CN100446321C - 具有封闭的反应物供应系统的燃料电池的操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池系统，在燃料电池的燃料供应压力大于氧化剂供应压力的情况下操作。这样就得到了改进的性能，尤其是当燃料电池系统在燃料侧是封闭时。燃料过压的大小可以根据燃料电池操作参数的变化而改变。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年3月3日申请的美国临时专利申请No.60/451,943以及2003年3月7日申请的美国临时专利申请No.60/453,027的优先权，其中这两个临时申请整体地结合作为本申请的参考于此。
技术领域
本发明涉及燃料电池，并且更具体地涉及具有封闭的燃料供应系统的燃料电池的操作方法。
背景技术
电化学燃料电池将燃料和氧化剂转化成电能。固体聚合物电化学燃料电池通常采用薄膜电极组件(“MEA”)，其包括有置于两个电极之间的离子交换膜或固体聚合物电解质，该固体聚合物电解质通常包括一层多孔的、导电片材，比如碳纤维纸或碳织物(carbon cloth)。MEA包含一层催化剂(通常形式为被精细粉碎的铂)，其位于每个薄膜/电极界面处以引起希望的电化学反应。在操作中，电极被电连接以便通过外部电路在电极之间形成传导电子的电路。通常，多个MEA连续地电连接从而形成具有希望输出功率的燃料电池堆叠。
在通常的燃料电池中，MEA置于两个导电流体流场板或分离器板之间。流体流场板具有至少一个形成于其至少一个主要平面中的流动通道。流动通道将燃料和氧化剂导向到相应的电极，也就是燃料侧的阳极和氧化剂侧的阴极。流体流场板用作电流收集器，为电极提供支撑，为燃料和氧化剂通向相应的阳极和阴极表面提供通道或通路，并且为电池运行期间所形成的反应产品(比如水)的移除提供通道。
某些燃料电池被设计来对于一个或两个反应物以封闭的模式操作。封闭的反应物供应系统包括封闭端构造，其中反应物流动通道以及用于闭环再循环的系统通常是封闭的，反应物排出气流的这个闭环再循环从燃料电池出口到燃料电池进口并且和增加的新鲜反应物一起穿过燃料电池。在这些情况下，用于封闭侧的反应物通常基本上是纯的。通常在反应物流动通道的某个位置处设置放泻阀(在封闭系统运行中通常是封闭的)，用于周期性地将在封闭系统运行中形成于反应物通道中的非活性组分聚集物排出。在常规的燃料电池放泻系统中，放泻阀不时地打开，例如手动地或者以规定的固定时间间隔打开。可选地，例如，在一个堆叠中的一个或多个电池的电压或电能输出低于预定界限值时(参见例如英国专利No.1223941)，或者当电能输出降低预定值时(参见例如美国专利No.3,553,026)，或者在燃料电池已经运行预定数目的安培小时之后(参见例如美国专利No.3,697,325)，触发一次放泻。穿过燃料电池堆叠的反应物流动路径可以被构造为使得非活性组分倾向于首先聚集在该堆叠的一个或几个燃料电池中，而不是聚集在该堆叠中每个电池的出口区域中。放泻系统可以通过控制器进行控制(参见例如共同转让的美国专利申请公开No.2003/0022041)。
然而，尽管放泻能改进具有封闭的反应物供应系统的燃料电池的性能，但是其浪费了有价值的燃料并且增加了系统上的额外负载，因为需要放泻设备。此外，不希望将氢气释放入大气环境。于是，仍然需要改进具有封闭的反应物供应系统的操作方法，这种方法无需放泻操作。
发明内容
本方法涉及燃料电池，并且更具体地，涉及具有封闭的燃料供应系统的燃料电池的操作方法。
在一个实施例中，一种操作一个包括有至少一个燃料电池堆叠的燃料电池系统的方法，该堆叠包括至少一个燃料电池，该燃料电池系统还包括有反应物供应系统，该反应物供应系统包括有将燃料流导向通过该堆叠的燃料通道和将氧化剂流导向通过该堆叠的氧化剂通道，该方法包括：在氧化剂供应压力之下将氧化剂流供应到氧化剂通道；和在燃料供应压力之下将燃料流供应到燃料通道；其中燃料供应压力至少在部分时间内至少比氧化剂供应压力大5磅/平方英寸(34.5千帕)并且至少在部分时间内反应物供应系统的燃料侧是封闭的。
在一些实施例中，燃料电池可以为固体聚合物电解质燃料电池，并且反应物为氢气和空气。
在一些实施例中，在操作期间，燃料供应压力一直至少比氧化剂供应压力大5磅/平方英寸，并且可以比氧化剂供应压力高约5磅/平方英寸至30磅/平方英寸(206.7千帕)。在其它实施例中，燃料供应压力可以间断地至少比氧化剂供应压力大5磅/平方英寸。在另一些其它实施例中，当反应物供应系统的燃料侧是封闭时，燃料供应压力至少比氧化剂供应压力大5磅/平方英寸。
在一些实施例中，燃料供应压力可以改变，以有时在大于34.5千帕的过压下供应燃料以及在其它时间在不大于34.5千帕的过压下供应燃料。并且变化可以以基本上恒定的频率，或者基于燃料电池系统的动力输出，或者基于一个表征燃料电池性能的参数来进行。在其它实施例中，燃料供应压力可以在不同的操作阶段期间改变，比如燃料电池系统的关闭和/或启动阶段期间。
在一些实施例中，反应物供应系统的燃料侧一直是封闭的，比如通过至少一个燃料电池的燃料侧是封闭端的来实施。在其它实施例中，反应物供应系统的燃料侧包括有再循环回路，用于将燃料流再循环通过该堆叠。在又一些其它实施例中，反应物供应系统的燃料侧包括有放泻阀，其可以周期性地打开以便从该堆叠中排出一部分燃料流。在又一些其它实施例中，反应物供应系统的燃料侧可以在多个位置处是封闭的，比如每个燃料电池的燃料侧都是封闭端的。在又一些其它实施例中，燃料电池系统包括有第一堆叠以及第二堆叠，第二堆叠在第一堆叠的下游串联地流体连接以接收燃料流，其中第二堆叠的燃料通道至少部分时间是封闭端的。
参考附图和下述详细描述，本方法的这些和其它方面将会很清楚。
附图说明
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件或动作。附图中元件的大小和相对位置并非按规定比例画出。例如，各个元件的形状和角度没有按规定比例画出，并且一些元件可以任意地放大和定位以提高附图的清晰度。而且，元件的具体形状，如同所画出的，并不是要传递任何有关该具体元件实际形状的信息，而是仅仅为了在附图中易于识别。
图1是包括有燃料电池堆叠和电子控制部件的燃料电池系统的部分分解的透视图。
图2是示出穿过图1所示燃料电池系统的级联燃料电池堆叠的燃料流的示意图。
图3是示出在0至30磅/平方英寸的燃料过压之下运行的燃料电池堆叠的电池电压随时间变化的曲线图。
图4是示出各个电池的电压以及堆叠电压与燃料过压之间的曲线图。
图5是示出根据本方法的一个实施例在燃料过压之下运行的燃料电池堆叠的平均电池电压的曲线图。
具体实施方式
在以下详细描述中，某些具体细节是为了给本发明的各个实施例提供彻底的理解而阐述的。然而，本领域的熟练技术人员能理解到，本发明可以在没有这些细节的前提下实施。在其它情况中，与燃料电池堆叠和燃料电池系统相关的公知结构没有进行详细地描述以避免不必要地使得对本发明实施例的描述变得模糊。
除非文中有要求，否则在说明书和之后的权利要求书中，术语“包含”以及其变型(比如“包括”)视为是开放式的，非限制性的，也就是“包括但不限于此”。
图1示出了燃料电池系统10的一部分，也就是，燃料电池堆叠12和燃料电池电子控制系统14。燃料电池堆叠12包括多个布置在一对端板18a、18b之间的燃料电池组件16，其中有一个燃料电池组件16被部分地从燃料电池组件12中移除以更好地示出燃料电池组件16的结构。拉杆(未示出)在端板18a、18b之间延伸并且与紧固螺母18一起配合来通过将压力应用于各个部件从而将端板18a、18b偏压在一起以保持它们之间的良好接触。
每个燃料电池组件16包括有薄膜电极组件20，其包括有两个由离子交换膜26分开的电极，阳极22和阴极24。电极22、24能由允许反应物渗透的多孔导电片材(比如碳纤维纸或织物)制成。每个电极22、24在与离子交换膜26邻近的表面上覆盖有催化剂27，比如一薄层铂，以使得每个电极具有电化学活性。
燃料电池组件16还包括有一对将薄膜电极组件20夹在中间的分离器或流场板28。在所示实施例中，每个流场板28包括有一个或多个反应物通道30，其形成于流场板28的与电极22、24中相关的一个电极相邻的平面上，分别用于将燃料输送给阳极22以及将氧化剂输送给阴极24。(图1中只能看见一个流场板28上的反应物通道30。)输送氧化剂的反应物通道30还将废气和产品水(product water)从阴极24运出去。如下更详细的描述，燃料电池堆叠12设计为以封闭的燃料供应模式操作，从而在操作期间基本上所有供应入的氢燃料都能被消耗，并且即使在系统10的正常操作中有氢气从堆叠12中运出去，那么也是非常少。
每个流场板28可包括多个冷却通道32，其形成于流场板28的平面上，与具有反应物通道30的平面相对。在装配堆叠时，每个相邻燃料电池组件16的冷却通道32相互配合以使得封闭的冷却通道32形成于每个薄膜电极组件20之间。冷却通道32将冷却液传送通过燃料电池堆叠12。冷却通道32可以是直线型的并且彼此平行，并且横穿每个板28以使得冷却通道进口和出口位于板28的相应边缘处。
虽然所示燃料电池系统在每个燃料电池组件16中包括有两个流场板28，但是该系统也可以可选地包括有位于相邻的薄膜电极组件20之间的一单个双极流场板(未示出)，同时另一侧板上的通道将氧化剂输送到另一相邻薄膜电极组件20的阴极。在这种系统中，具有输送冷却剂(例如液体或气体，比如冷却空气)的通道的其它流场板28可以是贯穿燃料电池堆叠12间隔的，因为需要提供对堆叠12的充分冷却。
端板18a包括有燃料流进口(未示出)，用于将供应燃料流引入燃料电池堆叠12。端板18b包括有燃料流出口35，用于将废燃料流从燃料电池堆叠12中排出，废燃料流主要包括水和非活性组分以及杂质。在封闭的供应系统操作中，燃料流出口35通常由一个阀封闭。
每个燃料电池组件16中形成有开口，以便与相邻组件16中的相应开口相配合从而形成延伸过堆叠12长度的内部燃料供应和排出歧管(未示出)。燃料流进口通过相应的反应物通道30与流体出口35流体地相连接，这些反应物通道分别与燃料供应和排出歧管流体相通。
端板18b包括有用于将供应空气(氧化剂流)引入燃料电池堆叠12的氧化剂流进口37、以及用于将废气从燃料电池堆叠12中排出的氧化剂流出口39。每个燃料电池组件16中形成有开口31、34，用于与相邻燃料电池组件16中的相应开口相配合来形成延伸过堆叠12长度的氧化剂供应和排出歧管。氧化剂进口37通过相应的反应物通道30与氧化剂出口39流体地相连接，这些反应物通道分别与氧化剂供应和排出歧管流体相通。
如图2所示，燃料可以以级联流动的模式导向通过燃料电池堆叠12。燃料电池组件16的第一组11被布置为使得燃料在该组内以并发平行的方向流动(由箭头13表示)，其方向通常与冷却剂流穿过燃料电池堆叠12的方向相反。流过两组燃料电池组件16中的下一组15的燃料与第一组11中的燃料流串联，并且在组15内的顺流平行方向(由箭头17表示)通常与冷却剂流过燃料电池堆叠12的方向相同。流过两组燃料电池组件16中最后一组19的燃料与第一和第二组11、15串联，并且在组19内的顺流平行方向(由箭头21表示)通常与冷却剂流过燃料电池堆叠12的方向相反。氧化剂平行地供应到每个燃料电池，其方向大致与冷却剂流过燃料电池堆叠12的方向相同。
在一个可选构造中，替代“封闭端”的燃料电池堆叠12，该系统可以包括第二燃料电池堆叠，其是封闭端的并且位于下游(相对于反应物流的方向)，并且与燃料电池堆叠12流体相通。在又一个可选构造中，替代如图1所示在一个位置处(例如通过封闭燃料出口35)具有封闭端的燃料电池堆叠12，燃料电池堆叠12可以在沿着反应物通道30的多个位置处具有封闭端。例如，部分或所有的燃料电池组件16可以是封闭端的或者燃料电池堆叠12可以被分成数个区段，每个区段分开地供应燃料并且是封闭端的。
每个薄膜电极组件20设计为在阳极22和阴极24之间产生额定电位差。反应物(氢和空气)在离子交换膜26的任一侧上通过反应物通道30供应到电极22、24。氢气被供应到到阳极22，在该处铂催化剂27促使其分离成质子和电子，它们作为有用的电能传递穿过外部电路(未示出)。在薄膜电极组件20的相对侧上，空气通过反应物通道30流到阴极24，在该处空气中的氧气与穿过离子交换膜26的质子发生反应从而产生产品水。
继续参考图1，电子控制系统14包括遍布燃料电池系统10的电路板38上的各种电气和电子部件、各种传感器44以及致动器46。电路板38承载有微处理器或微控制器40，其被适当地编程或成形以执行燃料电池系统的操作。微控制器40可以采用能从San Jose，California的Atmel公司买到的Atmel AVR RISC微控制器。电子控制系统14还包括有永久存储器42，比如微控制器40的EEPR0M部件或者分开的、非挥发性的、控制器可读的介质。
微控制器40被结合来从传感器44接收输入以及将输出提供给致动器46。输入和/或输出可以是数字的和/或模拟的信号。可充电的电池47驱动电子控制系统14直到燃料电池堆叠12能向电子控制系统14提供足够的动力。微处理器40可以有选择地结合在燃料电池堆叠12和电池47之间以便在燃料电池系统操作期间开关电源和/或在燃料电池操作期间给电池47充电。
在不受理论限制的前提下，对依靠空气操作并且具有封闭的燃料供应的燃料电池组件16中存在的情况进行描述。假定状态稳定，没有氮气跨过膜26的净扩散。在阳极进口12附近，燃料流中氮气的摩尔分数很低，因为相对少量的氮气扩散过膜26并进入燃料通道。由于燃料沿着阳极22的长度被消耗，氮气的摩尔分数就增大。由于氮气的对流的质量流动以及燃料电池组件16中燃料的消耗，阳极22出口附近氮气的摩尔分数会大于阴极24中氮气的摩尔分数，在这种情况下氮气会跨过膜26扩散回阴极侧。在稳定状态下，电池进口上跨过膜的氮气浓度梯度与电池面积的乘积(驱动从阴极向阳极扩散)等于电池出口上相应的氮浓度梯度与电池面积的乘积(驱动从阳极向阴极扩散)。
在没有阳极排出循环的封闭端系统中，阳极22附近氮气的摩尔分数将超过空气中氮气的摩尔分数。因而，在阳极22中就存在着氮气浓度梯度。浓度梯度的大小受到一些因素的影响，包括阳极流场中的燃料速度以及燃料的化学计量。增大阳极22中的燃料速度将增大氮气朝着阳极22的出口的对流的质量流，从而增大浓度梯度。燃料速度随着一些因素增大，这些因素比如与阳极22相关的压力降、燃料电池组件16增大的操作压力以及高的负载。燃料化学计量的降低也增大氮气的浓度梯度。实际上，在燃料化学计量为1时，阳极22中基本上所有的燃料都被消耗并且阳极22出口附近氮气的摩尔分数接近1。
如果阳极废气被周期性地回收，或者一部分废气被回收，那么氮气的浓度梯度将降低，但是阳极22出口附近的氮气浓度将仍然大于阴极的氮气浓度。在连续回收阳极废气的情况下，就基本上消除了浓度梯度，但是阳极流场中的氮气浓度将等于阴极流场中的氮气浓度。
扩散的氮气在阳极22阻碍反应(由于燃料的稀释)并且最终将导致燃料电池组件16的性能降低到不可接受的程度。
根据本方法，通过将燃料供应压力保持在足够高的水平，氮气的摩尔分数将会比燃料的摩尔分数低很多，并且有足够的燃料(例如氢)来维持燃料的摩尔分数。根据本方法，至少在操作的一些阶段期间，以至少5磅/平方英寸的过压(即燃料过压等于燃料电池组件的燃料供应压力和氧化剂供应压力之间的差值)供应燃料。大约5磅/平方英寸的过压还具有更多的益处并且可以提高燃料电池系统10的性能和可靠性，由于除了克服氮气扩散过膜26之外的其它原因。例如，已知增大燃料供应压力可以提高催化剂活性。根据本方法使用的燃料过压的大小将受到燃料电池系统10的部件和构造的限制，尤其是密封和膜26对于增大的燃料过压的承受限度。
温度和其它操作条件可以对于特定堆叠构造进行优化。例如，通过应用本方法，可以在较高的操作温度下操作燃料电池系统10，这个操作温度高于适用于不用本方法操作燃料电池系统10时的温度。增大操作温度将通过改进阳极处的水处理从而提高具有封闭燃料供应系统的燃料电池系统的性能。
虽然前述讨论涉及到了氮气扩散进入燃料电池的阳极空间，但是可以理解的是，同样的原理可以应用于扩散过燃料电池膜的氧化剂流中出现的其它惰性或非活性的组分。
在本方法的一个实施例中，燃料在大于5磅/平方英寸的过压之下连续地供应到堆叠12。在其它实施例中，燃料供应压力可以变化，以使得燃料有时在大于5磅/平方英寸的过压之下供应，而在其它时候燃料并不是在大于5磅/平方英寸的过压之下供应。在另外的其它实施例中，燃料压力可以在5磅/平方英寸的过压和更大的过压之间变化。变化可以是恒定频率的或者间断的(变化频率)，并且可以与燃料电池系统10的瞬时操作条件无关或有关。例如，从操作开始，过压可以以预定的间隔变化。在另一实施例中，燃料过压的使用或大小可以通过微控制器40根据传感器40所接收到的输入进行控制。在一个实施例中，传感器44监视表示堆叠或电池性能的一个或多个参数，比如一个或多个电池的电压，从而例如检测出何时出现燃料不足。类似地，过压的使用或大小也可以在燃料电池系统10的各个操作阶段期间不同，比如在燃料电池系统10的启动或关闭期间。类似地，过压的使用或大小可以根据燃料电池系统10上的负载或动力输出来变化，比如在无负载或部分负载条件期间。例如，无负载或部分负载条件下的过压可以低于满负载条件下的过压。另外，负载条件的变化速率可以影响所需的过压，例如在过渡状态。
如上所述，由于在燃料消耗时燃料流过燃料通道，非活性的组分倾向于在燃料电池堆叠12为封闭端之处附近聚集。这会导致燃料电池组件16在该处不可接收的性能。因此，在又一可选的实施例中，上述的系统构造，比如包括有具有封闭端的第二燃料电池堆叠的系统，或者其中燃料电池堆叠12在沿着燃料流动路径的数个位置处为封闭端的系统，可以用来减少这种影响。例如，在包括有第二燃料电池堆叠的系统中，所述第二燃料电池堆叠为封闭端的并且在下游(对于反应物流的方向)流体连接到原始燃料电池堆叠，非活性组分将倾向于在第二“封闭端”的燃料电池堆叠中聚集。这样，就能保持原始燃料电池堆叠的性能。
如上所述，根据本方法，通过将燃料供应压力保持在足够地高于氧化剂压力的水平，燃料电池系统10可以在无需中间放泻的情况下操作。因而，放泻系统不再是燃料电池系统10所必须的部分。然而，希望燃料电池系统10保留放泻的能力，并且因此，在可选实施例中，燃料电池系统10可以包括有放泻设备。例如，图2中的燃料电池组件16的最后一组19可以包括有燃料电池堆叠的放泻电池部分，其中非活性的组分(包括氮气)可以通过打开放泻阀来排出。(尽管燃料电池堆叠12被设计为基本上消耗了操作期间供应进来的所有氢燃料，但是在燃料电池堆叠12的放泻期间，微量的未反应氢气也可以通过燃料流出口35(图1)排出)。
因此，在本方法的一些实施例中，放泻可以与燃料过压结合起来使用。例如，放泻系统可以根据系统性能周期性地或者根据需要来致动。参见，例如，普通指定的美国专利申请公开No.2003/0022041，其整体地结合作为本申请的参考。在本方法的又一实施例中，过压可以与燃料流从燃料电池堆叠12阳极侧的持续少量渗出相结合使用。参见，例如，美国专利申请No.10/253,390，其整体地结合作为本申请的参考。渗出位置可以选择为使它们处于氮最有可能聚集的位置，比如如上所述那样堆叠和/或各个电池为封闭端之处。
以下例子被包括来示出本方法的各个实施例和方面，但是无论如何都不应当视为是限制性的。
例1
对Ballard燃料电池堆叠(10个电池)的各个电池的电池电压进行监视。该堆叠在燃料侧关闭，并且在大约70℃的冷却剂进口温度下操作，并且燃料电池堆叠产生大约150mA/cm2的电流。空气作为氧化剂在大约10磅/平方英寸的常压、大约1.8的化学计量以及大约73％的相对湿度下供应到堆叠(化学计量是所供应的燃料或氧化剂与燃料电池中产生电能所消耗量之间的比例)。基本上纯净的氢气在约1.0的化学计量和大约67％的相对湿度下供应到该堆叠。所供应的氢气的压力在大约10磅/平方英寸(燃料过压约为零)到大约40磅/平方英寸(燃料过压约为30磅/平方英寸)之间变化。堆叠在测试期间没有放泻。
图3示出了当燃料过压变化时各个电池的电压随时间变化的曲线图。如图3所示，该堆叠在无需燃料放泻的情况下持续操作大约两个小时，只要燃料压力至少比氧化剂压力大5磅/平方英寸(时间＝0到时间＝120分)。从图3中能看出，尽管在此期间一半电池的电压低于另一半，但是较低电压的电池的性能仍然很稳定。然而，一旦燃料过压被降低到大约5磅/平方英寸以下，一些电池的性能就开始显著地降低。
图4是从图3数据的摘录，其示出了各个电池和堆叠在不同燃料过压时的电压。再次，从图中能看出，当燃料过压大于大约5磅/平方英寸时，电池能在无需任何堆叠放泻的情况下操作。一旦燃料过压被降低到低于5磅/平方英寸，它们的性能就开始显著地降低。
例2
对一47个燃料电池的NEXATM堆叠的电池电压进行监视。该堆叠在燃料侧关闭，并且在大约65℃的冷却剂进口温度下操作，并且燃料电池堆叠产生大约432mA/cm2的电流。空气作为氧化剂在大约2.25磅/平方英寸的常压、大约2.0的化学计量以及大约90-95％的相对湿度下供应到堆叠。基本上纯净的未增湿的氢气在大约14.25磅/平方英寸的压力和约1.0的化学计量(燃料过压约为12磅/平方英寸)下供应到该堆叠。在大约64小时之后，冷却剂进口温度增大到约75℃并且该堆叠再运行大约两个小时，之后停止测试。堆叠在测试期间没有放泻。
图5示出了在上述测试期间(即在基本上恒定的燃料过压下将燃料侧封闭地进行操作)平均电池电压随时间变化的曲线图。如图5所示，该堆叠在无需燃料放泻的情况下在冷却剂进口温度为65℃时持续操作超过63小时，并且又在冷却剂进口温度为75℃时操作两个小时。从图5中能看出，增大冷却剂进口温度提高了平均电池电压。
在燃料侧上为封闭端但是具有燃料再循环回路的燃料电池系统中使用上述包括利用燃料过压的方法是有利的。在这种构造中，氮气和非活性组分在阳极(在燃料回路中)的聚集能通过使用燃料过压而得到减轻。
以上所述以及通过参考结合于此的申请和专利中的各个实施例能进行组合从而提供更多的实施例。所述方法能省略一些步骤和增加一些步骤，并且能与所示不同的顺序执行这些步骤，以实现本发明的优点。
在上述描述的教导下，能对本发明作出这些和其它改变。总之，在下述权利要求书中，所用术语不应当视为用来将本发明限制于说明书中所公开的具体实施例，而是应当视为包括依照权利要求操作的所有燃料电池系统、控制器和处理器、致动器，以及传感器。因此，本发明不限于所公开的内容，而是其范围应当由下述权利要求书整体地确定。
Claims (25)
1.一种包括有至少一个燃料电池堆叠的燃料电池系统的操作方法，该堆叠包括至少一个燃料电池，该燃料电池系统还包括有反应物供应系统，该反应物供应系统包括有将燃料流导向通过该堆叠的燃料通道和将氧化剂流导向通过该堆叠的氧化剂通道，该方法包括：
在氧化剂供应压力之下将氧化剂流供应到氧化剂通道；和
在燃料供应压力之下将燃料流供应到燃料通道；
其中燃料供应压力至少在部分时间内至少比氧化剂供应压力大5磅/平方英寸并且至少在部分时间内反应物供应系统的燃料侧是封闭的，
其特征在于当反应物供应系统的燃料侧是封闭时，燃料供应压力至少比氧化剂供应压力大34.5千帕。
2.如权利要求1的方法，其特征在于该至少一个燃料电池为固体聚合物电解质燃料电池。
3.如权利要求2的方法，其特征在于燃料流为氢气并且氧化剂流为空气。
4.如权利要求1的方法，其特征在于在操作期间，燃料供应压力一直至少比氧化剂供应压力大34.5千帕。
5.如权利要求4的方法，还包括：
改变燃料供应压力，以有时在大于34.5千帕的过压下供应燃料以及在其它时间在不大于34.5千帕的过压下供应燃料。
6.如权利要求5的方法，其特征在于燃料供应压力以基本上恒定的频率改变。
7.如权利要求5的方法，其特征在于燃料供应压力基于燃料电池系统的动力输出而改变。
8.如权利要求5的方法，其特征在于燃料电池系统还包括至少一个传感器，并且改变燃料供应压力包括基于传感器的输出来改变燃料供应压力。
9.如权利要求5的方法，其特征在于还包括：
监视一个表征燃料电池性能的的参数，
其中燃料供应压力基于表征燃料电池性能的这个参数而改变。
10.如权利要求1的方法，其特征在于还包括：
改变燃料供应压力，
其中燃料供应压力间断地至少比氧化剂供应压力大34.5千帕。
11.如权利要求10的方法，其特征在于燃料供应压力以基本上恒定的频率改变。
12.如权利要求10的方法，其特征在于在燃料电池系统的关闭阶段和启动阶段中的至少一个阶段期间，燃料供应压力至少比氧化剂供应压力大34.5千帕。
13.如权利要求10的方法，其特征在于燃料供应压力基于燃料电池系统的动力输出而改变。
14.如权利要求10的方法，其特征在于燃料电池系统还包括至少一个传感器，并且改变燃料供应压力包括基于传感器的输出来改变燃料供应压力。
15.如权利要求10的方法，其特征在于还包括：
监视一个表征燃料电池性能的的参数，
其中燃料供应压力基于表征燃料电池性能的这个参数而改变。
16.如权利要求1的方法，其特征在于反应物供应系统的燃料侧一直是封闭的。
17.如权利要求1的方法，其特征在于反应物供应系统的燃料侧包括有放泻阀，其周期性地打开以便从该堆叠中排出一部分燃料流。
18.如权利要求1的方法，其特征在于反应物供应系统的燃料侧还包括有再循环回路并且该方法还包括将燃料流再循环通过该堆叠。
19.如权利要求18的方法，其特征在于反应物供应系统的燃料侧包括有放泻阀，并且该方法还包括周期性地打开该放泻阀以便从该堆叠中排出一部分燃料流。
20.如权利要求1的方法，其特征在于反应物供应系统的燃料侧在多个位置处是封闭的。
21.如权利要求1的方法，其特征在于该堆叠包括有多个燃料电池，并且至少一个燃料电池的燃料侧是封闭的。
22.如权利要求21的方法，其特征在于每个燃料电池的燃料侧都是封闭端的。
23.如权利要求1的方法，其特征在于该燃料电池系统包括有第一堆叠以及第二堆叠，第二堆叠在第一堆叠的下游串联地流体连接以接收燃料流，其中第二堆叠的燃料通道至少部分时间是封闭端的。
24.如权利要求1的方法，其特征在于燃料供应压力比氧化剂供应压力高34.5千帕到206.7千帕。
25.如权利要求1的方法，其特征在于燃料供应压力比氧化剂供应压力至少高68.9千帕。
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