CN102104163B - 一种燃料电池的保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池的保护系统，包括燃料电池和氢气供给装置，在燃料电池出口或/和入口设置有氢氧反应罐，其中内置用于催化氢氧反应的催化剂。当燃料电池启动或停止时，氢气与空气中的氧气在所述的氢氧反应罐内反应，从而防止氢气与空气混合后进入燃料电池对膜电极和双极板产生腐蚀作用，延长燃料电池的耐久性。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池的保护系统。
背景技术
燃料电池在非工作条件下，通常会有空气进入阳极，再次启动过程中，氢气进入阳极后会在膜电极催化剂作用下与空气中的氧气反应生成大量热，导致催化剂烧结，并导致质子膜损伤，影响燃料电池的耐久性。此外氢气与空气混合在膜电极内部也会形成复杂电化学体系，导致膜电极与双极板的损伤。燃料电池在停机过程中，会有空气随着氢气排空管道进入阳极，仍然会发生氢气与空气混合，产生上述反应损害燃料电池寿命。
现有技术中，为防止燃料电池发生上述损伤，通常采用氮气吹扫的办法来放置氢气与空气直接在电池内部混合，但氮气需要额外容器经常充装，不方便使用，具体参见专利号为ZL200720015229.8的中国实用新型专利中的公开。
此外，专利号为ZL200710157420.0的中国发明专利公开了一种保护燃料电池汽车发动机的自生成氮气吹扫装置，该装置采用脱氧剂来脱除空气中的氧气生成氮气对燃料电池阳极进行吹扫。但该脱氧剂再生需要燃料电池输出的电能对其进行加热再生，增加了系统控制的复杂性和电能的消耗。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池的保护系统，避免燃料电池启动与停止期间，氢气与空气混合进入阳极对电池耐久性造成的损害。
一种燃料电池的保护系统，包括燃料电池和氢气供给装置，在所述燃料电池出口或/和入口设置有氢氧反应罐，所述氢氧反应罐中内置用于催化氢氧反应的催化剂。
其中，所述的氢氧反应罐的容积为所述的燃料电池中的氢气室容积的0.1倍以上，优选为0.5～5倍，既可使得氢气和氧气在其中混合均匀，又不会占用太多的体积。
其中，所述的催化剂为金属催化剂，可为负载型，也可为非负载型，优选为负载型金属催化剂；所述的催化剂的活性成分为铂、钯、铑、钌、铱、镍、银中的一种或几种。
其中，所述的催化剂在所述的氢氧反应罐中可呈多孔状结构堆放，以增加与气体接触面积并使进入氢氧反应罐的气体能够充分混合，提高催化效果。
其中，所述的催化剂用量以从所述的氢氧反应罐出来的气体中的氢气或氧气至少一种的体积百分比含量降至5％以下为准。
所述的燃料电池的保护系统中，在燃料电池出口和入口均设置有氢氧反应罐时，由氢气供给装置输出的氢气，先通过燃料电池入口的氢氧反应罐，然后再进入燃料电池中；燃料电池排出的尾气先通过燃料电池出口的氢氧反应罐，然后再进行排放。
本发明中，既可在入口和出口单独设置所述的氢氧反应罐，也可在入口和出口同时设置所述的氢氧反应罐。当燃料电池启动或停止时，氢气与空气中的氧气在所述的氢氧反应罐内反应，从而防止氢气与空气混合后进入燃料电池对膜电极和双极板产生腐蚀作用，延长燃料电池的耐久性。
附图说明
图1为本发明的燃料电池的保护系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1
如图1所示，一种燃料电池的保护系统，依次包括：氢气供给装置、燃料电池入口氢氧反应罐、燃料电池和燃料电池出口氢氧反应罐，在燃料电池入口氢氧反应罐和燃料电池出口氢氧反应罐中呈多孔状结构堆放球状Pt/Al2O3催化剂(可由杭州凯明催化剂有限公司购得)，催化剂中Pt的质量百分含量为1％，催化剂粒径3mm，催化剂用量为40克，堆体积为40ml，燃料电池入口氢氧反应罐和燃料电池出口氢氧反应罐容积均为50ml。
以100W燃料电池为例，燃料电池中的氢气室容积约为50ml，此时，燃料电池中的氢气室容积与燃料电池入口氢氧反应罐(或者燃料电池出口氢氧反应罐)的容积之比为1∶1。
当打开氢气供给装置，氢气首先进入燃料电池入口氢氧反应罐，在催化剂的作用下与其中残余空气中的氧气发生反应，然后再进入燃料电池，从而防止了氢氧混合气体在燃料电池膜电极表面反应。
关机时，空气逐渐从尾排口进入燃料电池出口氢氧反应罐，并在其中与残留的氢气发生反应，然后逐渐扩散进入燃料电池内部，从而防止了氢氧混合气体在燃料电池膜电极表面反应。
实施例2
一种燃料电池的保护系统，依次包括：氢气供给装置、燃料电池入口氢氧反应罐、燃料电池和燃料电池出口氢氧反应罐，在燃料电池入口氢氧反应罐和燃料电池出口氢氧反应罐中呈多孔状结构堆放球状钯/碳酸钙催化剂(可由杭州凯明催化剂有限公司购得)，催化剂中钯的质量百分含量为5％，催化剂粒径4mm，催化剂用量为500克，堆体积为500ml，燃料电池入口氢氧反应罐和燃料电池出口氢氧反应罐容积均为500ml。
以1000W燃料电池为例，燃料电池中的氢气室容积约为400ml，此时，燃料电池中的氢气室容积与燃料电池入口氢氧反应罐(或者燃料电池出口氢氧反应罐)的容积之比为0.8∶1。
当打开氢气供给装置，氢气首先进入燃料电池入口氢氧反应罐，在催化剂的作用下与其中残余空气中的氧气发生反应，然后再进入燃料电池，从而防止了氢氧混合气体在燃料电池膜电极表面反应。
关机时，空气逐渐从尾排口进入燃料电池出口氢氧反应罐，并在其中与残留的氢气发生反应，然后逐渐扩散进入燃料电池内部，从而防止了氢氧混合气体在燃料电池膜电极表面反应。
Claims (6)
1.一种燃料电池的保护系统，包括燃料电池和氢气供给装置，其特征在于，所述的燃料电池的出口和入口设置有氢氧反应罐，所述的氢氧反应罐中内置用于催化氢氧反应的催化剂。
2.如权利要求1所述的燃料电池的保护系统，其特征在于，所述的氢氧反应罐的容积为所述的燃料电池中的氢气室容积的0.1倍以上。
3.如权利要求1所述的燃料电池的保护系统，其特征在于，所述的氢氧反应罐的容积为所述的燃料电池中的氢气室容积的0.5～5倍。
4.如权利要求1所述的燃料电池的保护系统，其特征在于，所述的催化剂为金属催化剂，所述的催化剂的活性成分为铂、钯、铑、钌、铱、镍、银中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的燃料电池的保护系统，其特征在于，所述的催化剂为球状Pt/Al2O3催化剂。
6.如权利要求1所述的燃料电池的保护系统，其特征在于，所述的催化剂在所述的氢氧反应罐中呈多孔状结构堆放。
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