CN106450403A - 具有改进的诊断能力的燃料电池堆端电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有改进的诊断能力的燃料电池堆端电池，更具体地涉及用于提供燃料电池堆组件的系统和方法，该燃料电池堆组件包括促成改进的诊断与检测能力的堆端电池。在某些实施例中，根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的阳极侧可构造成具有低于FC堆中的其它电池的阳极气体流量。根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的阴极侧还可构造成具有高于FC堆中的其它电池的气体流量。此外，所公开FC堆端电池的实施例可允许在不利状态和/或事件对FC堆中的其它电池造成不利影响之前对FC堆组件中的这种状态和/或事件进行检测。

Description

具有改进的诊断能力的燃料电池堆端电池
技术领域
本公开涉及燃料电池系统。更具体地但不排他地，本公开涉及一种包括促成改进的诊断与检测能力的堆端电池的燃料电池堆组件。
背景技术
乘用交通工具可包括给交通工具的电气和传动系统的某些特征提供动力的燃料电池（“FC”）系统。例如，可将FC系统应用于交通工具从而直接地和/或经由中间的蓄电池系统给交通工具的电传动系统部件（例如，电驱动电机等）提供动力。FC系统可包括单个电池，或者可替代地，可包括被布置在堆构造中的多个电池。
在具有包括数十至数百个单独电池的FC堆的FC系统中，在正常运行状态下，FC堆的各种电池可具有相似的电池电压。然而，在某些运行状态（例如，长期的低功率状态、高相对湿度和低温状态、较高温度低相对湿度状态、启动状态、关闭状态等）下，由于电池间变化因而单独的电池会具有不同的行为。此外，这种行为会导致与标称电压水平的电池电压偏差，从而导致对电池部件的损伤和/或减少的FC堆耐久性和/或使用寿命。
发明内容
本文中所公开系统和方法的实施例提供了一种包括具有改进的诊断与检测能力的一个或多个堆端电池和/或一组或多组的堆端电池的FC堆组件。在某些实施例中，根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的阳极侧可构造成具有低于FC堆中的其它电池的阳极气体流量（例如，低5%等）。根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的阴极侧还可构造成具有高于FC堆中的其它电池的阴极气体流量（例如，高5%等）。此外，本文中所公开的FC堆端电池的实施例可允许在这种状态和/或事件对FC堆中的其它电池造成不利影响之前对FC堆组件中的不利状态和/或事件进行检测。在某些实施例中，可利用相对于堆中的其它电池而改进它们的鲁棒性的特征，来增强根据本文中所公开实施例的堆端电池，从而在堆的使用寿命期间确保端电池可维持它们的诊断能力。
在一些实施例中，FC系统可包括被构造在堆组件中的多个燃料电池。可将第一端电池（或一组的第一端电池）设置在燃料电池堆组件的第一端，并且可将第二端电池（或一组的第二端电池）设置在燃料堆组件的第二端。第一端电池和第二端电池可各自包括具有低于燃料电池堆组件的其它燃料电池的阳极气体流量的阳极侧、和具有高于燃料电池堆组件的其它燃料电池的阴极气体流量的阴极侧。
在某些实施例中，端电池的阳极侧可包括相对于堆组件中的其它电池的阳极侧流道为较浅的阳极侧流道。在其它实施例中，端电池的阳极侧可包括构造成比与其它电池相关的扩散介质层更多地侵入进入阳极侧流道中的扩散介质层。阳极侧还可包括受部分限制的阳极流场（例如，包括被部分堵塞的阳极流道等）。在一些实施例中，阳极侧可包括相对于包括在多个燃料电池中的阳极而具有较高量的析氧反应催化剂、较高量的氢氧化催化剂、无催化剂载体、和/或更多的耐腐蚀催化剂载体的阳极材料（例如，IrOx等）。
在其它实施例中，端电池的阴极侧可包括相对于堆组件中的其它电池的阴极侧流道为较深的阴极侧流道。在某些实施例中，端电池的阴极侧可包括构造成比与其它电池相关的扩散介质层较少地侵入进入阴极侧流道中的扩散介质层。在其它实施例中，为了提高电池鲁棒性，端电池的阴极侧可包括具有相对较低的离子聚合物对碳的比例和/或较高的铂加载量（loading）并且/或者包含石墨化碳和/或铂黑的阴极材料。
在其它实施例中，一种组装燃料电池堆的部件的方法可包括：将多个燃料电池设置在堆构造中、将第一端电池或第一组端电池设置在堆构造的第一端、和将第二端电池或第二组端电池设置在堆构造的第二端。根据本文中所公开的实施例，（一个或多个）第一端电池和第二端电池可各自包括：具有低于燃料电池堆组件的其它燃料电池的阳极气体流量的阳极侧、和具有高于燃料电池堆组件的其它燃料电池的阴极气体流量的阴极侧。
本发明还公开了以下方案。
方案1.一种包括在交通工具中的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
被构造在燃料电池堆组件中的多个燃料电池，其中所述多个燃料电池包括：
被设置在所述燃料电池堆的第一端上的至少一个端电池，所述至少一个电池包括阳极侧，所述阳极侧被构造成相对于所述燃料电池堆组件中的所述多个燃料电池的其它燃料电池呈现更低的阳极气体流量，
其中，所述阳极侧的阳极材料包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阳极具有更高量的析氧反应催化剂的阳极材料。
方案2.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述更低的阳极气体流量包括低至少5%的流量。
方案3.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阳极侧流道更浅的多条阳极侧流道。
方案4.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括气体扩散层，所述气体扩散层构造成比与所述多个燃料电池的所述其它燃料电池相关的扩散介质层更多地侵入进入所述阳极侧的阳极侧流道中。
方案5.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括具有至少一个流量限制结构的阳极流场。
方案6.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述析氧反应催化剂包括氧化铱。
方案7.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述阳极材料包括耐腐蚀材料。
方案8.如方案7所述的燃料电池系统，其中，所述耐腐蚀材料包括石墨化碳、碳纳米管、碳纳米纤维、和金属氧化物材料中的至少一种。
方案9.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述阳极材料包括铂黑。
方案10.如方案1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池包括被包括在所述燃料电池堆组件中的多个端电池的端电池，所述多个端电池的各端电池具有构造成相对于所述多个燃料电池的所述其它燃料电池呈现不同的反应物气体流量的一侧。
方案11.一种包括在交通工具中的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
被构造在燃料电池堆组件中的多个燃料电池，其中所述多个燃料电池包括：
被设置在所述燃料电池堆的第一端上的至少一个端电池，所述至少一个电池包括阴极侧，所述阴极侧被构造成相对于所述燃料电池堆组件中的所述多个燃料电池的其它燃料电池呈现更高的阴极气体流量，
其中，所述阴极侧的阴极材料包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阴极具有更低的离子聚合物对碳的比例的阴极材料。
方案12.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述更高的阴极气体流量包括高至少5%的流量。
方案13.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阴极侧包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阴极侧流道更深的多条阴极侧流道。
方案14.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阴极侧包括气体扩散层，所述气体扩散层构造成相对于与所述多个燃料电池的所述其它燃料电池相关的扩散介质层更少地侵入进入所述阴极侧的阴极侧流道。
方案15.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阴极侧的所述阴极材料包括具有相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阴极更高的铂加载量的材料。
方案16.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述阴极材料包括耐腐蚀材料。
方案17.如方案16所述的燃料电池系统，其中，所述耐腐蚀材料包括石墨化碳、碳纳米管、碳纳米纤维、和金属氧化物材料中的至少一种。
方案18.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述阴极材料包括铂黑。
方案19.如方案11所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池包括被包括在所述燃料电池堆组件中的多个端电池的端电池，所述多个端电池的各端电池具有构造成相对于所述多个燃料电池的所述其它燃料电池呈现不同的反应物气体流量的一侧。
方案20.一种用于组装燃料电池系统的方法，所述方法包括：
组装所述燃料电池系统的燃料电池堆的部件，其中所述组装包括：
将多个燃料电池设置在堆构造中；
将第一端电池设置在所述堆构造的第一端处；和
将第二端电池设置在所述堆构造的第二端处，
其中，所述第一端电池和所述第二端电池各自包括阳极侧，所述阳极侧具有相对于燃料电池堆组件的多个燃料电池更低的阳极气体流量，并且
其中，所述第一端电池和所述第二端电池各自包括阴极侧，所述阴极侧具有相对于所述燃料电池堆组件的多个燃料电池更高的阴极气体流量。
附图说明
下面参照附图描述了本公开的非限制性和非详尽的实施例，包括本公开的各种实施例，在附图中：
图1示出了根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的一部分的透视图。
图2示出了根据本文中所公开实施例的包括FC堆端电池的FC堆组件的图示。
图3示出了根据本文中所公开实施例的组装FC堆的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下面提供对根据本公开实施例的系统和方法的详细说明。虽然描述了若干实施例，但应当理解的是，本公开并不局限于任何一个实施例，反而包括许多替代、修改、和等同物。另外，虽然为了提供对本文中所公开实施例的详尽理解而在以下的描述中陈述了许多具体细节，但一些实施例可以在没有部分或全部的这些细节的情况下实施。此外，为了清楚的目的且为了避免不必要地使本公开难以理解，对于在相关领域中为已知的某个技术材料不作详细描述。
通过参考附图将最佳地理解本公开的实施例，其中相似的部件可用相似的附图标记进行标示。公开的实施例的部件，如在本文中的附图中概括地描述，可以被布置且被设计在许多种的不同构造中。因此，下面对本公开的系统和方法的实施例的详细说明并非意图限制如要求保护的本公开的范围，而仅仅是本公开的可行实施例的代表。另外，方法的步骤不一定必须按任何特定顺序或者甚至顺序地执行，也无须仅执行一次该步骤，除非另有说明。
本文中所公开的系统和方法的实施例提供一种包括使改进的诊断与检测能力成为可能的堆端电池的FC堆组件。某些实施例可结合PEMFC系统而被应用，尽管也使用其它类型的FC系统。在PEMFC系统中，可将氢提供给FC的阳极，并且可将空气（或氧）作为氧化剂提供给FC的阴极。PEMFC可包括膜电极组件（“MEA”），该膜电极组件包括质子传导但不是电子传导的固体聚合物电解质膜，该电解质膜具有在其一面上的含阳极催化剂层、和在相反面上的含阴极催化剂层。可将该膜与相邻的催化剂层夹在阳极与阴极气体扩散层（“GDL”）之间从而形成MEA。可将MEA设置在一对导电元件之间，从而形成双极板的各部分并且起用于阳极和阴极的集电器的作用。双极板可限定用于将气体反应物分配在各自的阳极和阴极催化剂层的表面上方的一条或多条流道。
FC系统可包括单个电池，或者可替代地，可包括被布置在堆构造中的多个电池。例如，在某些实施例中，可将多个电池串联地布置而形成FC堆组件。在FC堆组件中，可将多个电池电性串联地堆叠在一起，并且用透气的导电双极板将它们隔开。该双极板可执行多种功能并且以多种方式而构造。在某些实施例中，该双极板可限定一条或多条内部冷却通路和/或通道，其包括一个或多个换热表面，冷却剂可流动经过该换热表面以便除去在其运行期间从FC堆中产生的热。
图1示出了根据本文中所公开实施例的FC堆组件的FC堆端电池100的一部分。此外，FC堆组件可以是包括在交通工具中的FC系统的FC堆组件。该交通工具可以是机动交通工具、海上运输工具、飞机、和/或任何其它类型的交通工具，并且可包括用于并入本文中所公开系统和方法的任何适当类型的传动系统和/或固定电源。FC系统可构造成为交通工具的某些部件和/或其它电动装置提供电力，这些在本文中被共同地被描述为由FC提供动力的设备（“FCPE”）。例如，FC系统可构造成给交通工具的电传动系统部件提供电力。FC堆组件可包括被布置在堆构造中的多个电池，并且可包括上述的某些FC系统元件和/或特征。
FC堆端电池100可包括被质子交换膜（“PEM”）106隔开的阴极104和阳极102。阴极104可包括：被设置成抵接PEM 106的第一侧的阴极侧催化剂层、和被设置成抵接阴极侧催化剂层的阴极侧微孔层。阴极侧气体扩散层108包括阴极侧微孔层，其可被设置成抵接阴极104。FC的阳极102可包括：被设置成抵接PEM 106的第二侧的阳极侧催化剂层、和被设置成抵接该阳极侧催化剂层的阳极侧微孔层。可将包括阳极侧微孔层的阳极侧气体扩散层110设置成抵接阳极102。可将FC堆的FC电性串联地堆叠在一起并且用透气的导电板将它们隔开。导电板可包括多个导电薄板。例如，第一板可包括薄板112并且第二板可包括薄板114。在某些构造（例如FC堆端电池100）中，FC堆端电池100的至少一个板可包括单个薄板。
在某些实施例中，导电板的薄板可采用多种方法制造，包括机械加工、模压、冲压等。可通过焊接和/或任何其它粘接工艺（例如，在某些界面位置处）将薄板附着在一起而形成导电板。导电板和/或组成部分的薄板112、114可包含任何合适的材料，包括例如钢、不锈钢、钛、铝、碳、石墨等。在其它实施例中，导电板和/或组成部分薄板112、114可包含包括导电性保护涂层的材料，此外该电性保护涂层构造成在相关的FC系统的运行期间减小接触电阻并且缓解双极板和/或组成部分薄板112、114的退化。
在某些实施例中，第一导电板的阴极侧可由薄板114所限定。类似地，第二导电板的阳极侧可由薄板112所限定。薄板112可限定多条阳极侧流道116。薄板114可限定多条阴极侧流道118。阴极反应物（例如，氧和/或空气）可流动经过阴极流道118并且阳极反应物（例如，氢）可流动经过阳极流道116。阴极反应物（例如，氧和/或空气）可扩散经过阴极侧气体扩散层108并且在阴极催化剂层104内部发生反应。阳极反应物（例如，氢）可扩散经过阳极侧气体扩散层110并且在阳极催化剂层102内发生反应。氢离子可扩散经过PEM 106，由此产生电流。尽管未图示，薄板112、114还可限定用于促成在FC堆运行期间冷却剂的流动的多条冷却流体流道。
根据本文中所公开的实施例，FC堆端电池100可构造成提供改进的诊断与检测能力。在某些实施例中，FC堆端电池100的阳极侧（即，包括薄板112、阳极侧气体扩散层110、和/或阳极102）可构造成具有低于FC堆中的其它电池（即，非端电池）的阳极气体流量。例如，在一些实施例中，阳极气体流量可低至少5%，尽管也包括其它相对压力降。FC堆端电池100的阴极侧（即，包括薄板114、阴极侧扩散介质层108、和/或阴极104）可构造成具有高于FC堆中的其它电池（即，非端电池）的阴极气体流量。例如，在一些实施例中，阴极气体流量可高大约至少5%，尽管也包括其它相对阴极流量。此外，所公开的FC堆端电池100的实施例可允许在不利状态和/或FC堆组件中的事件对FC堆中的其它电池造成不利影响之前对这种状态和/或事件进行检测。
在某些实施例中，FC堆端电池100的阳极侧可以多种方法进行构造，从而实现低于FC堆中其它电池的阳极气体流量。例如，在一些实施例中，包括在阳极侧中的导电板的薄板112可限定相对于与FC堆中的其它电池相关的阳极侧流道为较浅的阳极侧流道116。在其它实施例中，阳极侧扩散介质层110可以是相对于与FC堆中的其它电池相关的扩散介质层为较软的并且/或者被设计成更容易地侵入进入阳极侧流道116。在一些实施例中，通过限制相关的流场，可实现较低的阳极的气体流量。例如，阳极侧可构造成包括在阳极通道中和/或在在入口氢歧管与出口氢歧管之间的活性区域流场中的一条或多条部分堵塞的阳极通路。
为了提高端电池鲁棒性，根据本文中的实施例FC堆端电池100的阳极侧中的较低阳极气体流量还可与包含相对于FC堆中的其它电池的阳极为较高量的析氧反应催化剂的阳极催化剂层102相结合。例如，在某些实施例中，FC堆端电池100的阳极102可包含是FC堆中的其它电池的阳极4-8倍的析氧反应催化剂。在一些实施例中，可将高IrOx添加阳极用于FC堆端电池100。在其它实施例中，可将铂黑用作阳极催化剂（例如，代替被担载在碳上的铂纳米粒子）。在一些实施例中，FC堆端电池100的阳极102可包含更多的耐腐蚀催化剂载体（如石墨化碳）、碳纳米纤维/纳米管、金属氧化物载体（如TiOx、SnOx）、和/或进一步用W、In、Sb等掺杂的上述氧化物。
在一些实施例中，FC堆端电池100的阴极侧可以构造为多种方式从而实现与FC堆中的其它电池相比为相对较高的流量。例如，在一些实施例中，包括在阴极侧中的导电板的薄板114可包括比与FC堆中的其它电池相关的阴极侧流道更深的阴极流道118。在其它实施例中，阴极侧气体扩散层108可以是相对于与FC堆中的其它电池相关的气体扩散层（例如，阴极侧气体扩散层108可以是相对地较硬）为较薄的并且/或者被设计成呈现较少地侵入进入阴极侧流道118。在其它实施例中，FC堆端电池100的阴极104可具有低于FC堆中的其它电池的离子聚合物对碳的比例。
下面在表1中详述了用于改进FC堆端电池100的诊断与检测能力以及用于提高FC堆端电池鲁棒性的特征的各种示例性特征，包括许多的上述特征：
在某些实施例中，利用相对于堆中的其它电池提高它们的鲁棒性的特征，可增强根据文中所公开实施例的阴极端电池，从而确保端电池可在堆的使用寿命期间维持它们的诊断能力。例如，为了提高端电池鲁棒性，可将阴极端电池中的较高的流量与呈现较高铂加载量、包括石墨化碳和/或包括较少腐蚀的催化剂（如铂黑）的阴极催化剂层104相结合。在其它实施例中，与常规的膜相比，PEM 106可具有更高的化学和机械鲁棒性。
根据本文中所公开实施例的FC堆端电池100可使端电池的电压和/或电阻监测以及减小和/或减少或排除其它堆电池的电压和/或电阻监测要求成为可能。端电池100还可包括诊断传感器、装置、和/或工具，例如电化学氢传感器、端电池的阻抗测量等，从而增强诊断和/或检测能力。在某些实施例中，FC堆可包括在一个或两个FC堆端部上的根据本文中所公开实施例的单个端电池100和/或多个端电池100中的任一种情况。例如，在一些实施例中，FC堆可包括10个端电池，5个端电池是在包括本文中所公开诊断特征的实施例的堆的各端上。
在某些实施例中，包括根据公开实施例的特征的FC堆端电池100可位于FC堆组件的一端和/或两端上。在其它实施例中，包括根据公开实施例的特征的FC堆端电池100可位于在FC堆组件内部的任何其它位置，包括不在FC堆组件的端部的位置。下面所给出的表2中提供了用于将根据公开实施例的一个或多个堆端电池100包括在FC堆组件中的示例性位置、和相关的提高的诊断和/或检测能力，该提高的能力可通过将FC堆端电池100加入到这种示例性位置中而实现。
此外，公开的FC堆端电池100的实施例可允许在FC堆组件中的其它电池中的相关不利作用发生之前对不利事件和/或状态进行检测。例如，在一些实施例中，由于在FC堆端电池100的阳极侧中具有较低的相对流量，因而端电池会具有相对于堆电流为较低的流量化学计量、和/或在FC堆组件中的其它电池前面的液泛状态。因此，当利用与FC堆端电池100中的FC堆组件相关的控制系统和/或传感器对这种状态进行检测时，可实现一种或多种保护作用以便缓解对FC堆组件中其它电池的损伤。在一些实施例中，在对FC堆组件中的整体氢缺乏进行检测期间，由于增加的析氧反应催化剂加载量，因而FC堆端电池100的阳极102可对电池换极具有更大的耐性，因此在正常运行期间端电池100可维持发电能力。
类似地，在某些实施例中，由于在FC堆端电池100的阴极侧中具有高的流量，因而端电池可经历显著较高的化学计量流量，因此经历在FC堆组件中其它电池前面的增加的干涸状态，特别是当FC堆在高温和低相对湿度下运行时。如果未进行检测，那么FC堆中的电池的显著的干涸会导致局部发热增加并且最终导致膜中的短路和孔洞形成。由于在其不利作用在FC堆组件中的其它电池中发生之前端电池能够对干涸状态作出反应，因而利用与FC堆端电池100中的FC堆组件相关的控制系统和/或传感器对这种状态进行检测，并且可实现一种或多种保护作用以便缓解对FC堆组件中电池的损伤。
因为端电池100在空气侧可具有较高的流量，所以空气侧比堆的剩余部分会更快地干涸。当端电池中的膜干涸时，其质子阻抗（R）会比堆的剩余部分以更快的速率增加。因为电池电压由于电阻损耗而下降（其中电压下降等于I乘以R），所以端电池的电池电压会比堆的剩余部分更快地下降。控制系统可对该电压下降进行监测，从而形成干涸的指示物并且采取必要的修复和/或保护措施。
在其它状态中，根据本文中所公开实施例的FC堆端电池100可用于在长期的低功率或启动期间、低相对湿度和/或高温状态、在空气-空气启动期间的氢缺乏状态、和/或在长期关闭后的空气侵入期间检测低流量/低化学计量和/或液泛状态。在检测到这种状态时，可采取适当的保护措施（如增加阳极化学计量/流量、降低堆温度和/或增加阴极入口RH、或者关闭FC系统）以便缓解对FC堆组件的损伤。
在低功率下，端电池100可对液泛进行检测，并且可能的修复和/或保护措施可包括增大氢流量和增加功率达相对较短的持续时间和/或通过引发阳极氢排放事件。如果该系统具有使这个额外的功率缓慢下降的（例如，用于给蓄电池充电）能力增加功率会是可能的。在高功率下，端电池100会对过度干涸进行检测，并且如果可能的话相关的保护作用可包括功率降低或温度下降（例如，通过增加散热器流量和/或通过启动散热器风扇）。
如上所述，可将根据公开实施例的包括诊断和/或鲁棒性特征的多个端电池包括在FC堆组件中。在某些实施例中，多个端电池的各端电池可包括一个或多个不同特征，以便改进对特定堆状态的诊断。例如，第一端电池可包括受限制的阳极流场，并且第二端电池可包括受较少限制的阴极流场。在本实例中，如果测量到第一端电池的电压为低，则可增加流向阳极的氢流量。类似地，如果测量到第二端电池的电压为低，则可执行一项或多项措施以减少堆的干涸。在其它实施例中，端电池可包括根据公开实施例的相似特征（例如，阳极和/或阴极特征两者），并且可基于端电池的测量值和/或与整个FC堆组件相关的终端测量值来确定多种堆状态。
应当理解的是，在本发明的实体工作的范围内，可以对图1中示出的所公开的FC堆端电池100的实施例作出一些变型。例如，可将根据本文中所公开实施例的FC堆端电池100合并入具有多种其它几何形状和/或构造的FC堆组件中。因此，应当理解的是，图1是为了说明和解释的目的而不是限制的目的而提供。
图2示出了根据本文中所公开实施例的包括FC堆端电池100a、100b的FC堆组件200的图示。FC堆组件200还可包括潮湿端204和干燥端206，阳极和阴极气体可经过该潮湿端204而进入堆。应注意的是，阳极和阴极气体入口和出口以及冷却剂入口和出口未被关联FC堆组件200被图示。在某些实施例中，FC堆端电池100a、100b可构造成包括上面参考图1所描述的FC堆端电池的某些特征，并且可与包括在FC堆组件200中的其它电池202不同的方式而加以构造。在一些实施例中，FC堆端电池100a（即，与干燥端206相联的FC堆端电池100a）可用于与检测在空气-空气启动状态下的阳极液泛、电池干涸、和/或氢缺乏相关联。在其它实施例中，FC堆端电池100b（即，与潮湿端204相联的FC堆端电池100b）可用于与检测阳极液泛、电池干涸、和/或空气侵入状态相关联。尽管如上所述被图示为位于FC堆组件200的端部，但在其它实施例中，根据公开实施例的FC堆端电池100a、100b可位于在FC堆组件200内部的任意位置。
图3示出了根据本文中所公开实施例的组装FC堆的示例性方法300的流程图。具体地，方法300可用于组装包括根据本文中所公开实施例的FC堆端电池的FC堆组件。在302，可开始方法300。在304，可将多个燃料电池组装在一个堆构造中。例如，可将多个电池电性串联地堆叠在一起，并且用透气的导电双极板将它们隔开。
在306，可将第一端电池或第一组端电池设置在堆构造的第一端。此外，第一端电池或第一组端电池可包括具有低于堆构造中其它燃料电池的阳极气体流量的阳极侧、和包括具有高于堆构造中其它燃料电池的阴极气体流量的阴极侧的阴极侧。在308，可将第二端电池或第二组端电池设置在堆构造的第二端。此外，如同第一端电池，第二端电池或第二组端电池可包括具有低于堆构造中其它燃料电池的阳极气体流量的阳极侧、和包括具有高于堆构造中其它燃料电池的阴极气体流量的阴极侧的阴极侧。采用具有前述构造的第一和第二电池，例如可允许在这种状态和/或事件对FC堆中其它电池造成不利影响之前，对FC堆组件中的不利状态和/或事件进行检测。在310，方法300可结束。
尽管为了清楚的目的较为详细地对前面的内容进行了描述，但显而易见的是，在不背离其原理的前提下可对这些内容作出某些变更和修改。例如，在某些实施例中，本文中所公开的系统和方法可应用于不包括在交通工具中的FC系统。应注意的是，还存在实施本文中所描述工艺和系统的许多替代方式。因此，本发明的实施例应被看作是说明性的而不是限制性的，并且本发明不应局限于本文中所给出的细节，而是可在所附权利要求范围和等同物内作出修改。
前面已参考各种实施例描述了本发明。然而，本领域技术人员应理解的是，在不背离本公开的范围的前提下，可以作出各种修改和变更。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的部件，可根据具体用途或者考虑与系统运行相关的任意数量的成本因素而以替代方式实施。因此，可将任何的一个或多个步骤加以删除、修改、或者与其它步骤结合。此外，本公开应被看作是说明性而不是限制性的，所有的这种修改意图是包括在本公开的范围内。同样地，上面已基于各种实施例描述了益处、其它优点、和问题的解决方案。然而，可导致任何益处、优点、或解决方案实现或者变得更加明显的益处、优点、问题的解决方案、和任何（一个或多个）要素不应被理解成是重要的、必需的、或基本的特征或要素。
本文中所使用的术语“包含”和“包括”及其任何其它的变型，意图涵盖非排他性的包括，因此包含一系列要素的工艺、方法、物件、或装置不仅包括这些要素而且也可包括未明确地列出的或者这种工艺、方法、系统、物件、或装置所特有的其它要素。另外，本文中所使用的术语“联接的”、“联接”及其任何其它变型意图涵盖物理连接、电连接、磁性连接、光学连接、通信连接、功能连接、和/或任何其它连接。本领域技术人员应理解的是，在不背离本发明基本原理的前提下，可对上述实施例的细节作出许多变更。因此，本发明的范围应当仅决定于所附权利要求。

Claims (10)

1.一种包括在交通工具中的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
被构造在燃料电池堆组件中的多个燃料电池，其中所述多个燃料电池包括：
被设置在所述燃料电池堆的第一端上的至少一个端电池，所述至少一个电池包括阳极侧，所述阳极侧被构造成相对于所述燃料电池堆组件中的所述多个燃料电池的其它燃料电池呈现更低的阳极气体流量，
其中，所述阳极侧的阳极材料包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阳极具有更高量的析氧反应催化剂的阳极材料。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述更低的阳极气体流量包括低至少5%的流量。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阳极侧流道更浅的多条阳极侧流道。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括气体扩散层，所述气体扩散层构造成比与所述多个燃料电池的所述其它燃料电池相关的扩散介质层更多地侵入进入所述阳极侧的阳极侧流道中。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个端电池的所述阳极侧包括具有至少一个流量限制结构的阳极流场。
6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述析氧反应催化剂包括氧化铱。
7.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述阳极材料包括耐腐蚀材料。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述耐腐蚀材料包括石墨化碳、碳纳米管、碳纳米纤维、和金属氧化物材料中的至少一种。
9.一种包括在交通工具中的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
被构造在燃料电池堆组件中的多个燃料电池，其中所述多个燃料电池包括：
被设置在所述燃料电池堆的第一端上的至少一个端电池，所述至少一个电池包括阴极侧，所述阴极侧被构造成相对于所述燃料电池堆组件中的所述多个燃料电池的其它燃料电池呈现更高的阴极气体流量，
其中，所述阴极侧的阴极材料包括相对于包括在所述多个燃料电池的所述其它燃料电池中的阴极具有更低的离子聚合物对碳的比例的阴极材料。
10.一种用于组装燃料电池系统的方法，所述方法包括：
组装所述燃料电池系统的燃料电池堆的部件，其中所述组装包括：
将多个燃料电池设置在堆构造中；
将第一端电池设置在所述堆构造的第一端处；和
将第二端电池设置在所述堆构造的第二端处，
其中，所述第一端电池和所述第二端电池各自包括阳极侧，所述阳极侧具有相对于燃料电池堆组件的多个燃料电池更低的阳极气体流量，并且
其中，所述第一端电池和所述第二端电池各自包括阴极侧，所述阴极侧具有相对于所述燃料电池堆组件的多个燃料电池更高的阴极气体流量。
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