CN1791998A - 用于将电解质加入到燃料电池中的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种电解质输送设备，其包括电解质贮藏器(505)、加热装置(508)以及压力生成器(514)。该电解质输送设备配置为将电解质供应到诸如熔融碳酸盐燃料电池之类的燃料电池或者燃料电池堆，并且在某些例子中，将电解质供应到工作中的燃料电池或燃料电池堆。还提供了一种包括电解质输送设备的燃料电池组件和使用该电解质输送设备的方法。
Description
技术领域
本发明涉及电化学(electrochemical)燃料电池以及其使用方法。更具体地说，本发明涉及用于将诸如熔融碳酸盐(molten carbonate)电解质之类的电解质添加到燃料电池中的方法和设备。
本申请要求2003年4月14日提交的题为“Method and Apparatus forAddition of Molten Carbonate Electrolyte to an Operating Molten Carbonate FuelCell”的美国临时申请No.60/462,645的权益，为了所有目的而通过引用将整个公开合并于此。
背景技术
燃料电池是生成直流电(direct electric current)和热能的电化学装置。燃料电池堆(stack)包括以串联关系堆叠的多个燃料电池，以便获得更高的可用电压输出容量。
通常根据所使用的电解质类型来区别燃料电池。例如，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)可使用碳酸锂和碳酸钾的混合物作为电解质。磷酸燃料电池(PAFC)可使用磷酸溶液(solution)作为电解质。聚合物(polymer)电解质燃料电池(PEFC)可使用诸如Dupont de Numers公司的产品Nafion之类的聚合物作为电解质。固体氧化物(solid oxide)燃料电池(SOFC)可使用氧化钇稳定(yittria-stablized)的氧化锆作为电解质。
对于利用液相(liquid phase)电解质的燃料电池，电解质储量耗尽到使燃料电池电极的孔隙量(pore volume)部分地饱和所需要的液面(level)之下可导致燃料电池的催化作用减小和电化学性能降低。本领域需要一种设备来补充燃料电池电解质，更具体地，本领域需要一种设备来在操作燃料电池或燃料电池堆时补充液相燃料电池电解质。
本发明的一个目的是提供补充燃料电池的电解质和/或诸如燃料电池堆中的多个燃料电池的电解质的设备和方法。某些例子或实施例的具体目的是提供在操作燃料电池期间补充一个燃料电池或燃料电池堆中的多个燃料电池的电解质的设备和方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，公开一种电解质输送设备。该电解质输送设备配置为向例如工作中的燃料电池的燃料电池、或者例如燃料电池堆中的燃料电池提供电解质。该电解质输送设备至少包括：电解质贮藏器(reservoir)、从电解质贮藏器接收电解质的流体管道(fluid conduit)、加热装置和压力生成器。电解质贮藏器和流体管道被配置为向燃料电池或者燃料电池堆提供电解质。加热装置与电解质贮藏器和/或流体管道中的至少一部分热连通，并可操作地在电解质贮藏器和/或流体管道中增加电解质的流动性，或者在固体电解质的情况下液化电解质。压力生成器可操作地迫使流体离开电解质贮藏器并进入流体管道，以便输送到燃料电池或者燃料电池堆。这里公开的电解质输送设备具有包括半连续地或者连续地向诸如非工作中的或者工作中的燃料电池的单个燃料电池或者燃料电池堆供应电解质的优点。这样半连续地或者连续地供应电解质可以提高燃料电池或者燃料电池堆的效率。
根据另一方面，公开了一种燃料电池组件。该燃料电池组件包括燃料电池、电解质贮藏器、流体管道、以及加热装置。该燃料电池组件的燃料电池包括阴极电极、阳极电极以及阴极电极和阳极电极之间的电解质容器(matrix)。该电解质贮藏器与在电解质贮藏器和燃料电池之间提供流体连通的流体管道流体连通，以便向燃料电池输送电解质。该电解质贮藏器包括一种或多种电解质，例如一种或多种固体或液体电解质，且优选地，与燃料电池的阴极和阳极之间的电解质相同的电解质。加热装置与电解质贮藏器和/或流体管道热连通，以便加热流体管道和/或电解质贮藏器中的电解质，并且该加热装置可操作地增加电解质的流动性，或者提供液体电解质，以便向燃料电池输送。燃料电池组件还可以包括压力生成器，该压力生成器配置为迫使流体从电解质贮藏器流出并通过流体管道流入燃料电池。
根据又一方面，公开了一种向燃料电池供应电解质的方法。该方法包括：通过提供包括电解质的电解质贮藏器，加热电解质贮藏器以增加至少部分电解质的流动性，以及将流体从电解质贮藏器输送到燃料电池，来替换从燃料电池中损耗的电解质。电解质贮藏器通过连接电解质贮藏器和燃料电池的流体管道而与燃料电池流体连通。例如通过对电解质贮藏器加压而迫使流体从电解质贮藏器流出并通过流体管道而进入燃料电池，可以使来自电解质贮藏器的流体输送到燃料电池。下面将论述用于将电解质从电解质贮藏器输送到燃料电池的其它示范的合适方法。
受益于这个公开，本领域的一般技术人员将认识到，该电解质输送设备、燃料电池组件和使用它们的方法提供了许多优点，包括但不限于，维持工作中的燃料电池或者燃料电池堆中电解质的基本恒定供应，以便提供更有效的燃料电池和燃料电池堆。
附图说明
下面将结合附图来描述特定说明方面和例子，其中：
图1是根据某些例子的又一个示例性的燃料电池组件的透视图，该燃料电池组件包括燃料电池堆和包括压力调整气体(gas)的电解质输送设备；以及
图2是与燃料电池堆中的多个燃料电池物理上接触并与其流体连通的多孔导管的图。
受益于这个公开，本领域的一般技术人员将认识到，这些图及其部件不一定是按照比例绘制，并且，为了有助于更好地理解下面将详细论述的本发明的示例方面和例子，图中所示的某些部件也许相对于其它部件而夸大、变形或者放大。
具体实施方式
该电解质输送设备、包括该电解质输送设备的燃料电池组件、以及使用该电解质输送设备的方法代表了重大的技术进步。即使在燃料电池或燃料电池堆的工作期间，也可以使用这里公开的装置来将电解质液面实际上保持恒定。这样的实际上恒定的电解质液面提供以下的重要好处，包括例如燃料电池在高容量下工作，而没有由电解质损耗所引起的不期望的效率下降。
根据某些例子，公开了包括电解质贮藏器和流体管道的电解质输送设备。电解质贮藏器保存了包括电解质的、用于通过流体管道输送到与电解质贮藏器流体连通的燃料电池的流体。在某些例子中，将被输送的电解质基本上具有与工作中的燃料电池所使用的电解质相同的成分。
根据某些例子，电解质输送设备及其部件可以采取许多形状、尺度等，这取决于与电解质输送设备流体连通的燃料电池的使用环境。在某些例子中，电解质输送设备的电解质贮藏器是保存大约1L到大约5L的流体的适当尺寸。根据某些例子，电解质贮藏器安置为使得在贮藏器中存储的电解质液面在物理上低于流体管道在燃料电池堆的反应物通道(reactant passageway)内终止的点，从而在流体管道内产生或者施加流体头或贮槽(sump)，这防止在未启动压力生成器时流入燃料电池。受益于这个公开，在本领域的一般技术人员将能够选择用于电解质输送设备及其部件的合适尺度和配置。
根据某些例子，在电解质贮藏器和燃料电池之间提供流体连通的一个或多个流体管道具有合适的形状和横截面直径，以便有效地将电解质从电解质贮藏器输送到燃料电池。本领域的一般技术人员受益于这个公开将容易选择流体管道的合适横截面形状，例如圆形。在某些其它例子中，流体管道通常是长度为大约70cm到大约120cm的圆柱，且更优选地为大约80cm到110cm。典型地，该流体管道是直的并且线性的，但是，在某些例子中，该流体管道可以是弯曲的、弧形的或者采取其它形式。在某些例子中，该流体管道的内径为大约0.005cm到大约0.10cm，且更优选地为大约0.01cm到大约0.075cm。在某些例子中，该流体管道的外径为大约0.01到大约0.15cm，且更优选地为大约0.03cm到大约0.075cm。在某些例子中，流体管道具有足以插入到燃料电池或者燃料电池堆的反应物通道内的外径或者形状。流体管道管还可包括足以在已知的压力和温度下提供液体电解质的已知的流动速率的内径和长度。在某些其它例子中，该流体管道穿过燃料电池或者燃料电池堆的外壳，和/或封装燃料电池或燃料电池堆的绝热层。用于流体管道的适当材料包括，但不限于，不锈钢、高温陶器、以及其它可以输送电解质并承受例如大约650℃或更高的高温的材料。在某些例子中，该流体管道包括流动检测器，以便指示流体是否在流过流体管道。
根据某些例子，电解质输送设备还包括加热装置。该加热装置与电解质输送设备的至少一部分热连通，并可操作地增加在电解质贮藏器和/或流体管道中的电解质的流动性，或者保持其流动。在某些例子中，加热装置是例如热电或电阻加热器的加热器、燃烧器、传统烘炉(oven)、微波炉等。在某些例子中，沿着流体管道的外部表面从流体管道穿过燃料电池或燃料电池堆封装的点到流体管道以流体方式耦接到电解质贮藏器的点，提供例如电学电阻加热器的第一加热器。流体管道和/或电解质贮藏器还可包括用于测量和控制流体管道和/或电解质箱(chamber)的温度的热电耦和控制器。在一些例子中，给电解质贮藏器提供有独立于第一加热器起作用的第二加热器。第二加热器可包括用于测量和控制电解质贮藏器的温度的热电耦和控制器。受益于这个公开，本领域的一般技术人员将能够选择和配置这里所公开的电解质输送设备中使用的合适加热装置。
根据某些其它例子，可以将电解质输送设备安置在绝热隔室(compartment)内，该绝热隔室可选地具有烘炉或其它加热装置以增加电解质贮藏器中的电解质的流动性或使其保持流动。在某些例子中，将整个电解质输送设备安置在绝热隔室内，而在其它例子中，仅将电解质贮藏器或流体管道中的一个安置在绝热隔室内。在某些例子中，绝热隔室还包括了燃料电池或燃料电池堆，而在其它例子中，将燃料电池或燃料电池堆安置在包含电解质输送设备的隔室的外部。
根据某些例子，电解质输送设备还包括可操作地迫使流体从电解质贮藏器流出(或者在某些例子中将流体从电解质贮藏器抽出)并进入燃料电池的压力生成器。该压力生成器可以是可增加电解质贮藏器中的压力的任何合适装置，其导致流体移动出电解质贮藏器并通过流体管道而进入燃料电池。在某些例子中，该压力生成器是气体、机械活塞、或者压力梯度生成器。在至少某些例子中，通过压力调整气体供应源来迫使流体从电解质贮藏器流出并进入燃料电池。在对熔融碳酸盐燃料电池使用压力调整气体的例子中，可以使用诸如二氧化碳的气体在贮藏器内生成高二氧化碳分压(partial pressure)，以便避免熔融碳酸盐电解质的分解。
根据某些例子，可以用控制器来控制电解质从电解质输送设备流入燃料电池的时间量和/或控制流动速率。典型地，控制器包括微处理器、以及定时器或定时电路，其可以控制启动压力生成器以迫使流体流出电解质贮藏器的时间量。该控制器还可以包括存储单元、合适的软件算法、诸如温度传感器之类的合适传感器等。本领域的一般技术人员将能够选择和设计这里公开的电解质输送设备使用的合适的控制器。
根据某些例子，将电解质输送设备配置为用于燃料电池或者燃料电池堆中的多个燃料电池。燃料电池是从例如诸如氢和氧之类的气体的燃料源生成直流电和热能的电化学装置。燃料电池堆包括以串联关系堆叠的多个燃料电池，例如平面的燃料电池，以便获得更高的可用电压输出容量。燃料电池堆中的燃料电池包括分别施加到电解质隔膜(membrane)的相对表面的阳极电极和阴极电极、或者通称为隔膜电极组件(MEA)的电解质容器(matrix)。MEA可以与称为双极板(bipolar plate)也称为隔板(separator plate)或者内连(interconnect)的装置结合，用作燃料电池堆的单个电池的外壳。燃料电池堆还可以通过集管(manifold)封装，该集管将反应物气体导引到包括单个燃料电池的双极板的外壳。所封装的燃料电池堆还可以由用于容纳燃料电池堆所生成的热能或输送到燃料电池堆的热能的绝热层来封装。
不希望受限于任何特定科学原理，由于电解质容器所提供的更小的孔隙尺寸，确信电解质主要是由电解质容器吸收，其次由电极吸收。就是说，毛细管作用导致电解质容器的细孔隙相对于电极更大的孔隙有优先的饱和度。通常，在组装的时候，向燃料电池提供充分的电解质储量，以便获得电解质容器和电极的期望饱和度。此外不希望受限于任何特定原理，确信在一时间段内，电解质储量会通过以下方式原因而耗尽：电解质的蒸发损耗、电池硬件的腐蚀、电极的锂化(lithiation)、电解质在电池硬件表面上的普通膜漏泄(film creepage)、和/或通过电解质从燃料电池堆的一个极到燃料电池堆的相对极的电压驱动式迁移。通常地，相对于数千小时的燃料电池堆工作，电解质的耗尽发生缓慢。电解质储量耗尽到使电极的孔隙量部分地饱和所需要的液面之下，会导致燃料电池的催化作用减小和电化学性能降低。电解质的量耗尽到使电解质容器的孔隙量完全饱和所需要的液面之下，还可以导致反应物气体的物理混合、或者交叉。由于交叉通常会导致随后在燃料电池内的阳极电极氧化、阴极电极还原、以及燃烧生成的热点，所以交叉对燃料电池是有破坏性的。这样的破坏将通常跨越燃料电池传播，并将导致燃料电池的过早失效。为了在商业上可行，燃料电池堆需要数千小时的高性能工作，并因此，需要连续地将燃料电池的电解质储量维持在致使电极部分饱和且电解质容器完全饱和的那些液面上。在组装时可以将过量的电解质提供给燃料电池，如授予Farooque等的美国专利第5,773,161号中所描述，其中在将燃料电池堆的相邻电池分开的双极板的空隙空间内提供容纳多余的电解质的贮藏器。然而，这个方法导致双极板的复杂度和成本增加，还导致在用作双极板内的贮藏器的空隙空间内的腐蚀速率增加。此外，在双极板中提供的贮藏器是有限的，并会随时间而耗尽电解质。在授予Katz等的美国专利第4,596,748号中描述了向熔融碳酸盐燃料电池堆添加电解质的方法，其中将蒸发的电解质“喷洒”到进入燃料电池的反应物入口气体流中。该方法因电解质沉积的不确定性而不利。在授予Maru等的美国专利第4,530,887号中描述了向熔融碳酸盐燃料电池添加电解质的方法，其中用电解质使反应物入口气体流“饱和”。该方法也因电解质沉积的不确定性而不利。已经证明将电解质从组装时或者通过使反应物气体流饱和而创建的、除燃料电池内的贮藏器之外的源物理补充到诸如熔融碳酸盐燃料电池之类的燃料电池中是困难的。将电解质物理补充到熔融碳酸盐燃料电池的一个方法是暂时停止燃料电池的工作。然后，将燃料电池冷却到环境温度，暴露包含了反应物通道的燃料电池的表面，并且将电解质的凝固粒子的浆料(slurry)物理地注入到暴露的通道中。将燃料电池重新密封并重新加热到燃料电池的融化温度之上，以便融化所添加的电解质，并将融化的电解质吸收到燃料电池的多孔电极和电解质容器中。上述过程要求使燃料电池离线且关断，这对提供可用的电能和热能的燃料电池来说将降低可用性。相反，这里公开的电解质输送设备的例子可以用于在燃料电池或燃料电池堆工作期间补充电解质，而不需要使燃料电池或燃料电池堆离线。
根据某些其它例子，可以在燃料电池的反应物通道内输送电解质，并且可以通过与反应物气体通道相关联的电极的暴露孔隙来吸收电解质。在某些例子中，电解质流过流体管道的速率与电解质耗尽速率匹配，使得当燃料电池在工作时，电解质的液面基本上恒定。根据其它例子，利用在包括MEA的部件的孔隙内的毛细管作用而将电极所吸收的电解质分布在整个MEA中。在与燃料电池堆一起使用电解质输送设备的至少某些例子中，电解质还可以利用电压驱动式迁移通过膜漏泄，而分布在燃料电池堆的相邻燃料电池中。在某些其它实施例中，电解质还可以由电压驱动式迁移通过包括与燃料电池堆的每一个电池接触的多孔元件的专用管道，而分布在燃料电池堆的相邻燃料电池中。受益于这个公开，本领域的一般技术人员将能够选择和设计用于将电解质输送到燃料电池堆中的不同燃料电池中的合适装置。
根据某些例子，燃料电池还可以用燃料电池工作时电解质的物理状态来表示。例如，聚合物交换燃料电池(PEFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质在工作条件下通常被认为是固体，而磷酸燃料电池(PAFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的电解质在工作条件下通常被认为是液体。熔融碳酸盐燃料电池还由于电解质和燃料电池进入工作条件时电解质的相变而与其它类型的燃料电池区分开。熔融碳酸盐燃料电池工作在大约650℃。诸如锂/钾电解质之类的熔融碳酸盐燃料电池的电解质在环境温度下为固态，而在工作温度下转换到液态。通常以诸如62mol(摩尔)％的锂和38mol％的钾、熔点为大约493℃的一种低共熔混合物(eutectic mixture)的形式提供锂/钾电解质。锂/钾电解质的非低共熔混合物(off-eutectic mixture)将具有不同于493℃的熔化温度。熔融碳酸盐燃料电池内的电解质的量被设计为使多孔电解质容器的孔隙量完全饱和，以便实现熔融碳酸盐燃料电池堆的任何给定电池内阳极和阴极反应物气体的分离。可以提供附加的电解质以使阳极和阴极电极的孔隙量部分地饱和，从而提高电极的催化作用。根据某些例子，且如上所述，可以对熔融碳酸盐燃料电池使用电解质输送设备。在对熔融碳酸盐燃料电池使用电解质输送设备的某些例子中，电解质是容器中浸透的碳酸锂、碳酸钠和/或碳酸钾的液体溶液，且阳极电极和阴极电极分别包括诸如镍、铜、铂、钯等的催化剂。该电解质输送设备可以用于将碳酸锂、碳酸钠和/或碳酸钾的液体溶液输送到熔融碳酸盐燃料电池，以便补充损耗的电解质。
根据某些例子，该电解质输送设备可以在燃料电池工作或不工作时将电解质输送到燃料电池中。在某些例子中，典型地通过燃料电池的反应物通道，例如用于将反应物气体引入燃料电池的通道，来输送电解质。
根据某些其它例子，将燃料电池堆封装在外壳内，且燃料电池堆包括多个燃料电池，其中每一个燃料电池都具有反应物通道。燃料电池堆的至少一个燃料电池的反应物通道通过流体管道与电解质贮藏器流体连通。如上所述，电解质贮藏器包含电解质储备。在某些例子中，至少第一加热装置被合适安置，并可操作地加热流体管道。在某些其它例子中，至少第二加热装置被合适安置，并可操作地加热电解质贮藏器。在某些例子中，例如，用诸如压力调整气体供应源之类的压力生成器来迫使电解质贮藏器中的电解质流出。在至少某些例子中，提供流动检测器，且其可操作地检测用于迫使电解质流出电解质贮藏器进入流体管道并进入燃料电池堆的反应物通道的压力调整气体的流动。根据某些例子，流体管道在贮藏器中包含的电解质液面之下以流体方式耦接到电解质贮藏器。在一些例子中，燃料电池堆包括可操作地将电解质分布到燃料电池堆的其它燃料电池中的多孔元件。这样的多孔元件包括但不限于氧化铝、氧化锆等。受益于这个公开，本领域的一般技术人员将能够选择用于将电解质分布到在燃料电池堆的多个燃料电池中的这些和其它多孔元件。
根据某些其它例子，燃料电池还可以包括至少封装了燃料电池堆、至少部分流体管道、以及电解质贮藏器的绝热层。在某些例子中，将流体管道和电解质贮藏器与燃料电池堆封装通过电介质隔离，以防止或阻止电流损耗。
根据某些例子，使用电解质输送设备来输送并补充在燃料电池或者燃料电池堆中的电解质。例如，一旦确定燃料电池堆的至少一个燃料电池已经将其电解质供应耗尽到发生最佳催化作用的点之下、或者到发生通过电解质容器的反应物交叉的点之下、或者在任何其它确定为需要补充的耗尽点上，就可以启动该电解质输送设备，以便向燃料电池或燃料电池堆供应电解质。在至少某些例子中，一旦启动，就在输送任何电解质之前，使电解质贮藏器排气至环境压力，并将其加热到所选择的工作温度。受益于这个公开，可以用上述任何一种或多种加热装置、或者本领域的一般技术人员所容易选择其它合适加热装置来加热贮藏器。通常确切的加热温度将取决于要输送到燃料电池中的电解质。例如，在将电解质输送到熔融碳酸盐燃料电池的情况中，工作温度为大约650℃。
一旦达到贮藏器的工作温度，就可以用加热装置将流体管道加热到期望的工作温度，其中该工作温度典型地与电解质贮藏器所使用的工作温度相同。在达到流体管道的工作温度之后，可以用压力生成器给贮藏器加压，以便迫使流体从贮藏器流出。在某些例子中，用气体将贮藏器加压到已知的压力。可以根据已知的压力、已知的流体管道内径、以及已知的系统工作温度通过实验预先确定电解质流动的速率和量。在一些例子中，电解质将持续流过流体管道，直到贮藏器为空。一旦电解质停止流动，可以通过打开贮藏器中的气孔或者阀门使贮藏器排气到环境压力，而使贮藏器减压。在至少某些例子中，可以启动例如气体压力定时器的定时器，来在贮藏器排气之前的选定时间内维持压力。电解质将继续流动，直到定时器停止，且控制器驱动该控制加压气体的流动的阀门、和/或通过打开阀门来使贮藏器排气。另外，可以关断加热装置，且可以允许贮藏器和流体管道内的剩余电解质冷却。在某些例子中，用单个加热装置来加热电解质贮藏器和流体管道二者。
受益于这个公开，本领域的一般技术人员将认识到，这里公开的设备和方法代表了重要的技术进步。可以组装鲁棒(robust)的设备来间断地、半连续地、或者连续地将电解质添加到工作中的燃料电池，以便增加燃料电池的效率。下面的例子仅仅是说明几个可能配置和对这里公开的电解质输送设备的使用，不应该将其解释为限制所附权利要求的范围。
例子1
参考图1，示出了燃料电池组件501的示意图。例如熔融碳酸盐燃料电池的燃料电池502具有外壳503和反应物通道504，反应物通道504通过第一流体管道507而以流体方式耦接到包含电解质供应506的电解质贮藏器505。第一流体管道在电解质供应液面之下以流体方式耦接到贮藏器。优选地，在接近电解质贮藏器底部表面的位置或者在电解质贮藏器的底部表面上耦接第一流体管道。第一流体管道可以是能够以流体方式耦接贮藏器和反应物通道、或者提供贮藏器和反应物通道之间的流体连通的任何结构或装置，例如可以是管、圆柱、或者软管。第一流体管道优选地具有例如从大约0.013cm(.005英寸)到大约.05cm(.020英寸)范围的内径、以及从大约0.038cm(.015英寸)到大约0.076cm(.030英寸)范围的外径。电解质贮藏器505配备有第一加热器508和热电耦509。第一流体管道507配备有第二加热器510和热电耦511。由绝热512封装电解质贮藏器505、以及第一流体管道507从外壳503延伸向电解质贮藏器505的部分。如这里理解的，第一和第二加热器可以是外部安装的电阻加热器，或者本领域的一般技术人员受益于这个公开而认为适合于其特定目的的任何其它加热器或者加热装置。电解质贮藏器505还配备有以流体方式耦接到压力调整器514、流动检测器515、阀门516、以及加压气体供应源520的第二流体管道513。电解质贮藏器505相对于反应物通道504的抬升(elevation)519，以在加压气体供应源520所提供的原动力不存在时防止电解质506从贮藏器505外流到反应物通道504方式，产生了贮槽或者压力头。控制器517控制对阀门516以及第一和第二加热器508、510的驱动。控制器517可以被编程为启动阀门516、第一和第二加热器508、510、以及定时器518。
在图1所示的示范装置的工作期间，通过打开阀门516的控制器517来把电解质贮藏器505排气到环境压力。由控制器517和加热器508将电解质贮藏器505加热到包含在电解质贮藏器内的电解质506的熔点即电解质贮藏器的工作温度之上。一旦达到电解质贮藏器的工作温度，由控制器517和第二加热器510将第一流体管道507加热到包含在电解质贮藏器505内的电解质506的熔点即第一流体管道工作温度之上。一旦达到第一流体管道工作温度，由控制器517和气体压力调节器514用诸如二氧化碳的气体520将电解质贮藏器505加压到已知的压力。启动气体压力定时器518。在对电解质贮藏器505加压时，液体电解质506将开始从电解质贮藏器505流过第一流体管道507，并进入到燃料电池502的反应物通道504。液体电解质506将继续以由气体520的压力和第一流体管道507的内径所确定的速率流过第一流体管道507，直到贮藏器505为空或者直到控制器518检测到定时器518已经超时了，此时控制器518使气体压力调节器514停止工作，以停止对电解质贮藏器505的加压。在电解质506流动直到电解质贮藏器505为空的情况下，气体流动检测器505将检测升高的气体流动速率，且控制器518将使气体压力调节器514停止工作，以停止对电解质贮藏器505的加压。电极的暴露孔隙可以吸收在反应物气体通道504内沉淀的液体电解质506。通过第一流体管道507的电解质流动速率可以与电极的电解质耗尽速率匹配，以便避免在反应物通道内沉淀过多量的电解质。受益于这个公开，本领域的一般技术人员将能够确定用于其特定目的的合适速率。该电解质贮藏器505还可以具有补充管521，当电解质贮藏器505需要补充电解质506时，可以通过该补充管521将电解质浆料注入电解质贮藏器505中。可以给该补充管盖上帽子。在补充时，给加热器508加电，以便提高电解质贮藏器505和补充的电解质506的温度，以便馏出浆料溶剂。例如，浆料溶剂可以是已知的充当电解质浆料溶剂的诸如酒精或甘油之类的任何溶剂。受益于这个公开，本领域的一般技术人员将容易选择用于馏出浆料溶剂的合适温度，并且，通常地，所使用的温度取决于浆料溶剂的特性和属性。
在示范配置中，内径为大约0.025cm(.010英寸)、长度为大约91.4cm(36.0英寸)的流体管道给熔融碳酸盐燃料电池提供了大约2.0克每分钟的电解质流动速度，其中该熔融碳酸盐燃料电池在大约650℃的设备温度、高于环境大气压力大约25.4cm(10.0英寸)水柱和大约305cm(120.0英寸)水柱的设备压力下工作。
例子2
在另一个例子中，如图2所示，还可以通过膜漏泄或者包括与燃料电池堆的每个燃料电池522a、522b、522c接触的多孔元件的专用管道523，利用电压驱动式迁移，使电解质分布在燃料电池堆502的相邻燃料电池522a、522b、以及522c中。可以选择专用管道523的尺寸以提供与燃料电池堆502的所有电池的电解质的损耗速率匹配的电解质506的特定流动速率，使得以与电解质的耗尽速率相等的速率来给燃料电池堆502的所有电池补充电解质。专用管道523可包括在包括不导电的高纯度氧化锆、氧化铝、或者其它诸如陶瓷之类的已知不导电并在有诸如熔融碳酸盐电解质之类的电解质的情况下为惰性的物质的颗粒(particle)或纤维(fiber)中内形成的孔隙。受益于这个公开，本领域的技术人员将能够选择用于包括在燃料电池堆中的合适de多孔元件。
尽管上面描述了许多说明性方面和例子，但是，受益于这个公开，本领域的一般技术人员将认识到，可能有上述示例方面和例子的变更、替换和修改。受益于这个公开，本领域的一般技术人员还将认识到，可以添加一个例子的某些元件，或者将其与其它例子的某些元件交换。期望这样的变更、替换、修改和添加落入所附权利要求的精神和范围之内。
Claims (21)
1.一种电解质输送设备，包括：
电解质贮藏器，其包括电解质；
流体管道，其与电解质贮藏器流体连通，该流体管道配置为接收来自电解质贮藏器的电解质；
加热装置，其与电解质贮藏器和流体管道热连通，该加热装置可操作地增加电解质贮藏器中的至少部分电解质的流动性；以及
压力生成器，其可操作地迫使电解质从电解质贮藏器流出并流入流体管道。
2.根据权利要求1的电解质输送设备，其中加热装置是电阻加热器。
3.根据权利要求1的电解质输送设备，其中压力生成器是压力调节气体。
4.根据权利要求1的电解质输送设备，其中流体管道包括不锈钢管。
5.根据权利要求1的电解质输送设备，还包括用于使电解质贮藏器排气的排气孔。
6.一种燃料电池组件，包括：
燃料电池，其包括阴极电极、阳极电极以及阴极电极和阳极电极之间的电解质容器；
电解质贮藏器，其包括电解质；
流体管道，其配置为在燃料电池和电解质贮藏器之间提供流体连通；以及
加热装置，其与电解质贮藏器热连通，并有效地增加要输送到燃料电池的电解质的流动性。
7.根据权利要求6的燃料电池组件，还包括压力生成器，配置为迫使液体电解质从电解质贮藏器流出，并通过流体管道流入燃料电池。
8.根据权利要求6的燃料电池组件，其中燃料电池是熔融碳酸盐燃料电池。
9.根据权利要求6的燃料电池组件，其中阴极和阳极每个都包括镍催化剂。
10.根据权利要求6的燃料电池组件，其中加热装置与电解质贮藏器和流体管道二者都热连通。
11.根据权利要求6的燃料电池组件，其中燃料电池是燃料电池堆。
12.根据权利要求6的燃料电池组件，还包括第二流体管道，配置为补充电解质贮藏器中的电解质。
13.一种熔融碳酸盐燃料电池组件，包括：
熔融碳酸盐燃料电池，其包括阴极电极、阳极电极以及阴极电极和阳极电极之间的熔融碳酸盐电解质容器；
电解质贮藏器，其包括熔融碳酸盐电解质；
流体管道，其配置为在熔融碳酸盐燃料电池和电解质贮藏器之间提供流体连通；
加热装置，其可操作地加热电解质贮藏器中的熔融碳酸盐电解质；以及
压力生成器，其包括加压气体，该加压气体可操作地迫使加热的熔融碳酸盐电解质从电解质贮藏器流出。
14.根据权利要求13的熔融碳酸盐燃料电池组件，还包括与电解质贮藏器热连通的热电耦。
15.根据权利要求13的熔融碳酸盐燃料电池组件，还包括流动检测器，其可操作地检测加压气体的流动。
16.根据权利要求13的熔融碳酸盐燃料电池组件，还包括补充管，用于将附加的电解质添加到电解质贮藏器中。
17.根据权利要求13的熔融碳酸盐燃料电池组件，还包括控制器，配置为启动压力生成器。
18.根据权利要求13的熔融碳酸盐燃料电池组件，还包括定时器，配置为在一定时间段之后使压力生成器停止工作。
19.一种向燃料电池供应电解质的方法，该方法包括：
提供包括电解质的电解质贮藏器，其中电解质贮藏器通过流体管道而与燃料电池流体连通；
加热电解质贮藏器以增加电解质贮藏器中至少部分电解质的流动性；以及
通过流体管道将电解质从电解质贮藏器输送到燃料电池。
20.根据权利要求19的方法，其中将电解质输送到工作中的燃料电池。
21.根据权利要求19的方法，其中燃料电池是熔融碳酸盐燃料电池。
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