CN109962263A - 燃料电池系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种燃料电池系统和方法。一种或多种表面活性剂被用作用于氢气燃料质子交换膜燃料电池的氢气载体和/或冷却剂。表面活性剂可用作起泡剂以用冷却水将氢气捕集为细气泡，以供给燃料电池阳极。水充当加湿供应剂和冷却剂。

Description

燃料电池系统和方法
技术领域
本申请大体上涉及燃料电池，并且更具体地，涉及用于提供燃料至各种类型燃料电池的方法和装置。
背景技术
传统质子交换膜燃料电池(PEMFC)已经发展了很多年。然而，PEMFC仍然遭受许多问题和困难。例如，冷却和水管理问题通常在PEMFC开发和使用中提出挑战。在这方面，燃料电池必须充分地冷却同时也不过度饱和燃料电池，否则妨碍氢气至燃料电池中催化层的输送。类似地，有对氢气安全性的担忧。例如，如果燃料电池没有充分冷却，它可能过热，这对氢气可能是特别有问题的。
类似地，燃料电池堆中的热点形成能够引起燃料电池性能劣化。例如，如果燃料电池的某些区域比其他区域热或冷得多，则局部温度梯度的性能与其他区域相比较可能具有降低的性能，这继而能够降低整体燃料电池性能。因此，需要在燃料电池中提供更有效且高效的冷却。
许多燃料电池，诸如PEMFC，包括用于为阳极、阴极、冷却剂等提供流动路径的多个双极板。通常燃料电池堆中每个电池需要多个板以执行这些众多的功能。然而，由于每个电池包括多个板，增加了额外的费用和重量。在这方面，最小化使用的双极板的数量可能是有帮助的。
如上所述，根据燃料电池类型，必须提供加湿，诸如在操作期间保持其中使用的膜充分加湿。然而，此类加湿器可能是昂贵且沉重的。类似地，用于加湿、冷却剂、氢气以及其他气体和液体的相关联泵及控制器具有有限的寿命且通常需要定期维护。因此，减少泵、控制器等的数量可减少某些类型的燃料电池上所需的维护。
在其他形式中，氢气、空气、杂质等可在燃料电池中催化层上累积且劣化性能。然而，有效地且高效地去除这些杂质可能是困难的，特别当燃料电池在操作中时。因此，通常从催化层和燃料电池去除杂质和其他材料可能是有帮助的。如果在燃料电池操作期间持续进行，这可能特别有帮助。
进一步地，二氧化碳能够污染燃料电池，诸如碱性燃料电池。因此，去除和/或防止其中的二氧化碳可能是有帮助的。
发明内容
在一种形式中，一种或多种表面活性剂被用作氢载体和/或用于氢燃料质子交换膜燃料电池的冷却剂。表面活性剂可用作起泡剂以用冷却水将氢气捕集为细气泡，以供给燃料电池阳极。水充当加湿供应剂和冷却剂。
根据一种形式，表面活性剂可以是线性烷基苯磺酸相关化合物，该化合物形成氢气泡，提高质子交换膜的导电性，充当水载体以冷却燃料电池且清除来自氢气流的杂质。此冷却技术在需要的地方而不是如通常在传统燃料电池中发现的冷却板提供原位冷却。此冷却技术消除了用于阳极氢气和阴极氧(空气)气两者的冷却板和加湿器。进一步地，来自氢气流的杂质，例如，氨气、氯气，来自其他污染物的痕量金属可被表面活性剂清除。因此，可以减少杂质的影响。此外，在一些形式中，冷却水的废物/再循环可被用作用以进一步应用的洗涤剂。
在一种形式中，通过添加表面活性剂，凝固点降低，这帮助燃料电池堆冷启动。原位冷却直接冷却反应区域且冷却效率提高。同时，直接冷却可以防止火灾。
根据一种形式，电极上的气泡有助物质运输和水循环。在阴极侧，表面活性剂可以帮助去除来自空气的灰尘颗粒以保护气体扩散电极和催化层。
在一种形式中，本文描述的概念可被用于碱性燃料电池。表面活性剂可以是盐的形式并且生成氢气和氧气气泡以供给燃料电池。同时，由于表面活性剂盐具有强磺酸基团(-SO3-)，可减少和/或消除CO2污染。
从下面描述将理解这些以及其他方面。
附图说明
为了促进理解寻求保护的主旨的目的，附图中示出了其实施例，从实施例的检查，当关于下面描述进行考虑时，寻求保护的主旨、它的结构和操作以及它的优势中的许多应该容易地被理解和明白。
图1A和图1B是现有技术PEMFC和根据本公开的PEMFC的一个实施例的示意比较；
图2是用于泡沫供给燃料电池的双极板的一种形式；
图3是氢气气泡发生器的示例性形式；以及
图4A示出了液体冷却PEMFC，图4B示出了蒸汽冷却PEMFC，以及图4C示出了气泡冷却PEMFC。
具体实施方式
聚合物电解质膜(PEM)燃料电池是用于燃料电池车辆应用的研究的当前焦点。PEM燃料电池是由不同材料的若干层制成的。PEM燃料电池的主要零件如下描述。
PEM燃料电池的主要部件中的一个是包括膜、催化层和气体扩散层(GDL)的膜电极组件(MEA)。
用于将MEA并入燃料电池中的硬件部件包括其在MEA周围提供密封以防止气体泄露的垫片，和其用于将单个PEM燃料电池组装到燃料电池堆中且为气态燃料和空气提供通道的双极板。
膜电极组件
膜、催化层(阳极和阴极)以及扩散介质一起形成了PEM燃料电池的膜电极组件(MEA)。
聚合物电解质膜或PEM(也称为质子交换膜)——看起来类似于普通厨房塑料包装的特殊处理材料——仅传导带正电的离子且阻断电子。PEM设计对整体燃料电池性能是有意义的。它只允许必需的离子在阳极和阴极之间通过。通过电解液的其他物质将破坏化学反应。对于运输应用，膜非常薄——在一些情况下小于20微米。
在膜的两侧上增加催化层，阳极层在一侧上且阴极层在另一侧上。在一种形式中，催化层包括铂的纳米尺寸颗粒和/或分散在高表面积碳支撑件上的其他催化剂。此支撑的铂催化剂与离子导电聚合物(离聚物)混合并且夹在膜和GDL之间。阳极侧上，铂催化剂使得氢气分子分裂成质子和电子。阴极侧上，通过与由阳极生成的质子反应使得氧还原产生水。混合入催化层中的离聚物允许质子穿过这些层。应该理解这是催化层的一个示例，且取决于各种因素，包括但不限于燃料电池的类型、温度、湿度、燃料等，可以使用催化剂和材料的其他形式。
气体扩散层(GDL)位于催化层外部且促进反应物运输到催化层中，也除去产物水。在一种形式中，每个GDL可由其中部分涂布聚四氟乙烯(PTFE)的碳纤维组成。也可使用其他GDL材料和组件。气体通过GDL中孔隙迅速地扩散。这些孔隙可通过疏水性PTFE保持打开，这防止过多的水积聚。在一些形式中，GDL的内表面涂布与PTFE混合的高表面积碳的薄层，称为微孔层。该微孔层可帮助调节水分保持(维持膜导电性所需的)和水分释放(保持孔隙打开，因此氢气和氧气可扩散到电极中所需的)之间的平衡。
MEA是产生电力的燃料电池的部分，但是需要各种硬件部件使MEA有效操作。在一般操作条件下，每单个MEA通常产生小于1V电压，但大部分应用需求更高的电压。因此，多个MEA通常通过将它们堆叠在彼此顶部上来串联连接以提供可用的输出电压。叠堆中的每个电池被夹在两个双极板之间以将它与相邻电池分隔。这些可由金属、碳或复合材料制作的板在电池之间提供电传导，也向叠堆提供物理强度。板的表面通常包含其是加工或压入板中以允许气体流过MEA的一组通道的流场。每个板内部的额外通道可用于循环液体冷却剂。
燃料电池堆中每个MEA被夹在两个双极板之间，但气垫必须在MEA的边缘周围添加以形成气密密封。这些气垫通常由橡胶聚合物或其他类似材料制成。
如图1A中所示，示出了传统燃料电池10，氢气12供给阳极侧14且氧气(空气)16供给阴极侧18。冷却剂20(即，水)流过阳极板22和阴极板24(即，双极板)。板22、24的设计对于均匀地冷却电池是有意义的。一般来说，燃料电池10在中间是热的，并且在侧边是冷的。热分散取决于板22、24和气体扩散电极26、28的导热性，特别在气体填充条件下，因为导热性低。最热的区域在催化层30、32的表面上。从最热的催化剂表面到冷却剂20的路径不是有效且高效的热运输。膜34将阳极14从阴极16分离。
本文描述的方法中，可以修改燃料电池的配置和操作以改进这些缺陷中的一些。图1B示出与图1A相比较已被修改的一个实施例。图1B中不是所有特征已经被识别，因为它们通常与在图1A中发现的那些类似。
如图1B中所示，燃料电池50，诸如提供的PEMFC，凭此包含氢气的多个气泡52被供入阳极54中。多个气泡52在内部捕集氢气且在GDL 54和/或催化层58的表面上释放氢气。
下面将更详细描述的气泡组合物在一种形式中可具有疏水性和亲水性尾部，该疏水性和亲水性尾部使GDL 56(30％聚四氟乙烯和碳纤维)和催化层58(30％全氟磺酸，来自杜邦公司的质子交换离聚物)有良好的瞬时接触。聚四氟乙烯是疏水的且全氟磺酸是亲水的。气泡52也可包含促进产物质子(H+)从阳极至阴极的运输的水。气泡组合物可以是用于三相(气体、催化剂和质子交换膜)区域支持氢氧化的良好的缓和剂。
氢气反应之后，带有水的气泡组合物变成液体以运走来自氢气反应的热量且通过其他气泡离开三相区域。这种形式中，此技术在需要的地方可被用来冷却燃料电池。在一些形式中，气泡形成和水含量对实现热量去除、氢气输送和水质子运输是有意义的。
在许多配置中，泡沫可以是带有由在薄液膜和高台边界的网络中捕集的气穴组成的特殊结构的气体和液体的双相介质。一些众所周知的泡沫是气泡浴、洗碗水洗涤剂和啤酒上的泡沫头。当在压力急剧下降的情况下，被捕集的气体突然释放时，许多油起泡沫。在一些其中需要气体在高温和高压下流动以裂解碳氢化合物的精炼机中，气液混合物将激烈地起泡沫。泡沫捕集带有80％或更高气体分数的气体。
在PEMFC的催化表面，需要伴有质子导电剂的液态水、气相和固体催化剂用于氢氧化和氧还原。表面活性剂已被用于燃料电池催化剂和膜产物，诸如美国专利9,698,429 B2中发现的。然而，参考中采取的方法与本文描述的方法显著不同，因为以前的方法没有利用表面活性剂作为氢气载体和/或冷却剂。在Kim等人的美国专利9,698,429 B2中，应用用于催化剂制备的表面活性剂。其他表面活性剂使用包括洗涤剂和水处理剂。这些与本文描述的方法显著不同。
用于形成气泡的表面活性剂的选择可根据希望/使用的整体条件、燃料电池的类型等而变化。在一种形式中，表面活性剂可以是取代的线性烷基苯磺酸(LABSA)，诸如烷基二苯醚二磺酸。也可使用抗氧化表面活性剂，诸如，例如，DOWFAXTM烷基二苯醚二磺酸盐，因为它们在酸性、碱性、漂白剂和其他氧化系统中具有极好稳定性和溶解性。它们也可以充当分散剂、乳化稳定剂且容易地从表面冲洗。在燃料电池系统中，稳定性和溶解性可能是重要的。然而，在一些形式中，根据燃料电池类型，表面活性剂不能是盐的形式。任何盐的形式会影响质子交换膜导电性。LABSA和DOWFAXTM酸形式对于氢气起泡剂携带带有水的氢气作为冷却剂的应用是适当的。由于需要水，表面活性剂应该通常可溶于水或可与水混合。进一步地，在一种形式中，表面活性剂不应该是有毒的且不应该是易燃的。
可以使用其他组合物和组分形成气泡。例如，其他材料可包括但不限于辛烷磺酸、甲烷磺酸、1-十二烷磺酸、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟己烷磺酸等，及其组合。在一种形式中，用于形成气泡的表面活性剂可以用来提供高质子导电性，减少双极板腐蚀，和/或用作用于热量去除的冷却剂。
可以使用其他组合物和组分形成气泡。例如，长链正烷基磷酸类化合物，诸如正癸基磷酸、正十二烷基磷酸、正十六烷基磷酸、正己基磷酸、正十八烷基膦酸、正辛基膦酸、正十四烷基膦酸和其他类似形式。线性烷基磷酸在水中的溶解性不如线性烷基磺酸高。氢气气泡可在水和表面活性剂之间的界面处形成。
下面表格显示了室温下硫酸的导电性和浓度关系。
表1
市售全氟磺酸具有等同于硫酸的1.56％或0.16M的0.1S/cm。pH是0.49。全氟磺酸pH报告具有不同数据，因为膜对湿度非常敏感。为了获得比全氟磺酸更好的性能，质子浓度需要超过0.16M。极端情况下，全氟磺酸包含1.4M(Spry和Fayer，物理化学期刊，B2009，113，10210-10221)，下面表格显示了在低质子浓度(0.16M)和高质子浓度1.5M下用于燃料电池的表面活性剂的一些示例的百分比。表面活性剂浓度的增加引起气泡数量的增加。
表2
在一种形式中，表面活性剂浓度范围是从3％(w/w)到75％(w/w)。
在环境压力下，燃料电池的示例性形式具有如下表中所示的在环境温度下的流速和性能。在加压系统的情况下，氢气起泡剂罐进气口可以是80psi且燃料电池堆压强可达45psi。应该理解的是考虑了燃料电池和燃料电池堆的其他形式。
表3
在一种形式中，离子表面活性剂比非离子表面活性剂迁移更快并且传热甚至更快。因此，在一些形式中，可以选择离子表面活性剂。
气泡的半径通常与表面张力和起泡剂孔隙尺寸的半径成正比，且与液体和气体之间的密度差值成反比。在一种形式中，起泡剂使用约0.5至约300微米的孔隙尺寸的多孔金属或多孔塑料。在另一形式中，孔隙尺寸小于约100微米。然而，也可使用其他尺寸。气泡尺寸可以是可变的，但优选地小于0.01cm。表面活性剂的浓度范围是从3％(w/w)到75％(w/w)。
磺酸的解离可以在低pH溶液中被还原。当pH低时，尽管酸解离常数高(Ka～10-2)，质子浓度高且来自表面活性剂的磺酸可减少解离。在一些情况下，表面活性剂用作用于强酸的缓冲液。例如，有机磺酸可包含高达7M的硫酸以提高洗涤效率。在这方面，在氢气气泡系统中，可以根据需要添加一些酸以提高质子导电性。
液态电解质燃料电池也可适合于本文描述的特征。此类液态电解质燃料电池可包括碱性燃料电池(AFC)和磷酸燃料电池(PAFC)。AFC使用其在燃料电池中用玻璃纤维分离器循环的碱性电解质(例如，6M KOH溶液)。AFC经常具有二氧化碳中毒的问题，这会降低碱性电解质的导电性。在AFC中，如果表面活性剂呈盐的形式，它也可生成氢气和氧气气泡供给燃料电池。同时，由于表面活性剂盐具有强的磺酸基团(-SO3-)，可以减少和/或消除CO2中毒。
在约200℃，PAFC使用磷酸作为电解质。在此高温下，没有循环磷酸，这可导致浸出磷酸的燃料电池产物水。进一步地，PAFC在极具腐蚀的环境条件下操作并且需要特殊的双极板。
在一种形式中，本文描述的表面活性剂和特征可以以带有氢气和水的气泡组合物的形式使用。例如，在一种形式中，诸如在PEMFC中，系统使用多个气泡作为氢气载体以及起泡剂水作为冷却剂以简化燃料电池系统且提高燃料电池效率。例如，在这种形式中，可减少燃料电池堆中使用的板，因为可不再需要水板。代替地，包含氢气、水和表面活性剂的气泡组合物可去除足够的热量，并且因此消除单独的冷却剂流和水板的需求。在一种形式中，带有冷却剂的水去除热量可比纯水快60％以上。在一种形式中，此方法也可利用来自氢气罐和气泡形成的高压能量将气泡推入燃料电池中用于循环，这也可消除水泵、氢气加湿器和氧气加湿器的需求。在加压系统的情况下，氢气起泡剂罐进气口可以是约80psi且燃料电池堆压强可达45psi。
与传统质子交换膜一起使用。
在PEMFC中，只要膜保持良好的湿度，质子交换膜有效地传导质子。水对于燃料电池是必需的。通常阳极和阴极两者都需要加湿器。然而，如果存在太多水，催化剂表面被淹没且反应物气体不能到达催化剂表面。
在一种形式中，表面活性剂具有亲水的和疏水的属性，是无毒的且不是易燃的。表面活性剂由于其疏水性尾部到达催化剂且留下用于气体渗透的空间，因为气态氢气和氧气示出疏水属性。表面活性剂气泡携带水，这使得质子交换膜能够保持湿度同时也提高质子传导。在一些形式中，燃料电池性能可加倍。
与多孔膜分离器一起使用。
在一种形式中，表面活性剂可以是强酸且传导质子。LABSA和其他苯磺酸表面活性剂包含与在全氟磺酸、全氟碳酸以及其他质子交换膜中发现的酸基类似的磺酸。在一种形式中，表面活性剂易容于水且可根据需求调节表面活性剂的浓度。
分离器可以是多孔聚乙烯、聚丙烯或其他聚合物。市售品牌包括但不限于Celgard膜、Daramic膜。锂离子电池和铅酸电池中使用Celgard分离器和Daramic分离器。
带有氢气的表面活性剂起泡剂具有高质子导电性且提高水的沸点超过100℃。在这方面，燃料电池可在高于沸点的温度下操作而没有危害膜的寿命。高温操作有利于提高效率和对任何催化剂中毒的耐受性。
与双极板一起使用。
如上所述，双极板是分离阳极流动路径与阴极流动路径的电子导体。在一些形式中，双极板材料包括石墨、石墨/树脂或聚合物复合材料、注塑金属复合材料、金属封闭单元泡沫和纯金属板。该材料通常应该是耐腐蚀的且没有氢脆和氧气相关问题。然而，双极板遭受许多问题，诸如热水浸出石墨粉、石墨和金属板两者的腐蚀、机械强度劣化导致气体交叉、板和垫片材料之间的会导致垫片蠕动和气体泄漏的热膨胀差值，以及其他问题。表面导电性也可随时间降低，且板属性的不均匀性和板属性随时间的变化可生成热点，其燃烧质子交换膜导致火灾危险。进一步地，由于冷却水在板之间流动引起来自水和气体的微粒导致两个或更多个板连接分离，导热性可能改变。
在一种形式中，在本文描述的系统和方法中，双极板可被简化至单个板而不是两个或更多个板。换句话说，由于起泡氢气和水也可充当冷却剂，可不需要单独的冷却剂流动路径和分离器板。
在燃料电池中，内电阻包括其是材料电阻且难以减小的电解质膜电阻、GDL体电阻和双极体电阻。界面结电阻或接触电阻，诸如双极板/双极板、双极板/GDL、GDL/膜、电流连接器/双极板、集电器/出口电缆连接器，与压缩力和材料表面属性有关。当燃料电池在负载下时，所有电阻生成热量。带有水冷却板的双极板包含至少两个叠加的板。由于与水流通道的限制接触面积和不均匀的板平整度，感应电阻是巨大的。例如，1kW燃料电池堆在工作电压和电流之间可产生1kW热量。高电压低电流产生较少热量。接触电阻可生成高达30％以上的热量。为了更好的燃料电池效率，接触电阻的减小可减小热量生成。在起泡剂冷却的情况下，双极板仅接触GDL和集电器。在此形式中，没有用于冷却剂流的板/板感应。
进一步地，在一种形式中，表面活性剂可以是减少化学和电化学腐蚀的耐腐蚀材料。双极板表面上表面活性剂的吸附生成了用于直接化学点腐蚀和电化学氧化的屏障，同时保持良好的电连接。表面活性剂也可充当均匀电荷分配器以防止由于通常从催化剂侵蚀(例如炭黑损失)发生的表面缺陷或任何可能残余物造成的短路电流。
例如，可选择使用金属双极板，诸如图2中所示。如图2中所示，双极板80具有两侧(阳极和阴极)，其中阳极和阴极侧通常是互为镜像的。波纹金属片82在由带有用于气体分配的凹痕的注塑塑料或橡胶材料84包围的中间。波纹金属片82使得金属厚度均匀且在顶部的肋部尽可能平坦以与气体扩散电极(图1B)具有良好的接触。与压制或冲压金属片相比，在机加工石墨中以完全平坦的配置生产肋顶是非常困难的。对于批量生产，轧制波纹金属片具有优于压制或冲压金属片的那些优势。波纹金属维持均匀的厚度而压制金属通常没有，特别在流动通道区域，因为由于金属伸长，肋部是非常薄的。显然，肋部区域具有更多压缩力且薄肋部不能够承受长期操作。借助于表面活性剂起泡系统，不需要冷却水且不需要冷却板。板两侧都具有均匀分布且压降在直流通道的情况下比其他蛇形流更低。
气体起泡剂的一种形式在图3中示出。更具体地，起泡剂罐90示出氢气在92进入。一旦在罐内部，氢气可经由罐90中的多孔管94离开，以将氢气均匀地分布在罐90的底部。根据一种形式，多孔金属管94安装在罐的中部且生成小气泡。控制的孔隙度可范围从约100微米下至约0.5微米，气泡尺寸小于100微米。在出口98离开罐90的氢气气泡96被供入燃料电池中且废气在返回100返回至罐。该废气可包含水和其他组分。也可以利用止回阀、其他阀、计量表等，但没有示出在图中。用气泡冷却的水也被供入燃料电池中。水泵不是必需的。
图4C示出了使用气泡的燃料电池堆系统配置。图4A示出了代替地使用传统的加湿系统和液体冷却剂的类似燃料电池堆系统。图4B示出了使用蒸汽冷却的燃料电池堆系统。应该理解的是，蒸发冷却的使用难以获得燃料电池堆的均匀冷却。类似地，液体冷却导致复杂得多的燃料电池堆设计。进一步地，如图4A-4B中示出的，液体冷却和蒸汽冷却两者都需要水泵。当使用气泡冷却系统时，可避免水泵的需求。
当使用也可包含水的起泡氢气流时，根据系统的配置，可获得多种收益。例如，可使用此系统冷却需要的催化剂表面。在此形式中，气泡可携带水至催化剂的表面以允许直接冷却，而不是依靠传导和/或对流来传递热量至传统燃料电池中的单独的冷却剂流动路径。类似地，表面活性剂/气泡可用作氢气载体以将氢气带至催化剂表面。
在其他形式中，如上所述，可消除单独的冷却剂流动路径、分离器板、泵等等。代替地，气泡和/或水可以在反应物流动路径的一个或多个中用作冷却剂。
在一种形式中，起泡的氢气和水可在催化剂表面上起作用以管理水路径、气体路径和产物路径。换句话说，在这种形式中，燃料电池堆具有良好的水管理。一旦气泡到达气体扩散电极和催化剂表面，气泡在高表面催化剂表面上分解。因此，氢气具有两种形式，一种是氢气气体且另一种是氢气气体气泡。氢气气体和氢气气泡两者都在催化剂表面上反应。表面活性剂用它的亲水性/疏水性双功能属性桥接气体、水/质子和固体催化剂。
此外，在一种形式中，来自氢气的杂质，诸如氨气和氯气与来自空气的杂质可以在催化层上积累。通过使用表面活性剂和本文论述的起泡氢气概念，这些杂质可以被表面活性剂溶解和/或冲走。如果可用，氨气与酸性气泡反应且氯气与长链烃或苯环反应。此特征帮助防止杂质损害燃料电池部件，同时牺牲非常少量的表面活性剂。
在一些形式中，本文描述的特征可用于除了PEMFC之外的燃料电池的其他类型。例如，在碱性燃料电池中可使用盐基表面活性剂以均匀分布气体且消除二氧化碳中毒。
在前面描述和附图中提出的事项是仅作为说明方式且不是作为限制提供的。虽然已经示出且描述了特定的实施例，但对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离本申请人的贡献的更广泛方面的情况下，可进行改变和修改。当基于现有技术，在所附权利要求的适当角度观察时，寻求保护的实际范围旨在在所附权利要求中限定。

Claims (20)

1.一种用于向燃料电池提供燃料的方法，所述方法包括如下步骤：
提供至少一个具有阳极侧流体流动路径和阴极侧流体流动路径的燃料电池；以及
使阳极反应组合物流过所述阳极侧流体流动路径，所述阳极反应组合物包括包含氢气的多个气泡，所述多个气泡从表面活性剂形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂是磺酸表面活性剂或磷酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂是线性烷基苯磺酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂选自由烷基二苯醚二磺酸、辛烷磺酸、甲烷磺酸、1-十二烷磺酸钠、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟己烷硫酸及其组合组成的组。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂选自由正癸基磷酸、正十二烷基磷酸、正十六烷基磷酸、正己基磷酸、正十八烷基磷酸、正辛基磷酸、正十四烷基磷酸及其组合组成的组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阳极反应组合物进一步包含水，其中所述水的至少一部分是所述多个气泡的部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述阳极反应组合物根据需要进一步包含硫酸或磷酸。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括经由离开所述燃料电池的所述阳极反应组合物的至少一部分从所述燃料电池去除热量的所述步骤。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述燃料电池不包括除所述阳极侧流体流动路径之外的单独的冷却剂流动路径。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括经由离开所述燃料电池的所述阳极反应组合物的至少一部分从所述燃料电池去除杂质的所述步骤。
11.一种燃料电池系统，其包括：
多个燃料电池，
每个燃料电池包括分离阳极侧流体流动路径和阴极侧流体流动路径的膜，所述阳极侧流体流动路径接收阳极反应组合物，所述阳极反应组合物包括包含氢气的多个气泡，所述多个气泡从表面活性剂形成。
12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括分离相邻燃料电池的隔板，所述隔板包括用于创造相邻燃料电池的所述阳极侧流体流动路径和所述阴极侧流体流动路径的流场。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述阳极侧流体流动路径也充当冷却剂流动路径，借此所述阳极反应组合物的至少一部分从所述燃料电池去除热量。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述燃料电池不包括除所述阳极侧流体流动路径之外的单独的冷却剂流动路径。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述阳极反应组合物的至少一部分从所述燃料电池去除杂质。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述表面活性剂是磺酸表面活性剂或磷酸。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述表面活性剂是线性烷基苯磺酸。
18.根据权利要求11所述的系统，其中所述表面活性剂选自由烷基二苯醚二磺酸、辛烷磺酸、甲烷磺酸、1-十二烷磺酸、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟己烷磺酸及其组合组成的组合。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述表面活性剂选自由正癸基磷酸、正十二烷基磷酸、正十六烷基磷酸、正己基磷酸、正十八烷基磷酸、正辛基磷酸、正十四烷基磷酸及其组合组成的组。
20.根据权利要求11所述的系统，其中所述表面活性剂是磺酸表面活性剂或磷酸。
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