[发明专利]减少电解质被冲洗掉的HTM燃料电池或电池组和用于起动电池的方法

说明书

本发明涉及一种减少电解质被冲洗掉的HTM燃料电池。一种新型的结构建议，借助它收集冲洗出的电解质并引回HTM燃料电池中。此外本发明涉及一种起动HTM燃料电池的方法，其中，借助此新型结构，在正常运行时将冲洗出的电解质重新引回电池中。

由DE19844983.6(尚未公开)已知一种用于燃料电池尤其用于PEM燃料电池的液体阻挡层。

此外已知聚合物-电解质-膜片-燃料电池(Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle)，它有与[-SO₃H]基有关的基本聚合物作为电解质。电解的导电在这里通过水合的质子发生。膜片需要相应的液态水，亦即在正常压力下工作温度低于100℃，以保证质子的电导性。由此产生了一个问题，即入流的过程气体在温度高于约65℃时必须被增湿。

为了取消工作温度的限制，取代含[-SO₃H]基的膜片采用另一种膜片(它也可以是离子交换膜)和/或具有游离的和/或物理和/或化学结合的磷酸的基体作为燃料电池的电解质。这种燃料电池称为高温膜燃料电池(HTM燃料电池)。然而在实现含游离的磷酸的HTM燃料电池时，至少会产生在温度低于100℃，亦即在燃料电池装置起动时电解质被冲洗掉的问题。这主要是在燃料电池进入起/停运行，亦即例如在移动式应用时产生的问题。由于冲洗引起的电解质损失可能导致功率损失直至电池失去工作能力。冲洗掉的电解质例如随过程气流(Prozeβgasstrom)离开电池。为了获得电池的工作能力必须补充电解质。

已知在磷酸燃料电池PAFC(Phosphor Acid Fuel Cell)中也存在此类问题，不过在那里这是次要的，因为PAFC主要固定式地应用于长期连续运行，而电解质损失如所述那样大部分在起动过程中产生。显然本发明也可应用在固定式系统中。

因此本发明的目的是创造一种燃料电池，它在工作温度高于100℃的情况下工作并且无需补充电解质就可保持工作能力。

本发明的对象是一种HTM燃料电池和一种HTM燃料电池组，它包括两侧带有电极层的电解质、以及分别与该电极层毗邻的气体扩散层和极板，其中，还设有一储存罐，在储存罐内可暂时储存由电池冲洗出的电解质并可重新提供给电池使用。

此外本发明的对象是一种起动HTM燃料电池的方法，其中，收集被冲洗出的电解质并将其重新引回电池中。

作为高温膜片(HTM)燃料电池的是任何有下列特点的燃料电池，即它含有传统的电解质膜片和/或它含有一个作为物理和/或化学地吸收电解质的基体并作为心部的膜片以及它的工作温度高于传统的PEM燃料电池的工作温度，亦即高于80℃，优选高于100℃。最高工作温度约为220℃。HTM燃料电池有一种电解质，它在上述温度下在非水状的环境内有良好的电导率。

可作为储存罐的是任何有下列特点的容器，即能在其中储存电解质以及在有些情况下还能蒸发所生成的水和/或过程排气。

按一种实施形式，此容器紧连在HTM燃料电池堆叠上，它可能有堆叠的温度。在这种情况下应相应地选择储存罐的材料，使之耐电解质并尽管如此还能轻度加热。

按另一种实施形式，在储存罐内含有一压力平衡装置。

按另一种实施形式，储存罐用可扩张和/或弹性的材料制造并且具有可变的容量，所以流入的电解质决定性地影响储存罐的体积(按照气球和/或伸缩风箱原理)。

作为电解质例如有磷酸、硫酸、含硫的酸等，所有的化合物在HTM燃料电池内部物理和/或化学地结合在一块膜片上或一个惰性基体上(下面称电解质载体或载体)，并促使在HTM燃料电池内部质子的电解导电。

作为电解质优选地采用磷酸和/或另一种自离解的Broenstedt酸。

按本发明方法的一种措施，收集冲洗出的电解质并在调整平衡后将其重新自动引回电池中。

按本发明的一项设计，在HTM燃料电池内有水的阻挡层，它是可透气的。阻挡层可设在电极与气体扩散层之间或导气层和以极板为界的气体腔之间。在这种结构中比较有利的是，储存罐直接连接在HTM燃料电池上(图1和2)，所以在起动时电解质借助产物水(Produktwasser)压入储存罐，并在电池工作时，尤其是在工作温度高于100℃时汽化产物水，如此形成的毛细管负压重新将电解质又吸入电池中。