的膜的滲透性。
[0030]如果膜具有太高的滲透性，如上部曲線所示，氫氣被太快地釋放到燃料電池中。這意味著，副罐必須被顯著地設定更大尺寸，以便確保在電池的整個停用階段存在有氫氣。然而，如在現有技術已知的系統中那樣，使用太大的儲罐可能被證實是危險的。
[0031]相反，如果膜具有如下部曲線的太低的滲透性，則未釋放足夠量的氫氣來補償從電池堆損失至外部的氫氣，并且因此不能確保電池堆中存在有氫氣。
[0032]因此，在一個有利實例中，膜包括具有0.25mm的厚度和20mm的直徑的硅酮圓盤。該硅酮圓盤在其每個表面上包括具有15_的直徑的不銹鋼格柵，從而能夠在所述表面之上擴散氫氣。圓盤和格柵有利地以密封(氣密)方式保持在兩個圓柱形部件(部分)之間。
【權利要求】
1.燃料電池(I)的陽極回路的供給系統，其包括: ?用于在所述燃料電池的運行階段期間供給所述陽極回路的主燃料罐(2)， ?用于當所述燃料電池停用時供給所述陽極回路的副燃料罐(4)， 所述主罐和所述副罐被安裝，以使得在所述燃料電池的運行階段期間利用來自所述主罐的燃料再充填所述副罐，所述系統的特征在于，所述供給系統包括安裝在所述副燃料罐與燃料電池的所述陽極回路之間的滲透膜(6)。
2.根據權利要求1所述的供給系統，其特征在于，所述副罐(4)包括金屬氫化物。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述系統包括入口閥(5)，所述入口閥(5)能夠允許或防止通過所述主燃料罐向所述陽極回路的供給。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述膜(6)與所述閥并聯地安裝。
5.根據權利要求3或4所述的系統，其特征在于，所述滲透膜(6)直接安裝在所述入口閥的本體中。
6.根據前述權利要求之一所述的系統，其特征在于，所述滲透膜包括由聚合物材料制成的圓盤和安裝在所述圓盤的每個表面上的格柵。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述圓盤由硅酮制成。
8.根據權利要求6或7所述的系統，其特征在于，所述硅酮圓盤和所述格柵以密封方式保持在兩個圓柱形部件之間。
9.根據權利要求6至8之一所述的系統，其特征在于，所述硅酮圓盤具有0.25毫米的厚度。
10.根據前述權利要求之一所述的系統，其特征在于，所述膜被設定尺寸，以在不破裂的情況下經受得起8巴的壓力。
11.包括燃料電池和根據權利要求1至10之一所述的供給系統的燃料電池系統。
【文檔編號】H01M2/02GK104428936SQ201380034160
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】G·帕加內利, D·奧爾索默 申請人:米其林企業總公司, 米其林研究和技術股份公司