CN111193048A - 燃料电池模块及其启动、关闭和重新启动的方法 - Google Patents

燃料电池模块及其启动、关闭和重新启动的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池模块及其启动、关闭和重新启动的方法。其中，燃料电池模块包括：燃料电池堆，其包括至少一个燃料电池，每个燃料电池包括阳极、阴极以及布置在所述阳极与所述阴极之间的电解质介质，其中，在正常操作期间，所述阳极被供给第一反应物并且所述阴极被供给空气；寄生负载，其跨越所述阳极和所述阴极连接；反应物容器，其与所述阳极连通；风机，在所述燃料电池堆再充电之后，使用来自所述燃料电池堆的功率，其被操作成使氧流入所述阴极；以及具有比所述风机更低的阈值功率要求的泵或风扇，在所述燃料电池堆再充电之前，使用所述燃料电池堆之外的电源，其被操作成向所述阴极供给空气，以取代覆盖所述阴极的氮。

Description

燃料电池模块及其启动、关闭和重新启动的方法
本申请是申请日为2013年3月28日、发明名称为“燃料电池启动方法”的申请号为201380022983.2的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种用于重新启动燃料电池的方法和设备。
背景技术
燃料电池将燃料中存储的化学能转换成诸如电力等有用形式的能量。具体类型的燃料电池的一个例子是：可操作产生电力的质子交换膜 (Proton Exchange Membrane，PEM)燃料电池。
典型的PEM燃料电池包括布置在阳极与阴极之间的电解质膜。氢燃料被供给到阳极并且氧化剂被供给到阴极。在产生电力、热和水的一系列互补电化学反应中，在PEM燃料电池中，氢燃料和氧化剂用作反应物。
许多因素导致不希望的反应发生，从而增大了磨损率并且使PEM燃料电池的一些成分发生降解。例如，在停止进行这些反应物的分别供给之后，保留在PEM燃料电池内的小量氢燃料和氧化剂已知在关闭和重新启动过程中发生燃烧。PEM燃料电池内的燃烧使包括电解质膜和沉积在电极上的催化剂层的各种成分降解。各种成分的累积降解会降低PEM燃料电池的功效，并可能导致PEM燃料电池失效。
更具体地，出现与氢和氧的电化学消耗相反的燃烧，这是因为PEM 燃料电池模块内的条件随着在PEM燃料电池模块的正常操作(即，“接通”状态)转换为“关闭”状态的过程中可操作的支持系统开始发生变化。随着内部条件变化，一些氢分子扩散至膜的阴极侧并在氧存在下燃烧。类似地，一些氧分子穿过膜扩散并在膜的阳极侧与氢燃料发生反应。因为氢分子比氧分子小，所以氢穿过膜的扩散实际上更加普遍(在没有驱动压差的情况下穿过膜)，因而能更容易地穿过膜扩散。
可能发生的另一种不希望的反应是：PEM燃料电池内至少一个催化剂层的电化学腐蚀。这会进一步使PEM燃料电池的性能劣化。
2008年9月16日公开的美国专利第7,425,379B2号，名称为燃料电池中的被动电极覆盖(Passive Electrode Blanketing in a Fuel Cell)描述了一种燃料电池模块，其具有燃料电池堆、可穿过电极连接的寄生负载和用于存储诸如氢等一定量第一反应物的反应物容器。当关闭燃料电池模块时，存储量的第一反应物被取出而与留在燃料电池堆中的一定量第二反应物(例如，空气中的氧气)发生反应，从而电化学消耗第一反应物和第二反应物，这样留下了基本上包含非反应性试剂(例如，氮气)的混合物，因此被动地覆盖电极。寄生负载限制了燃料电池堆的电压，且包括在关闭期间燃料电池堆中残余的第一反应物和第二反应物的电化学消耗。电极间的压力梯度以及任选的止回阀可以允许非反应性试剂在电极间移动。也可以提供与所述燃料电池模块相关的处理。
发明内容
下面的讨论旨在向读者介绍下面的具体说明，并且不限制或限定任何所要保护的发明。
本发明人注意到，覆盖有非反应性试剂的燃料电池，例如美国专利第7,425,379B2号中所述的关闭的燃料电池，可能需要不同量的时间来重新启动。例如，仅关闭1分钟的燃料电池以及关闭1天以上的燃料电池倾向于基本上立刻重新启动。然而，关闭1小时的燃料电池可能花费更长的时间来重新启动。在燃料电池堆不操作时，通常被提供用于操作阀门和电子控制的电池非常大，这时延迟启动是不太值得注意的。然而，通常期望在一定程度上尽可能减小电池的尺寸。
当关闭燃料电池模块时，它的燃料电池堆通常处于放电状态以出于其他原因而避免存在未知的电气危险。尽管不希望受理论限制，但是对于被动电极覆盖而言，在关闭之后的一段时间内，燃料电池堆的阴极被氮气完全覆盖，如果有的话，存在极少的用于阴极的氧气。电化学反应相应地受到限制，或者不可用，因此在重新启动燃料电池模块时不能对燃料电池堆进行快速地电力再充电。在通过一些其他方法被非反应性试剂覆盖的燃料电池堆中也可能出现类似问题。
本发明说明了在启动过程中将氧引入燃料电池堆的阴极的方法和设备。当燃料电池模块通常具有在操作过程中适于向阴极供给空气的风机时，操作风机的尺寸设成为燃料电池堆的最大功率输出提供足够的空气，并且在燃料电池堆再充电之后通常由燃料电池堆为风机供电。上述方法和设备除了降低电力要求以外还提供了较小的氧流动。在燃料电池堆再充电之前，可以由电池对这种较小的氧流动提供或充以动力。
本文说明的燃料电池模块具有燃料电池堆，所述燃料电池堆设有将反应物(例如，空气中的氧)供给至一个以上阴极的装置。所述装置(诸如风扇、泵或操作风机等)在所述燃料电池堆被充电之前借助电池提供的电力或者压力能量或者这二者进行操作。例如，但不是限制性的，所述装置可以是设置为与阴极流体连通的风扇。所述风扇设置成在启动之后除了操作风机以外也用来向所述燃料电池堆供给空气，并且具有比所述操作风机更低的阈值功率要求。任选地，在所述风机操作时所述风扇可以用作流量计。在另一个模块中设有电路，所述电路能够使电池在例如直至所述燃料电池堆被再充电为止的一段时间内以低速转动所述操作风机。
本文说明了燃料电池模块的启动方法。所述方法包括如下步骤：在对燃料电池堆进行充电之前或者在不使用燃料电池堆产生的电能时使氧流动至阴极。所述阴极可以预先覆盖有非反应性试剂。任选地，可以通过由电池驱动的电气装置供给或使氧流动。
在详细说明书中说明的一个燃料电池模块中，存在有：燃料电池堆，其包括至少一个燃料电池，每个燃料电池包括阳极、阴极以及布置在所述阳极与所述阴极之间的电解质介质，其中，在正常操作期间，所述阳极被供给第一反应物并且所述阴极被供给含有第二反应物和非反应性试剂的第一混合物；寄生负载，其跨越所述阳极和所述阴极连接；反应物容器，其与所述阳极连接并能够存储一定量适于所述燃料电池模块的关闭过程的第一反应物，因此，在使用中当所述燃料电池模块关闭时，所存储的一定量第一反应物从所述反应物容器取出并与留在所述燃料电池模块中的一定量第二反应物发生电化学反应，从而将一定量或全部第一反应物或第二反应物或者这两者电化学消耗掉，由此剩下基本上包含非反应性试剂的第二混合物；以及泵、风扇或风机，其与所述阴极连接并且操作成在未对所述燃料电池进行充电时向所述阴极供给第一混合物。所述反应物容器例如可以是在所述燃料电池模块的正常操作中用于供给第一混合物的单独储罐或管道。所述反应物容器可以设定尺寸，或者可以是重复填装的，使得除了在关闭时留在所述燃料电池堆内的第一反应物之外，可以供给一定量第一反应物，以在关闭过程期间电化学消耗留在所述燃料电池模块中并引入其中的一定量第二反应物。所述燃料电池模块还具有以下装置：在重新启动程序中，例如直至燃料电池堆被充电为止，用于向使用所述燃料电池堆之外的电源的阴极供给多种固定混合物。
在详细说明书中说明的一种用于关闭和重新启动燃料电池的方法中，所述燃料电池包括：第一电极、第二电极以及布置在第一电极与第二电极之间的电解质膜，其中，在正常操作期间，第一电极被供给第一反应物并且第二电极被供给含有第二反应物和非反应性试剂的第一混合物；所述方法包括：使第一反应物停止流入第一电极；切断用来支持配套设施的电力；经由跨越第一电极和第二电极连接的寄生负载引出电流；提供一定量第一反应物，用来电化学消耗残余量的第二反应物；允许一定量第一混合物延缓流入第二电极，任选地，其中，在关闭时一定量第一反应物和燃料电池堆中残余的第一反应物与残余量和流入量的第二反应物发生电化学反应，从而留下包含非反应性试剂的第二混合物；并且，在所述燃料电池堆再充电之前或者利用从所述燃料电池堆之外的电源引出的电能时，使一定量第一混合物流入，从而重新启动燃料电池模块。
基于下面一个以上示例或方法和装置的说明，对本领域技术人员而言，本发明的各个方面及特征是显而易见的。这些示例旨在包括每个权利要求的至少一个实施方案，并且每个示例对于每个权利要求的实施方案而言不是必要的，每个权利要求不是必须包括每个示例。这些示例也可以包括任何权利要求的步骤或元件之外的特征。
附图说明
图1是燃料电池模块的简化示意图；
图2是示出了燃料电池模块的第一布置的示意图；
图3是示出了在关闭过程的相继阶段中图2所示的燃料电池模块的阴极中存在的气体组成的图表；
图4是示出了燃料电池模块的第二布置的示意图；
图5是示出了燃料电池模块的第三布置的示意图；
图6是示出了燃料电池模块的第四布置的示意图；以及
图7是示出了在启动处理的相继阶段中图2所示的燃料电池模块的阴极中存在的气体组成的图表。
具体实施方式
燃料电池模块通常由多个串联连接的燃料电池构成，由此形成燃料电池堆。燃料电池模块还包括被用于维持燃料电池模块的功能和操作的相关结构部件、机械系统、硬件、固件和软件的适当组合。这些物件包括但不限于管路、传感器、调节器、集电器、密封件和绝缘器。
参照图1，示出了质子交换膜(PEM)燃料电池模块(在下文中简称为燃料电池模块100)的简化示意图，这里的说明是为了示出与燃料电池模块的操作相关的一些一般注意事项。应理解的是，本发明适用于包括一个以上燃料电池的各种构造的燃料电池模块。
存在多种不同的燃料电池技术，一般地，本发明期望应用于所有类型的燃料电池。除了质子交换膜(PEM)燃料电池之外，其他类型的燃料电池包括但不限于：碱性燃料电池(AFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池 (SOFC)和再生燃料电池(RFC)。
燃料电池模块100采用氢作为燃料而空气作为氧化剂来源。空气是约80％氮气(N2)和20％氧气(O2)，因而是合适的氧化剂来源。这些估计的百分比忽略了大气中其他气体的存在(例如，CO2、CO、SO2、PbS等)。
燃料电池模块100包括阳极21和阴极41。阳极21包括气体输入口 22和气体输出口24。类似地，阴极41包括气体输入口42和气体输出口 44。电解质膜30布置在阳极21与阴极41之间。
燃料电池模块100还包括位于阳极21与电解质膜30之间的第一催化剂层23、位于阴极41与电解质膜30之间的第二催化剂层43。在一些实施例中，第一催化剂层23和第二催化剂层43分别沉积在阳极21和阴极41上。
负载115连接在阳极21与阴极41之间。
在操作中，在某些条件下经由气体输入口22将含有氢的燃料引入阳极21。上述条件的示例包括但不限于：诸如流速、温度、压力、相对湿度等因素以及氢与其他气体的混合物。氢在电解质膜30和第一催化剂层 23的存在下，根据下面给出的反应式(1)发生电化学反应。
H2＝2H++2e- (1)
反应式(1)的化学产物是氢离子(即，阳离子)和电子。氢离子穿过电解质膜30到达阴极41，电子被负载115吸引。多余的氢(有时与其他气体和/或液体组合)从气体输出口24引出。
同时，在某些条件下经由气体输入口42将诸如空气中的氧等氧化剂引入阴极41。上述条件的示例包括但不限于：诸如流速、温度、压力、相对湿度等因素以及氧化剂与其他气体的混合物。包含未反应的氧化剂和生成的水的多余气体通过气体输出口44从阴极41引出。
氧化剂在电解质膜30和第一催化剂层43的存在下，根据下面给出的反应式(2)发生电化学反应。
1/2O2+2H++2e-＝H2O (2)
反应式(2)的化学产物是水。在阳极21中由反应式(1)产生的电子和离子化的氢原子，在阴极41中经反应式(2)被电化学消耗。电化学反应式 (1)和反应式(2)是彼此互补的，并且表明对于电化学消耗的每个氧分子 (O2)，电化学消耗两个氢分子(H2)。
向燃料电池模块(例如，图1中所示的燃料电池模块100)连续地供给氢燃料和氧化剂来驱动电化学反应式(1)和反应式(2)是很浪费的，并且在很多情况下(例如，存在波动负载或间歇负载的情况下)是不必要的。然而，在某些情况下，关闭燃料电池模块会引发一个以上的不希望的反应，从而使燃料电池模块的一些组件劣化。因此，在不引起燃料电池模块的一些组件过度劣化的情况下，期望能够可靠地断开(即，关闭)燃料电池模块。在一些燃料电池模块100中，提供了一种变型，在关闭和重启期间降低了燃料电池模块的一些组件的磨损率和劣化。在一些燃料电池模块100 中，该修改方式适于被动地降低磨损率和劣化，然而在其他实施例中，采用主动机制来支持磨损率和劣化的被动下降。特别地，在一些燃料电池模块100中，在关闭过程期间，在增大残余反应物的电化学消耗的同时，通过减少这些反应物的燃烧量来降低磨损率和劣化。
参照图2，示出了燃料电池模块300的示意图。本领域技术人员应当理解的是，燃料电池模块还包括被统称为“配套设施”(balance of plant) 支持部件的适当组合，图2中未示出上述支持部件，但可与燃料电池模块300一起设置。
燃料电池模块300包括由一个以上PEM燃料电池组成的燃料电池堆 200。每个PEM燃料电池(未示出)包括如图1示意性示出的设置在阳极与阴极之间的电解质膜。燃料电池堆200具有阴极入口202、阴极出口203、阳极入口204和阳极出口205。阴极入口202和阴极出口203与燃料电池堆200中的各阴极流体连接。同样地，阳极入口204和阳极出口205与燃料电池堆200中的各阳极流体连接。
燃料电池堆200还包括可连接负载(例如，电动机)的电连接件18a、 18b。跨过燃料电池堆200的电连接件18a、18b任择地连接有相对较小的寄生负载17。小寄生负载17在关闭过程期间帮助限制电压响应，下面会更具体地说明。
寄生负载17的值优选被选择成与由燃料电池模块300供电的实际负载(例如，电动机)相比相对较小，使得在正常操作期间寄生负载17的耗电量小于实际负载的耗电量。可选择地，寄生负载17被选择成它的耗电量比正常操作中实际负载的耗电量少0.03％。
在图2中，小寄生负载17与电连接件18a、18b恒定地连接，因此，在正常操作期间通过小寄生负载17耗电。任选地，小寄生负载17可以布置成在关闭燃料电池模块300之前或者之后立即与燃料电池堆200的电连接件18a、18b连接，并且在正常操作期间与燃料电池堆200脱离。
可选择地，寄生负载17可以由燃料电池堆200内的内部阻抗组成。特别地，燃料电池堆200中包含的膜可以提供足够大的内部阻抗作为在关闭过程期间限制燃料电池堆200的电压响应用的足够的寄生电阻。
燃料电池模块300包括分别对阴极入口202和阳极入口204的反应物气体流入的切断进行控制的输入阀10和输入阀12。类似地，分别设有对阴极出口203和阳极出口205的废气流出的切断进行控制的输出阀11 和输出阀13。
输入阀10串联连接在阴极入口202与风机60之间。风机60是在输入阀10打开时用于迫使空气进入阴极入口202的任何装置(例如，机动风扇、压缩机等)。可选择地，风机60也用于被动地延缓但不必须停止当切断电力时来自风机60的空气自由流入到阴极入口202。下面参照图 3、图4和图6更具体地进行说明这种情况。
输入阀12串联连接在燃料供给口107与阳极入口204之间。燃料供给口107还与氢燃料供给容器(未示出)或者一些其他氢燃料运送系统(未示出)连接。燃料容器19和流动控制装置14分别串联连接在输入阀12 与阳极入口204之间。
输出阀11串联连接在阴极出口203与第一排出口108之间。类似地，输出阀13串联连接在阳极出口205与第二排出口109之间。排出口108 和排出口109任选地与其他装置连接，例如，包括用于对来自燃料电池模块300的废气或者液体进行再循环利用的电解槽的排出系统等。
止回阀15连接在通向外界环境(未图示)的空气供给口106与阴极入口202之间，使得止回阀15与输入阀10并联。任选地，止回阀15可以是当阴极入口202处的压力下降到预定量的外界环境压力(被称为开启压力)以下时打开的压力敏感机构。可将开启压力设成与外界环境的气压和阴极入口202的内部压力之间的预定压差相对应。预定压差可以对应于燃料电池堆200的阴极中气体混合物的总体积，尤其是，可以对应于阴极中的氧相对于其他气体(例如，空气中的氮气等)的量。下面参照图3 进一步具体地进行说明这种情况。
氢容器19设置为用于存储在燃料电池模块300的关闭过程期间使用的固定量的氢，参照图3下面进一步具体地进行说明。任选地，氢容器 19可以是具有能够存储足够氢燃料的适宜大小的容器，以便在阀10、阀 11、阀12和阀13关闭且使来自风机60的空气的迫使流入停止时将留在燃料电池模块300中的氧基本上电化学消耗掉。另一种选择是，氢容器19由用于相同目的能够存储足够氢的预定长度的软管或管道(可以是卷成圈的)构成。可选择地，无论容器、软管还是管道形式的氢容器19都可以比所需的小，但是在关闭过程期间将氢容器19中的氢燃料量按照所需量重新装满，从而提供足够的氢燃料以便电化学消耗残余的氧。此外，本领域技术人员应当理解的是，当设计氢(反应物)容器的大小时，将考虑关闭后燃料电池堆中残余的氢(或相关反应物)的量。如下面将讨论的那样，还优选调节所提供的氢量，以说明空气或氧的量(如果存在)，期望在关闭过程期间其流入燃料电池堆。
流动控制装置14设置为例如通过对输送至阳极入口204的氢燃料的压力进行设定来调节输送至阳极入口204的氢燃料的供给。任选地，流动控制装置14可以是前置压力调节器，即，采用气压与偏置弹簧组合的圆顶负荷。该前置压力调节器将阳极入口204处的压力设定为相对于阴极入口202处的压力相差一定量。例如，阳极入口204处的压力可以被调节为比阴极入口202处的压力高出预定的固定量。可选择地，可以使用在操作中需要电力供给的流动控制装置，然而，流动控制装置可以是被动式元件，例如被动式前置压力调节器等。
燃料电池模块300任选地包括使阳极出口205与阳极入口204连接的氢再循环泵16。在燃料电池模块300的正常操作中，氢再循环泵16 进行操作使通过阳极出口205排出的一部分未使用的氢再循环至阳极入口204。
用于阀10、阀11、阀12和阀13的各类型阀的示例包括但不限于普通闭阀、普通开阀和自锁阀(latching valve)。本领域技术人员应当理解的是，可以适当采用不同其他类型的阀。
任选地，阀10、阀11、阀12和阀13中的一些可以是普通闭阀。仅当向特定阀连续供给控制信号(或某一电动势)时，普通闭阀是打开的，因而允许气体(或液体)的自由流动。也就是说，在未向特定普通闭阀供电时该阀保持关闭，这样能防止气体(或液体)通过该阀自由流动。
任选地，阀10、阀11、阀12和阀13中的一些可以是普通开阀。仅当向特定阀连续供给控制信号(或某一电动势)时，普通开阀是关闭的，因而停止气体(或液体)的自由流动。也就是说，在未向特定普通开阀供电时该阀保持打开，这样能允许气体(或液体)通过该阀自由流动。
任选地，阀10、阀11、阀12和阀13中的一些可以是自锁阀。自锁阀要求控制信号脉冲在“打开”位置与“关闭”位置之间切换。在没有控制信号脉冲(或另一电动脉冲)的情况下，自锁阀保持在其当前位置不发生变化。
在燃料电池模块300的正常(即，能量产生或者“接通”状态)操作中，阀10、阀11、阀12和阀13是打开的，从而允许气体(和液体)自由流向各端口202、端口203、端口204和端口205或者从其流出。此外，向风机60、流动控制装置14和氢再循环泵16供电，从而对进入燃料电池堆 200的反应物气体的流入进行调节。本领域技术人员应当理解的是，向其他支持元件相应地供电，并且由燃料电池模块300产生的能量通过电连接件18a、18b连接。
燃料电池堆200中用于阴极的氧化剂由空气获得，该氧化剂由大约 20％的氧组成。风机60经由打开的输入阀10迫使空气进入阴极入口202。在阴极内部，来自空气的一部分氧用于上述电化学反应式(2)中。
氢燃料穿过燃料供给口107经由氢容器19和流动控制装置14行进至阳极入口204。氢再循环泵16也有助于将氢燃料供给输送至阳极入口 204，它操作为迫使一部分未使用的氢(即，从阳极出口205排出的氢)返回至阳极入口204。在阳极内部，一部分氢用于上述电化学反应式(1)中。
来自阴极出口203和阳极出口205的多余废气和废液流过相应的输出阀11和输出阀13，并分别通过排出口108和排出口109从燃料电池模块300排出。
在正常操作期间止回阀15保持关闭，这是因为阴极入口202内的压力等于或大于外界环境的气压。
当将传统燃料电池模块关闭时，燃料电池堆内的条件发生改变。由于支持并调节燃料电池堆的操作的元件切换成它们各自的关闭状态，因而上述条件发生改变。例如，输入阀和输出阀是关闭的，这样切断了供给流入和排放流出。此外，当诸如流动控制装置等元件切换成关闭状态时，诸如阳极内压力等内部条件发生改变。与上述的电化学反应式(1)和(2)中的消耗相反，当燃料电池堆的内部条件改变时，燃料电池堆中残余的氢和氧以及进给线(位于燃料电池堆与闭合阀之间)通常在燃烧反应中基本上被消耗掉。
图2中图示的燃料电池模块300不是传统的燃料电池模块，因为燃料电池模块300的组件配置成在关闭过程期间使燃料电池堆200内氢和氧的燃烧总量被动地减小。这是通过如下方式实现的：与在关闭过程期间传统燃料电池模块内通常发生的情况相对地，通过向留在燃料电池模块300内的氢和氧的电化学消耗被动地引入增量。
特别地，氢容器19用作在输入阀12关闭之后燃料电池堆200用的足够量额外氢燃料的来源。简单地说，从与燃料电池模块300的其他部件组合的氢容器19取出的额外氢燃料与燃料电池堆200内部残余氧引起电化学消耗。另外，由于氧的来源是空气(大约80％的氮)，因而燃料电池堆200内电极被动地覆盖有氮。高浓度氮降低了燃料电池堆200内部发生的燃烧的量。被动覆盖处理具有使燃料电池模块300内并具体是燃料电池堆200内压力变化的作用。下面参照图3并继续参照图2详细说明在关闭过程期间发生的覆盖处理。
图3示出了在关闭期间的相继阶段中图2所示的燃料电池堆200的阴极中存在的气体混合物的近似简易明细图表。图3仅仅提供作为基本连续的可视化和流体处理的帮助，并且不旨在限制下面章节中所要求的本发明的范围。
当关闭燃料电池模块300时，反应物气体(氢燃料和空气中带有的氧) 的流入被切断，使得燃料电池堆200有效地缺乏需要继续进行电化学反应式(1)和(2)的反应物气体。为此，关闭阀10、阀11、阀12和阀13并向风机60供电，切断流动控制装置14和氢再循环泵16。当燃料电池模块300关闭时，关闭输出阀11和输出阀13，减少了经由相应的出口203 和出口205分别泄漏至阴极和阳极的气体的量。
无论寄生负载17是否恒定连接，它的作用都是限制燃料电池模块 300关闭和/或与实际负载脱离时燃料电池堆200的电压(即，堆电压)。如果寄生负载17不是恒定连接的，那么在开始关闭过程之前或之后，寄生负载17立即跨过电连接件18a、18b连接。防止燃料电池堆200的输出电压达到很高水平有助于限制可能由高的堆电压触发的电化学腐蚀机制。寄生负载17的存在进一步引导在开始关闭过程时燃料电池模块300 中残余氢和氧的电化学消耗。
具体地，通过为从燃料电池堆200放电的电流和电压提供路径，寄生负载17被动地引导残余反应物气体的电化学消耗。随着阳极或阴极中一者或两者上的反应物气体浓度的减小，燃料电池堆200的构成燃料电池的电化学电势(根据电压测得)下降。如果寄生负载17是简单的电阻器，则随着燃料电池电压下降，流过该电阻器的相应电流也会减小。在没有燃料电池堆内的燃料电池变成负向的危险的情况下，燃料电池电压电位的逐渐减小与静态电阻器的电流损耗所致的减小之间的这种结合会导致燃料电池电压的逐渐减小，就好象在没有充分供给反应物气体的情况下将会发生较大电流引出的情况。
下面参照图3中的3-1，就在关闭过程启动之后，燃料电池堆200 中的阴极含有与空气(地球上)的成分大致对应的气体混合物。也就是说，燃料电池堆200中的各阴极含有约80％氮和20％氧(忽略其他微量气体) 的气体混合物。各阴极的压力大致与外界环境的气压相同(例如，约1 atm)。
随着燃料电池堆内条件的改变(出于上面讨论过的原因)，燃料电池堆200的阴极中的氧主要根据电化学反应式(1)和(2)发生电化学消耗。用来维持电化学反应式(1)和(2)的所需氢燃料由氢容器19供给。随着氧的消耗，阴极中气体混合物的体积明显下降，这导致阴极内部压力相应地下降。图3的3-2示出了在基本消耗掉氧之后阴极内气体混合物的明细的示例。氮构成阴极中存在的气体的约98％，并且阴极内的压力为约0.8 atm。
继续参照图2，由于燃料电池堆200的阴极的内部压力下降到外界环境的气压以下，因而止回阀15打开，断定超过了开启压力。额外空气经由空气供给口106和打开的止回阀15流入燃料电池模块300，导致阴极中有新的气体混合物。当阴极内压力升高到足以关闭止回阀的水平(考虑了所用止回阀的容差)时止回阀15关闭，在足够量空气进入阴极之后将会发生这种情况。当使用传统止回阀时，一旦阴极内压力升到足够高时弹簧就迫使阀关闭，从而使δ压力低于止回阀开启压力。
假设直至阳极内的压力约等于外界环境的压力为止，止回阀都保持打开，则新的气体混合物的明细如图3的3-3所示。新的气体混合物由来自3-1所示的原始气体混合物的80％氮和20％的新加入空气组成。考虑到空气为约80％氮，图3的3-4示出了3-3所示的新气体混合物的等效明细。阴极中存在的氮总量为约96％并且压力大约与外界环境的气压相同(例如，1atm)。重复该过程，使阴极中存在的氧(大约为阴极体积的4％) 与氢容器19提供的氢发生电化学消耗。然后，在阴极中由氧消耗所产生的空隙将被外界环境的空气(还是由约80％氮和20％氧组成)填满。因此，通过这种基本上连续的过程，使燃料电池堆200的阴极主要被氮覆盖。
此外，图2所示的燃料电池模块300的布置还诱发燃料电池堆200 中阳极的被动氮覆盖。随着来自氢容器19的氢燃料的消耗，阳极中存在的气体混合物的体积减小，随后导致阳极内相应的压力下降。阳极内的压力下降导致在燃料电池堆200中从各膜的阴极到阳极侧的跨膜建立的压力梯度。该压力梯度从各阴极到阳极跨膜被动地取出氮，从而也会使阳极覆盖有氮。
本领域技术人员应注意的是，阴极和阳极的覆盖会一齐以连续不断的流体方式出现，因此难以在离散步骤中图示这一过程。因此，上面提供的说明不是旨在将本发明的范围限制成离散事件或处理的具体顺序。
任选地，可以将燃料电池模块配置成在关闭过程期间主动地减小燃料电池堆200内氢和氧的总燃烧量。例如，在关闭过程期间，可以将来自容器的氮注入燃料电池模块的阴极、阳极或者这二者中。
任选地，为了实现阴极和阳极更有效地覆盖有大气压的氮，可以提供足够接近的额外空气，从而在氧被几乎完全消耗掉之后，留下高浓度的氮余量。这需要向燃料电池堆的阳极供给接近化学计算量的氢，从而促进氧的电化学消耗。更普遍地，供给燃料电池的至少一种反应物必须提供有非反应性试剂，其在反应物被另一种反应物几乎完全电化学消耗之后仍留在燃料电池中。
仍然参照图3，可以对燃料电池模块300的一些方面进行考虑。如上所述，在图3的3-3中，阴极41中的气体混合物包含约4％氧并且通过寄生负载17不能使燃料电池堆200完全放电。如果此时需要重启燃料电池模块，例如使用来自设有燃料电池模块300的电池的电力，可以使输入阀12和输出阀13暂时或恒定地打开，从而允许密封燃料罐中的氢取代阳极21中的氮。利用阴极41中存在的一部分氧，可以开始进行电化学反应，并且电化学反应用于促进电池对燃料电池堆200的再充电。一旦燃料电池堆200被再充电，就可以重新开始正常操作。此外，在将氮引入阳极21之后，可以打开输入阀10和输出阀11。经过一段时间，例如几个小时、一天以上，由于自然力将使空气或氧移动至阴极41。在此情况下如果启动燃料电池模块300，则电化学反应能够再次帮助再充电燃料电池堆200。然而，在图3的3-4中，或者近似情况，极少氧(如果有的话)可以在阴极41中，并且极少电化学反应(如果有的话)能够帮助再充电燃料电池堆200。在这种情况下，在没有用来再充电燃料电池堆的其他不必要大电池的情况下，燃料电池模块300不能快速重启。
参照图7，在启动方法的开始阶段，阴极41如3-5所示几乎完全被氮覆盖。为了减少所需的启动时间，向阴极加入一定量的空气，如3-6 所示取代一部分氮。这样空气中的氧能用于电化学反应，从而有助于充电燃料电池堆200。3-6中所示的空气的量仅仅是示例。在燃料电池堆再充电之前加至燃料电池堆200的阴极41中的空气的量例如可以是阴极41 中可用气体体积的10％～100％。空气可由除了燃料电池堆以外的其他能量源(例如，电池或加压气体)提供。
当燃料电池堆200达到所选的充电水平时，可以考虑对燃料电池堆 200进行充电、再充电或者不放电。所选的充电水平不需要像正常操作或燃料电池堆200的最大充电水平那样大。例如，所选的充电水平可以是正常操作或燃料电池堆200的最大充电水平的50％或75％。所选的充电水平优选对燃料电池堆200而言足够大，从而向配套设施供电。例如，燃料电池堆200优选能够通过普通操作电路充电而操作下述风机60。
参照图2，在对燃料电池堆200进行再充电之前使用泵300将空气移动至燃料电池堆200的阴极41。在启动过程中，打开入口阀12使罐中压缩的氢流入燃料供给口107。氢稀释阳极21中的氮，并且还使与阳极入口204连通的气缸304中的活塞302发生移位。活塞302的相对面与阴极供给口202连通。因此，氢压力使活塞302将一定体积的空气从气缸304中排出至燃料电池堆200的阴极41。在下一个关闭过程期间通过打开阀306将空气再填充至气缸304中，同时在阳极21(图3的3-2)中存在使活塞302缩回的部分真空。可选择地，在不会产生足够真空的燃料电池模块中(例如图4中)，可以使用弹簧308。当活塞302缩回时对容器19的容积进行调节以补偿添加至燃料电池堆200的氢。任选地，可以设置其他泵送机构以便在启动过程中利用压力、压降或氢的流动，从而使空气移动至燃料电池堆200。
参照图4，示出了第二燃料电池模块302的示意图。本领域技术人员应注意的是，燃料电池模块还包括被统称为“配套设施”的支持部件的适当组合，图4中未示出上述支持部件，但上述支持部件可与第二燃料电池模块302一起设置。
图4所示的燃料电池模块302与图2所示的燃料电池模块300相似。因此，燃料电池模块300和燃料电池模块302共同的元件具有共同的附图标记。燃料电池模块300和燃料电池模块302之间的差异在于，燃料电池模块302不包括输入阀10、输出阀11、止回阀15和空气供给口106。此外，在启动过程中，燃料电池模块302不使用泵300而使用风扇400 向燃料电池堆200供给空气。
图4所示的风机60与阴极入口202连接，且在风机60与阴极入口 202之间未布置阀(例如，输入阀10)。风机60是用于迫使空气进入阴极入口202的任何装置(例如，机动风扇、压缩机等)。风机60也用于被动地延缓但不必须停止当切断电力时来自风机60的空气自由流入到阴极入口202。下面参照图3、图4和图6更具体地进行说明这种情况。风机60 设计成或者选择为在燃料电池堆200的电压下进行操作，且在第二燃料电池模块302的正常操作中由燃料电池堆200供电。
在正常操作期间，燃料电池模块302以与上述燃料电池模块300基本相同的方式操作。
在关闭过程期间，第二燃料电池模块302的操作与燃料电池模块300 的操作相同；然而，正如已经提到的，不存在延缓和允许空气自由流入阴极入口202的止回阀。反而，流入阴极入口202的空气经由风机60的路径得以充分减慢，这样在额外的空气流入阴极取代被消耗氧的损失体积之前，燃料电池堆200的阴极中残余的氧(当关闭燃料电池模块300时)基本上被电化学消耗。也就是说，进一步参照图3，在由于压力的相对下降而将额外空气被动引入阴极之前，阴极中气体混合物的明细与图3-2 所示的明细相同。一旦额外空气以其自己的方式穿过风机60进入燃料电池堆200的阴极，则阴极中气体混合物的明细与图3-3所示(并且，等同于3-4)的明细相同。
换句话说，局部限制流过风机60的空气，防止了对于阴极上电化学消耗掉的氧的连续、快速补给，这将防止在阴极上形成占优势的富氮气体组成。因此，除了不会在阴极中生成大的可测真空之外，阴极上的氧浓度的逐渐耗尽与上述参照图2所述的过程相同。相反，氧的电化学耗尽会在阴极中产生体积空隙和局部耗尽的氧浓度，这会将额外空气引至电极表面(通过压力与浓度差驱动力的组合)。
此外，由于没有输出阀(例如，输出阀11)阻挡从阴极出口203到第一排出口108的路径，所以一部分空气经由阴极出口203和第一排出口 108流入阴极。另外，如上述参照图2所示，随着氢被消耗掉，在燃料电池模块302(图4)中，阳极中的压力下降，使氮经过各膜被引出。
还应当注意的是，由于燃料电池模块302中不包括图2中的阀10和阀11，因而空气会继续扩散至阴极。经过一段时间，这会使阴极中的气体组成与周围大气的气体组成近似相同。继而，这会逐渐导致阳极气体组成的浓度发生变化，从而在延长的一段时间内，可以假设阳极和阴极气体组成与周围大气的气体组成近似相同。在这样的实施例中，与上述示例相比期望略微更高水平的降解。
此外，本领域技术人员应注意的是，阴极和阳极的覆盖会一齐以连续不断的流体方式出现，因此难以在离散步骤中图示这一过程。因此，上面提供的说明不是旨在将本发明的范围限制成离散事件或处理的具体顺序。
如上所述，在关闭燃料电池模块302之后，在燃料电池模块302中阴极最终含有空气。这使得氧能够支持电化学反应，从而有助于在启动时对燃料电池堆进行充电。然而，在关闭燃料电池模块302之后且在足够量空气重新进入阴极电之前，存在可以从五分钟至一天的时间段，由此提供了快速启动。例如，如图7的3-5所示，在这段时间中，阴极完全或部分地被氮覆盖，并且通过迫使空气进入能够减少启动时间。
为了使空气移动至阴极，直至燃料电池堆200能够使风机60操作为止，接通风扇400。风扇400例如可以是用于冷却电子产品的玛芬型 (muffin)风扇。风扇400借助由电池供给的DC电压进行操作，例如用于操作阀12、阀13并对燃料电池模块302进行电子控制的电池。例如，如图7的3-6所示，操作风扇400使空气移动至阴极，从而减少启动时间。
任选地，风扇400可以与燃料电池模块302的其他组件组合。例如，风扇400可以是风机60内的第二线圈。可选择地，风扇400可以是在正常操作期间用于测量风机60的输出的流动传感器。风扇400可以位于阴极出口203的下游或者风机60的上游，而不是处于图4所示的风机60 与阴极入口202之间的位置。风扇400也可以带有或没有绝缘阀地与风机60并联，或者可以带有或没有绝缘阀地与连接至阴极入口202或阴极出口203的管道中的三通接头连通。
参照图5，示出了第三燃料电池模块304的示意图。本领域技术人员应注意的是，燃料电池模块还包括被统称为“配套设施”支持部件的适当组合，图5中未示出上述支持部件，但上述支持部件可与第三燃料电池模块304一起设置。
图5所示的燃料电池模块304与图2所示的燃料电池模块300相似。因此，燃料电池模块300和燃料电池模块304共同的元件具有共同的附图标记。两个燃料电池模块300和燃料电池模块304之间的差异在于，燃料电池模块304不包括输出阀11、止回阀15和空气供给口106。燃料电池模块304也使用风扇400而不是泵300，然而，燃料电池模块300 可选择性地使用风扇400，且燃料电池模块304可选择性地使用泵306。
在正常操作期间，燃料电池模块304以与上述燃料电池模块300基本相同的方式操作。
在关闭过程期间，燃料电池模块304的操作与上述燃料电池模块302 的操作相同。同样地，不存在延缓及允许空气自由流入阴极入口202的止回阀。此外，风机60与阴极入口202之间设有输入阀10，由于输入阀 10是关闭的，因而在关闭过程期间额外空气不能经由风机60流入燃料电池堆200的阴极。相反，空气经由第一排出口108穿过阴极出口203流入阴极。在该实施例中，期望将第一排出口108的尺寸和/或形状设定成在反向方向上空气的流动经由第一排出口108的反向路径得以充分减慢，这样在额外的空气流入阴极取代被消耗氧的损失体积之前，燃料电池堆 200的阴极中残余的氧(当关闭燃料电池模块300时)基本上被电化学消耗。也就是说，进一步参照图3，在由于压力的相对下降而将额外空气被动引入阴极之前，阴极中气体混合物的明细与图3-2所示的明细相同。一旦额外空气以其自己的方式穿过风机60进入燃料电池堆200的阴极，则阴极中气体混合物的明细与图3-3所示(并且，等同于3-4)的明细相同。此外，如上述参照图2所示，随着氢被消耗掉，在燃料电池模块304(图 5)中，阳极中的压力下降，使氮经过各膜被引出。
此外，本领域技术人员应注意的是，阴极和阳极的覆盖会一齐以连续不断的流体方式出现，因此难以在离散步骤中图示这一过程。因此，上面提供的说明不是旨在将本发明的范围限制成离散事件或处理的具体顺序。
在启动过程中，在接通风扇400之前打开入口阀10。
参照图6，示出了本发明另一实施例各方面的第四燃料电池模块306 的示意图。本领域技术人员应注意的是，燃料电池模块还包括被统称为“配套设施”支持部件的适当组合，图6中未示出上述支持部件，但上述支持部件可与第四燃料电池模块306一起设置。
图6所示的燃料电池模块306与图2所示的燃料电池模块300相似。因此，燃料电池模块300和燃料电池模块306共同的元件具有共同的附图标记。燃料电池模块300和燃料电池模块306之间的差异在于，燃料电池模块306不包括输入阀10、止回阀15和空气供给口106。此外，尽管所示的燃料电池模块306可以使用泵300，但它还使用了风扇400。
如图4所示，图6中所示的风机60与阴极入口202连接，且在其间没有布置阀(例如，输入阀10)。风机60是用于迫使空气进入阴极入口202 的任何装置(例如，机动风扇、压缩机等)。风机60也用于被动地延缓但不必须停止当切断电力时来自风机60的空气自由流入到阴极入口202。
在正常操作期间，燃料电池模块306以与上述燃料电池模块300基本相同的方式操作。
在关闭过程期间，燃料电池模块306的操作与燃料电池模块300和 302的操作相同；然而，正如已经提到的，不存在延缓及允许空气自由流入阴极入口202的止回阀。反而，流入阴极入口202的空气通过风机60 的路径得以充分减慢，这样在额外的空气流入阴极取代被消耗氧的损失体积之前，燃料电池堆200的阴极中残余的氧(当关闭燃料电池模块300时)基本上被电化学消耗。也就是说，进一步参照图3，在由于压力的相对下降而将额外空气被动引入阴极之前，阴极中气体混合物的明细与图 3-2所示的明细相同。一旦额外空气以其自己的方式穿过风机60进入燃料电池堆200的阴极，阴极中气体混合物的明细与图3-3所示(并且，等同于3-4)的明细相同。
此外，由于燃料电池模块306包括输出阀11，所以在关闭过程期间能够防止额外的空气进入阴极出口203，这是因为在关闭过程期间输出阀 11是关闭的。另外，如上述参照图2所示，随着氢被消耗掉，在燃料电池模块306(图6)中，阳极中的压力下降，使氮经过各膜被引出。
此外，本领域技术人员应注意的是，阴极和阳极的覆盖会一齐以连续不断的流体方式出现，因此难以在离散步骤中图示这一过程。因此，上面提供的说明不是旨在将本发明的范围限制成离散事件或处理的具体顺序。
在启动过程中，在接通风扇400之前打开输出阀11。
参照图2、图4、图5和图6，作为燃料电池模块300、302、304、 306的替代，任选的第二止回阀26(仅在图6中示出)可以连接在阳极入口204与阴极入口202之间。当在阳极中的压力与阴极中的压力之间存在预定压差时第二止回阀26配置成打开，这样在关闭过程期间仅允许从阴极流向阳极；并且在正常操作期间，第二止回阀26配置成保持关闭。
第二止回阀26用来确保当来自氢容器19的很大一部分氢燃料被电化学消耗掉时来自阴极的氮穿过阳极，如上所述，这将导致相应的压力下降。这是为了补充和/或替代穿过燃料电池堆200中各膜的氮扩散的需要，也是作为一种覆盖阳极的方式。
参照图4、图5和图6，作为燃料电池模块302、304、306的替代，可以省略风扇400并且它的作用被用于使用电池(例如，配套设施中已经存在的电池)驱动风机60的附加电路替代。如上所述，在正常操作期间由燃料电池堆驱动风机60。在该替代中，电池与风机60连接，从而在启动过程中象对于风扇400进行的说明那样操作风机60。电池仅能够缓慢地转动风机60，例如在风机60的正常操作速度的25％以下或10％以下。电池通过变压器可以与风机连接，从而提供适于移动风机的电压输出和电流输出。可选择地，电池可以通过包含配置成向风机60提供电力脉冲的一个以上电容器的电路与风机60连接。在启动过程开始或接近开始时将与风机电路连接的电池切换成接通。一段时间之后，通过检测燃料电池堆200任选地进行测定，以确定是否对燃料电池堆200进行再充电，将与风机电路连接的电池切换成断开，并且燃料电池堆200与风机60电连接。
任选地，但不是优选地，在对燃料电池堆200进行充电之前，燃料电池堆200可以用来驱动风扇400或风机60，或者帮助电池驱动风扇400 或风机60。这种选择一般不是优选的，因为与电池提供相同电量的选择相比，从燃料电池堆200引出的电力会延迟对燃料电池堆200的再充电。然而，这种选择对于电池容量受限的情况是有益的。如果风扇400具有足够低的电阻，则通过加速燃料电池堆200中的化学反应得到的利益可以证明从燃料电池堆200引出电力是正确的。如果没有风扇400，则燃料电池堆200可以通过启动电路与风机60连接，该启动电路具有配置成在减小风机60的表观电阻或者限制从燃料电池堆200引出电力的同时向风机60供给脉冲或连续的电力的一个以上晶体管或电容器。在另一选择中，启动过程可以具有由电池驱动风扇400或风机60的初始时间段，随后风扇400与燃料电池堆200电连接或者风机60通过电力限制电路与燃料电池堆电连接(而电池没有与风扇400或风机60连接)的中间时间段。当对燃料电池堆200再充电时，该中间时间段结束。再充电状态可以通过检测燃料电池堆200进行测定，以确定是否达到指定充电水平，例如燃料电池堆200的正常操作充电或最大充电的50％以上或75％以上。然后，燃料电池模块302、304、306恢复正常操作。
所描述的仅仅是本发明原理的应用的说明性描述。本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的范围内，可以有其他布置。因此，应当理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以具体说明之外的方式实施。
相关申请的交叉参考
本专利要求2012年4月2日提交的美国临时专利申请第61/619,073 号的利益，在此将其以引用的方式并入本文。

Claims (25)

1.一种燃料电池模块，其使用作为第一反应物的氢以及包括作为第二反应物的氧和作为非反应性试剂的氮的空气，所述燃料电池模块包括：
燃料电池堆，其包括至少一个燃料电池，每个燃料电池包括阳极、阴极以及布置在所述阳极与所述阴极之间的电解质介质，其中，在正常操作期间，所述阳极被供给第一反应物并且所述阴极被供给空气；
寄生负载，其跨越所述阳极和所述阴极连接；
反应物容器，其与所述阳极连通；
风机，在所述燃料电池堆再充电之后，使用来自所述燃料电池堆的功率，其被操作成使氧流入所述阴极；以及
具有比所述风机更低的阈值功率要求的泵或风扇，在所述燃料电池堆再充电之前，使用所述燃料电池堆之外的电源，其被操作成向所述阴极供给空气，以取代覆盖所述阴极的氮。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其中，所述燃料电池堆之外的所述电源是电池。
3.根据权利要求2所述的燃料电池模块，其包括所述风扇。
4.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其包括所述泵，并且还包括含有压缩氢的储罐，其中，所述泵借助所述氢的流动、压力或压力变化所提供的能量来操作。
5.一种用于关闭和重新启动燃料电池的方法，所述燃料电池包括：第一电极、第二电极以及布置在第一电极与第二电极之间的电解质，其中，在正常操作期间，第一电极被供给第一反应物，并且第二电极被供给含有第二反应物以及不与第一和第二反应物反应的非反应性试剂的第一混合物；所述方法包括：
使第一反应物停止流入第一电极；
切断向所述燃料电池的支持部件的电力；
经由跨越第一电极和第二电极连接的寄生负载引出电流；
提供一定量第一反应物，用来电化学消耗残余量的第二反应物；
允许一定量第一混合物流入第二电极；以及
当重新启动燃料电池模块时，使用燃料电池堆之外的电源，使一定量第一混合物流入覆盖有所述非反应性试剂的第二电极以取代所述非反应性试剂，仅仅直到所述燃料电池堆再充电至所述燃料电池堆的最大充电水平的50％～75％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述燃料电池堆之外的所述电源是电池。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，使一定量第一混合物流入所述第二电极包括利用由所述电池供电的风扇来提供所述一定量第一混合物。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，使一定量第一混合物流入所述第二电极包括利用泵，所述泵借助氢储罐中的压缩氢的流动、压力或压力变化所提供的能量来操作。
9.一种燃料电池模块，其包括：
燃料电池堆；
风机，在所述燃料电池堆再充电之后，使用来自所述燃料电池堆的功率，其适于使氧流入阴极；以及
具有比所述风机更低的阈值功率要求的装置，在所述燃料电池堆再充电之前，使用所述燃料电池堆之外的电源，其适于向所述燃料电池堆的一个以上阴极供给空气，以取代覆盖所述的一个以上阴极且不与空气反应的非反应性试剂。
10.根据权利要求9所述的燃料电池模块，还包括电池，其中所述装置借助所述电池提供的电能进行操作。
11.根据权利要求10所述的燃料电池模块，其中，所述装置是风扇。
12.根据权利要求11所述的燃料电池模块，其中，当操作所述风机时所述风扇适于作为流量计或流动传感器进行操作。
13.根据权利要求9所述的燃料电池模块，其中，所述装置是泵，所述燃料电池模块还包括含有压缩氢的储罐，其中，所述泵借助氢的流动、压力或压力变化所提供的能量来操作。
14.根据权利要求10所述的燃料电池模块，其中，所述装置是泵。
15.一种燃料电池模块的启动方法，包括如下步骤：a)在燃料电池堆再充电之前，使用所述燃料电池堆之外的电源向具有比风机更低的阈值功率要求的风扇或泵供电，使氧流入所述燃料电池堆的阴极，以取代覆盖所述阴极且不与氧反应的非反应性试剂；和b)在所述燃料电池堆再充电之后，使用由所述燃料电池堆驱动的风机，使氧流入所述阴极。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阴极预先覆盖有非反应性试剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述非反应性试剂是氮。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，在步骤a)中通过所述风扇使氧流动。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，在步骤a)中通过泵使氧流动。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括如下步骤：监测所述燃料电池堆以确定所述燃料电池堆是否达到所选的充电水平，其中所述所选的充电水平小于所述燃料电池的正常操作充电水平；并且当所述燃料电池堆达到所述所选的充电水平时，使用由所述燃料电池堆驱动的所述风机，使所述氧流入所述阴极。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述所选的充电水平是所述燃料电池堆的正常操作或最大充电状态的50％至70％。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述燃料电池堆之外的所述电源是电池。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，使氧流入阴极包括利用由所述电池供电的风扇来提供所述氧。
24.根据权利要求15所述的方法，其中，使氧流入阴极包括利用泵，所述泵借助氢储罐中的压缩氢的流动、压力或压力变化所提供的能量来操作。
25.根据权利要求15、17、20、21、22或23所述的方法，其中，在步骤a)中加入到所述阴极的氧的量是所述阴极的体积的10％-100％。
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