Fuel cell anode structures for voltage reversal tolerance

Details Fuel cell anode structures for voltage reversal tolerance Fuel cell anode structures for voltage reversal tolerance

H - Electricity

01

M

H01M 8/10 (2006.01) H01M 4/62 (2006.01) H01M 4/86 (2006.01) H01M 4/90 (2006.01) H01M 8/04 (2006.01) H01M 4/92 (2006.01) H01M 10/42 (2006.01)

Patent

CA 2381547

In a solid polymer fuel cell series, various circumstances can result in a fuel cell being driven into voltage reversal by other cells in the series stack. For instance, cell voltage reversal can occur if that cell receives an inadequate supply of fuel (for example, fuel starvation). In order to pass current during fuel starvation, reactions other than fuel oxidation may take place at the fuel cell anode, including water electrolysis and oxidation of anode components. The latter may result in significant degradation of the anode. Such fuel cells can be made more tolerant to cell reversal by promoting water electrolysis over anode component oxidation at the anode. This can be accomplished by enhancing the presence of water in the anode catalyst layer through modifications to the anode structure or anode composition near or in the catalyst layer. For instance, water electrolysis during voltage reversal is promoted through the use of different or additional ionomer, polytetrafluoroethylene, or graphite in the anode catalyst layer, or through the use of certain sublayers between the anode catalyst layer and the anode substrate.

Dans un ensemble de piles à combustible polymère solide, différentes circonstances peuvent provoquer une inversion de tension sur une pile à combustible, due à d'autres piles de l'empilement. Par exemple, une inversion de tension de pile peut se produire si cette pile reçoit une quantité inadéquate de combustible (par ex. panne de combustible). Pour faire passer le courant en cas de panne de combustible, des réactions différentes de l'oxydation de combustible, comprenant l'électrolyse de l'eau et l'oxydation de composants anodiques, peuvent se produire sur l'anode de la pile à combustible. L'oxydation de composants anodiques peut entraîner une dégradation importante de l'anode. La tolérance de telles piles à combustible par rapport à l'inversion de pile peut être augmentée par favorisation de l'électrolyse de l'eau par rapport à l'oxydation de composants anodiques sur l'anode. Ceci peut être réalisé par augmentation de la présence d'eau dans la couche de catalyse de l'anode, au moyen de modifications apportées à la structure ou à la composition de l'anode à proximité de la couche de catalyse. Par exemple, l'électrolyse de l'eau au cours de l'inversion de tension est favorisée par l'utilisation d'ionomères différents ou additionnels, de polytétrafluoroéthylène, ou de graphite dans la couche de catalyse de l'anode, ou par l'utilisation de certaines sous-couches entre la couche de catalyse de l'anode et le substrat de l'anode.

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