Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре



Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре
Способ хранения топливного элемента при отрицательной температуре

 


Владельцы патента RU 2493637:

КОММИССАРИАТ А Л'ЭНЕРЖИ АТОМИК Э О ЭНЕРЖИ АЛЬТЕРНАТИВ (FR)

Способ хранения топливного элемента включает первый этап калибровки эталонной мембраны с помощью ядерного магнитного резонанса с целью получения кривой зависимости максимальной водной нагрузки (λmaxx(T)) мембраны от температуры мембраны (3), и второй этап калибровки стандартного элемента с целью получения зависимости между электрическим сопротивлением стандартного элемента, водной нагрузкой (λ) его мембраны и его температурой (T). Способ также включает этап высушивания, зависящий от двух этапов калибровки. Обеспечение оптимальной эффективности работы топливного элемента за счет того, что мембрана каждой ячейки содержит определенное количество воды, близкое к насыщению, является техническим результатом предложенного изобретения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу хранения топливного элемента, включающего, по крайней мере, одну ячейку элемента, обеспеченную структурой мембрана/электроды, где мембрана расположена между анодом и катодом.

Уровень техники

Топливный элемент является блоком, включающим, по крайней мере, одну ячейку элемента, в которой происходит электрохимическая реакция меду двумя реагентами, которые вводятся непрерывно. Ячейка элемента состоит из структуры мембрана/электроды, где мембрана расположена между анодом и катодом. Структура обычно расположена между распределительными пластинами, включающими каналы подачи реагентов. Мембрана, сделанная из твердого полимера, является ионным проводником (электролитом), например, сделанным из твердой перфторсульфонатной смолы, такой как NAFION®, которую продает корпорация Dupont.

Для того чтобы добиться оптимальной эффективности топливного элемента, мембрана каждой ячейки элемента должна включать определенное количество воды, близкое к насыщению. Во время остановок работы или хранения зимой жидкая вода внутри топливного элемента может замерзнуть. Как описано в статье «Water sorption-desorption in Nafion® membranes at low temperature, probed by micro X-Ray diffraction» Pinery et al., опубликованной в 2007 в «Journal of Power Sources», т. 172, с. с 587 по 596, когда топливный элемент охлаждается до отрицательных температур, вода в мембране каждой ячейки элемента десорбируется при охлаждении и формирует кристаллы льда на внешней поверхности мембраны и на уровне электродов. Тетраэдрическая структура, присутствующая в жидкой воде, замерзает, когда происходит охлаждение, с формированием кристаллического твердого тела. Этой новой структуре требуется больший объем, чем жидкой воде, и она может привести к необратимому повреждению электродов. Более того, когда запуск производится при отрицательных температурах, лед может ограничить доступ газов в каталитические сайты ячейки и, тем самым, ограничить ее производительность.

Для того чтобы смягчить проблемы десорбции, были предложены способы высушивания мембраны. Наиболее часто используемый способ заключается в продувке топливного элемента сухим газом. Другой, более мягкий способ, заключается в продувке топливного элемента увлажненным газом для того, чтобы удалить часть воды, содержащейся в мембране, как описано в статье «Isothermal Cold Start of Polymer Electrolyte Fuel Cells» Tajiri et al., опубликованной в 2007 в «Journal of The Electrochemical Society», т. 154, с. с B147 по B152. Тем не менее, уровень влажности, который нужно получить, произвольный.

Объект изобретения

Цель изобретения заключается в адаптации способа хранения топливного элемента в соответствии с температурой, при которой ячейка должна храниться, тем самым делая возможным оптимальный повторный запуск топливного элемента.

Эта цель достигается с помощью того факта, что после первого этапа калибровки эталонной мембраны с помощью ядерного магнитного резонанса для получения кривой зависимости максимума водной нагрузки мембраны от температуры мембраны и второго этапа калибровки стандартного элемента для получения зависимости между электрическим сопротивлением стандартного элемента, водной нагрузкой его мембраны и его температурой, способ заключается в использовании следующих последовательных шагов на каждом этапе хранения ячейки для данной температуры высушивания:

- определение температуры хранения,

- определение водной нагрузки хранения в соответствии с температурой хранения из указанной кривой зависимости,

- определение значения сопротивления высушивания элемента, который нужно хранить, в соответствии с температурой высушивания и водной нагрузкой хранения из указанной зависимости,

- высушивание топливного элемента при температуре высушивания до тех пор, пока электрическое сопротивление выводов элемента, который нужно хранить, не будет равно указанному значению сопротивления высушивания,

- охлаждение элемента до температуры хранения,

- хранение топливного элемента при температуре хранения.

В соответствии с усовершенствованием изобретения второй этап калибровки включает измерения электрического сопротивления стандартного элемента для множества различных значений водной нагрузки и температур проверки, причем каждое измерение сопротивления включает следующие последовательные шаги:

- определение водной нагрузки, которую нужно получить из кривой зависимости,

- введение, по крайней мере, одного увлажненного нейтрального газа на анод и/или катод,

- приведение стандартного элемента к температуре проверки,

- поддержание ввода нейтрального газа, до тех пор, пока не будет достигнута стабилизация электрического сопротивления стандартного элемента, и до тех пор, пока не будет получено нулевое напряжение в разомкнутой цепи,

- поддержание ввода нейтрального газа при указанном стабилизировавшемся сопротивлении в течение заранее определенного периода, прекращение ввода нейтрального газа и запись сопротивления элемента относительно указанной водной нагрузки и соответствующей начальной температуры.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и особенности станут более простыми для понимания из следующего описания специфических вариантов осуществления изобретения, данных только с целью приведения не ограничивающего примера и представленных на приложенных чертежах, на которых:

Фиг.1 схематически изображает вид в поперечном сечении топливного элемента в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.2 схематически изображает график кривой зависимости максимума водной нагрузки мембраны топливного элемента от его температуры.

Фиг.3 представляет графики кривых, изображающие зависимости электрического сопротивления топливного элемента от его водной нагрузки и его температуры, установленных при проверке топливного элемента.

Фиг.4 схематически изображает различные шаги способа высушивания топливного элемента для хранения при -20°С.

Описание предпочтительного варианте осуществления

Как изображено на фиг.1, топливный элемент включает, по крайней мере, одну ячейку 1 элемента, обеспеченную структурой мембрана/электроды 2, где мембрана 3 расположена между анодом 4 и катодом 5. Ячейка элемента может также включать распределительные пластинки 6a и 6b, обеспеченные каналами 7а и 7b, соединенными с электродами и сделанными, чтобы создавать контакт между окислителем и топливом и электродами.

Когда топливный элемент хранится при отрицательных температурах, важно высушить последний, чтобы ограничить явление десорбции, описанное в известном уровне техники, перед охлаждением топливного элемента с его рабочей температуры Tf до его температуры хранения Ts.

Способ хранения топливного элемента, прежде всего, включает две фазы калибровки, с одной стороны, эталонной мембраны, а с другой стороны, стандартного элемента. Стандартный элемент является характерным образцом топливных элементов одного типа, которые массово производятся в одном исполнении. Эталонная мембрана является характерным образцом мембраны, которую используют в ячейке, которую нужно хранить.

На первом этапе калибровки водная нагрузка λ эталонной мембраны относительно температуры определяется с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), например, с помощью помещения исходной мембраны в подходящее пространство. График кривой зависимости максимума водной нагрузки λmax в мембране изображен на фиг.2 относительно температуры Т. Максимальная водная нагрузка, которая практически постоянна, когда температура положительная, уменьшается с температурой, когда последняя становится отрицательной. Максимальная водная нагрузка λmax соответствует максимальному количеству воды, в жидкой форме присутствующей в мембране при данной температуре. Измерение с помощью ЯМР позволяет измерить количество жидкой воды через количество атомов водорода.

С целью приведения примера, для мембраны NAFION® с эквивалентным весом (ЭВ), равным 1100г/экв, для температур ниже -50° С и в соответствии с начальной водной нагрузкой при 20°С, зависимость между максимальной водной нагрузкой λmax и температурой Т, заключенной между 0 и -50°, соответствует равенству:

Для того чтобы предотвратить десорбцию воды, содержащейся в мембране, в процессе охлаждения топливного элемента с рабочей температуры Tf до температуры хранения Ts, водная нагрузка мембраны до охлаждения должна быть ниже или равна максимуму водной нагрузки λmax(Ts) в соответствии с данной температурой хранения Ts. Это значение может быть определено из кривой зависимости, полученной заранее, и будет достигнуто путем высушивания мембраны, выполненном при температуре высушивания Ta, предпочтительно более низкой или равной рабочей температуре Tf.

Водная нагрузка хранения λs в соответствии с температурой хранения может быть равна максимальной водной нагрузке λmax(Ts), определенной из кривой зависимости.

В соответствии с улучшением изобретения водная нагрузка хранения λs может учитывать количество воды, присутствующей в виде пара в каналах распределительных пластин реагентов. Эта вода в виде пара фактически должна конденсироваться в процессе охлаждения до температуры хранения Ts топливного элемента. Водная нагрузка хранения, которую нужно получить до хранения, в этом случае получается при решении неравенства

где разница температур ∆λ, зависящая от температуры высушивания, температуры хранения и водной нагрузки хранения, задается соотношением

В этом неравенстве ρmemb соответствует плотности сухой мембраны (кг/м3) и EW соответствует эквивалентному весу мембраны в килограммах мембраны на моль носителей заряда. ∆CH2O(Ta, Ts, λs) является изменением концентрации воды в мембране в процессе охлаждения с температуры высушивания Ta до температуры хранения Ts. Это изменение получается в связи с конденсацией пара, который все еще присутствует в каналах после высушивания (моли молекул воды на м3 мембраны). Оно задается соотношением:

где Vchannels соответствует объему каналов распределительных пластин реагентов в контакте со структурой мембрана/электроды ячейки элемента в м3, а Vmemb соответствует объему мембраны ячейки элемента в м3. Температуры Ta и Ts выражаются в Кельвинах. R соответствует постоянной идеального газа (8,315 Дж/моль К). Psat(Ts) соответствует давлению насыщенного пара (в Па) при минимальной температуре хранения элемента, причем T, выражаемая в Кельвинах, задается соотношением

в интервале температур, заключенном между 20°С и 90°С. Pv(Ta,λs) соответствует давлению пара после высушивания в объеме каналов распределительных пластин реагентов в контакте со структурой мембрана/электроды топливного элемента. Для мембраны в равновесии с окружающим паром ее водная нагрузка может быть записана в форме

Равенство (6) относительно хорошо знакомо для мембраны, сделанной из NAFION®, в частности в статье «Transport in polymer-Electrolyte Membranes» Weber и Newman, опубликованной в 2004 в «Journal of Electrochemical Society» т. 151(2), страницы A311-A326. Фиг.2 этого документа изображает общее поведение в соответствии с температурой.

В равенстве (6) HR соответствует относительной влажности, определяемой выражением

Путем подстановки равенства 7, равенство (6) может быть записано в виде

На втором этапе калибровки стандартный элемент, предпочтительно включающий эталонную мембрану (или эквивалентную мембрану), использованную для ЯМР измерений, позволяет установить эмпирический закон, задающий соотношение между электрическим сопротивлением стандартного элемента, его температурой Т и водной нагрузкой λ. Электрическое сопротивление стандартного элемента может быть измерено на выводах топливного элемента или на выводах ячейки элемента.

Электрическое сопротивление топливного элемента Rp или ячейки элемента Rc фактически является суммой следующих последовательно соединенных сопротивлений:

- сопротивления Rm мембраны в связи с переносом ионных зарядов

- сопротивления Rmat в связи с переносом электрических зарядов через проводящие материалы, использованные, чтобы сделать электроды

- сопротивлений контакта Rcontact в связи с контактами между различными проводящими заряды материалами, которые могут присутствовать в топливном элементе или ячейке элемента.

Сопротивление мембраны Rm(λ,T) зависит от ее водной нагрузки λ и температуры Т. Сопротивления контакта Rcontact(λ,T) являются практически функцией сжимающих сил между слоями различных материалов и изменяются с температурой материалов (расширение) и водной нагрузкой мембраны (разбухание мембраны). Сопротивление электронно проводящих материалов Rmat(Т) является, со своей стороны, несильно зависимыми от температуры.

Электрическое сопротивление топливного элемента или ячейки элемента, тем самым, напрямую зависит от водной нагрузки λ и температуры Т. Измерения сопротивления на выводах топливного элемента или ячейки элемента и знание зависимости Rp(λ,T) или Rc(λ,T) позволяет определить водную нагрузку λ для данной температуры и измерения сопротивления.

Для того чтобы получить зависимость Rp(λ,T) или Rc(λ,T), второй этап калибровки стандартного элемента включает измерения электрического сопротивления стандартного элемента для множества значений водной нагрузки λ при различных температурах проверки Te, предпочтительно расположенных между 20°С и 90°С. Каждое измерение сопротивления включает следующие последовательные шаги:

- определение водной нагрузки λ, которую нужно получить из кривой зависимости.

Это значение может включать поправки, определенные ранее (равенство 2) для того, чтобы учесть воду в виде пара, все еще находящуюся в каналах 7a и 7b,

- ввод, по крайней мере, одного увлажненного нейтрального газа на анод 4 и/или катод 5, предпочтительно, через каналы 7а и 7b распределительных пластин для высушивания топливного элемента,

- приведение стандартного элемента к температуре проверки Te,

- осуществление ввода нейтрального газа до тех пор, пока не будет достигнута стабилизация электрического сопротивления стандартного элемента и пока не будет получено нулевое напряжение на разомкнутой цепи,

- осуществление ввода нейтрального газа при указанном стабилизированном сопротивлении на протяжении заранее установленного периода, прекращение ввода нейтрального газа и запись сопротивления элемента в соответствии с водной нагрузкой λ и в соответствии с температурой проверки Te.

Может оказаться, что в конце второго этапа калибровки определенного выше, измеренное сопротивление не стабильно, а уменьшается после того, как введение нейтрального газа было прекращено. Это уменьшение может происходить в связи с тем фактом, что жидкая вода осталась захваченной в очень маленьких порах электродов. Эта остаточная вода регидратирует мембрану после того, как ввод газа был прекращен. В этой ситуации высушивание стандартного элемента придется продолжить, начиная со второго шага второго этапа проверки (ввода нейтрального газа).

Увлажненный нейтральный газ предпочтительно имеет относительную влажность, зависящую от значения водной нагрузки λ, которого нужно достичь, как видно из указанной ранее статьи Tajiri. Относительная влажность может также зависеть от температуры проверки Te (равенство 6, приведенное выше).

Используемый увлажненный нейтральный газ является, предпочтительно, азотом.

Ввод увлажненного нейтрального газа предпочтительно осуществляется при давлении, как можно более близком к атмосферному давлению. Значение расхода газа при вводе практически не важно, и влияет только при времени высушивания. Преимущественно расход газа более чем 5 м/с в каналах является хорошим решением.

Ввод нейтрального газа может осуществляться в течение порядка 3 часов после того, как сопротивление стабилизировалось. Этот осуществленный ввод среди прочего позволяет захваченным в порах электродов молекулам воды освободиться, чтобы предотвратить регидратацию мембраны и повреждение электродов, когда температура элемента становится отрицательной.

Второй этап калибровки, например, позволяет установить кривые зависимости сопротивления относительно температуры и водной нагрузки λ (фиг.3). Фиг.3 изображает три образца зависимостей сопротивления относительно водной нагрузки для температур 20°С, 40°С и 80°С.

Как только будут проведены два этапа калибровки, сопротивление хранения может быть определено для всех топливных элементов, конструкция которых похожа на стандартный элемент, и которые сконструированы для хранения при отрицательных температурах. Каждый раз, когда топливный элемент нужно хранить, этап хранения элемента, который нужно проводить, включает следующие последовательные шаги для данной температуры высушивания Ta:

- определение температуры хранения Ts,

- определения водной нагрузки хранения λs в соответствии с температурой хранения Ts из кривой зависимости максимума водной нагрузки в соответствии с температурой λ(Ts) полученной с помощью ЯМР. Эта водная нагрузка хранения λs предпочтительно ниже или равна водной нагрузке λmax, полученной с помощью кривой зависимости и преимущественно принимает во внимание поправки в зависимости от количества воды в виде пара, присутствующей в каналах распределительных пластин реагентов в соответствии с равенством (2), приведенным выше,

- из зависимости электрического сопротивления стандартного элемента определение значения сопротивления высушивания Ra ячейки в соответствии с температурой высушивания Ta и водной нагрузкой хранения λs. Это значение сопротивления высушивания Rs определяется из кривых, определенных на втором этапе калибровки (фиг.3),

- высушивание P1 топливного элемента при температуре Ta до тех пор, пока электрическое сопротивление на выводах не будет равно указанному значению сопротивления высушивания Ra,

- охлаждение P2 до температуры хранения,

затем хранение топливного элемента при температуре хранения Ts.

С целью приведения примера, для элемента с активной поверхностью, равной 220 см2, структура мембрана/электроды которого включает мембрану NAFION® 112 с размером распределительных каналов 53 см2 на распределительную пластину, газов при температуре высушивания Ta 50°С и температуре хранения Ts -20°С, получают λmax(-20°С)=9,09 и ∆λ(50°С, -20°С) =0,18, т.е. соответствующая водная нагрузка хранения λs ≤ 8,91. Высушивание мембраны выше 8,91 приводит к десорбции мембраны при охлаждении до температуры хранения, в то время как высушивание до 8,91 увеличивает энергетические потери при высушивании, и ухудшается холодный запуск топливного элемента. Слишком жесткое высушивание может также привести к необратимым повреждениям.

В конкретном примере, изображенном на фиг.4, температура высушивания Ta топливного элемента равна 50°С, температура хранения равна -20°С, а соответствующая максимальная водная нагрузка λmax(-20°С)=9,09. Топливный элемент затем высушивается в процессе этапа высушивания P1, как определено выше, до тех пор, пока электрическое сопротивление на выводах ячейки не будет равно сопротивлению высушивания Ra(λs,Ta), где λs=λmax. После высушивания топливный элемент может быть охлажден в процессе фазы охлаждения P2 до его температуры хранения Ts, т.е. до предварительно установленной температуры, равной -20°С.

Способ хранения и его альтернативные варианты осуществления, описанные выше, могут быть применены, например, в автомобильной промышленности. В общем случае, способ относится ко всем топливным элементам с мембраной из твердого полимера или протонообменной мембраной, которые должны работать в окружающей среде, в которой они подвергаются воздействию температур ниже 0°С в выключенном состоянии.

Этот способ гарантирует отсутствие десорбции воды в мембране в процессе охлаждения, тем самым, предотвращая повреждение электродов. Это ограничивает затраты энергии в процессе этапа высушивания P1 и позволяет получить максимальную производительность элемента в процессе последнего оптимальным способом. Изобретение устраняет риск повреждения, нанесенного путем слишком жесткого высушивания элемента, и применимо, какой бы способ высушивания ни был выбран, и какая температура элемента ни была бы выбрана в процессе этапа высушивания.

Вышеуказанный способ может быть применен к элементам, включающим структуру мембрана/электроды с любым типом мембраны, если известны кривая зависимости водной нагрузки от температуры и зависимость λ=f(HR,T).

1. Способ хранения топливного элемента, включающего, по крайней мере, одну ячейку элемента (1), обеспеченную структурой мембрана/электроды (2), где мембрана расположена между анодом (4) и катодом (5), способ характеризуется тем, что после первого этапа калибровки эталонной мембраны с помощью ядерного магнитного резонанса с целью получения кривой зависимости максимальной водной нагрузки (λmax(T)) мембраны от температуры мембраны, и второго этапа калибровки стандартного элемента с целью получения зависимости между электрическим сопротивлением стандартного элемента, водной нагрузкой (λ) его мембраны и его температурой (T), способ включает следующие последовательные шаги на каждом этапе хранения ячейки для данной температуры высушивания (Ta):
- определение температуры хранения (Ts),
- определение водной нагрузки хранения (λs) в соответствии с температурой хранения (Ts) из указанной кривой зависимости,
- определение значения сопротивления высушивания элемента Ra(λs, Ta), предназначенного для хранения, в соответствии с температурой высушивания и водной нагрузкой хранения из указанной зависимости,
- высушивание топливного элемента при температуре высушивания (Р1) до тех пор, пока электрическое сопротивление выводов элемента, предназначенного для хранения, не будет равно указанному значению сопротивления высушивания,
- охлаждение элемента до температуры хранения (Р2),
- хранение топливного элемента при температуре хранения (Ts).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй этап калибровки включает измерения электрического сопротивления стандартного элемента для множества различных значений водной нагрузки (А) и температур калибровки (Те), причем каждое измерение сопротивления включает следующие последовательные шаги:
- определение водной нагрузки (л), которую нужно получить из кривой зависимости,
- введение, по крайней мере, одного увлажненного нейтрального газа на анод (4) и/или катод (5),
- приведение стандартного элемента к температуре калибровки (Те),
- поддержание ввода нейтрального газа до тех пор, пока не будет достигнута стабилизация электрического сопротивления стандартного элемента, и до тех пор, пока не будет получено нулевое напряжение в разомкнутой цепи,
- поддержание ввода нейтрального газа при указанном стабилизировавшемся сопротивлении в течение заранее определенного периода, прекращение ввода нейтрального газа и запись сопротивления элемента соответствующего указанной водной нагрузке и соответствующей эталонной температуре (Те).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что относительная влажность увлажненного нейтрального газа определяется, исходя из температуры калибровки (Те) и из соответствующей водной нагрузки.

4. Способ по одному из пп.2 и 3, отличающийся тем, что температура калибровки (Те) находится в интервале между 20°C и 90°C.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что мембрана (3) топливного элемента является мембраной Nafion®.

6. Способ по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что нейтральный газ, используемый в процессе второго этапа калибровки, является азотом.

7. Способ по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что увлажненный нейтральный газ проходит со скоростью более чем 5 м/с при давлении, близком к атмосферному давлению, по крайней мере, по одному каналу (7a, 7b), расположенному в распределительной пластине (6a, 6b) и соединенному с катодом или анодом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для выведения отработанных и, по меньшей мере, отчасти способных взрываться рабочих сред топливного элемента (1) в системе (20) топливных элементов с сенсорным устройством (30) для контролирования рабочих сред, выведенных из рабочего пространства (27).

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к устройствам непосредственного преобразования химической энергии водородосодержащего топлива в электрическую энергию.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках. .

Изобретение относится к когенерационной системе на топливных элементах, предназначенной для получения горячей воды путем рекуперации и использования бросового тепла топливного элемента.

Изобретение относится к топливным элементам. .

Изобретение относится к производству электрической энергии и получению Н2 с использованием углеродсодержащего топлива в топливных элементах. .

Изобретение относится к системе топливного элемента. .

Изобретение относится к топливному картриджу и системе топливного элемента, которые предназначены для подачи жидкого топлива в топливный элемент. .

Предусмотрена система генерирования мощности на топливных элементах, в которой уменьшена потеря мощности в линии питания, электрически соединяющей батарею и схему преобразования мощности, тем самым достигается высокая эффективность генерирования мощности. Установка (6) для реформинга и батарея (7) расположены в блоке (2) основного корпуса. Выходные контактные зажимы (31) батареи предусмотрены на обоих концах в направлении укладки батареи (7). Схема (24) преобразования мощности расположена в блоке (2) основного корпуса и размещается в непосредственной близости к батарее (2). Входные контактные зажимы (32) схемы преобразования мощности предусмотрены на схеме (24) преобразования мощности и размещены в направлении параллельно направлению укладки батареи. Выходные линии (27) батареи электрически соединяют выходные контактные зажимы (31) батареи и входные контактные зажимы (32) схемы преобразования мощности. Снижение потери мощности в системе с топливными элементами при уменьшении ее габаритов и повышении надежности системы является техническим результатом предложенного изобретения. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Система топливного элемента содержит топливный элемент (10), первую камеру (20) сгорания, первый обратный канал (17) для обогревающего газа и систему (50) подачи газа. Топливный элемент (10) включает в себя элемент с твердым электролитом с анодом (12) и катодом (13). Топливный элемент (10) вырабатывает энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа. Первая камера (20) сгорания избирательно подает обогревающий газ в катод (13) топливного элемента (10). Первый обратный канал (17) для обогревающего газа смешивает, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода (13), с обогревающим газом первой камеры (20) сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа и обогревающего газа подается в катод (13). Система (50) подачи газа соединена с первым обратным каналом (17) для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода (13) так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры (20) сгорания. Повышение эффективности использования газа, выпускаемого из катода, путем использования его для повышения температуры топливного элемента, а также снижение отложений углерода на аноде, является техническим результатом заявленного изобретения. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к топливным элементам. Технический результат - повышение долговечности топливных элементов путем регулирования давления на электродах. Предложена система топливного элемента, включающая в себя топливный элемент для генерирования энергии путем осуществления электрохимической реакции между газом-окислителем, подаваемым на электрод окислителя, и топливным газом, подаваемым на топливный электрод; систему (HS) подачи топливного газа для подачи топливного газа на топливный электрод; и контроллер для регулирования системы (HS) подачи топливного газа, чтобы подавать топливный газ на топливный электрод, причем контроллер осуществляет изменение давления, когда выход стороны топливного электрода закрыт, при этом контроллер периодически изменяет давление топливного газа у топливного электрода на основе первого профиля изменения давления для осуществления изменения давления при первом размахе давления (ΔР1). 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 22 ил.

Топливный элемент, производимый в промышленном масштабе, содержащий электролит, положительные электроды и отрицательные электроды, собранные в определенную структуру, внешние электрические соединения, внутренние каналы для подачи топлива, каналы для распределения топлива, каналы для подачи окислителя, каналы для распределения окислителя, возвратные каналы и проходы для отработанных продуктов, что позволяет сформировать простую модульную сборку, из которых можно собрать пакет. В топливном элементе могут быть использованы как твердый, так и гибкий электролит. Расположение рамы с каналами для топлива в ее центральной части обеспечивает повышение надежности электрических соединений и уплотнений для текучих сред, при этом электролит в указанном топливном элементе может быть расположен с любой стороны электрода, а электрические соединения позволяют обеспечить подключение к ним извне для обеспечения желаемой электрической мощности. 21 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к энергетике, в частности к системе диагностики топливного элемента и других химических источников электроэнергии, и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках. Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является качественный и непрерывный контроль, позволяющий отслеживать состояние топливного элемента и предсказывать его работоспособность и длительность работы. В предложенном способе измеряют напряжение эталонного электрода, установленного на одном из рабочих электродов топливного элемента, и вычисляют степень его износа и сравнивают со значением критического износа источника тока, после чего делают вывод о пригодности или непригодности дальнейшей эксплуатации источника тока. 1 ил.

Изобретение относится к твердотельным оксидным топливным элементам со способностью к внутреннему риформингу. Твердотельный оксидный топливный элемент обычно включает катод, электролит, анод и слой катализатора, находящийся в соприкосновении с анодом. Слой катализатора может включать опорную мембрану и катализатор риформинга, который объединен с опорной мембраной. В некоторых вариантах осуществления катализатор риформинга может включать один или несколько катализаторов риформинга с частичным окислением. Заявленное изобретение также предоставляет способы изготовления и эксплуатации твердотельных оксидных топливных элементов. Техническим результатом является возможность работы топливных элементов непосредственно на нереформированном углеводородном топливе без деградации анода вследствие закоксовывания. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу изготовления металлического стального сепаратора для топливных элементов, который обладает коррозионной стойкостью и контактным сопротивлением не только в начальной стадии, но также и после влияния условий высокой температуры и/или высокой влажности в топливном элементе в течение длительного периода времени. Способ включает подготовку листа нержавеющей стали в качестве матрицы металлического сепаратора, формирование прерывистой покровной пленки на поверхности листа нержавеющей стали, причем покровная пленка содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из следующих: золото (Au), платина (Pt), рутений (Ru), иридий (Ir), оксид рутения (RuO2) и оксид иридия (IrO2),; и термическую обработку листа нержавеющей стали, содержащего прерывистую покровную пленку, для формирования оксидной пленки на части листа нержавеющей стали, на которой не сформирована покровная пленка. Также раскрыт металлический сепаратор для топливных элементов, изготовленный этим способом.2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл., 8 пр.

Предложена система (100) топливного элемента, включающая в себя топливный элемент (1) для генерирования энергии путем осуществления электрохимической реакции между газом-окислителем, подаваемым на электрод (34) окислителя, и топливным газом, подаваемым на топливный электрод (67); систему (HS) подачи топливного газа для подачи топливного газа на топливный электрод (67); и контроллер (40) для регулирования системы (HS) подачи топливного газа, чтобы подавать топливный газ на топливный электрод (67), причем контроллер (40) осуществляет изменение давления, когда выход стороны топливного электрода (67) закрыт, при этом контроллер (40) периодически изменяет давление топливного газа у топливного электрода (67) на основе первого профиля изменения давления для осуществления изменения давления при первом размахе давления (ДР1). Повышение однородности топливного газа и снижение напряжения, прилагаемого к топливному элементу, является техническим результатом изобретения. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к энергоустановкам c твердополимерными топливными элементами (ТЭ), в которых получают электроэнергию за счет электрохимической реакции газообразного водорода с двуокисью углерода, и электрохимической реакции окиси углерода с кислородом воздуха. Предложена также система энергопитания с получением электроэнергии из водорода с использованием батареи твердополимерных ТЭ, которая снабжена регенеративным теплообменником подачи воздуха и регенеративным теплообменником нагрева окиси углерода и охлаждения двуокиси углерода, выход которого соединен трубопроводом, с установленным на нем обратным клапаном, с баллоном с двуокисью углерода, который через клапан подачи двуокиси углерода, подсоединен к входу окислителя для его подачи в батарею твердополимерных ТЭ. Повышение КПД в системе получения электроэнергии, является техническим результатом заявленного изобретения 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной передачи. Технический результат состоит в повышении точности оценки канала. Для этого в терминале, который передает опорный сигнал с использованием n, где n - неотрицательное целое число, большее или равное 2, блоков полосы, которые в данном случае соответствуют кластерам, разделенных между ними промежутками в частотном измерении, контроллер опорного сигнала переключает способ формирования опорного сигнала на генераторе опорного сигнала между первым способом формирования и вторым способом формирования на основании количества блоков полосы. Блок задания порогового значения регулирует пороговое значение переключения на основании частотного разнесения между блоками полосы. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 19 ил.
Наверх