DE102007059999A1

DE102007059999A1 - Verfahren zum Mindern von Brennstoffzellen-Verschlechterung aufgrund von Einschalten und Abschalten mittels Wasserstoff-/Stickstoffspeicherung

Info

Publication number: DE102007059999A1
Application number: DE102007059999A
Authority: DE
Inventors: Paul Taichiang Yu; Frederick T. Wagner; Glenn W. Skala; Balsu Lakshmanan; John P. Salvador
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: CN101222064A; JP4938636B2; CN101222064B; US8492046B2; DE102007059999B4; JP2008177162A; US20080145716A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben des eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite. Die Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, die zum Betreiben einer primären elektrischen Vorrichtung verwendet wird. Zum Abschalten des Stapels wird in einer Ausführungsform die primäre elektrische Vorrichtung von dem Stapel getrennt. Die Luftströmung in die Kathodenseite wird unterbunden und an der Anodenseite wird Wasserstoffüberdruck aufrechterhalten. Der Brennstoffzellenstapel wird kurzgeschlossen, und es wird ein Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff zugelassen. Die Einlass- und Auslassventile der Anoden- und der Kathodenseite werden geschlossen. Danach wird das Strömen von Wasserstoff in die Anodenseite unterbunden und das Strömen von Abgas von der Kathodenseite wird unterbunden.

Description

Technisches Gebiet
Das Gebiet, das die Offenbarung allgemein betrifft, umfasst Verfahren zum Betreiben von Brennstoffzellenstapeln einschließlich Einschalten und Abschalten solcher Brennstoffzellenstapel.
Hintergrund der Erfindung
Bei Fahrzeuganwendungen müssen Brennstoffzellenstapel unter Umständen über 30.000 Einschalt-/Abschaltzyklen durchlaufen. Der Normalbetrieb eines Brennstoffzellenstapels umfasst das ständige Strömen von Wasserstoff in die Anodenseite und von Luft in die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels. Wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet wird, können sich, wenn der Stromkreis offen ist und keine Last mehr über der Zelle anliegt, unzulässige Anoden- und Kathodenpotentiale aufbauen, was zu Oxidation und Korrosion von Katalysator oder Katalysatorträger sowie Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle führt.
Zusammenfassung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben des eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite. Die Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, die zum Betreiben einer primären elektrischen Vorrichtung verwendet wird. Zum Abschalten des Stapels wird die primäre elektrische Vorrichtung von dem Stapel getrennt. Das Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite wird unterbunden, und an der Anodenseite wird Wasserstoffüberdruck aufrechterhalten. Der Brennstoffzellenstapel wird kurzgeschlossen, und es wird ein Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff von der Anodenseite zugelassen. Dann werden die Einlass- und Auslassventile der Anoden- und Kathodenseite geschlossen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst das Betreiben eines eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite. Die Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, die zum Betreiben einer primären elektrischen Vorrichtung verwendet wird. Zum Abschalten des Stapels wird die primäre elektrische Vorrichtung von dem Stapel getrennt und der Stapel wird kurzgeschlossen. Das Strömen von Luft in die Kathodenseite wird unterbunden, und der Austrag von der Kathodenseite wird ebenfalls unterbunden. Der Austrag von der Anodenseite wird unterbunden, während ein Wasserstoffüberdruck an der Anodenseite aufrechterhalten wird. In die Kathodenseite wird Wasserstoff eingespritzt, um den Sauerstoff in der Kathodenseite zu verbrauchen und den Druckverlust an der Kathodenseite aufgrund des Verbrauchens von Sauerstoff auszugleichen, der sowohl durch Wasserstoffeinspritzung als auch Durchtreten von Wasserstoff von der Anodenseite verbraucht wurde.
Andere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend vorgesehenen näheren Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die nähere Beschreibung und spezifische Beispiele zwar die beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zeigen, aber lediglich zum Zweck der Veranschaulichung gedacht sind und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Anhand der näheren Beschreibung und der Begleitzeichnungen lassen sich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser verstehen.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems und eines Verfahrens zum Betreiben derselben nach einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt einen Teil eines Brennstoffzellenstapels nach einer Ausführungsform der Erfindung.
Eingehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und soll keinesfalls die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungszwecke beschränken.
Unter Bezug nun auf 1 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung das Betreiben eines eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite, wobei Elektrizität zum Betreiben einer primären elektrischen Vorrichtung (Schritt 200) erzeugt wird. Das Abschalten des Stapels umfasst das Trennen des Stapels von der primären elektrischen Vorrichtung und das Unterbinden des Strömens von Luft in die Kathodenseite (Schritt 202). Das Aufrechterhalten eines Wasserstoffüberdrucks an der Anodenseite (Schritt 204). Das Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels und das Zulassen des Verbrauchens von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff von der Anodenseite (Schritt 206). Danach das Unterbinden des Strömens von Wasserstoff in die Anodenseite und das Schließen der Einlass- und Auslassventile sowohl der Anoden- als auch der Kathodenseite (Schritt 208). Dieser Wasserstoffüberdruck in der Anode sollte zumindest ausreichend sein, um den Druckverlust aufgrund einer Abnahme der Stapeltemperatur von der Betriebstemperatur auf die Raumtemperatur und den Druckverlust aufgrund von Wasserdampfkondensation auszugleichen.
Unter Bezug nun auf 2 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Luft in die Kathodenseite und Erzeugen von Elektrizität zum Betreiben einer primären elektrischen Vorrichtung (Schritt 210). Das Abschalten des Brennstoffzellenstapels umfasst das Trennen des Stapels von der primären elektrischen Vorrichtung und das Anlegen einer Hilfslast (Schritt 212). Das Unterbinden des Strömens von Luft in die Kathodenseite und das Schließen des Einlass- und Auslassventils der Kathodenseite (Schritt 214). Das Schließen der Einlass- und Auslassventile an der Anodenseite, während an der Anodenseite ein Wasserstoffüberdruck aufrechterhalten wird (Schritt 216). Das Kurzschließen des Stapels und das Einspritzen von Wasserstoff in die Kathodenseite, um den Sauerstoff in der Kathodenseite aufzuzehren und den Druckverlust aufgrund des Verbrauchens von Sauerstoff auszugleichen (Schritt 218).
Unter Bezug nun auf 3 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung ein Brennstoffzellensystem 100 mit einem Brennstoffzellenstapel 10, der eine Festpolyelektrolytmembran 12 umfasst, und mit einer Anodenseite 16, die ein Anodenreaktandengasströmungsfeld umfasst, und mit einer Kathodenseite 14, die ein Kathodenreaktionsgasströmungsfeld umfasst. Es ist eine Lufteinlassleitung 18 vorgesehen, die mit einem Luftverdichter 20 verbunden ist. Eine Luftverdichter-Auslassleitung 22 ist von dem Verdichter 20 zur Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 angeschlossen, und in der Luftverdichter-Auslassleitung 22 ist ein erstes Ventil 24 vorgesehen. Es ist eine Wasserstoffquelle 26 vorgesehen, beispielsweise verdichteter Wasserstoff in einem Speichertank oder flüssiger Wasserstoff in einem Speichertank. Eine erste Wasserstofftank-Auslassleitung 28 ist an einem Ende mit der Wasserstoffquelle 26 und an einem zweiten Ende mit der Anodenseite 16 eines Brennstoffzellenstapels 10 verbunden vorgesehen. Ein zweites Ventil 30 ist in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung 28 vorgesehen, um das Strömen von Gas durch diese zu steuern. Eine zweite Wasserstofftank-Auslassleitung 38 ist vorgesehen und ist an einem Ende an der Wasserstoffquelle 26 und an dem anderen Ende an der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 angeschlossen. Ein drittes Ventil 40 ist in der zweiten Wasserstofftank-Auslassleitung 38 vorgesehen, um das Strömen von Gas durch diese zu steuern. Eine Batterie 400 kann mit dem Luftverdichter 20 verbunden werden, um diesen zu betreiben. Ansonsten wird der Verdichter 20 durch von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte Elektrizität betrieben.
Eine Kathodenabgasleitung 44 ist an einem Ende mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden vorgesehen und umfasst darin ein viertes Ventil 46 zum Steuern des Strömens von Gas durch diese. Eine Anoden-Abgasleitung 48 ist an einem Ende mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden vorgesehen und kann an einem zweiten Ende offen sein, um zur Atmosphäre hin abzulassen. Ein fünftes Ventil 50 ist in der Anoden-Abgasleitung 48 vorgesehen, um das Strömen von Gas durch diese zu steuern.
Ein erster elektrischer Pfad 60 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden und umfasst eine primäre elektrische Vorrichtung oder Last 62 und einen ersten elektrischen Schalter 64, um die Last 62 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 zu verbinden und von diesem zu trennen. Die Last 62 kann ein Elektromotor oder eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs sein. Ein zweiter elektrischer Pfad 66 ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden und umfasst eine Vorrichtung relativ niedriger Last, beispielsweise einen Widerstand 68, sowie einen zweiten elektrischen Schalter 70 zum Verbinden des Widerstands 68 mit dem Brennstoffzellenstapel und zum Trennen desselben davon.
Während Normalbetriebs des Brennstoffzellenstapels 10 ist das erste Ventil 24 in der Luftverdichter-Auslassleitung 22 offen, und das vierte Ventil 46 in der Kathodenabgasleitung 44 ist ebenfalls geöffnet, so dass die Luft durch die Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels zugeführt werden kann. Das zweite Ventil 30 in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung 28 ist geöffnet, und das fünfte Ventil 50 in der Anoden-Abgasleitung 48 ist ebenfalls geöffnet, so dass Wasserstoff durch die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt werden kann. In einer Ausführungsform wird zum Abschalten des Brennstoffzellenstapels 10 der Wasserstoff druck an der Anodenseite 16 bei einem Druck etwas über Umgebungsdruck gehalten, um ein Eindringen von Luft aus der Umgebung zu verhindern, während die Kathode noch mit nicht verbrauchtem Sauerstoff gefüllt ist. Die primäre Last 62 wird von dem Brennstoffzellenstapel 10 durch Öffnen des Schalters 64 in dem ersten elektrischen Pfad 60 getrennt. Hilfsstrom, zum Beispiel aus der Batterie 400, wird zum Betreiben verschiedener Komponenten des Brennstoffzellenstapels genutzt, darunter des Luftverdichters 20. Daher wird eine Leerlaufspannung vermieden. Danach wird das erste Ventil 24 in der Luftverdichter-Auslassleitung 22 ebenso wie das fünfte Ventil 50 in der Anoden-Abgasleitung 48 geschlossen. Die Stapelspannung beginnt zu fallen, und der zweite elektrische Schalter 70 in dem zweiten elektrischen Pfad 66 wird geschlossen, um zum Kurzschließen des Stapels 10 den Widerstand 68 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 zu verbinden. In einer Ausführungsform wird der zweite elektrische Schalter 70 geschlossen, nachdem die Stapelspannung in etwa 0,2 V/Zelle beträgt. Wenn die Zellenspannung auf in etwa 0,05 V gefallen ist, ist der Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff, der von der Anodenseite 16 durch die Festelektrolytmembran 12 zur Kathodenseite 14 durchgetreten ist, vollständig verbraucht. Die Kathodenseite 14 ist jetzt vollständig mit Stickstoff und Wasserdampf gefüllt. Danach wird das vierte Ventil 46 in der Kathodenabgasleitung 44 geschlossen, und das zweite Ventil 30 in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung wird ebenfalls geschlossen, wobei in der Anode ein Wasserstoffüberdruck aufrechterhalten wird, um den Druckverlust aufgrund einer Abnahme von Stapeltemperatur und Wasserdampfkondensation auszugleichen. In die Anodenseite 16 oder Kathodenseite 14 eindringende Luft wird durch Zurückhalten von Wasserstoff sowohl in der Anodenseite als auch der Kathodenseite verbraucht. Sowohl die Kathodenseite 14 als auch die Anodenseite 16 sind zur Abschaltspeicherung mit einem Gas gefüllt, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
Unter erneutem Bezug auf 3 umfasst eine andere Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Abschalten des Brennstoffzellenstapels, welches das Aufrechterhalten von Wasserstoffdruck in der Anodenseite, der etwas über Umgebungsdruck liegt, das Trennen des Stapels 10 von der primären Last 62 und das Nutzen von Hilfsstrom zum Vermeiden von Leerlaufspannung des Stapels umfasst. Das erste Ventil 24 in der Luftverdichter-Auslassleitung 22 wird ebenso wie das vierte Ventil 46 in der Kathodenabgasleitung 44 geschlossen. Das fünfte Ventil 50 in der Anodenseiten-Abgasleitung 48 wird geschlossen, und das dritte Ventil 40 in der zweiten Wasserstofftank-Auslassleitung 38 wird geöffnet, um Wasserstoff in die Kathodenseite 46 der Brennstoffzelle einzuspritzen, um die Druckänderungen aufgrund der Wasserstoff-/Sauerstoffreaktion in der Kathodenseite 14 auszugleichen. Folglich beginnt die Stapelspannung zu fallen, und der Brennstoffzellenstapel 10 wird durch Verbinden des Widerstands 68 in dem zweiten elektrischen Pfad 66 mit dem Stapel 10 kurzgeschlossen. In einer Ausführungsform wird der Stapel kurzgeschlossen, wenn die Stapelspannung in etwa 0,2 V/Zelle beträgt. Wenn die Brennstoffzellenspannung auf in etwa 0,05 V gefallen ist, ist der Sauerstoff in der Kathodenseite 14 von dem Wasserstoff restlos verbraucht. Die Kathodenseite 14 ist jetzt mit Wasserstoff/Stickstoff und einer geringen Menge an Wasser gefüllt. Die Anodenseite 16 ist ebenfalls mit Wasserstoff gefüllt. In die Anodenseite 16 oder Kathodenseite 14 eindringende Luft wird wiederum durch Wasserstoff verbraucht, und sowohl die Kathodenseite 14 als auch die Anodenseite 16 sind zur Abschaltspeicherung mit einem Gas gefüllt, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
Der Brennstoffzellenstapel 10 kann eingeschaltet werden durch: Öffnen der entsprechenden Ventile 30, 50, um Wasserstoff durch die Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 10 strömen zu lassen, während der Stapel kurzgeschlossen ist, gefolgt von Trennen des kurzgeschlossenen Stapels. Danach Öffnen der Ventile 24, 46, was Luft durch die Kathodenseite 14 strömen lässt. Das dritte Ventil 40 wird geschlossen, um ein Strömen von Wasserstoff in die Kathodenseite 14 zu verhindern. Der zweite elektrische Schalter 70 wird geöffnet, um den Widerstand 68 von dem Brennstoffzellenstapel 10 zu trennen, und der erste elektrische Schalter 64 wird geschlossen, um die primäre Last 62 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 zu verbinden.
Unter Bezug nun auf 4 kann eine Ausführungsform der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel 10 verwenden, der eine Bipolarplatte 302 und einen aus weichen Komponenten, so genannten Soft Goods, bestehenden Abschnitt 312 umfasst. Die Bipolarplatte 302 und der aus weichen Komponenten bestehende Abschnitt 312 wiederholen sich, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, wobei die Bipolarplatten 302 in Reihe verbunden sind. Die Bipolarplatte 302 kann ein Einzelteil sein oder kann ein erstes Teil 301 und ein zweites Teil 303 umfassen, die zum Beispiel durch Schweißen aneinander befestigt wurden. Die Bipolarplatte 302 kann verschiedene Konfigurationen annehmen, darunter ein Metallsubstrat, das maschinell bearbeitete, gestanzte Metallfolien aufweist, die aneinander befestigt sind, oder ein geformter, elektrisch leitender Verbundwerkstoff. Die Bipolarplatte 302 kann eine erste Fläche 304 mit mehreren Stegen 306 und Kanälen 308 umfassen, die darin festgelegt sind. Die Bipolarplatte 302 kann eine zweite Fläche 400 umfassen, die analog mehrere Stege 306 und mehrere Kanäle 308 umfasst, die darin ausgebildet sind. Die Kanäle 308 an beispielsweise einer Seite 304 der Bipolarplatte 302 können das Anodenreaktandengasströmungsfeld bilden, und die Kanäle 308 an beispielsweise der anderen Seite 400 der Bipolarplatte 302 können das Kathodenreaktandengasströmungsfeld bilden. In der Bipolarplatte 302 können Kühlkanäle 310 vorgesehen sein.
Der aus weichen Komponenten bestehende Abschnitt 312 kann eine Festelektrolytmembran 314 mit einer ersten Fläche 316 und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche 318 umfassen. An der ersten Fläche 316 der Elektrolytmembran 314 kann eine poröse Kathode 320 vorgesehen sein. Die Kathode 320 umfasst einen Katalysator und einen leitenden Träger, beispielsweise Platin auf Kohlenstoffpartikeln, sowie ein Ionomer. Eine mikroporöse Schicht 322 kann über der Kathode 320 vorgesehen sein. Die mikroporöse Schicht 322 hat relativ kleine Poren und kann Partikel in einem Bindemittel umfassen, beispielsweise Kohlenstoffpartikel und Polytetrafluorethylen (PTFE). Eine poröse Gasdiffusionsmedienschicht 324 kann über der mikroporösen Schicht 322 vorgesehen sein. Die poröse Gasdiffusionsmedienschicht 324 kann aus einem beliebigen porösen, elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kohlepapier oder Filz, bestehen. Die Bipolarplatte 302 kann über der Gasdiffusionsmedienschicht 324 vorgesehen werden. Eine poröse Anode 326 kann unter der zweiten Fläche 318 der Festelektrolytmembran 314 liegend vorgesehen werden. Die Anode 326 umfasst einen Katalysator auf einem elektrisch leitenden Träger, beispielsweise Platin auf Kohlenstoffpartikeln, sowie ein Ionomer. Eine zweite mikroporöse Schicht 328 kann unter der Anode 326 liegend vorgesehen werden. Eine zweite Gasdiffusionsmedienschicht 330 kann unter der zweiten mikroporösen Schicht 328 liegend vorgesehen werden. Eine weitere Bipolarplatte 302 wird unter der zweiten Gasdiffusionsmedienschicht 330 liegend gezeigt.
Wenn der Begriff „Luft" zum Beschreiben eines Reaktandengases oder eines Spülgases verwendet wird, soll diese gleichwertig mit einem sauerstoffreichen Gas, beispielsweise sauerstoffreicher Luft oder reinem Sauerstoff, betrachtet werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abänderungen derselben nicht als ein Abweichen vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung zu sehen.

Claims

Verfahren umfassend: Betreiben eines Brennstoffzellenstapels mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite, wobei das Betreiben das Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und das Strömenlassen von Sauerstoff und Stickstoff umfassender Luft in die Kathodenseite, das Erzeugen von Elektrizität und das Betreiben einer mit dem Stapel verbundenen primären elektrischen Vorrichtung mittels der Elektrizität umfasst; Abschalten des Stapels, welches umfasst: Trennen des Stapels von der primären elektrischen Vorrichtung; Unterbinden des Strömens von Sauerstoff und Stickstoff umfassender Luft in die Kathodenseite und Aufrechterhalten eines Wasserstoffüberdrucks an der Anodenseite; Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels und Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff; danach Unterbinden des Strömens von Wasserstoff in und aus der Anodenseite und Unterbinden des Strömens von Abgas von der Kathodenseite.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff das Durchtretenlassen von Wasserstoff von der Anodenseite zur Kathodenseite zum Verbrauchen des Sauerstoffs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff das Einspritzen von Wasserstoff in die Kathodenseite umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Unterbinden des Strömens von Wasserstoff in die und aus der Anodenseite und dem Unterbinden des Strömens von Abgas von der Kathodenseite sowohl die Kathodenseite als auch die Anodenseite ein Gas darin aufweisen, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels nach Trennen des Stapels von der primären Last umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels das Schließen eines den Brennstoffzellenstapel und einen Widerstand umfassenden Stromkreises umfasst.
Verfahren umfassend: Betreiben eines eine Anodenseite und eine Kathodenseite aufweisenden Brennstoffzellenstapels durch Strömenlassen von Wasserstoff in die Anodenseite und Strömenlassen von Sauerstoff und Stickstoff umfassender Luft in die Kathodenseite, Erzeugen von Elektrizität mit einem Brennstoffzellenstapel und Betreiben einer mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen primären elektrischen Vorrichtung mittels der Elektrizität; Abschalten des Brennstoffzellenstapels, welches das Trennen des Brennstoffzellenstapels von der primären elektrischen Vorrichtung umfasst; Unterbinden des Strömens von Sauerstoff und Stickstoff umfassender Luft in die Kathodenseite und Unterbinden des Austrags von der Kathodenseite; Unterbinden des Austrags von der Anodenseite, während an der Anodenseite ein Wasserstoffüberdruck aufrechterhalten wird; Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels; Einspritzen von Wasserstoff in die Kathodenseite, um den Sauerstoff in der Kathodenseite zu verbrauchen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kurzschließen des Brennstoffzellenstapels das Schließen eines den Brennstoffzellenstapel und einen Widerstand umfassenden Stromkreises umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verbrauchen von Sauerstoff in der Kathodenseite durch Wasserstoff das Durchtretenlassen von Wasserstoff von der Anodenseite zur Kathodenseite zum Verbrauchen des Sauerstoffs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem Unterbinden des Strömens von Wasserstoff in die Anodenseite und dem Unterbinden des Strömens von Abgas von der Kathodenseite sowohl die Kathodenseite als auch die Anodenseite ein Gas darin aufweisen, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
Prozess umfassend: Vorsehen eines Brennstoffzellensystems mit einem eine Festelektrolytmembran umfassenden Brennstoffzellenstapel, wobei der Stapel umfasst: eine Anodenseite mit einem Anodereaktandengasströmungsfeld und eine Kathodenseite mit einem Kathodenreaktionsgasströmungsfeld, eine mit einem Luftverdichter verbundene Lufteinlassleitung, eine von dem Verdichter zu der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels angeschlossene Luftverdichter-Auslassleitung sowie ein erstes Ventil in der Luftverdichter-Auslassleitung, eine Wasserstoffquelle und eine mit der Wasserstoffquelle und mit der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels verbundene erste Wasserstofftank-Auslassleitung, ein zweites Ventil in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung zum Steuern der Gasströmung dadurch, eine mit der Wasserstoffquelle und mit der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels verbundene zweite Wasserstofftank-Auslassleitung, ein drittes Ventil in der zweiten Wasserstofftank-Auslassleitung zum Steuern der Gasströmung dadurch, eine mit dem Luftverdichter verbundene Batterie zum Betreiben desselben, eine mit dem Brennstoffzellenstapel verbundene Kathodenabgasleitung und ein viertes Ventil in der Kathodenabgasleitung zum Steuern der Gasströmung durch diese, eine mit dem Brennstoffzellenstapel verbundene Anodenabgasleitung und ein fünftes Ventil in der Anodenabgasleitung zum Steuern der Gasströmung durch diese, einen mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen ersten elektrischen Pfad, wobei der erste elektrische Pfad eine primäre elektrische Vorrichtung und einen ersten elektrischen Schalter zum Verbinden der primären elektrischen Vorrichtung mit dem Brennstoffzellenstapel und zum Trennen derselben davon umfasst, einen mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen zweiten elektrischen Pfad, wobei der zweite elektrische Pfad einen Widerstand und einen zweiten elektrischen Schalter zum Verbinden des Widerstands mit dem Brennstoffzellenstapel und zum Trennen desselben davon umfasst; Öffnen des ersten Ventils in der Luftverdichter-Auslassleitung und des vierten Ventils in der Kathodenabgasleitung, so dass die Luft durch die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels zugeführt werden kann, Öffnen des zweiten Ventils in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung und des fünften Ventils in der Anodenabgasleitung, so dass Wasserstoff durch die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels zugeführt werden kann; Abschalten des Brennstoffzellenstapels durch Halten von Wasserstoffdruck an der Anodenseite bei einem Druck etwas über Umgebungsdruck, um ein Eindringen von Luft aus der Umgebung zu verhindern, während die Kathode noch mit nicht verbrauchtem Sauerstoff gefüllt ist, Trennen der primären elektrischen Vorrichtung von dem Brennstoffzellenstapel durch Öffnen des Schalters in dem ersten elektrischen Pfad, Verwenden der Batterie zum Betreiben verschiedener Komponenten des Brennstoffzellenstapels, darunter des Luftverdichters; danach Schließen des ersten Ventils in der Luftverdichter-Auslassleitung und des fünften Ventils in der Anodenabgasleitung, Schließen des zweiten elektrischen Schalters in dem zweiten elektrischen Pfad, wenn die Stapelspannung zu fallen beginnt, um den Widerstand mit dem Brennstoffzellenstapel zu verbinden, um den Stapel kurzzuschließen, und damit der Sauerstoff in der Kathodenseite durch von der Anodenseite durch die Festelektrolytmembran zur Kathodenseite durchtretenden Wasserstoff vollständig verbraucht ist und die Kathodenseite vollständig mit Stickstoff und Wasserdampf gefüllt ist; danach Schließen des vierten Ventils in der Kathodenabgasleitung und des zweiten Ventils in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung, während in der Anode ein Wasserstoffüberdruck gehalten wird, um den Druckverlust aufgrund einer Stapeltemperaturabnahme und Wasserdampfkondensation auszugleichen, so dass in die Anodenseite oder Kathodenseite eindringende Luft durch in der Anodenseite bzw. Kathodenseite verbleibenden Wasserstoff verbraucht wird und dass sowohl die Kathodenseite als auch die Anodenseite mit einem Gas zur Abschaltspeicherung gefüllt sind, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
Prozess umfassend: Vorsehen eines Brennstoffzellensystems mit einem eine Festelektrolytmembran umfassenden Brennstoffzellenstapel, wobei der Stapel umfasst: eine Anodenseite mit einem Anodereaktandengasströmungsfeld und eine Kathodenseite mit einem Kathodenreaktionsgasströmungsfeld, eine mit einem Luftverdichter verbundene Lufteinlassleitung, eine von dem Verdichter zu der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels angeschlossene Luftverdichter-Auslassleitung sowie ein erstes Ventil in der Luftverdichter-Auslassleitung, eine Wasserstoffquelle und eine mit der Wasserstoffquelle und mit der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels verbundene erste Wasserstofftank-Auslassleitung, ein zweites Ventil in der ersten Wasserstofftank-Auslassleitung zum Steuern der Gasströmung dadurch, eine mit der Wasserstoffquelle und mit der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels verbundene zweite Wasserstofftank-Auslassleitung, ein drittes Ventil in der zweiten Wasserstofftank-Auslassleitung zum Steuern der Gasströmung dadurch, eine mit dem Luftverdichter verbundene Batterie zum Betreiben desselben, eine mit dem Brennstoffzellenstapel verbundene Kathoden abgasleitung und ein viertes Ventil in der Kathodenabgasleitung zum Steuern der Gasströmung durch diese, eine mit dem Brennstoffzellenstapel verbundene Anodenabgasleitung und ein fünftes Ventil in der Anodenabgasleitung zum Steuern der Gasströmung durch diese, einen mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen ersten elektrischen Pfad, der eine primäre elektrische Vorrichtung und einen ersten elektrischen Schalter zum Verbinden der primären elektrischen Vorrichtung mit dem Brennstoffzellenstapel und zum Trennen derselben davon umfasst, einen mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen zweiten elektrischen Pfad und einen Widerstand und einen zweiten elektrischen Schalter zum Verbinden des Widerstands mit dem Brennstoffzellenstapel und zum Trennen desselben davon; Abschalten des Brennstoffzellenstapels, was das Aufrechterhalten von Wasserstoffdruck in der Anodenseite, der etwas über Umgebungsdruck liegt, Trennen des Stapels von der primären elektrischen Vorrichtung und Verwenden von Hilfsstrom zum Vermeiden von Leerlaufspannung des Stapels, Schließen des ersten Ventils in der Luftverdichter-Auslassleitung und des vierten Ventils in der Kathodenabgasleitung, Schließen des fünften Ventils in der Anodenseiten-Abgasleitung, Öffnen des dritten Ventils in der zweiten Wasserstofftank-Auslassleitung zum Einspritzen von Wasserstoff in die Kathodenseite der Brennstoffzelle, um Druckänderungen aufgrund der Wasserstoff-/Sauerstoffreaktion in der Kathodenseite auszugleichen, wenn die Stapelspannung zu fallen beginnt, der Brennstoffzellenstapel durch Verbinden des Widerstands in dem zweiten elektrischen Pfad mit dem Stapel kurzgeschlossen wird, so dass der Sauerstoff in der Kathodenseite durch den Wasserstoff vollständig verbraucht ist und dass die Kathodenseite jetzt mit Wasserstoff/Stickstoff und einer geringen Menge Wasser gefüllt ist und dass die Anodenseite ebenfalls mit Wasserstoff gefüllt ist und dass in die Anodenseite oder Kathodenseite eindringende Luft von Wasserstoff verbraucht wird und dass sowohl die Kathodenseite als auch die Anodenseite zur Abschaltspeicherung mit einem Gas gefüllt sind, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.