WO2006056319A1 - Process for operating a fuel cell stack - Google Patents

Process for operating a fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
WO2006056319A1
WO2006056319A1 PCT/EP2005/012008 EP2005012008W WO2006056319A1 WO 2006056319 A1 WO2006056319 A1 WO 2006056319A1 EP 2005012008 W EP2005012008 W EP 2005012008W WO 2006056319 A1 WO2006056319 A1 WO 2006056319A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
individual cells
oxidizing agent
cathode
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/012008
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Maass
Florian Finsterwalder
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2006056319A1 publication Critical patent/WO2006056319A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/04873—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell stack having at least one individual cell according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. Further, the invention relates to the use of a structure for the recirculation of exhaust gas from a cathode space of a fuel cell stack with at least one individual cell, in particular a PEM. Fuel cell, in the region of an oxidant flowing to the cathode space.
  • the object is achieved by a method having the features of the characterizing part of claim 1.
  • the oxygen partial pressure in the oxidizing agent is reduced.
  • an inert gas such as nitrogen or the like
  • deoxygenated cathode offgas to dilute the oxidant
  • dilution can be carried out in a particularly favorable and effective manner, without having to provide an inert gas or the like for this purpose.
  • the gas for dilution thereby at least partially also known from the prior art advantage in terms of humidification of the oxidizing agent and thus the membrane is achieved because in the recirculated part of the cathode exhaust gas is always present moisture.
  • the inventive use of the structure for cathode gas recirculation to limit the oxygen partial pressure thus also allows the limitation of the voltage applied to the individual cells potentials.
  • the oxidizing agent can be diluted easily and efficiently by the recirculated cathode exhaust gas, with all the advantages already mentioned above also result for the new use of the known construction for cathode gas recirculation.
  • Fig. 1 shows a possible structure in its use for
  • FIG. 2 shows a characteristic curve of a fuel cell.
  • FIG. 1 shows a very highly schematized fuel cell stack 1, which typically consists of a large number of individual cells arranged in parallel, and which is often referred to as (fuel cell) stack 1.
  • the stack 1 is composed essentially of a cathode space 2 and an anode space 3, which in the Here, the preferred case of PEM fuel cells are separated as single cells by a membrane-electrode assembly 4, short MEA 4.
  • a fuel generally hydrogen or a hydrogen-containing gas, flows into the anode chamber 3. This fuel reacts at the MEA 4 to form electrical energy with the located in the cathode compartment 2 oxidizing agent. In this case, oxygen or preferably air can be used as the oxidizing agent.
  • the supply of fuel to the anode compartment 3 and, if appropriate, the removal of residual gases or the recirculation of the fuel play no part in the method to be explained here, so that they will not be discussed in more detail below.
  • the oxidizing agent preferably air
  • a conveying device 5 for example a conventional compressor.
  • the oxidizing agent at least when needed, diluted via a conduit member 6 with a medium having a lower oxygen content than the oxidizing agent.
  • the medium used for dilution in the structure shown here originates from the exhaust gas leaving the cathode space 2. This cathode off-gas is the oxidant depleted of oxygen by the reaction at the MEA 4.
  • the cathode exhaust gas will have a certain moisture content and thus contribute to a partial humidification of the oxidant flowing into the cathode space 2.
  • all humidification-relevant aspects are known from the prior art mentioned above, so that the subject of humidification should not be discussed further here.
  • the targeted recirculation of a part of the cathode exhaust gas takes place through the line 6 into the region of the oxidant flow upstream of the conveying device 5.
  • the metering would also be possible in any other areas, for example in the region between the conveying device 5 and the cathode compartment in the line 6, however, its own conveyor, such as a compressor or driven by the oxidant stream Jetpump be provided.
  • the structure shown in Fig. 1, however, is to be preferred alone because of its smaller number of components.
  • the efficiency of the conveyor 5 can be slightly increased due to the humidity in the recirculated cathode exhaust gas.
  • the amount of recirculated cathode exhaust gas and thus the dilution of the oxidizing agent or the oxygen partial pressure of the oxidizing agent reaching into the cathode chamber can be adjusted or regulated by a controllable or controllable valve device 7.
  • the valve device 7 can thus freely set the amount of oxygen ready for reaction or the oxygen partial pressure present in the volume flow of the oxidizing agent and thereby the voltage potentials generated by the individual cells.
  • the schematic characteristic curve 8 of a single cell of the stack 1 is shown in dashed lines in a current (I) voltage (U) diagram.
  • the preferred power range P of the single cell is between P max at about half of the open circuit voltage (OCV) OCV / 2 and P m i n at a critical voltage U kr i t . Above this critical voltage U ⁇ ri t ⁇ which, according to experiments carried out for a PEM single cell at about 850 mV, it comes in the single cell to those already mentioned above harmful processes, such as oxidation of the catalyst support, corrosion of the metallic bipolar plate and formation of harmful byproducts, in which mainly the cause of the degradation of the individual cells and thus of the stack 1 over the service life must be seen.
  • the voltage range above the critical voltage U kr i t is therefore to be avoided.
  • the voltage range between OCV / 2 and Ukri t is that of the normal and desired operating state of the stack 1.
  • the range between 0 and OCV / 2 is not harmful, but undesirable because the single cell works here only with low efficiency.
  • the current or power range could be below P m j. n be covered by a battery and / or a capacitive energy storage of suitable size. Due to such a hybridization of a fuel cell system, the fuel cell stack 1 could be switched off at power requirements below P m i n . Although harmful conditions for the individual cells could be avoided in the first approach, this is very complex both in terms of apparatus and control technology. Furthermore, during the necessary start-up and shut-down procedures, potential increases of the individual cells over the critical voltage U 1 i t may temporarily continue, so that the harmful processes can not be completely suppressed.
  • the amount of recirculated cathode exhaust gas can be regulated in a manner relevant to humidification in a manner known from DE 102 46 168 A1.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A process is disclosed for operating a fuel cell stack having at least one individual cell, in particular a PEM fuel cell, as well as the use of a structure which is known per se for carrying out a preferred embodiment of this process. In this process, hydrogen or a hydrogen-containing gas is supplied as fuel to an anode chamber of the fuel cell stack, and oxygen or air is supplied as oxidising agent to a cathode chamber of the fuel cell stack. According to the invention, the oxidising agent is at least partially diluted. This makes it possible to adjust such a partial oxygen pressure in the oxidising agent that the voltage supplied by each of the individual cells remains under a critical voltage value. The oxidising agent is preferably diluted with recycled waste cathode gas.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels Method for operating a fuel cell stack
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels mit wenigstens einer Einzelzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Aufbaus zur Rezirkulation von Abgas aus einem Kathodenraum eines Brennstoffzellenstapels mit wenigstens einer Einzelzelle, insbesondere einer PEM-Brennstoffzelle, in den Bereich eines zu dem Kathodenraum strömenden Oxidationsmittels .The invention relates to a method for operating a fuel cell stack having at least one individual cell according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. Further, the invention relates to the use of a structure for the recirculation of exhaust gas from a cathode space of a fuel cell stack with at least one individual cell, in particular a PEM. Fuel cell, in the region of an oxidant flowing to the cathode space.
Eines der großen Probleme beim Einsatz von Brennstoff¬ zellenstapeln zur Energieerzeugung ist deren eingeschränkte Lebensdauer bzw. eine zum Teil sehr starke, mit ent¬ sprechenden Leistungsverlusten verbundene Degradation der Einzelzellen mit zunehmender Betriebsdauer. Die Hauptursache dafür wird heute in Korrosionsvorgängen gesehen, welche zu einer Schädigung von Gasverteilern, Bipolarplatten, Katalysatoren und zumindest beim Einsatz von Membran¬ elektrolyten auch zu einer Schädigung der Membran bzw. des Elektrolyten führen können. Derartige schädliche Vorgänge treten überwiegend dann auf, wenn die Temperatur in dem Brennstoffzellenstapel eher hoch ist und die Potenziale der Einzelzellen über einem kritischen Spannungswert liegen. Letzteres ist vor allem dann der Fall, wenn die elektrische Belastung des Brennstoffzellenstapels sehr niedrig ist. Versuche haben ergeben, dass insbesondere oberhalb einer kritischen Spannung der Einzelzellen mit vermehrten Schädigungen zu rechnen ist.One of the major problems in the use of Brennstoff¬ cell stacks for energy production is their limited life or a sometimes very strong, associated with ent-speaking power losses degradation of the individual cells with increasing operating time. The main reason for this is today seen in corrosion processes which can lead to damage to gas distributors, bipolar plates, catalysts and, at least when using membrane electrolytes, also to damage to the membrane or the electrolyte. Such harmful processes occur predominantly when the temperature in the fuel cell stack is rather high and the potentials of the individual cells are above a critical voltage value. The latter is especially the case when the electrical load of the fuel cell stack is very low. Experiments have shown that in particular above a critical voltage of the individual cells is to be expected with increased damage.
Zuerst ist festzustellen, dass oberhalb des kritischen Spannungswertes eine Oxidation von Kohlenstoff aus dem üblicherweise verwendeten Kohlenstoffträger des Katalysators einsetzt. Der zu CO2 oxidierte Kohlenstoff verflüchtigt sich dabei. Dies führt zu einem Verlust an mechanischer und elektrischer Anbindung der Katalysatorkörner, welche typischerweise aus Platin bestehen. Im Folgeschritt hierzu sintern die Platinkörner zusammen, wodurch elektrochemisch aktive Oberfläche verloren geht. Die Folge ist ein Aktivitätsverlust der mit dem Katalysator versehenen Elektrode. Insbesondere eine derart erfolgende Schwächung der Leistungsbestimmenden Kathode wirkt sich sehr nachteilig auf die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels aus. Ferner bewirkt ein Potenzial der Einzelzellen oberhalb des kritischen Spannungswertes eine verstärkte Schädigung der bei kompakten Brennstoffzellenstapeln üblicherweise verwendeten metallischen Bipolarplatten, da es dann zu einer verstärkten elektrochemischen Korrosion des Materials der Bipolarplatte kommt. Außerdem reagieren bei derart hohen Potenzialen der Einzelzellen der Brennstoff und das Oxidationsmittel nicht vollständig an dem Katalysator ab. Dadurch können Reste dieser Reaktionsgase bis zur Membran vordringen und in diese hinein oder durch sie hindurch diffundieren. Aufgrund der sich dann ausbildenden Gemische aus Brennstoff und Oxidationsmittel wird die Bildung von unerwünschten Neben¬ produkten, wie z.B. Wasserstoffperoxyd (H2O2) , begünstigt. Derartige Nebenprodukte können jedoch die Polymermembran nachhaltig schädigen, bis hin zur Lochbildung durch die Membran. Zum allgemeinen Stand der Technik ist es bei Brennstoff¬ zellenstapeln ferner beispielsweise aus der WO 94/03937 Al, aus der DE 102 03 029 Al sowie aus der DE 102 46 168 Al bekannt, zumindest einen Teil des Kathodenabgases in den Bereich des der Kathode zuströmenden Gases zurückzuführen. Diese Rezirkulation des Kathodenabgases bewirkt dabei eine Verbesserung der Befeuchtung der Membranen in dem Brennstoff¬ zellenstapel.First, it should be noted that above the critical voltage value, oxidation of carbon from the commonly used carbon support of the catalyst begins. The CO 2 oxidized carbon volatilizes. This leads to a loss of mechanical and electrical connection of the catalyst grains, which typically consist of platinum. In the following step, the platinum grains sinter together, whereby electrochemically active surface is lost. The result is a loss of activity of the electrode provided with the catalyst. In particular, such a weakening of the power-determining cathode has a very adverse effect on the performance of the fuel cell stack. Furthermore, a potential of the individual cells above the critical voltage value causes increased damage to the metallic bipolar plates commonly used in compact fuel cell stacks, because then there is an increased electrochemical corrosion of the material of the bipolar plate. In addition, at such high potentials of the single cells, the fuel and the oxidizer do not completely react on the catalyst. As a result, residues of these reaction gases can penetrate to the membrane and diffuse into or through it. Due to the then formed mixtures of fuel and oxidant, the formation of undesirable Neben¬ products, such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), favored. However, such by-products can permanently damage the polymer membrane, up to the formation of holes through the membrane. The general state of the art in fuel cell stacks is also known, for example, from WO 94/03937 A1, from DE 102 03 029 A1 and from DE 102 46 168 A1, at least part of the cathode exhaust gas flowing into the region of the cathode Attributed gas. This recirculation of the cathode exhaust gas causes an improvement in the moistening of the membranes in the fuel cell stack.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels bereitzustellen, welches einen zuverlässigen und sicheren Betrieb desselben ermöglicht, ohne dass eine alterungsbedingte Degradation auftritt.It is the object of the invention to provide a method for operating a fuel cell stack, which enables a reliable and safe operation thereof, without an age-related degradation occurs.
Des weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung einen Aufbau zur Kathodengas-Rezirkulation eines Brennstoffzellenstapels so zu verwenden, dass damit ein zuverlässiger und sicherer Betrieb des Brennstoffzellenstapels ermöglicht wird, ohne dass eine alterungsbedingte Degradation auftritt.Furthermore, it is the object of the invention to use a structure for the cathode gas recirculation of a fuel cell stack so that a reliable and safe operation of the fuel cell stack is made possible without an age-related degradation occurs.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a method having the features of the characterizing part of claim 1.
Durch das zumindest zeitweise Verdünnen des Volumenstroms an Oxidationsmittel, z.B. mit einem inerten Gas, wie Stickstoff oder dergleichen, wird der Sauerstoffpartialdruck in dem Oxidationsmittel verringert. Damit kommt es während der Verdünnung zu einer Verringerung des Angebots an Reaktionsstoffen und damit zu einem geringeren Spannungs¬ potenzial der Einzelzellen. Die eingangs genannten, bei höheren Potenzialen der Einzelzellen auftretenden Probleme hinsichtlich deren Schädigung können so weitgehend vermieden werden. Damit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein zuverlässiger und sicherer Betrieb des Brennstoffzellen- stapels ermöglicht. Alterungseffekte, welche zu einer Degradation des Brennstoffzellenstapels führen, können verhindert werden.By at least temporarily diluting the volume flow of oxidizing agent, for example with an inert gas, such as nitrogen or the like, the oxygen partial pressure in the oxidizing agent is reduced. This leads to a reduction in the supply of reactants during dilution and thus to a lower voltage potential of the individual cells. The above-mentioned, occurring at higher potentials of the individual cells problems in terms of their damage can be largely avoided. This is due to the inventive method reliable and safe operation of the fuel cell stack. Aging effects that lead to degradation of the fuel cell stack can be prevented.
Dadurch, dass der Volumenstrom des Oxidationsmittels an sich nicht verringert sondern nur verdünnt wird, kann ein hoher Volumenstrom durch den Kathodenraum auch bei geringem Sauerstoffpartialdruck sichergestellt werden. Die gleich¬ mäßige Anströmung und Versorgung aller typischerweise in dem Brennstoffzellenstapel parallel geschalteten Einzelzellen sowie die gleichmäßige Abfuhr von entstehenden Nebenprodukten und Produktwasser, kann sichergestellt werden. Es ist somit keine Unterversorgung von einzelnen Einzelzellen zu befürchten, welche dann in ihrer Spannung sehr stark absinken und gegebenenfalls in den negativen Bereich gehen würden. Somit kann ein „Umkippen" der Einzelzellen in den negativen Bereich ( so genanntes „cell reversal") und der damit verbundene sehr schädliche Elektrolysemodus von umgekippten Einzelzellen sicher verhindert werden.The fact that the volume flow of the oxidizing agent per se is not reduced but only diluted, a high volume flow through the cathode space can be ensured even at low oxygen partial pressure. The uniform flow and supply of all individual cells typically connected in parallel in the fuel cell stack, as well as the uniform removal of by-products and product water, can be ensured. Thus, there is no need to fear a shortage of individual individual cells, which then drop very sharply in their voltage and would possibly go into the negative range. Thus, a "tip over" of the single cells in the negative region (so-called "cell reversal") and the associated very harmful electrolysis mode of overturned single cells can be reliably prevented.
Eine besonders günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 gegeben.A particularly advantageous embodiment of the solution according to the invention is given by the features in the characterizing part of claim 2.
Durch die Verwendung von an Sauerstoff abgereichertem Kathodenabgas zum Verdünnen des Oxidationsmittels kann in besonders günstiger und effektiver Weise ein Verdünnen erfolgen, ohne dass hierfür ein inertes Gas oder dergleichen bereitgehalten werden muss. Neben der einfachen und effektiven Bereitstellung des Gases zum Verdünnen, werden dadurch zumindest teilweise auch die aus dem Stand der Technik bekannten Vorteil hinsichtlich der Befeuchtung des Oxidationsmittel und damit der Membran erzielt, da in dem rezirkulierten Teil des Kathodenabgases immer auch Feuchtigkeit vorhanden ist.By using deoxygenated cathode offgas to dilute the oxidant, dilution can be carried out in a particularly favorable and effective manner, without having to provide an inert gas or the like for this purpose. In addition to the simple and effective provision of the gas for dilution, thereby at least partially also known from the prior art advantage in terms of humidification of the oxidizing agent and thus the membrane is achieved because in the recirculated part of the cathode exhaust gas is always present moisture.
Eine erfindungsgemäße Verwendung, welche die oben genannte Aufgabe löst, ist durch die Merkmale des Anspruchs 6 gegeben.A use according to the invention which achieves the above-mentioned object is given by the features of claim 6.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Aufbaus zur Kathodengas- Rezirkulation zur Begrenzung des Sauerstoffpartialdruckes, erlaubt somit auch die Begrenzung der an den Einzelzellen anliegenden Potenziale. Somit werden durch die erfindungs¬ gemäße Verwendung des Aufbaus die oben genannten Faktoren der Alterung bzw. Schädigung des Brennstoffzellenstapels ver¬ mieden. Dabei kann das Oxidationsmittel einfach und effizient durch das rezirkulierte Kathodenabgas verdünnt werden, wobei sich alle oben bereits genannten Vorteile auch für die neue Verwendung des an sich bekannten Aufbaus zur Kathodengas- Rezirkulation ergeben.The inventive use of the structure for cathode gas recirculation to limit the oxygen partial pressure, thus also allows the limitation of the voltage applied to the individual cells potentials. Thus, the abovementioned factors of aging or damage to the fuel cell stack are avoided by the use according to the invention of the construction. In this case, the oxidizing agent can be diluted easily and efficiently by the recirculated cathode exhaust gas, with all the advantages already mentioned above also result for the new use of the known construction for cathode gas recirculation.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und aus dem nach¬ folgend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungs¬ beispiel.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and from the nach¬ following explained in more detail with reference to the drawing Ausführungs¬ example.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 einen möglichen Aufbau in seiner Verwendung zurFig. 1 shows a possible structure in its use for
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 2 eine Kennlinie einer Brennstoffzelle.Implementation of the method according to the invention; and FIG. 2 shows a characteristic curve of a fuel cell.
In Fig. 1 ist ein sehr stark schematisierter Brennstoff¬ zellenstapel 1 zu erkennen, welcher typischerweise aus einer Vielzahl von parallel angeordneten Einzelzellen besteht, und welcher häufig auch als (Brennstoffzellen-) Stack 1 bezeichnet wird. Der Stack 1 setzt sich dabei im wesentlichen aus einem Kathodenraum 2 und einem Anodenraum 3 zusammen, welche im hier bevorzugten Fall der PEM-Brennstoffzellen als Einzelzellen durch eine Membran-Elektroden-Anordung 4, kurz MEA 4 voneinander getrennt sind. In den Anodenraum 3 strömt dabei ein Brennstoff, im allgemeinen Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas. Dieser Brennstoff reagiert an der MEA 4 unter Bildung von elektrischer Energie mit dem im Kathodenraum 2 befindlichen Oxidationsmittel. Als Oxidations- mittel kann dabei Sauerstoff oder bevorzugt Luft zum Einsatz kommen. Die Versorgung des Anodenraumes 3 mit Brennstoff sowie gegebenenfalls die Abfuhr von Restgasen oder die Re- zirkulation des Brennstoffs spielen für das hier zu erläuternde Verfahren keine Rolle, so dass im folgenden nicht näher darauf eingegangen wird.FIG. 1 shows a very highly schematized fuel cell stack 1, which typically consists of a large number of individual cells arranged in parallel, and which is often referred to as (fuel cell) stack 1. The stack 1 is composed essentially of a cathode space 2 and an anode space 3, which in the Here, the preferred case of PEM fuel cells are separated as single cells by a membrane-electrode assembly 4, short MEA 4. A fuel, generally hydrogen or a hydrogen-containing gas, flows into the anode chamber 3. This fuel reacts at the MEA 4 to form electrical energy with the located in the cathode compartment 2 oxidizing agent. In this case, oxygen or preferably air can be used as the oxidizing agent. The supply of fuel to the anode compartment 3 and, if appropriate, the removal of residual gases or the recirculation of the fuel play no part in the method to be explained here, so that they will not be discussed in more detail below.
Das Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, wird über eine Fördereinrichtung 5, z.B. einen herkömmlichen Verdichter, zu dem Kathodenraum 2 gefördert. Dabei wird das Oxidationsmittel, zumindest bei Bedarf, über ein Leitungselement 6 mit einem Medium verdünnt, welches einen geringeren Sauerstoffgehalt als das Oxidationsmittel aufweist. Neben prinzipiell auch denkbarem mitgeführtem inertem Gas, z.B. Stickstoff oder dergleichen, stammt das zur Verdünnung genutzt Medium bei dem hier dargestellten Aufbau aus dem den Kathodenraum 2 verlassenden Abgas. Bei diesem Kathodenabgas handelt es sich um das an Sauerstoff durch die Reaktion an der MEA 4 abgereicherte Oxidationsmittel. Zusätzlich wird das Kathodenabgas eine gewisse Feuchte aufweisen und so zu einer Teilbefeuchtung des dem Kathoden¬ raum 2 zuströmenden Oxidationsmittels beitragen. Sämtliche Befeuchtungsrelevanten Aspekte sind jedoch aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, so dass hier auf die Thematik der Befeuchtung hier nicht weiter eingegangen werden soll. Die gezielte Rezirkulation eines Teil des Kathodenabgases erfolgt durch die Leitung 6 in den Bereich des Oxidations- mittelzustroms vor der Fördereinrichtung 5. Prinzipiell wäre auch die Dosierung in beliebigen anderen Bereichen möglich, z.B. in den Bereich zwischen der Fördereinrichtung 5 und dem Kathodenraum denkbar, dass müsste in der Leitung 6 jedoch eine eigene Fördereinrichtung, z.B. eine Verdichter oder eine vom Oxidationsmittelstrom getriebene Jetpump, vorgesehen sein. Der in Fig. 1 dargestellt Aufbau ist jedoch alleine schon wegen seiner geringeren Anzahl an Bauteilen zu bevorzugen. Ferner kann der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung 5 aufgrund der Feuchte in dem rezirk¬ ulierten Kathodenabgas geringfügig gesteigert werden.The oxidizing agent, preferably air, is conveyed to the cathode space 2 via a conveying device 5, for example a conventional compressor. In this case, the oxidizing agent, at least when needed, diluted via a conduit member 6 with a medium having a lower oxygen content than the oxidizing agent. In addition to in principle also conceivable entrained inert gas, for example nitrogen or the like, the medium used for dilution in the structure shown here originates from the exhaust gas leaving the cathode space 2. This cathode off-gas is the oxidant depleted of oxygen by the reaction at the MEA 4. In addition, the cathode exhaust gas will have a certain moisture content and thus contribute to a partial humidification of the oxidant flowing into the cathode space 2. However, all humidification-relevant aspects are known from the prior art mentioned above, so that the subject of humidification should not be discussed further here. The targeted recirculation of a part of the cathode exhaust gas takes place through the line 6 into the region of the oxidant flow upstream of the conveying device 5. In principle, the metering would also be possible in any other areas, for example in the region between the conveying device 5 and the cathode compartment in the line 6, however, its own conveyor, such as a compressor or driven by the oxidant stream Jetpump be provided. The structure shown in Fig. 1, however, is to be preferred alone because of its smaller number of components. Furthermore, the efficiency of the conveyor 5 can be slightly increased due to the humidity in the recirculated cathode exhaust gas.
Die Menge an rezirkuliertem Kathodenabgas und damit die Verdünnung des Oxidationsmittels bzw. der Sauerstoff- partialdruck des in den Kathodenraum gelangenden Oxidations¬ mittels kann durch eine Steuer- bzw. regelbare Ventil¬ einrichtung 7 eingestellt bzw. geregelt werden. Somit kann durch die Ventileinrichtung 7 die in dem Volumenstrom des Oxidationsmittels vorhandene Menge an zur Reaktion bereit¬ stehendem Sauerstoff bzw. der Sauerstoffpartialdruck und dadurch die von den Einzelzellen erzeugte Spannungspotenziale frei eingestellt werden.The amount of recirculated cathode exhaust gas and thus the dilution of the oxidizing agent or the oxygen partial pressure of the oxidizing agent reaching into the cathode chamber can be adjusted or regulated by a controllable or controllable valve device 7. The valve device 7 can thus freely set the amount of oxygen ready for reaction or the oxygen partial pressure present in the volume flow of the oxidizing agent and thereby the voltage potentials generated by the individual cells.
In Fig. 2 ist in einem Strom(I) -Spannungs (U) -Diagramm die schematisierte Kennlinie 8 einer Einzelzelle des Stacks 1 gestrichelt dargestellt. Der bevorzugte Leistungsbereich P der Einzelzelle liegt dabei zwischen Pmax bei in etwa der Hälfte der LeerlaufSpannung (open circiut voltage; OCV) OCV/2 und Pmin bei einer kritischen Spannung Ukrit. Oberhalb dieser kritischen Spannung U^rit^ welche gemäß durchgeführter Versuche für eine PEM-Einzelzelle bei ca. 850 mV liegt, kommt es in der Einzelzelle zu den eingangs bereits erwähnten schädlichen Vorgängen, wie Oxidation des Katalysatorträgers, Korrosion der metallischen Bipolarplatte und Bildung von schädlichen Nebenprodukten, in welchen vorwiegend die Ursache für die Degradation der Einzelzellen und damit des Stacks 1 über die Betriebsdauer gesehen werden muss. Der Spannungsbereich oberhalb der kritischen Spannung Ukrit ist deshalb zu vermeiden. Der Spannungsbereich zwischen OCV/2 und Ukrit ist der des normalen und erwünschten Betriebszustandes des Stacks 1. Der Bereich zwischen 0 und OCV/2 ist zwar nicht schädlich, aber unerwünscht, da die Einzelzelle hier nur mit geringer Effizienz arbeitet.2, the schematic characteristic curve 8 of a single cell of the stack 1 is shown in dashed lines in a current (I) voltage (U) diagram. The preferred power range P of the single cell is between P max at about half of the open circuit voltage (OCV) OCV / 2 and P m i n at a critical voltage U kr i t . Above this critical voltage U ^ ri t ^ which, according to experiments carried out for a PEM single cell at about 850 mV, it comes in the single cell to those already mentioned above harmful processes, such as oxidation of the catalyst support, corrosion of the metallic bipolar plate and formation of harmful byproducts, in which mainly the cause of the degradation of the individual cells and thus of the stack 1 over the service life must be seen. The voltage range above the critical voltage U kr i t is therefore to be avoided. The voltage range between OCV / 2 and Ukri t is that of the normal and desired operating state of the stack 1. The range between 0 and OCV / 2 is not harmful, but undesirable because the single cell works here only with low efficiency.
Eine Möglichkeit, das Auftreten von Potenzialen der Einzel¬ zellen über der kritischen Spannung Ukrit zu vermeiden ist prinzipiell die Begrenzung der Menge an zugeführten Oxidationsmittel. Das führt aber aufgrund des dann typischerweise sehr geringen Volumenstroms an Oxidations¬ mittel jedoch sehr schnell zu Gleichverteilungsproblemen in den parallel verschalteten Einzelzellen des Stacks 1, d.h. einzelne Einzelzellen erhalten weniger Oxidationsmittel als andere und sinken dadurch in der Spannung stark ab oder kippen sogar in den negativen Bereich der Spannung (U<0) . Ein solches typischerweise durch Gleichverteilungsprobleme verursachtes Umkippen der Spannung der Einzelzellen und der sich damit einstellende Elektrolysemodus der Einzelzelle ist extrem schädlich. Ein derartiger Betrieb in einem negativen Spannungsbereich ist daher ebenfalls zu vermeiden.One way of avoiding the occurrence of potentials of the individual cells above the critical voltage U k ri t is in principle the limitation of the amount of oxidant supplied. However, due to the then typically very low volume flow of oxidizing agent, this very quickly leads to uniform distribution problems in the parallel interconnected individual cells of the stack 1, ie individual single cells receive less oxidizing agent than others and thereby decrease greatly in voltage or even tilt into the negative one Range of voltage (U <0). Such a tipping over of the voltage of the single cells, which is typically caused by DC distribution problems, and the individual cell's electrolysis mode thus occurring is extremely harmful. Such operation in a negative voltage range is therefore also to be avoided.
Um die Begrenzung der Einzelzellpotenziale auf einen Wert unter der kritischen Spannung Ukrit von 850 mV zu ermöglichen und zugleich die Gleichverteilung des Oxidationsmittels und damit der Spannungen der Einzelzellen im Stack 1 sicherzu¬ stellen, muss unabhängig von Betriebszustand ein genügend hoher Volumenstrom des Oxidationsmittels durch den Kathoden- räum erreicht werden. Um dennoch die Spannung in der ge¬ wünschten Art begrenzen zu können, wird durch das Verdünnen des Oxidationsmittels mit an Sauerstoff bereits abge- reichertem Kathodenabgas - wie beschrieben - der Sauerstoff- partialdruck in dem verdünnten Oxidationsmittel begrenzt. Durch die Einstellung des Dosierverhältnisses von rezirkuliertem Kathodenabgas zu zugeführtem frischem Oxidationsmittel, z.B. angesaugter gereinigter Umgebungsluft, mittels der Ventileinrichtung 7, kann praktisch jeder beliebige Sauerstoffpartialdruck frei eingestellt werden. Somit kann die Spannung der Einzelzellen bei beliebiger Leistungsabnahme nach oben auf den Maximalwert der kritischen Spannung Ukrit begrenzt werden. Damit stellt sich die in Fig.2 durchgezogen dargestellt Kennlinie 8' ein.In order to make it possible to limit the single-cell potentials to a value below the critical voltage U kr i t of 850 mV and at the same time ensure uniform distribution of the oxidizing agent and thus of the voltages of the individual cells in the stack 1, a sufficiently high volume flow of the oxidizing agent must be independent of the operating state through the cathode be reached. In order nevertheless to be able to limit the tension in the desired manner, the dilution of the oxidizing agent with cathode exhaust gas already enriched in oxygen, as described, limits the partial pressure of oxygen in the dilute oxidizing agent. By adjusting the metering ratio of recirculated cathode exhaust to supplied fresh oxidant, such as sucked purified ambient air, by means of the valve means 7, virtually any oxygen partial pressure can be adjusted freely. Thus, the voltage of the individual cells can be limited at any power decrease up to the maximum value of the critical voltage U kr i t . Thus, the curve 8 'shown in solid line in FIG. 2 is established.
Die freie Einstellbarkeit des Sauerstoffpartialdruckes durch die rezirkulierte Mange an Kathodenabgas zur Verdünnung des Oxidationsmittels erlaubt es so, dass ein Betrieb der Einzelzellen, insbesondere bei kleinen von dem Stack 1 geforderten Leistungen, so erfolgt, dass alle Einzelzellen des Stacks 1 immer mit Potenzialen unterhalb der kritischen Spannung Ukrit = ca. 850 mV betreiben werden. Dennoch beliebt der Volumenstrom des in den Kathoderaum 2 gelangenden Oxidationsmittels ausreichend hoch, dass alle Einzelzellen gleichmäßig angeströmt werden. Besonders bevorzugt kann dabei eine den baulichen Verhältnissen des Stacks 1 angepasste untere Volumenstromgrenze vorgegeben werden, unter die der Volumenstrom bei beliebig einstellbarem Sauerstoffpartial¬ druck nie fällt.The free adjustability of the oxygen partial pressure by the recirculated manganese cathode exhaust for dilution of the oxidant allows it so that operation of the individual cells, especially for small required by the stack 1 services, so that all individual cells of the stack 1 always with potentials below the critical Voltage Uk r i t = approx. 850 mV. Nevertheless, the volumetric flow rate of the oxidizing agent entering the cathode space 2 is sufficiently high that all individual cells are uniformly flown. In this case, a lower volume flow limit adapted to the structural conditions of the stack 1 can be specified, below which the volumetric flow never drops under any desired oxygen partial pressure.
Optimal ist dabei eine potenzialgesteuerte Regelung der Ventileinrichtung 7 in der Art, dass die Verdünnung sich so einstellt, dass die von jeder der Einzelzellen abgegebene Spannung maximal wird, aber nie über den kritischen Spannungswert Ukrit = ca. 850 mV ansteigt. Damit kann unter Nutzung der oben genannten Vorteile der Verdünnung des Oxidationsmittels an sich eine bestmögliche Leistungsdicht des Stacks 1 erreicht werden.Optimal is a potential-controlled control of the valve device 7 in such a way that the dilution is adjusted so that the output from each of the individual cells voltage is maximum, but never beyond the critical Voltage value Ukri t = approx. 850 mV increases. Thus, by using the above-mentioned advantages of the dilution of the oxidizing agent per se, a best possible power density of the stack 1 can be achieved.
Als alternative oder ergänzende Möglichkeit könnte der Strom¬ bzw. Leistungsbereich unterhalb von Pmj.n durch eine Batterie und/oder einen kapazitiven Energiespeicher geeigneter Größe abgedeckt werden. Aufgrund einer solchen Hybridisierung eines Brennstoffzellensystems könnte bei Leistungsanforderungen unterhalb von Pmin der Brennstoffzellenstapel 1 abgeschaltet werden. Zwar könnten auch so für die Einzelzellen schädliche Bedingungen in ersten Ansatz vermieden werden, dies ist aber sowohl apparativ als auch steuerungs- bzw. regelungstechnisch sehr aufwändig. Ferner kann es während der notwendigen An- und Abfahrprozeduren temporär weiterhin zu Potentialansteigen der Einzelzellen über die kritischen Spannung U^it kommen, so dass die schädlichen Vorgänge nicht vollkommen unterdrückt werden können.As an alternative or additional possibility, the current or power range could be below P m j. n be covered by a battery and / or a capacitive energy storage of suitable size. Due to such a hybridization of a fuel cell system, the fuel cell stack 1 could be switched off at power requirements below P m i n . Although harmful conditions for the individual cells could be avoided in the first approach, this is very complex both in terms of apparatus and control technology. Furthermore, during the necessary start-up and shut-down procedures, potential increases of the individual cells over the critical voltage U 1 i t may temporarily continue, so that the harmful processes can not be completely suppressed.
Sehr viel einfacher, effizienter und vorteilhafter ist es daher, die Spannung der Einzelzellen im Teillastbereich nach oben durch die dargelegte Verdünnung des Oxidationsmittels, bevorzugt über die Rezirkulation des Kathodenabgases, zu begrenzen. Sofern dies nicht notwendig ist, da in einzelnen Betriebszuständen eine entsprechende Begrenzung der Potenziale aufgrund der vom Stack 1 geforderten Leistung ohnehin erfolgt, kann die Menge an rezirkuliertem Kathoden¬ abgas in aus der DE 102 46 168 Al bekannten Weise Befeucht¬ ungsrelevant geregelt werden. It is therefore much simpler, more efficient and more advantageous to limit the voltage of the individual cells in the partial load range upward by the stated dilution of the oxidizing agent, preferably via the recirculation of the cathode exhaust gas. If this is not necessary, since in individual operating states a corresponding limitation of the potentials due to the power demanded by the stack 1 takes place anyway, the amount of recirculated cathode exhaust gas can be regulated in a manner relevant to humidification in a manner known from DE 102 46 168 A1.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche DaimlerChrysler AGPatent claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels mit wenigstens einer Einzelzelle, insbesondere einer PEM- Brennstoffzelle, wobei einem Anodenraum des Brennstoff¬ zellenstapels Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas als Brennstoff und einem Kathodenraum des Brennstoff¬ zellenstapels Sauerstoff oder Luft als Oxidationsmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel zumindest zeitweise verdünnt wird, so dass die von jeder der Einzelzellen abgegebene1. A method for operating a fuel cell stack with at least one individual cell, in particular a PEM fuel cell, wherein an anode space of the fuel cell stack is supplied with hydrogen or a hydrogen-containing gas as fuel and a cathode space of the fuel cell stack oxygen or air as the oxidant, characterized that the oxidizing agent is at least temporarily diluted so that the output from each of the individual cells
Spannung unter einem kritischen SpannungswertVoltage below a critical voltage value
(Ukrit)bleibt.(U crit ) remains.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verdünnen des Oxidationsmittels Abgas aus dem Kathodenraum (2) des Brennstoffzellenstapels (1) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for diluting the oxidizing agent, exhaust gas from the cathode space (2) of the fuel cell stack (1) is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Volumenstrom des Oxidationsmittels nicht unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the volume flow of the oxidant does not fall below a predetermined limit.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Abschalten des Brennstoffzellenstapels (1) unterhalb einer vorgegebenen Minimalleistung (Pmin) verzichtet wird.4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that switching off the fuel cell stack (1) below a predetermined minimum power (P m i n ) is dispensed with.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Spannungswert (UKrit) bei ca. 850 mV der Leerlaufspannung (OCV) der Einzelzellen gewählt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the critical voltage value (U Kr it) at about 850 mV of the open circuit voltage (OCV) of the individual cells is selected.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnung des Oxidationsmittels in der Art geregelt wird, dass die von jeder der Einzelzellen abgegebene Spannung maximal wird, jedoch nie über den kritischen Spannungswert (Ukrit) ansteigt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the dilution of the oxidizing agent is controlled in such a way that the output from each of the individual cells voltage is maximum, but never above the critical voltage value (Uk r i t ) increases.
7. Verwendung eines Aufbaus zur Rezirkulation von Abgas aus einem Kathodenraum eines Brennstoffzellenstapels mit wenigstens einer Einzelzelle, insbesondere einer PEM- Brennstoffzelle, in den Bereich eines zu dem Kathodenraum strömenden Oxidationsmittels, zur Begrenzung des Sauerstoffpartialdrucks in dem Kathodenraum (2) in der Art, dass die von jeder der Einzelzellen abgegebene Spannung unter einem kritischen Spannungswert (Ukrit) bleibt.7. Use of a structure for the recirculation of exhaust gas from a cathode compartment of a fuel cell stack with at least one individual cell, in particular a PEM fuel cell, in the region of an oxidant flowing to the cathode space, for limiting the oxygen partial pressure in the cathode space (2) in such a way that the voltage delivered by each of the individual cells remains below a critical voltage value (Ucrit).
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel mit dem rezirkulierten Abgas verdünnt wird. 8. Use according to claim 7, characterized in that the oxidizing agent is diluted with the recirculated exhaust gas.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Spannungswert (UKrit) bei ca. 850 mV der Leerlaufspannung (OCV) der Einzelzellen gewählt wird. 9. Use according to claim 7 or 8, characterized in that the critical voltage value (U Kr it) at about 850 mV of the open circuit voltage (OCV) of the individual cells is selected.
PCT/EP2005/012008 2004-11-26 2005-11-09 Process for operating a fuel cell stack WO2006056319A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004057140.6 2004-11-26
DE102004057140A DE102004057140A1 (en) 2004-11-26 2004-11-26 Method for operating a fuel cell stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006056319A1 true WO2006056319A1 (en) 2006-06-01

Family

ID=35520918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/012008 WO2006056319A1 (en) 2004-11-26 2005-11-09 Process for operating a fuel cell stack

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004057140A1 (en)
WO (1) WO2006056319A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007058717A1 (en) 2007-12-06 2008-06-12 Daimler Ag Fuel cell system for motor vehicle, has fuel cell stack, whose fuel cells are connected with air inlet pipe and with air outlet pipe by end plate, where locking units prevent air supply through air inlet and air outlet pipes
JP5476408B2 (en) * 2012-03-14 2014-04-23 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
DE102022211848A1 (en) 2022-11-09 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for operating a fuel cell system with at least one or more stacks

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4202933A (en) * 1978-10-13 1980-05-13 United Technologies Corporation Method for reducing fuel cell output voltage to permit low power operation
EP0341189A1 (en) * 1988-05-05 1989-11-08 International Fuel Cells Corporation Cathode flow control for fuel cell power plant
US5013617A (en) * 1989-12-29 1991-05-07 International Fuel Cells Corporation Air ejector system for fuel cell passivation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4202933A (en) * 1978-10-13 1980-05-13 United Technologies Corporation Method for reducing fuel cell output voltage to permit low power operation
EP0341189A1 (en) * 1988-05-05 1989-11-08 International Fuel Cells Corporation Cathode flow control for fuel cell power plant
US5013617A (en) * 1989-12-29 1991-05-07 International Fuel Cells Corporation Air ejector system for fuel cell passivation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004057140A1 (en) 2006-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010005294B4 (en) A fuel cell system and method for purging water from a fuel cell stack at system shutdown
DE69836593T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN ELECTROCHEMICAL FUEL CELL WITH PERIODIC FUEL INTERRUPTION AT THE ANODE
DE10296380B3 (en) Method for operating a fuel cell and fuel cell power plant
DE112008001674B4 (en) Fuel cell system and control method of the same
DE112004002279T5 (en) Fuel cell system and method for starting the same
DE102008047393B4 (en) Method for fast and reliable starting of fuel cell systems
DE102011014969B4 (en) A method of operating a fuel cell system in a standby mode
DE102008006729A1 (en) Strategies for reducing cell degradation during turn-on and turn-off with H2 / N2 storage
DE102015200473B4 (en) Method for transferring a fuel cell system to a standby mode and corresponding fuel cell system
DE102016110451A1 (en) Method for starting a fuel cell system and fuel cell system
WO2017220552A1 (en) Bipolar plate having a variable width of the reaction channels in the inlet region of the active region, fuel cell stack and fuel cell system having bipolar plates of this type, as well as a vehicle
WO2016083104A1 (en) Method for switching off a fuel cell stack, and fuel cell system
EP1256142B1 (en) Alkaline direct methanol fuel cell
WO2006056319A1 (en) Process for operating a fuel cell stack
WO2008043377A1 (en) Fuel circuit of a fuel cell system
DE102011105054A1 (en) Fuel cell operating method for driving motor car, involves carrying out measure for amplification of convection and/or of turbulence within anode portion during starting procedure of fuel cell
DE102020113105A1 (en) Method of turning off a fuel cell device
DE102009001630A1 (en) Fuel cell system operating method for use in motor vehicle, involves initially starting supply of di-oxygen, and determining setting and retaining process of stand-by voltage level at direct current network
EP2127006B1 (en) Method for electrochemical activation of fuel cells
DE102019209767A1 (en) Method for parking a fuel cell device, fuel cell device and motor vehicle
EP2618417B1 (en) Direct methanol fuel cell and method for operating the same
DE102017215574A1 (en) Method for operating a fuel cell and fuel cell system
DE102020128127A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
DE102020100599A1 (en) Method for a freeze start of a fuel cell system, fuel cell system and motor vehicle with such a system
DE102020105476A1 (en) Method for operating a fuel cell device, fuel cell device and motor vehicle with such

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KN KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05802401

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1