[发明专利]阴极对阴极式燃料电池叠组

说明书

技术领域

本发明涉及多个燃料电池叠组，它们的阴极端相连(contiguous)，以减少暴露在寒冷温度下的阴极端，从而减少起动时间以及由起动和冷冻/解冻循环时冷阴极引起的性能损失；可以使用可选的加热器。

背景技术

已经知道，聚合物电解质的质子交换膜(PEM)燃料电池在水的冰点以下温度会导致起动延迟，并导致燃料电池的性能(在任一电流密度下的电压)损失。性能损失是由冻结在膜电极组件表面上以及气体扩散层中的水造成的，它会阻碍反应气体与膜电极组件的催化表面接触。另一个原因是通过电化学反应产生的水(生成水)在阴极冻结，从而限制或完全阻塞氧化剂气体通道而使反应速度大大降低。燃料电池界面中的冰会导致高电池电阻，从而减小电流和输出功率，并使燃料电池叠组的升温过程减慢。

所有这些性能因素都与燃料电池中水的数量和位置有关。已经知道可以采取停机程序，包括进行排水，以减少燃料电池中水的数量，但是，仍会在膜电极组件内以及在反应气体通道板的冷却剂通道(如果使用了这样的冷却剂通道)中留下一些水。

2004年6月2日提交的共同未决PCT专利申请序列号04/17997介绍了利用温度梯度使水通过燃料电池从温度较高的某个地方移动到温度较低的另一个地方。在低于冰点的温度下的成功起动要求减少燃料电池阴极侧上水的数量，以促进氧化剂比如空气与催化表面的接触，并提高可供新产生的生成水使用的孔隙容积。

当使未工作的燃料电池进行冷冻/解冻循环时，也会产生类似的问题。

发明内容

本发明的方面包括：减少燃料电池动力装置在冰点以下起动所遇到的问题；减轻由于在冰点以下温度起动燃料电池动力装置或进行冷冻/解冻循环时引起的性能损失；减少寒冷温度对燃料电池动力装置起动性能的影响；缩短了的起动时间；和改进了的燃料电池动力装置运转情况。

根据本发明，一对燃料电池叠组的阴极端互连接触，从而减少暴露在寒冷温度下的燃料电池叠组的阴极端，以减轻性能损失并缩短起动时间。

可以使两个以上的燃料电池叠组的阴极端相互邻接地布置，以减少在每个叠组阴极端的热量损失。可以有加热器布置在两个或更多个叠组的阴极端之间，或者在阴极端的集电器本身可以具有布置在其中的加热器。

本发明可以通过在两个阴极之间共用单个集电器的阴极对阴极式燃料电池叠组来实施，或者可以通过每个燃料电池叠组都具有其自身集电器的阴极对阴极式燃料电池叠组来实施，集电器是电绝缘的。本发明可以通过内部反应气体和冷却剂歧管或通过外部歧管来实施，或者可以通过其组合方式来实施。

附图说明

图1是具有两个阴极对阴极式燃料电池叠组的燃料电池动力装置的简化透视图，这两个叠组共用一个集电器；

图2是具有两个阴极对阴极式燃料电池叠组的燃料电池动力装置的简化透视图，每个叠组具有其自身的集电器；

图3是一种燃料电池动力装置的简化的透视图，在相连燃料电池叠组的端板之间带有加热器；

图4是一种燃料电池动力装置的简化的透视图，在相应叠组的每个集电器中设有加热器；

图5是一种燃料电池动力装置的简化的透视图，这种燃料电池动力装置具有以电绝缘体方式布置在相应叠组之间的加热器；

图6是四个燃料电池叠组的简化透视图，这四个燃料电池叠组在阴极端共用一个集电器；

图7是具有四个燃料电池叠组的燃料电池动力装置的简化的透视图，这四个燃料电池叠组的阴极端被布置到一起，每个阴极端具有其自身的集电器和加热器。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的燃料电池动力装置6包括一对燃料电池叠组8、9，其阴极端11、12与共用的集电器15和电流输出汇流条16相连。每个叠组8、9的端部具有相应的压板19、20(有时被称作“端板”)。在这种构造方式中，压板19、20还起到集电器的作用，而且每个压板具有阳极电流输出汇流条22。在这种构造方式中，拉杆(为清楚起见未示出)通过拉紧压板19、20而将两个叠组紧固到一起。

在这种构造方式中，示出了用于内部歧管的接头24。为了清楚起见没有示出外部歧管，外部歧管比如可以设置在叠组的顶部和底部或者在叠组的前面和后面，或者同时设置在叠组的顶部和底部以及在叠组的前面和后面。内、外歧管的各种组合都适合于本发明。