原地燃料电池组再生制造技术

一种用于再生燃料电池组的方法。该方法包括周期性地提高输入到电池组的阴极输入气流的相对湿度水平，以将电池膜电极组件润湿至大于正常电池组运行状态期间的相对湿度水平。该方法还包括在不施加电池组负载的情况下在润湿膜电极组件的同时，在系统关闭时向燃料电池组的阳极侧提供氢，使得氢穿过电池膜到达阴极侧并与氧反应以减少电池组的污染物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于再生燃料电池组的系统和方法，更具体地涉及用于再生燃 料电池组的如下系统和方法，其包括在不施加电池组负载的情况下在系统关闭时提高电池 组的阴极侧的湿度水平以水合电池膜，并向燃料电池组的阳极侧提供氢，使得氢穿过膜至 阴极侧并与氧反应以减少污染物。
技术介绍
由于氢是清洁的并且可用于在燃料电池中有效地产生电，所以氢是非常有吸引力 的燃料。氢燃料电池是包括其间具有电解质的阳极和阴极的电化学装置。阳极接收氢气， 而阴极接收氧或空气。氢气在阳极催化剂处分解，以产生自由质子和电子。质子穿过电解 质到达阴极。质子在阴极催化剂处与氧和电子反应，以产生水。来自阳极的电子不能穿过 电解质，并因此在被送到阴极之前被引导通过负载以做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的常见燃料电池。PEMFC通常包括诸如 全氟离子交换膜的固态聚合物电解质质子传导膜。阳极和阴极通常但不总是包括通常支撑 在碳颗粒上并与离聚物混合的、通常为诸如钼(Pt)的高活性催化剂的微细催化剂颗粒。催 化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定膜电极 组件(MEA)。MEA制造起来相对昂贵，并且需要一定的条件以便有效操作。通常将多个燃料电池结合成燃料电池组，以产生预期的功率。例如，典型的用于车 辆的燃料电池组可具有两百或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池组接收阴极输入气体，其 通常为通过压缩机迫使通过电池组的空气流。电池组没有消耗所有的氧，而是一些空气作 为阴极排出气体被输出，阴极排出气体可包括作为电池组副产物的水。燃料电池组还接收 流入电池组的阳极侧的阳极氢输入气体。燃料电池组包括在电池组中定位在多个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和 MEA定位在两个端板之间。双极板包括用于电池组中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。 在双极板的阳极侧上设置有允许阳极反应气体流向相应的MEA的阳极气体流场。在双极板 的阴极侧上设置有允许阴极反应气体流向相应的MEA的阴极气体流场。一块端板包括阳极 气体流动通道，而另一块端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由诸如不锈钢或导电 复合物的导电材料制成。端板将燃料电池产生的电从电池组传到出去。双极板还包括冷却 流体流过其中的流动通道。燃料电池内的膜需要具有足够的含水量，使得横跨膜的离子阻力低到足以有效地 传导质子。膜增湿可通过电池组的水副产物或通过外部增湿。反应物通过电池组的流动通 道的流动对电池膜具有干燥作用，并且在反应物流动的入口处最显著。然而，水滴在流动通 道内的积聚会阻止反应物流过，并且由于低的反应气体流动可能使电池失效，从而影响电 池组的稳定性。水在反应气体流动通道内、以及在气体扩散层(GDL)内的积聚在低的电池 组输出负载时尤其麻烦。如上所述，水作为电池组操作的副产物而产生。因此，来自电池组的阴极排出气体通常会包括水蒸汽和液态水。本领域已知的是将水蒸汽输送(WVT)单元用于俘获阴极排出 气体中的一些水，以及将水用于增湿阴极输入气流。诸如膜的水输送元件一侧处的阴极排 出气体中的水由水输送元件吸收并输送至水输送元件另一侧的阴极气流。在燃料电池系统中，存在在电池膜中造成电池组性能的永久损失的许多机构，诸 如催化剂活性的损失、催化剂载体腐蚀和针孔形成。然而，存在可造成大致可逆的电池组电 压损失的其他机构，诸如电池膜干透、催化剂氧化物形成、以及污染物在电池组的阳极侧和 阴极侧上的积累。因此，本领域存在一种需求，即清除生成的氧化物和积累的污染物，以及 再水合电池膜，恢复燃料电池组中的电池电压的损失。湿操作-也就是说具有高湿量的操作对于系统增湿、性能和污染清除是合乎需要 的。然而，存在操作具有较低湿量、也称为干状态的燃料电池组的各种理由。例如，湿操作 由于水的积累可导致燃料电池稳定性问题，并且还会造成导致碳腐蚀的阳极饥饿。另外，由 于液态水在燃料电池组中的不同位置处冻结，所以湿操作在冷冻状态下可能成为问题。因 此，本领域需要已对非湿运行状态进行了优化的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开一种用于再生燃料电池组的方法。该方法包括周期性地 提高输入到电池组的阴极输入气流的相对湿度水平，以将电池膜电极组件润湿至大于正常 电池组运行状态期间的相对湿度水平。该方法还包括在不施加电池组负载的情况下在润湿 膜电极组件的同时，在系统关闭时向燃料电池组的阳极侧提供氢，使得氢穿过电池膜到达 阴极侧并与氧反应以减少电池组污染物。方案1. 一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括确定是否需要燃料电池组再生；如果需要电池组再生，则将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常运行状态 期间的阴极侧的相对湿度以上；在提高阴极侧的湿度水平之后，等待燃料电池组中的电池膜润湿；在燃料电池组关闭期间提供氢来覆盖阴极侧；以及等待污染物由于提高的湿度水平和氢的覆盖而被清除。方案2.根据方案1所述的方法，其中，提高阴极侧的湿度水平是将该湿度水平提 高至大于或等于100%的相对湿度。方案3.根据方案1所述的方法，其中，在阴极侧的氢覆盖发生之前，电池膜保持润 湿一时间段。方案4.根据方案1所述的方法，其中，所述氢的覆盖使氢从阳极侧穿过电池膜到 达阴极侧，以消耗氧。方案5.根据方案1所述的方法，还包括在所述氢覆盖期间向电池组施加最小的负载。方案6.根据方案1所述的方法，其中，在燃料电池组的正常运行期间周期性地执 行所述再生。方案7. —种用于再生燃料电池组以从该燃料电池组清除污染物的方法，所述方 法包括通过提高电池组的相对湿度而在湿状态下运行燃料电池组；润湿燃料电池组中的膜电极组件；以及在润湿膜电极组件的同时关闭燃料电池组。方案8.根据方案7所述的方法，还包括在电池组关闭期间提供氢来覆盖燃料电池 组的阴极侧，以及等待污染物由于提高的湿度水平和氢的覆盖而被清除。方案9.根据方案8所述的方法，其中，所述氢覆盖使氢从阳极侧穿过电池膜到达 阴极侧，以消耗氧。方案10.根据方案8所述的方法，其中，在所述氢覆盖期间施加最小的负载。方案11.根据方案7所述的方法，其中，将所述相对湿度提高至大于或等于100% 的相对湿度。方案12.根据方案7所述的方法，其中，在阴极侧的氢覆盖发生之前，电池膜保持 润湿一时间段。方案13.根据方案7所述的方法，其中，在燃料电池组的正常运行期间所述再生周 期性地进行。方案14. 一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括确定是否需要燃料电池组再生；如果需要电池组再生，则将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高至正常运行状态 期间的阴极侧的相对湿度以上；在提高阴极侧的湿度水平之后等待燃料电池组中的电池膜润湿；在燃料电池组关闭期间提供氢来覆盖阴极侧，其中，所述氢的覆盖使氢从阳极侧 穿过电池膜到达阴极侧，以消耗氧；以及等待污染物由于提高的湿度水平和氢的覆盖而被清除。方案15.根据方案14所述的方法，其中，在阴极侧的氢覆盖发生之前，电池膜保持 润湿一时间段。方案16.根据方案14所述的方法，还包括在所述氢覆盖期间向电池组施加最小的 负载。方案17.根据方案14所述的方法，其中，在燃料电池组的正常运行期间周期性地 执行所述再生。通过结合附图参阅以下的描述和所附权利要求，本专利技术的附加特征将变得明显。 附图说明图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括：确定是否需要燃料电池组再生；如果需要电池组再生，则将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常运行状态期间的阴极侧的相对湿度以上；在提高阴极侧的湿度水平之后，等待燃料电池组中的电池膜润湿；在燃料电池组关闭期间提供氢来覆盖阴极侧；以及等待污染物由于提高的湿度水平和氢的覆盖而被清除。

【技术特征摘要】
US 2009-10-16 12/5808631.一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括 确定是否需要燃料电池组再生；如果需要电池组再生，则将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常运行状态期间 的阴极侧的相对湿度以上；在提高阴极侧的湿度水平之后，等待燃料电池组中的电池膜润湿； 在燃料电池组关闭期间提供氢来覆盖阴极侧；以及 等待污染物由于提高的湿度水平和氢的覆盖而被清除。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提高阴极侧的湿度水平是将该湿度水平提高至 大于或等于100%的相对湿度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在阴极侧的氢覆盖发生之前，电池膜保持润湿一 时间段。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢的覆盖使氢从阳极侧穿过电池膜到达阴 极侧，以消耗氧。5.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述氢覆盖期间向电池组施加最小的负载。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在燃料电池组的正常运行期...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT福姆斯比，B拉克斯曼安，JP萨瓦多，JC马楚卡，B克劳塞，DR萨瓦格，DA阿图尔，DR勒泽特，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]