MXPA06006906A - Dispositivo de mantenimiento de celdas para pilas de celdas de combustible. - Google Patents

Abstract

La presente invencion describe un metodo y aparato para el mantenimiento de celdas de una pila de celdas de combustible. El aparato incluye un dispositivo de mantenimiento de celda de combustible que incluye un medio para imponer una baja impedancia a traves de por lo menos una celda de una pila de celdas de combustible, por ejemplo, un conmutador y un generador de pulso. El generador de pulso es capaz de pulsar un catodo de por lo menos una celda a traves de un medio de imposicion de baja impedancia, por ejemplo, cuando se cierra el conmutador. El metodo mantiene transparentemente las celdas de una pila de celdas de combustible, e incluye pulsar secuencialmente los catodos de una pluralidad de celdas en una celda de combustible, y mantener un numero consistente de las celdas que proporcionan energia a una carga de la pila de celdas de combustible, mientras se pulsan secuencialmente los catodos de la celda.

Description

(88) JJaleof publ?C?llon ortJici-ile?nalional s?urdi fiaiorl- 23F.bp?ry200d For Tno-leitercadas Wlá ?ihe abbrcviaaota. refer lo ¡ e "Guid-taxi: Notes an Cades ttndAhbisvu' iti ns" tfpearipp atlhs b?¡;b?-ning nfecch regular bsiaof?w PCT Gavnie.

DISPOSITIVO DE MANTENIMIENTO DE CELDAS PARA PILAS DE CELDAS DE COMBUSTIBLE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con celdas de combustible, y, más particularmente, • con un dispositivo de mantenimiento de celdas para pilas de celdas. de combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La tecnología de las celdas de combustible es una fuente de energía alternativa para la mayoría de las fuentes de energía convencionales que emplean la combustión de combustibles fósiles. Una celda de combustible produce por lo regular electricidad, agua y calor a partir de un combustible y oxígeno. Más particularmente, las celdas de combustible proporcionan electricidad de las reacciones químicas de oxido-reducción y poseen ventajas significativas sobre las otras formas de generación de energía en términos de limpieza y eficiencia. Por lo regular, las celdas de combustible emplean hidrógeno como el combustible y oxígeno como el agente oxidante. La generación de energía es proporcional a la velocidad de consumo de los reactivos . Una desventaja significativa que inhibe el amplio uso de las celdas de combustible es la carencia de una REF.: 173857 infraestructura de hidrógeno extensa. El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica relativamente baja y es más difícil de almacenar y transportar que los combustibles de hidrocarburos usados actualmente en la mayoría de los sistemas de generación de energía. Una manera de superar esta dificultad es mediante el uso de "procesadores de combustible" o "reformadores" para convertir los hidrocarburos a una corriente de gas rica en hidrógeno, que puede usarse como una alimentación para las celdas de combustible. Los combustibles a base de hidrocarburos, tales cómo el gas natural, LPG, gasolina y diesel, requieren la conversión para el uso como combustible para la mayoría de las celdas de combustible. La técnica actual usa procesos multi-etapas que combinan un proceso de conversión inicial con diferentes procesos de purificación. El proceso . inicial es más a menudo la reformación de vapor ("SR", por sus siglas en inglés) , reformación autotérmica ("ATR", por sus siglas en inglés) , oxidación parcial catalítica ("CPOX", por sus siglas en inglés) u oxidación parcial no catalítica ("POX", por sus siglas en inglés) . Los procesos de purificación están comprendidos usualmente de una combinación de desulfuración, cambio de agua-gas a alta temperatura, cambio de agua-gas a baja temperatura, oxidación de CO selectiva o metanación de CO selectiva. Los procesos alternativos incluyen reactores y filtros de membrana selectivos de hidrógeno.

De esta manera/ pueden usarse muchos tipos de combustible; algunos de estos se hibridan con los combustibles fósiles, pero el combustible ideal es el hidrógeno. Si el combustible es, por ejemplo, hidrógeno, entonces la combustión es muy limpia y, como una materia práctica, únicamente se deja agua después de la disipación y/o consumo de calor y el consumo de electricidad. Los combustibles más fácilmente disponibles (por ejemplo, gas natural, propano y gasolina) y aun los menos comunes (por ejemplo^ metanol y etanol) incluyen hidrógeno en su estructura molecular. Por lo tanto, algunas implementaciones de las celdas de combustible emplean un "procesador de combustible" que procesa un combustible particular para producir una corriente de hidrógeno relativamente pura usada para obtener combustible de la celda de combustible. Un problema que surge en las celdas de combustible de membrana de intercambio protones ("PEM") usadas con los procesadores de combustible es la formación de peróxido de hidrógeno sobre el catalizador de platino de reactores catalizados por metales preciosos. Una forma de decaimiento en las celdas de combustible de PEM es debido a la formación de peróxido de hidrógeno en él ánodo de la celda de combustible. El peróxido de hidrógeno actualmente limita la vida de la celda de combustible de PEM. Este mecanismo se elucidó primero por A.B. LaConti en 1960' s. Ver "Mechanisms of membrane degradation (polymer electrolyte membrane fuel cells and systems, PEMFC") , A.B. LaConti, M. Hamdan, and R.C. McDonald, Handbook of Fuel Cell; Vol. 3, Cap. 49, pp. 647-662, Editado por W. Vielstich, A. Lamm, and H. Gasteiger, Wiley, Chichester UK, 2003. El peróxido de hidrógeno es un fuerte oxidante que ataca la membrana de la celda de combustible. En general, se forma por la difusión de oxígeno del cátodo de la celda de combustible al ánodo. La gráfica en la Figura 1 muestra que aun con la presión parcial de oxígeno muy baja, la presión parcial de peróxido pueden ser muy alta en los potenciales anódicos (~0.0 voltios). Es evidente en la Figura 1 que, si el potencial anódico se eleva a 200 milivoltios, la concentración de peróxido cae por tres órdenes de magnitud. Más particularmente, el óxido de platino es un catalizador relativamente inactivo para la reducción de oxígeno. El platino forma un óxido hidratado Pt(0H)2 de acuerdo con la relación de equilibrio: Pt + H20 ? PtO + 2H+ + 2e~ PtO + H20 ? Pt(OH)2 El potencial de equilibrio para la formación del óxido hidratado se da por: E0 = 0.98-.0591 pH Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions (2nd ed), M.J.N. Pourbaix, NACE, Houston, TX 1974, página 379 ("Pourbaix") . Pourbaix también muestra cómo los óxidos superiores se pueden formar. Además, Pourbaix muestra una relación compleja entre Pt, PtO, Pt02 y ion Pt2+. El resultado de estas reacciones y relaciones se muestra en la Figura 2, que es modifica de Pourbaix. La Figura 2 muestra los dominios de la inmunidad, en donde Pt no se corroe y el dominio de pasivación, en donde Pt se corroe a un óxido hidratado estable. Los óxidos no son especialmente catalíticos para la reducción de oxígeno. Una inspección de la Figura 2 muestra que la caída del potencial catódico menor que la línea sólida 200, hará al óxido de platino inestable-, y hará al metal estable. Si el potencial catódico se deja mover arriba de la línea 200, el óxido será estable y el metal será inestable. El proceso también es complejo porque el pH local también tiene un efecto sobre el proceso. Aumentando el pH, como se puede presentar bajo condiciones de alta corriente (por ejemplo, del consumo de protones catódicos) , favorecerá la formación del óxido a potenciales catódicos menores. Estos y otros problemas similares se han conocido durante más de 40 años. Durante este tiempo, la técnica ha buscado encontrar una solución económicamente viable, técnicamente factible a estos retos. El problema se exacerba por la competición de las tecnologías alternativas, que ya son .capaces de generar y proporcionar energía a costos extremadamente bajos, debido en parte a una infraestructura ya instalada. Se han propuesto algunos métodos, pero ninguno 5 ha encontrado aceptación comercial . La presente invención se relaciona con resolver, o por lo menos reducir, uno o todos los problemas mencionados anteriormente.' 0 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención comprende un método y aparato para mantener las celdas de una pila de celdas de combustible. El aparato incluye u? dispositivo de . mantenimiento de celdas de combustible que comprende medios para imponer una impeda?cia 5 baja a través de por lo menos una celda de una pila de celdas • de combustible, por ejemplo, un conmutador y un generador de .pulso. El generador de pulso es capaz de pulsar un cátodo de por lo menos una celda a través de un medio de impedancia baja, por ejemplo, - cuando se cierra el conmutador. El método D mantiene de manera transparente las celdas de una pila de celdas de combustible, y comprende pulsar secuencialmente los cátodos de una pluralidad de celdas en una pila de celdas de combustible, y mantener un número consistente de las celdas que proporcionan energía a una carga de la pila de celdas de 5 combustible, mientras se pulsa secuencialmente los cátodos de la celda.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención puede entenderse con referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con las figuras anexos, en los que los números de referencia similares identifican elementos similares y en los que: La Figura 1 gr fica las presiones parciales del oxígeno contra el potencial de electrodo como se conoce convencionalmente; La Figura 2 ilustra los dominios teóricos de corrosión, inmunidad y pasivación de platino a 25°C como se conoce convencionalmente; La Figura 3 ilustra una modalidad particularmente de un dispositivo de mantenimiento de celda de combustible de acuerdo con la presente invención; La Figura 4A y la Figura 4B ilustran modalidades alternativas de la presente invención; La Figura 5 presenta una gráfica de desempeño que compara un funcionamiento de la celda con el pulso y un funcionamiento de la celda con corrientes estacionarias; La Figura 6 gráfica la corriente de la celda contra el tiempo después de la recepción de un pulso; La Figura 7 gráfica el voltaje de la celda y la corriente de la celda con el tiempo; La Figura 8 gráfica la densidad de corriente y el voltaje de corriente con el tiempo; y La Figura 9 ilustra una implementación particular de la presente invención en la que las celdas de una pila de celdas de combustible se mantienen de manera transparente a la carga de la pila de la celda de combustible. Mientras que la invención es susceptible de varias modificaciones y formas alternativas, los dibujos ilustran las modalidades específicas descritas en la presente en detalle a manera de ejemplo. Sin embargo, debería entenderse que la descripción en la presente de las modalidades específicas no se pretende que limiten la invención a las formas particulares descritas, sino por el contrario, la invención cubrirá todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caen dentro del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describen a continuación las modalidades ilustrativas de la invención. En el interés de claridad, no todas las características de una implementación real se describen en esta especificación. Por supuesto, se apreciará que en el desarrollo de cualquier modalidad real, deben hacerse numerosas decisiones de implementación específicas para alcanzar las metas específicas de los desarrolladores, tales como conformidad con las restricciones relacionadas con el sistema o relacionadas con los negocios, que variarán de una implementación a otra. Además, se apreciará que tal esfuerzo de desarrollo, aun si es complejo y consumidor de tiempo, sería una tarea rutinaria para los experimentados en la técnica que tienen el beneficio de esta descripción. Refiriéndose ahora a las figuras, la Figura 3 ilustra una modalidad particular 300 de la presente invención. En la modalidad 300, un dispositivo de mantenimiento de una celda de combustible 303 mantiene las celdas 306 (únicamente se indica una) de una pila de celdas de combustible 309. El dispositivo de mantenimiento de las celdas de combustible 303 comprende un conmutador 312.y un generador de pulso 315. El conmutador 312 incluye un relevador 318 capaz de acortar por lo menos una celda 306 de la pila de celdas de combustible 309 y un accionador dieléctricamente aislado 321 capaz de accionar el relevador 318. En una modalidad particular, el relevador 318 puede ser un relevador de estado sólido, tal como se conoce en la técnica. El generador de pulso 315 es capaz de pulsar un cátodo 324 de por lo menos una celda 306 de la pila de la celda de combustible 309 a través del conmutador 312 cuando se cierra el conmutador 312. El generador de pulso 315 genera un pulso digital descrito más completamente a continuación. Observar que el conmutador 312, cuando se cierra, proporciona una impedancia baja a través de la o las celdas 306, lo que causa que fluya una corriente externa. La corriente externa después disminuye el voltaje de la celda al valor deseado, descrito más completamente a continuación. De esta manera, a.lguna modalidad puede omitir el conmutador 312 con la condición de que empleen algún otro mecanismo para introducir la baja impedancia a través de la o las celdas 306. De esta manera, el conmutador 312 es, a manera de ejemplo e ilustración, un medio para imponer una baja impedancia a través de la o las celdas 306 cuando los cátodos de la misma se pulsan. El método mostrado en la modalidad de la Figura 3 para pulsar el cátodo 324 de la celda 306 puede extrapolarse para cubrir una pluralidad de celdas 306. Una de estas modalidades 400 se ilustra en la Figura 4A. En la Figura 4A, el dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible comprende una pluralidad de conmutadores 312. Cada conmutador 312 cierra para permitir que un generador de pulso 315 pulse los cátodos 324 de una celda respectiva 306. En la modalidad ilustrada, un circuito de control 406 cierra los conmutadores 312 en serie, de modo que los cátodos 324 de las celdas 306 se pulsan en serie. El pulso se transmite a los accionadores a través de un multiplexor. El pulso también se usa para cerrar el contador para dirigir el multiplexor, que selecciona secuencialmente el accionador, como se describe más completamente a continuación. En algunas modalidades, los cátodos 324 de las celdas múltiples 306 en la pila de combustible 309 pueden pulsarse mediante - el generador de pulso 315 a través del mismo conmutador 312. Una de estas modalidades 412 se muestra en la Figura 4B. Debido a que hay únicamente un conmutador 312, no hay necesidad de una contraparte para el circuito de control 406 en la modalidad 300 de la Figura 4A. Sin embargo, la modalidad 412 puede extrapolarse a través de celdas adicionales 306 de la pila de combustible 309 de una manera análoga a la manera en la que ^a modalidad 300 se extrapola en la Figura 4A. En estas modalidades, una contraparte al circuito de control 406 en la modalidad 300 debería emplearse para controlar la operación serial de los conmutadores 312. Las características eléctricas de la salida del pulso por el generador de pulso 315 puede afectar el desempeño de la presente invención. Se conoce que, a los voltajes de celda debajo de 0.6V,. el catalizador de platino catódico está limpio de hidróxidos, y en el proceso, el catalizador se activa. Sin embargo, los efectos de pulsar el voltaje dé la celda y del tamaño del pulso y el ciclo de rendimi nto sobre la eficiencia de tal pulso no se han conocido anteriormente en la técnica. La Figura 5- presenta una gráfica de desempeño- que compara un funcionamiento, de la celda con el pulso y un funcionamiento de la celda con las corrientes estacionarias. Las gráficas de desempeño muestran que el pulso de corriente resulta en un mejoramiento marcado en el desempeño de la celda. Debería observarse que estos datos son las densidades de corriente promedio a cada voltaje. Las condiciones de pulso para la gráfica mostrada a continuación fueron como sigue: 5 segundos pulso de 0.05V cada 120 segundos. El desempeño mejora con un pulso más frecuente, más corto, como se muestra en la Figura 5, en donde la curva 500 representa el desempeño de un celda de combustible de corriente y la curva 500 representa el desempeño de una celda de combustible estacionario. La gráfica se generó de una prueba realizada en una celda de grafito simple de 2.5" x 2.5" (6.35 x 6.35 cm) a una temperatura de celda de 150°F (65.5°C), una temperatura de saturación de 120°F (48.8°C), con una contrapresión de 10 psig (0.68 bar) en el cátodo 8 ps.g (0.55 bar) en el ánodo, 20% Uh y 30% Uo. También se usaron estas mismas condiciones para generar la información presentada a continuación. El tamaño del pulso es una característica eléctrica importante. Los pulsos se variaron entre 0.4 V y 0.05 V a través de una celda, durante 5 segundos cada 120 segundos. La tabla 1 muestra, en las columnas dos y tres, las densidades de corriente 10 de segundos y treinta segundos después del pulso. Debería observarse que ni los pulsos de 0.3 V ni el de 0.4 V se corrió suficientemente largo para alcanzar un punto estable. La densidad de corriente promedio habría declinado más que los números indicados en la Tabla 1. Todo lo demás siendo igual, a menor potencial eléctrico por celda mejor el desempeño. Por razones prácticas, podría ser difícil ir por encima de 0.2 V por celda, pero el circuito debería permitir que la celda vaya encima de 0.3 V. El requerimiento de bajo voltaje/alta corriente puede requerir pulsar más de una celda a la vez, por ejemplo, cómo en la modalidad 412 en la Figura 4B, en algunas modalidades.

Tabla 1. Densidades de corriente por el tamaño del pulso La duración y la frecuencia del pulso también son importantes. El desempeño de la celda disminuye después de cada pulso. Un ejemplo típico se muestra a continuación en la Figura 6, que presenta el decaimiento de la corriente inmediatamente después de un pulso de 1 segundo a 0.2 V. La celda se mantiene a 0.7 V durante el periodo de decaimiento. Esta gráfica indica que sería benéfico un periodo más corto entre los pulsos. Los pulsos de duración más corta y las frecuencias mayores se compararon con los pulsos más largos y periodos más largos mientras se mantuvieron constantes todos los flujos, temperaturas, presiones. Los resultados se muestran en la Tabla 2. La última columna en la tabla muestra la densidad de corriente promedio entre cada pulso, durante este tiempo el voltaje de la celda se mantuvo a 0.7 V. La energía de la celda puede calcularse mediante (Ciclo de 1 rendimiento) *energía promedio. De esta manera, un pulso frecuente corto es superior a un pulso infrecuente largo. Sin embargo, la capacitancia de la celda limita que tan corto puede ser un pulso. Como puede observarse en los datos osciloscópicos mostrados en la Figura 7, en la que el trazo superior 700 y el trazo inferior 703 representan la corriente y el voltaje, respectivamente, 70 a 100 ms es necesario para que el voltaje de la celda ascienda nuevamente a su estado de la línea base. De manera similar, la capacitancia de la celda limita la velocidad con la que el voltaje de la celda cae a su nivel de pulso. En la Figura 7, son necesarios aproximadamente 100 ms para que el voltaje decaiga a 0.4 V.

Tabla 2. Duración y frecuencia del pulso La Figura 7 muestra la respuesta de la celda a un cambio en la resistencia de la carga de aproximadamente 32 mO a aproximadamente 12 mO. Una celda dimensionada completamente requeriría una menor resistencia del circuito para caer a 0.4 V. Puede observarse que el voltaje, de la celda cambia más lentamente que la corriente, debido a la capacitancia de la celda. También se muestra que será necesario accionar una corriente ligeramente mayor a través del circuito inicialmente después del corto, antes de que el voltaje de la celda disminuya a su "nivel de pulso". La celda también se cicló entre 0.2 V y 0.8 V, con un ancho de pulso de 0.5 segundos y un periodo de 15 segundos con un ciclo de rendimiento de 3.33%. Como se muestra en la Figura 8, en la que el trazo 800 representa el voltaje con el tiempo y el trazo 803 representa la corriente con el tiempo, la celda mantuvo una densidad de corriente promedio cerca de 300 ASF a 0.8 V. Cuando el pulso se interrumpe, la densidad de corriente disminuye a abajo de '180 ASF y continúa disminuyendo hasta que el pulso se re-inicia, en tal punto la densidad de corriente de la celda se eleva a cerca de 300 ASF. La implementación de cualquier modalidad dada de la presente invención dependerá del tamaño de la celda de combustible, el desempeño de la celda de combustible y el voltaje al que la celda se corre entre los picos. La tabla 3 indica diferentes puntos de consideración cuando se designa un dispositivo de mantenimiento de la celda para una pila. POr lo regular, el llevar la densidad de corriente de la-celda de 600 a 1200 ASF fue suficiente para accionar el potencial de la celda a Ó.2 V, manteniendo los flujos constantes y establecidos para 26 amperes (600- SF). Dado que los experimentos se realizaron a aprovechamientos muy bajos, es probable que los valores reales requeridos para la corriente serían menores qué los predichps para las pruebas. Los valores mostrados a continuación son las mejores predicciones, basadas en los experimentos realizados con un flujo de aire ligeramente menor. Otras consideraciones incluyen: - el voltaje dé pulso (listado como 0.2 V) no puede ser suficiente para accionar una corriente suficiente a través del circuito externo en algunas modalidades, y por lo tanto, puede ser deseable pulsar más de una celda a la vez, o tener más de un circuito por celda en algunas modalidades, (por ejemplo, la modalidad 312 en la figura 4B) . Por ejemplo, para accionar suficiente corriente a través del conmutador MOSFET, puede ser deseable aumentar el voltaje de drenado a fuente (Vds) que se suministra por la celda de combustible. La adición de Vds se realiza fácilmente pulsando el conmutador MOSFET, que Sería conectado a más de una celda, por ejemplo, 2, 3 o más celdas. - una corriente más grande a través de la pila disminuye la cantidad de corriente necesaria a través del circuito para alcanzar el voltaje de pulso deseado. Por ejemplo, las filas 1 y 2 de la Tabla 3 son un caso de una corrida de una pila a 0.8 V por celda y 300 ASF y un caso de una corrida de una pila a 0.7 V por celda y 500 ASF. Para accionar la celda de 0.8 V debajo de 0.2 V, se necesitan 72 Amperes a través del circuito externo. Para accionar las celdas de 0.7 V 0.2 V, se necesitan únicamente 40 Amperes a través del circuito externo. un tamaño de celda más pequeño disminuye de manera similar la cantidad de corriente necesaria para accionar la . celda al voltaje apropiado (<0.3 V) . Aún otras consideraciones pueden entrar en juego en otras modalidades.

Tabla 3. Valores predichos, La Figura 9 ilustra una modalidad particular 900 en la que la presente invención se usa para mantener las celdas 903 de una pila de celdas de combustible 906 de una manera transparente a la carga (no mostrada) de la pila de la celda de combustible 906. La pila de la celda de combustible 906 comprende una pluralidad de celdas 903o-903N. Cada celda 903o-903N tiene un conmutador respectivo 9120-912N conectado eléctricamente en paralelo a través de la celda 903o-903N-Cada conmutador 912 comprende un semiconductor de óxido metálico, un transistor de efecto de óampo ("MOSFET", únicamente se indica uno) 915 en paralelo con un diodo de avalancha 918 (únicamente se indica uno) . El MOSFET 915 y el diodo de avalancha 918 funcionan juntos como el relevador 318 en la Figura 3. Como se observó anteriormente, el MOSFET 915 y el diodo de avalancha 918 pueden empaquetarse juntos como un relevador de estado sólido. Sin embargo, algunas de las modalidades pueden emplear MOSFETs 915 discretos y diodos de avalancha 918 o integrar el MOSFET 915 y el diodo de avalancha 918 en un solo empaque. Cada conmutador 9120-912N también incluye un diodo aislado dieléctricamente 921 (únicamente se indica uno) que acciona el MOSFET 915 y el diodo de avalancha 918. Un generador de pulso 924 genera un tren de pulsos 927 cuyas características se determinan desde el punto de vista de las consideraciones establecidas anteriormente. Un contador 930 en un circuito de control 933 recibe el tren de pulso como un reloj, es decir, un tren de pulso también acciona el contador 930. El conteo (es decir, QO-QH) sale a un multiplexor 936 del circuito de control 933, que también recibe el tren de pulso en su entrada COM. El multiplexor 936 saca el tren de pulso en la línea seleccionada CH0-CHN determinada por el conteo del contador 930. De esta manera, cada vez que el generador de pulso 924 genera un pulso 927, el conteo del contador 930 incremente y el multiplexor 936 selecciona la siguiente línea CH0-CHN como su salida para él pulso 927. Cuando el contador 930 cuenta a N, se restablece a 0. Para cada pulso 927 en el tren de pulso generado por el generador de pulso 924, se pulsa una celda 903o-903N. No se pulsa más de una celda 903o-903? a cualquier tiempo dado en esta modalidad particular.

Por lo tanto, los cátodos 9390-939N para cada celda 903o~ 903N, se pulsan individualmente uno a la vez en serie y consecutivamente, es decir, el pulso se interrumpe de una celda 903o-903N a otra, en lugar de encendido y apagado a una sola celda 903o-903N. Dado que una y sólo una celda 903o-903N está siendo pulsada en cualquier momento, la carga para la celda de combustible 906 recibe en energía de N-l de las celdas 903o-903N. Sin embargo, observar que dos celdas o más celdas 903o-903N pueden pulsarse de esta manera, es decir, en serie y consecutivamente, en algunas modalidades. Por lo tanto, el mantenimiento de las celdas 903o-903N es transparente a la carga y la energía a la carga permanece a un nivel constante dado que el número de celdas 903o-903N que no están siendo pulsadas se mantiene constante. Observar que la modalidad 900 de la Figura 9 incluye un retorno de voltaje 942 desdé la pila de la celda de combustible 906 que se usa para proporcionar la energía DC a los circuitos electrónicos, por ejemplo, del generador de pulso 924, el contador 930 y el multiplexor 936. Un regulador de voltaje 945 se proporciona en el retorno de voltaje 942 para regular el voltaje regresado a los niveles usados por los circuitos electrónicos. Por lo tanto, la modalidad 900 no necesita una fuente de energía externa para estos circuitos electrónicos. Sin embargo, algunas modalidades pueden elegir proporcionar esta fuente de energía externa y eliminar el retorno del voltaje 942. La presente invención también puede usarse para relacionarse con otras instalaciones de mantenimiento además de la formación de peróxido de hidrógeno en el cátodo de una celda en una pila de combustible. Por ejemplo, otro problema en algunas aplicaciones de c ldas de combustible es la acumulación de monóxido de carbono sobre el catalizador. Cuando se presenta en un ánodo de celda de combustible PEM, el monóxido de carbono se adsorbe de -preferencia sobre la superficie misma del catalizador. La superficie disponible para la oxidación del hidrógeno se reduce y el área que está disponible para la oxidación debe operar a una densidad de corriente local superior que la que sería si estuviera disponible la superficie d l catalizador completa. La fracción del área superficial cubierta por el monóxido de carbono se controla mediante una isoterma de adsorción. A mayor temperatura, menor el área superficial cubierta por el monóxido de carbono. Esto también es cierto én los' reactores catalizados por metales preciosos. Estos reactores se llaman oxidantes selectivos u oxidantes preferenciales. Estos reactores se usan para remover las cantidades traza de monóxido de carbono de una corriente de gas. Las partículas de catalizador en estos reactores se caracterizan por los . mismos fenómenos de quimiosorción que los que se han atribuido a los ánodos de las celdas de combustible. Hay una adsorción competitiva entre el monóxido de carbono y el oxígeno. Conforme la temperatura se aumenta en estos reactores, el área superficial cubierta por el monóxido de carbono se reduce y está disponible más superficie para la oxidación. La velocidad de oxidación química del monóxido de carbono a dióxido dé carbono se da por: NC02 d/dl = k[02]/[CO] en donde: Co2 d/dl es la velocidad de evolución del dióxido de carbono; [02] es la concentración de oxígeno; y [CO] es la concentración de monóxido de carbono. S. Benson, Foundation óf Chemical Kinetics. Esto significa que la velocidad de reacción es inversamente proporcional a la concentración de monóxido de carbono. Dado que la oxidación del monóxido de carbono es vigorosamente exotérmica, a menudo pasa que los reactores de oxidación selectiva desarrollan un "sitio caliente" en el punto donde la temperatura es suficientemente alta para permitir que se adsorba suficiente oxígeno y reaccione con el monóxido de carbono quimiosorbido. El oxidante selectivo convencional se diseña por lo regular para tener su "sitio caliente" al final del reactor. Esto retira el gas caliente del catalizador cuando todo el oxígeno ha desaparecido. Si el gas caliente se pone en contacto con un catalizador cuando se remueve el oxígeno, entonces cambiará nuevamente y formará monóxido de carbono del hidrógeno y el dióxido de carbono. Esto hace muy difícil variar el flujo en el oxidante selectivo como se puede desear hacer bajo estas condiciones de variación de carga. Regresando ahora a la Figura 3, la técnica empleada por la presente invención pulsa simultáneamente el ánodo 327 así como el cátodo 324. Observar que, mientras que la formación de peróxido de -hidrógeno es una salida en todas las celdas de combustible, la formación de monóxido de carbono es uña salida principal en las implementaciones que usan una corriente de combustible reformada. Por el contrario, la formación de monóxido de carbono no será una salida cuando la celda de combustible - se alimenta de combustible por hidrógeno puro. De esta manera, no todas las modalidades pulsarán el ánodo 327 además del óátodo 324. Esto concluye la descripción detallada. Las modalidades particulares descritas anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la invención puede modificarse y practicarse de diferentes maneras, pero equivalentes evidentes para los experimentados en la técnica que tienen el beneficio de las enseñanzas en la presente. Además, no se pretenden limitaciones para los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente, además de los descritos en las siguientes reivindicaciones. Por lo tanto, es evidente que las modalidades particulares descritas anteriormente pueden alterarse o modificarse y todas estas variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la invención. Por lo tanto, la protección buscada en la presente es como se establece en las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama- como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un dispositivo de mantenimiento de una celda de combustible, caracterizado porque comprende: un conmutador; y un generador de pulso capaz de pulsar un cátodo de por lo menos una celda de una pila de celdas de combustible a través del conmutador cuando se cierra el conmutador. 2. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conmutador comprende: un relevador capaz de acortar la celda de una pila de celda de combustible; y un accionador aislado dieléctricamente capaz de accionar el relevador. 3. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el relevador comprende un relevador en estado sólido. 4. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el relevador es además capaz de acortar una segunda celda de la pila de la celda de combustible. 5. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: un segundo conmutador a través del cual el generador de pulso es capaz de pulsar un cátodo de una segunda celda cuando el segundo conmutador se cierre; y un circuito de control capaz de controlar a cual del primero y segundo relevadores se transmite la salida del generador de pulso. 6. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo conmutador incluye: un segundo relevador capaz de acortar por lo menos una segunda celda de una pila de celda de combustible; y un segundo accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar un segundo relevador sensible a la salida del generador de pulso. 7. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque por lo menos uno del primer relevador y segundo relevador es capaz además de acortar uno de una tercera celda y una cuarta celda de la pila de celda de combustible . 8. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos uno del conmutador y el generador de pulso es capaz de recibir energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 9. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque además comprende un regulador de voltaje acoplado a por lo menos uno del conmutador y el generador de pulso y configurarse para recibir la energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 10. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el generador de pulso es capaz de pulsar un cátodo de una segunda celda cuando se cierra el conmutador. 11. Un dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible, caracterizado porque comprende: por lo menos un relevador capaz de acortar por lo menos una celda de una pila de celda de combustible; un accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar el relevador; y un generador de pulso capaz de pulsar un cátodo de la celda a través del relevador cuando el accionador dieléctricamente aislado cierra el relevador para acortar la celda. 12. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el relevador comprende un relevador en estado sólido. 13. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el relevador es además capaz de acortar una segunda celda de la pila de la celda de combustible. 14. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende: un segundo relevador capaz de acortar por lo menos una segunda celda de una pila de celda de combustible; un segundo accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar un segundo relevador sensible a la salida del generador de pulso; y un circuito de control capaz de controlar a cual del primero y segundo relevadores se transmite la salida del generador de pulso. 15. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque por lo menos uno del primer relevador y segundo relevador es capaz además de acortar uno dé una tercera celda y una cuarta celda de la pila de celda de combustible. 16. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicaoión 11, caracterizado porque por lo menos uno del relevador, el accionador dieléctricamente aislado y el generador de pulso es capaz de recibir energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 17. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende un regulador de voltaje a través del cual por lo menos uno del relevador, el accionador dieléctricamente aislado y el generador de pulso es capaz de recibir la energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 18. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el generador de pulso es capaz de pulsar un cátodo de una segunda celda por medio del relevador cuando el accionador dieléctricamente aislado cierra el relevador para acortar la celda. 19. Un dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible para una pila de combustible que incluye por lo menos una celda de combustible, caracterizado porque comprende : por lo menos un relevador conectado eléctricamente en paralelo a través de la celda; un accionador dieléctricamente aislado asociado de manera operable con el relevador para accionar el relevador; y un generador de pulso conectado eléctricamente al accionador dieléctricamente aislado para pulsar un cátodo de la celda a través del relevador cuando el accionador dieléctricamente aislado cierra el relevador. 20. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el relevador comprende un relevador en estado sólido. 21. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el relevador se conecta además eléctricamente en paralelo a través de una segunda celda de la pila de la celda de combustible. 22. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende: un segundo relevador conectado eléctricamente en paralelo a través de una segunda celda de una pila de celda de combustible; un segundo accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar un segundo relevador sensible a la salida del generador de pulso; y un circuito de control capaz de controlar a cual del primero y segundo relevadores se transmite la salida del generador de pulso. 23. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque por lo menos uno del primer relevador y segundo relevador se conecta eléctricamente en paralelo a través de uno de una tercera celda y una cuarta celda de la pila de celda de combustible. 2 . El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende un retorno de energía de la pila de la celda de combustible a por lo menos uno del generador de pulso, el relevador y el accionador aislado dieléctricamente. 25. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el retorno de energía incluye . un regulador de voltaje. 26. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque: el relevador se conecta eléctricamente en paralelo a través de una segunda celda; y el generador de pulso se conecta eléctricamente al accionador dieléctricamente aislado para pulsar un cátodo de la segunda celda por medio del relevador cuando el accionador dieléctricamente aislado cierra el relevador. 27. Un aparato, caracterizado porque comprende: una pila de combustible, que incluye una pluralidad de celdas; un banco conmutador, que incluye una pluralidad de conmutadores, cada conmutador se conecta eléctricamente en paralelo a través de por lo menos una de las celdas; un generador de pulso capaz de pulsar los cátodos de las celdas cuando se cierra el conmutador respectivo; y un circuito de control conectado eléctricamente en serie entre el generador de pulso y el banco conmutador para abrir y cerrar secuencialmente los conmutadores . 28. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque cada conmutador comprende: un relevador capaz de acortar por lo menos una celda de una pila de celda de combustible; y un accionador dieléctricamente conectado capaz de accionar el relevador. 29. El aparato de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el relevador comprende un relevador en estado sólido. 30. El aparato de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el relevador es además capaz de acortar la segunda celda de la pila de la celda de combustible. 31. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque cada conmutador es capaz de acortar una pluralidad de celdas. 32. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque por lo menos uno del banco conmutador y el generador de pulso es capaz de recibir energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 33. El aparato de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque además comprende un' regulador de voltaje por medio del cual por lo menos uno del banco conmutador y el generador de pulso es capaz de recibir energía que regresa de la pila de la celda de combustible. 34. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque las celdas son celdas de combustible de membrana de intercambio protónico. 35. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el circuito de control incluye: un contador accionado por un reloj ; y un multiplexor que hace la multiplexión de la salida del generador de pulso a los conmutadores sensibles al conteo del contador. 36. Un método para mantener de manera transparente las celdas de una pila de celdas de combustible, caracterizado porque comprende: pulsar secuencialmente los cátodos de una pluralidad de celdas en una pila de celdas de combustible; y mantener un número consistente de celdas que proporcionan energía a una carga de la pila de la celda de combustible, mientras que se pulsa secuencialmente los cátodos de las celdas. 37. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque pulsar los cátodos incluye: generar un tren de pulso; y suministrar secuencialmente el tren de pulso a las celdas . 38. El método de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque suministrar secuencialmente el tren de pulso a las celdas incluye: suministrar el tren de pulso a una primera celda de la pila de la celda de combustible para pulsar un cátodo de la misma; y conmutar la fuente del tren de pulso de la primera celda a una segunda celda de la pila de combustible para pulsar un cátodo de la misma. 39. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque pulsar secuencialmente los cátodos de las celdas incluye: suministrar el tren de pulso a una primera celda de la pila de la celda de combustible para pulsar un cátodo de la misma; y conmutar la fuente del tren de pulso de la primera celda hacia una segunda celda de la pila de combustible para pulsar un cátodo de la misma. 40. Un método para mantener de manera transparente las celdas de una pila de la celda de combustible, caracterizado porque comprende: generar un tren de pulso; suministrar el tren de pulso a una primera celda de la pila de la celda de combustible para pulsar un cátodo de la misma; y conmutar la fuente del tren de pulso de la primera celda a una segunda celda de la pila de combustible para pulsar un cátodo de la misma. 41. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el suministro del tren de pulso a la primera celda incluye contar los pulsos en el tren de pulso y conmutar la fuente incluye conmutar la fuente sensible al conteo. 42. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque: suministrar el tren de pulso a la primera celda para pulsar el cátodo de la misma incluye suministrar el tren de pulso a un primer par de celdas de la pila de la celda de combustible, incluyendo el primer par la primera celda, para pulsar los cátodos de la misma; y conmutar la fuente del tren de pulso de la primera celda a la segunda celda de la. pila de combustible para pulsar el cátodo de la misma incluye conmutar la fuente del tren de pulso del primer par de celdas a un segundo par de celdas, incluyendo el segundo par de celdas la segunda celda, para pulsar los cátodos de la misma. 43. Un dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible, caracterizado. porque comprende: medios para imponer una baja impedancia a través de por lo menos una celda de una pila de celda de combustible; y un generador de pulso capaz de pulsar un cátodo de por lo menos una celda a través del medio de imposición de impedancia baja. 44. El dispositivo de mantenimiento de la celda, de combustible de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque el medio de imposición de baja impedancia incluye un conmutador que impone la baja impedancia cuando se cierra y que recibe un pulso del generador de pulso. 45. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado porque el conmutador comprende: un relevador capaz de acortar la celda de una pila de celda de combustible; y un accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar el relevador. 46. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el relevador comprende un relevador de estado sólido. 47. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el relevador es además capaz de acortar una segunda celda de la pila de la celda de combustible. 48. El dispositivo de mantenimiento de la- celda de combustible de conformidad con la reivindicación 43 , caracterizado porque además comprende: segundo medio para imponer una baja impedancia a través de por lo menos una segunda celda de una pila de celda de combustible; y un circuito de control capaz de controlar a cual del primero y segundo medio de imposición de la baja impedancia se transmite la salida del generador de pulso. 49. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque el segundo medio de imposición de baja impedancia incluye un segundo conmutador que impone la baja impedancia cuando se cierra y que recibe un pulso del generador de pulso. 50. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque el segundo conmutador incluye: un segundo relevador capaz de acortar por lo menos una segunda celda de una pila de celda de combustible; y un segundo accionador dieléctricamente aislado capaz de accionar un segundo relevador sensible a la salida del generador de pulso. 51. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque por lo menos uno del primer relevador y el segundo relevador es además capaz de acortar una de una tercera celda y una cuarta celda de la pila de la celda de combustible. 52. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque por lo menos un medio de imposición de baja impedancia y el generador de pulso es capaz de recibir energía que regresa de la pila de la celda de combustible . 53. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque además comprende un regulador de voltaje acoplado a por lo menos uno del conmutador y el generador de pulso y se configura para recibir la energía que .regresa de la pila de la celda de combustible. 54. El dispositivo de mantenimiento de la celda de combustible de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque el generador de pulso es capaz de pulsar un cátodo de una segunda celda a través del medio de imposición de baja impedancia.