一种新的燃料电池运行方式的制作方法
【专利摘要】一种新的燃料电池运行方式，在阴极和阳极可以交换的燃料电池的电解质膜的两侧，通过交替轮换输入燃料和氧化剂，周期性地颠倒阳极和阴极；本发明不改变组件材料，仅用很少的成本和简单的操作就大幅度延长燃料电池的使用寿命并有助解决质子交换膜燃料电池一氧化碳中毒问题及清除空气和燃料中少量催化剂污染物；可以广泛应用于便携电源，固定电站，交通运输等各种用途的燃料电池。
【专利说明】一种新的燃料电池运行方式
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池【技术领域】，特别涉及一种能够延长使用寿命及提高一氧化碳耐受力的燃料电池运行方式。
[0002]
【背景技术】
[0003]燃料电池具有高效，清洁，低噪音，环保等优点，可以广泛应用于便携电源，固定电站，交通运输等各种用途，是新能源领域的关键技术；降低成本，延长寿命和选择合适的氢源是其商业化的主要问题。
[0004]组件氧化腐蚀，催化剂的污染等原因造成的功能衰减严重影响燃料电池寿命，目前使用寿命与大规模商用目标差距很大。质子交换膜燃料电池(Proton ExchangeMembrane Fuel Cells,简称PEMFCs)，在多种燃料电池中性能突出，易于启动，结构简单，操作方便，但使用寿命不理想；目前车用等情况下，一般在1500-2500小时左右，离5000小时的目标相差较远；静止电站连续工作情况下，目前一般在2万-4万小时(5年)左右，离10年的商业化目标相差很大。研发者主要通过寻找新材料或改进、添加组件材料或者增加附加系统增加燃料电池的耐久性，例如中国专利CN 101346839A,CN101826622A, CN101159334等，这增加了组件或系统的复杂性，目前效果并不理想。
[0005]碳氢燃料重整制氢有希望为燃料电池提供经济的氢燃料，但是重整制氢的氢燃料中一般含有令PEMFCs阳极催化剂中毒的一氧化碳(CO)，催化剂不能耐受10ppm-50ppm以上的CO，为解决这一问题，研发人员寻找抗CO中毒的阳极催化剂，在燃料气中加少量空气，开发耐较高温度的膜等，但CO中毒这一长期困扰PEMFCs的难题至今没有理想的解决方法。
【发明内容】
[0006]为解决燃料电池使用寿命不够长和CO中毒问题，本发明提供了一种新的燃料电池运行方式，称为“燃料电池倒极”，其特征是在阴极和阳极可以交换的燃料电池的电解质膜两侧，通过交替轮换输入燃料和氧化剂，周期性地颠倒阳极和阴极。不改变组件材料，不设置复杂的附加系统，却能大幅度增加耐久性和对一氧化碳的耐受力；通过倒极，电解质膜两侧组件分担氧化腐蚀，通过按恰当时间倒极，轮换输入燃料和氧化剂，能清除空气和燃料中的少量催化剂污染物，有助解决PEMFCs (质子交换膜燃料电池)的一氧化碳的中毒问题。
[0007]本发明基于下列关于燃料电池的事实:
I一般情况，阴极衰减远远大于阳极；2在电解质膜两侧组件和结构可以对称或接近对
称；
3 一氧化碳毒化阳极催化剂需要一定时间；4吸附在钼催化剂上的CO可以迅速被100%空气(或氧气)以催化反应2C0+02=2C02清除
因为氧化剂造成高电位和腐蚀性环境，以及启停过程氢气/空气界面产生的反向电流导致阴极严重腐蚀等，一般运行的燃料电池，在阴极一侧组件(催化剂，催化剂载体，膜，气体扩散层，双极板)的衰减率远远高于阳极一侧；多数情况下两极衰减严重不平衡，当阴极一侧严重衰减失效时，阳极一侧实际还可长时间使用。
[0008]燃料电池在电解质膜两侧膜电极组件和腔室结构可以对称或接近对称。事实上，多数PEMFCs有接近对称的两侧组件和结构，阴极阳极都用同样的Pt/C碳负载的钼催化剂，一般阴极0.3-0.5mg/cm2 Pt钼，阳极0.1-0.3mg/cm2 Pt钼，仅数量微有差别或相同；阴极阳极的催化剂载体，膜，气体扩散层，双极板一样。
[0009]本发明可以应用于PEMPCs，PAFCs(磷酸燃料电池)或其他燃料电池，唯一要求是阴极阳极可以互换。最好使用对称的燃料电池，电解质膜两侧有同样催化剂；通过倒极运行，每一侧在通入燃料的一段时间是阳极，在通入氧化剂的另一段时间变成阴极。
[0010]燃料电池有两个通道连通腔室(单电池每个通道连通单个腔室，电池堆连通多个腔室)用来输入燃料和氧化剂，例如称为通道A和通道B，每个通道有一个进口和出口 ；当通道和腔室A通入燃料(富氢气体)，通道和腔室B通入氧化剂(空气或氧气)时，腔室A中的电极用作阳极，腔室B中的电极用作阴极，我们称为“燃料电池的A状态”;当通道和腔室B通入燃料(富氢气体)，通道和腔室A通入氧化剂(空气或氧气)时，腔室B中的电极用作阳极，腔室A中的电极用作阴极，我们称为“燃料电池的B状态”。一般运行的燃料电池不会改变状态，燃料电池倒极运行就是A状态到B状态，B状态到A状态，再循环重复。每一侧在氧化剂环境的机会是一般运行的燃料电池阴极的50%，就像汽车轮胎轮换交换位置一样；氢气和氧气的周期性循环换位还有助于以催化的氧化还原反应清除催化剂上的污染物；这样倒极运行可以大幅度延长燃料电池的使用寿命。
[0011]输入含一氧化碳的富氢气体的一定时间内，PEMPCs正常工作，功能不变，因为一氧化碳还没有覆盖足够的催化剂位点明显影响催化。这段时间称为死时间“Dead Time”。这段时间之后，燃料电池功能迅速下降。一氧化碳毒化阳极催化剂可视为一种“F0PDT —级反应加死时间(First Oder Plus Dead Time)” 过程。(Ref.1)实际上 “Dead Time” 决定于燃料中一氧化碳的浓度，工作电流密度，电池温度，阳极催化剂量(Ref.1，2)，下面是一些PEMFCs 修正后的“Dead Time” 实验数据:IOOOppm CO: 25sec., 3000ppm CO: 10 sec., 1%C0:4sec.(600mA/cm2, 70°C) (Ref.1)，IOOppm CO:500sec.(200mA/ cm2, 80°C) (Ref.2)。
[0012]含一氧化碳的富氢气体为燃料时，在一氧化碳还没有覆盖一侧催化剂位点太多(燃料电池性能没有明显下降)时，停止输入，为避免频繁倒极时通道和腔室的剩余气体与倒极后更换的气体反应损伤燃料电池，在倒极前加入一个耗尽过程，用燃料电池反应耗尽通道和腔室内的燃料和氧气；倒极燃料电池，在这原来的阳极一侧通入空气(或氧气)化剂，吸附在Pt催化剂上的CO可以迅速被100%空气(或氧气)清除，而燃料输入到原来的阴极，催化剂刚被空气清洗过的另一侧。恰当倒极运行，有助于解决一氧化碳中毒的问题而燃料电池性能没有明显下降。
[0013]因为倒极时从燃料电池直接输出的电的极性会改变，为保持原来的极性，可以通过重新连线，整流，使用机械或电子开关等方法将电的极性改变回来。
[0014]
方法的关键是按恰当的时间参数“倒极时间T/’倒极。一旦运行时间达到Tk，立即或者等到燃料电池停止时倒极，隔一定的运行时间在燃料电池停止或运行时就倒极一次，如此反复循环。[0015]用本发明增加燃料电池寿命时，Te可根据原来不倒极运行的寿命设定。Tk=原来不倒极运行的寿命/n，n=2或η>2，η最好是一个偶数；当η的值不太大，不用太多次数的倒极，就可让膜两侧平均接受阴极的衰减；例如，原设计寿命(非倒极操作)1500小时，可设定η=6，Τε=1500/6=250小时，每隔运行250小时倒极一次。
[0016]燃料是氢含一氧化碳时，用下述实施方法3，在控制装置(例如程序控制器)设定倒极时间参数!^控制阀门；一般设STk小于或等于死时间“Dead Time”，使燃料电池性能没有明显下降；“Dead Time”可用一氧化碳中毒的瞬时实验测定或参照“Dead Time”数据。否则，运行有更多功率损失。也可以根据电池电压信号变化情况定设时间参数Tk，隔一定的运行时间在燃料电池停止或运行时就倒极一次，在一氧化碳没有令燃料电池电压下降到原来电压的特定比例(比如99%，95%等)时，进行倒极操作，如此反复循环。
[0017]有三种实施方法:
方法I重新连接管道操作
一般燃料电池有两个进口分别连接燃料和氧化剂的输入管，两个出口分别连接燃料和氧化剂的输出管。
[0018]操作连接，可以令燃料电池处于A状态:燃料的输入管连接通道和腔室A的进口，燃料的输出管连接通道和腔室A的出口。氧化剂输入管连接通道和腔室B的进口，氧化剂输出管连接通道和腔室B的出口。
[0019]操作连接，可以令燃料电池处于B状态:燃料的输入管连接通道和腔室B的进口，燃料的输出管连接通道和腔室B的出口。氧化剂输入管连接通道和腔室A的进口，氧化剂输出管连接通道和腔室A的出口。
[0020]有时，燃料电池的出口直接排空，并不接输出管，此时只重新连接进口和输入管。
[0021]倒极运行
1.运行燃料电池于状态A并开始记录运行时间。运行时间达到“倒极时间(Τκ)”，立即或等到燃料电池停止时操作重新连接，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始记录运行时间。运行时间达到“倒极时间(Tk) ”，立即或等到燃料电池停止时操作重新连接，令燃料电池处于A状态。
[0022]重复1-2
因为倒极时从燃料电池直接输出的电的极性会改变，为保持原来的极性，倒极时需要将电的极性改变回来。一种方法重新连接线操作:将负极输出电线连到原来的燃料电池正极，将正极输出电线连到原来的燃料电池负极；下次倒极再返回来。一种方法是用机械开关或电子开关，另一种方法是连接整流电路。
[0023]此法可用来作为增加燃料电池寿命的简单方法，可以在燃料电池定期检查或修理时实施倒极，或者特别设定倒极实施的时间，在车辆和电源等使用的情况下很方便。
[0024]方法2用阀操作
每个燃料电池通道入口连接两个并联的输入阀，一个阀连接燃料输入管，另一个阀连接氧化剂输入管；每个通道出口连接两个并联的输出阀，一个阀连接燃料输出管，另一个阀连接氧化剂输出管。如图1:9 Vfia:连接通道和腔室A进口的燃料输入阀、10 Vfoa:连接通道和腔室A出口的燃料输出阀、11 VraB:连接通道和腔室B进口的氧化剂输入阀、12 Vtob:连接通道和腔室B出口的氧化剂输出阀、13 Voia:连接通道和腔室A进口的氧化剂输入阀、14V00A:连接通道和腔室A出口的氧化剂输出阀、15 Vfib:连接通道出和腔室B进口的燃料输入阀、16 Vfob:连接通道和腔室B出口的燃料输出阀。
[0025]操作于阀，可以令燃料电池处于A状态:打开VFIA，Vfoa, Voib, Voob;关闭VraA，Vooa,Vfib, VF()B。操作于阀，可以令燃料电池处于B状态:打开VmPVm^Vfib, VF(B;关闭Vfia，Vfqa，
^oib ? Voob。
[0026]有些情况，燃料电池的出口并不接输出管，直接排空；此时可以在每个出口仅接一个输出阀:连接通道和腔室A出口的输出阀\k,连接通道和腔室B出口的输出阀Vf
[0027]操作于阀，可以令燃料电池处于A状态:打开VFIA，VQA，VQIB，VQB。关闭VQIA，VFIB。
[0028]操作于阀，可以令燃料电池处于B状态:打开VQIA，V0A, Vfib, Vqb。关闭VFIA，，VQIB。
[0029]有时，燃料 电池的燃料出口常关闭操作，不难对以上进行改动，令燃料的出口阀关闭，其他阀不变。
[0030]倒极运行
1.运行燃料电池于状态A并开始记录运行时间。运行时间达到“倒极时间T/’，立即或等到燃料电池停止时操作阀，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始记录运行时间。运行时间达到“倒极时间T/’，立即或等到燃料电池停止时操作阀，令燃料电池处于A状态。
[0031]重复1-2
可以手工操作阀；也可以用可控阀(例如电磁阀，气动阀或液压阀)半自动操作；还可用自动程序控制装置控制可控阀全自动操作，在控制装置中输入程序和参数，控制装置发出指令给阀，循环1-2步骤运行燃料电池。
[0032]因为倒极时从燃料电池直接输出的电的极性会改变，为保持原来的极性，倒极时需要将电的极性改变回来。一种方法通过连线操作:将负极输出电线连到原来的燃料电池正极，将正极输出电线连到原来的燃料电池负极；下次倒极再返回来。一种方法是用机械开关或电子开关。一种方法是连接整流电路。另一种方法是用电子开关变换电的正负，控制阀的程序控制装置同时控制电子开关。
[0033]此法可用来增加燃料电池的使用寿命。
[0034]方法3用可控阀自动操作，并增加耗尽过程
可控阀(例如电磁阀，气动阀或液压阀)连接到燃料电池通道入口出口方式同方法2 (如图1)，用自动程序控制装置控制阀。连接电子装置(例如:整流滤波器或电子开关)处理直接从燃料电池输出的电。在控制装置中输入程序和参数，控制装置发出指令给阀。
[0035]倒极前加入一个耗尽过程:使通道关闭而燃料电池保持运行，阳极通道和腔室的剩余氢气与阴极通道和腔室的剩余氧气会被燃料电池反应在短时间内耗尽。耗尽过程中，随剩余氢气与剩余氧气浓度下降，电池电压迅速下降。电流越大，耗尽时间越短。用一个电路或传感器监视电池电压并向控制装置发信号，在程序控制装置上设定指令，令耗尽过程从运行达到“倒极时间TK”开始，当电池电压下降到特定值时结束，或者到预先设定的耗尽过程时间结束。耗尽过程的时间可以在不同条件下根据电压从一般水平下降到特定值的时间测得(例如从0.680伏特到0.030伏特)，或依据电流密度和剩余气体在通道和腔室的体积计算出。
[0036]阳极通道和腔室的剩余氢气与阴极通道和腔室的剩余氧气应当在量上，依据化学计量比例(按燃料电池的反应方程:2H2+02=2H20，O2占空气体积的21%，I体积H2匹配约
2.38体积空气或者0.5体积纯氧气)和实际运行参数匹配。所以在耗尽过程中，用空气为氧化剂时，先停止输入燃料再停止输入空气，用纯氧气为氧化剂时，先停止输入纯氧气再停止输入燃料。延迟时间可依据燃料电池的参数计算出并设定在控制装置之中，也可以根据电池电压信号的变化情况设定。
[0037]状态A的耗尽过程:
空气为氧化剂时，先关闭Vfi^PVfm (或Vm，直接排空时)，再关闭Vmb和Vmjb (或Vot)。燃料剩余，耗尽在通道和腔室A ;空气输入，剩余，耗尽在通道和腔室B。
[0038]纯氧为氧化剂时，先关闭VraB和(或Vob),再关闭Vfia和Vm (或Voa)ο燃料输入，剩余，耗尽在通道和腔室A ;纯氧剩余,耗尽在通道和腔室B。
[0039]状态B的耗尽过程:
空气为氧化剂时，先关闭Vfib和Vtob (或Vob),再关闭VraA和Vmja (或Voa)0燃料剩余，耗尽在通道和腔室B ;空气输入，剩余，耗尽在通道和腔室A。
[0040]纯氧为氧化剂时，先关闭VraA和Vtoa (或Voa)0再关闭Vfib和Vtob (或Vob)0燃料输入，剩余，耗尽在通道和腔室B ;纯氧剩余,耗尽在通道和腔室A。
[0041]倒极运行
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到“倒极时间(Tk) ”，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即或等到燃料电池停止时，程序控制装置控制阀的开和关，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到“倒极时间(Tk) ”，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即或等到燃料电池停止时，程序控制装置控制阀的开和关，令燃料电池处于A状态。
[0042]重复1-2
因阴极阳极周期性地颠倒，从燃料电池直接输出的电是低频率交流电，耗尽过程会产生电的杂波。可用一个连接在燃料电池上的电子装置将低频率交流电变成标准的直流电。一种方法是用整流器或整流滤波器；另一种方法是用控制阀的程序控制装置配合控制电子开关变换电的极性。
[0043]此法可用来增加燃料电池寿命，可用来解决燃料电池的一氧化碳中毒问题。
[0044]本发明改变燃料电池的运行方式而不改变组件材料，仅用很少的成本和简单的操作就大幅度延长燃料电池的使用寿命，比如在PEMFCs膜两侧采用同样数量的Pt/C催化剂，令阴阳两极可以互换，仅增加1/3的催化剂成本，总成本仅增加约3%_9%，就可以令燃料电池增加近两倍寿命；本发明还有助解决PEMFCs (质子交换膜燃料电池)的一氧化碳的中毒问题，及清除空气和燃料中的少量催化剂污染物。
[0045]
【专利附图】
【附图说明】:
本发明共有一张附图，图1:用阀操作的燃料电池倒极运行图，图1中:
I氧化剂输出管道、2燃料输出管道、3电子装置、4燃料电池、5腔室A、6腔室B、7燃料输入管道、8氧化剂输入管道、9 Vfia:连接通道和腔室A进口的燃料输入阀、10 Vtoa:连接通道和腔室A出口的燃料输出阀、11 VraB:连接通道和腔室B进口的氧化剂输入阀、12 Vtob:连接通道和腔室B出口的氧化剂输出阀、13 Voia:连接通道和腔室A进口的氧化剂输入阀、14V00A:连接通道和腔室A出口的氧化剂输出阀、15 Vfib:连接通道出和腔室B进口的燃料输入阀、16 Vfob:连接通道和腔室B出口的燃料输出阀。
[0046]
【具体实施方式】
下面用实例说明【具体实施方式】:
实例I PEMFCs，原设计寿命(非倒极操作)1500小时，600次启停，氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的Pt/C催化剂，同样量0.4mg/cm2 Pt，同样的气体扩散层，双极板组件。
[0047]按实施方法1，设定Tk =250小时=1500小时/6。手工操作倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始记录运行时间。运行时间达到Tk =250小时后，等到燃料电池停止时，手工操作重新连接，令燃料电池处于B状态。将负极输出电线连到原来的燃料电池正极，将正极输出电线连到原来的燃料电池负极。2.运行燃料电池于状态B并开始记录运行时间。运行时间达到Tk =250小时后，燃料电池停止时，手工操作重新连接，令燃料电池处于A状态。将负极输出电线连回到原来的燃料电池负极，将正极输出电线连回到原来的燃料电池正极。
[0048]循环重复1-2。
[0049]
实例2 PEMFCs，氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的Pt/C催化剂，同样量0.4mg/cm2 Pt,同样的气体扩散层，双极板组件。
[0050]按实施方法2，用阀连接燃料电池的燃料和空气通道入口出口，连接整流电路处理直接从燃料电池输出的电。
[0051]设定Tk =150小时，手工操作阀倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始记录运行时间。运行时间达到Tk =150小时，立即或等到燃料电池停止时操作阀，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始记录运行时间。运行时间达到Tk =150小时，立即或等到燃料电池停止时操作阀，令燃料电池处于A状态。
[0052]循环重复1-2。
[0053]
实例3 PEMFCs，氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的Pt/C催化剂，同样量0.4mg/cm2 Pt,同样的气体扩散层，双极板组件。
[0054]按实施方法3，用电磁阀连接燃料电池的燃料和空气通道入口出口，用程序控制装置控制电磁阀，在燃料电池与输出电路间连接整流滤波电路；设定Tk =100小时，当运行时间达到Tk =100小时，耗尽过程开始，当电池电压下降到0.010伏特时结束。自动控制倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =100小时，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气);立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =100小时，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于A状态。循环重复1-2。[0055]
实例4 PEMFCs，用含3000ppm —氧化碳的氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的气体扩散层，双极板组件，同样的Pt/C催化剂，同样量0.45mg/cm2 Pt。电池温度75°C,工作电流密度500mA/ cm2。
[0056]按实施方法3，用电磁阀连接燃料电池的燃料和空气通道入口出口，用程序控制装置控制电磁阀，在燃料电池与输出电路间连接整流滤波电路；
设定Tk =10秒，当运行时间达到Τκ，耗尽过程开始，当电池电压下降到0.010伏特时结束。自动控制倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到!1, =10秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =10秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于A状态。
[0057]循环重复1-2。
[0058]
实例5 PEMFCs，用含1000ppm —氧化碳的氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的气体扩散层，双极板组件，同样的Pt/C催化剂，同样量0.45mg/cm2 Pt。电池温度75°C,工作电流密度600mA/ cm2。
[0059]按实施方法3，用电磁阀连接燃料电池的燃料和空气通道入口出口，用程序控制装置控制电磁阀，在燃料电池与输出电路间连接电子开关电路；设定Tk =20秒，当运行时间达到Τκ，耗尽过程开始，当电池电压下降到0.010伏特时结束。自动控制倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到!1, =20秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于B状态。
[0060]2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =20秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于A状态。
[0061]循环重复1-2。
[0062]
实例6 PEMFCs，用含IOOppm —氧化碳的氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的气体扩散层，双极板组件，同样的Pt/C催化剂，同样量0.45mg/cm2 Pt。燃料电池工作温度75°C，工作电流密度200mA/ cm2。
[0063]按实施方法3，用电磁阀连接燃料电池的燃料和空气通道入口出口，用程序控制装置控制电磁阀，在燃料电池与输出电路间连接整流滤波电路；设定Tk =400秒，当运行时间达到Τκ，耗尽过程开始，当电池电压下降到0.010伏特时结束。自动控制倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =400秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于B状态。
[0064]2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =400秒，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于A状态。
[0065]循环重复1-2。
[0066]
实例7磷酸燃料电池，用含0.1% 一氧化碳的氢气为燃料，空气为氧化剂；电解质膜两侧用同样的Pt/C催化剂，同样量0.5mg/cm2 Pt，同样的气体扩散层，双极板组件，燃料电池工作温度190°C，工作电流密度300mA/cm2。
[0067]按实施方法3，用电磁阀连接燃料电池的燃料和空气入口通道出口，用程序控制装置控制电磁阀，在燃料电池与输出电路间连接电子开关电路；设定Tk =300小时，当运行时间达到Tk =300小时，耗尽过程开始，当电池电压下降到0.010伏特时结束。自动控制倒极运行:
1.运行燃料电池于状态A并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =300小时，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于B状态。2.运行燃料电池于状态B并开始自动记录运行时间。运行时间达到Tk =300小时，耗尽通道和腔室里余下的反应物(氢气和氧气)；立即控制电磁阀的开和关，令燃料电池处于A状态。 [0068]循环重复1-2。
[0069]
References
1.W.-K.Lee, J.W.Van Zee, and M.Murthy.Characterizing CO Transients in aPEMFC Fuel Cells 2003，3，N0.1-2:52-58
2.JingxinZhang.2004.1nvestigation of Tolerance in Proton ExchangeMembrane Fuel Cells (D) Ph.D.Dissertation Worcester Polytechnic Institute238pp.
【权利要求】
1.一种燃料电池运行方式，其特征是:在阴极和阳极可以交换的燃料电池的电解质膜两侧，通过交替轮换输入燃料和氧化剂，周期性地颠倒阳极和阴极。
2.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:根据原来不倒极运行的寿命设定倒极时间，隔一定的运行时间在燃料电池停止或运行时就倒极一次，如此反复，用来延长燃料电池使用寿命，倒极时间Tk=原来不倒极运行的寿命/η，η是一个数字，η=2或η>2。
3.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:含一氧化碳的富氢气体为燃料时，倒极时间小于或者等于死时间“Dead Time”，隔一定的运行时间在燃料电池停止或运行时就倒极一次，如此反复循环。
4.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:含一氧化碳的富氢气体为燃料时，根据燃料电池电压信号变化情况定设倒极时间，隔一定的运行时间在燃料电池停止或运行时就倒极一次，在一氧化碳没有令燃料电池电压下降到原来电压的特定比例时，进行倒极操作，如此反复循环。
5.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:在倒极前加入一个耗尽过程，用燃料电池反应消耗残留在通道和腔室内的燃料和氧化剂，避免频繁倒极时通道和腔室的剩余气体与倒极后更换的气体反应损伤燃料电池。
6.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:通过重新连线，或者整流，或者使用机械或电子开关方法将在倒极时从燃料电池直接输出的电的极性改变回来。
7.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:通过重新连接燃料和氧化剂的管道进行倒极操作。
8.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:通过在连接燃料和氧化剂的管道上设置阀，控制阀进行倒极操作。
9.根据权利要求1所述的燃料电池运行方式，其特征是:通过在连接燃料和氧化剂的管道上设置阀，用自动装置控制阀进行自动倒极操作。
【文档编号】H01M8/04GK103996864SQ201310052470
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月18日 优先权日:2013年2月18日
【发明者】黄潮 申请人:黄潮