RU2340043C1

RU2340043C1 - Fuel-cell battery (versions) and method of its operation

Info

Publication number: RU2340043C1
Application number: RU2007129101/09A
Authority: RU
Inventors: Ричард Д. БРО (US); Ричард Д. БРО; Роберт Р. ФРЕДЛИ (US); Роберт Р. ФРЕДЛИ
Original assignee: ЮТиСи Пауэ Копэрейшн
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2008-11-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: fuel-cell battery has set of characteristics, which provides increase of battery operation service life. In one of versions layers of flow field do not have pores and are water-repellent, and because of that rate of acid absorption is provided, which is less than approximately 0.10 mg/kch·cm². Matrix that retains electrolyte has rate of reactions with phosphoric acid that is approximately less than 0.010 mg/kch·cm². Hydrophilic wafers connected to layers of catalysts have initial content of movable phosphoric acid that is approximately less than 25 mg/cm². Area of condensation provides rate of evaporated phosphoric acid loss that is less than approximately 0.17 mg/kch·cm².

EFFECT: improvement of battery characteristics and service life.

16 cl, 2 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Данное изобретение, в общем, относится к батареям топливных элементов. Более конкретно, изобретение направлено на улучшение характеристик батарей топливных элементов с целью продления срока эксплуатации (увеличения ресурса).This invention generally relates to fuel cell batteries. More specifically, the invention is aimed at improving the performance of fuel cell batteries in order to extend the life of the battery (increase resource).

Уровень техникиState of the art

Топливные элементы получают все большее распространение и применение. Одной из проблем, стоящих перед разработчиками топливных элементов и батарей, составленных из них, является обеспечение достаточно длительного срока эксплуатации энергетических установок. Не прекращаются усилия, направленные на улучшение эксплуатационных показателей топливных элементов, включая увеличение располагаемой мощности при заданных стоимости и объеме энергетических установок, а также продление срока их эксплуатации.Fuel cells are becoming more common and used. One of the problems facing the developers of fuel cells and batteries made up of them is to ensure a sufficiently long life of power plants. Efforts to improve the operational performance of fuel cells do not stop, including increasing the available capacity at a given cost and volume of power plants, as well as extending their life.

Одна из конфигураций, дающих преимущества в этом отношении, предложена в патенте US № 5558955. Она включает не содержащее пор гидрофобное катодное поле потока, которое обеспечивает улучшение качеств, связанных со скоростью абсорбции кислоты. Для одного примера батареи топливных элементов, изготовленного в соответствии с описанием из указанного документа, срок эксплуатации батареи составляет примерно пять лет. Весьма полезным было бы продление срока эксплуатации батарей топливных элементов.One configuration that offers advantages in this regard is proposed in US Pat. No. 5,558,955. It includes a pore-free hydrophobic cathodic flow field that improves the quality associated with the rate of acid absorption. For one example of a fuel cell battery manufactured in accordance with the description of said document, a battery has a life of approximately five years. It would be very useful to extend the life of the fuel cell batteries.

Другое усовершенствование работы топливных элементов, способствующее продлению срока их службы путем снижения потери электролита, предложено в патентах US № 4345008 и № 4414291. В этих патентах показана область конденсации электролита, служащая для конденсации электролита из потока газов до их выхода из батареи. Сокращение потери электролита делает возможным продления периода эксплуатации топливных элементов.Another improvement in the operation of fuel cells, contributing to the extension of their service life by reducing electrolyte loss, is proposed in US Pat. Reducing electrolyte loss makes it possible to extend the life of fuel cells.

Другая полезная особенность предложена в патенте US № 4035551, в котором описывается гидрофильная электродная подложка, которая функционирует как слой - резервуар электролита. Благодаря такой конфигурации увеличиваются возможности сохранения электролита.Another useful feature is proposed in US patent No. 4035551, which describes a hydrophilic electrode substrate, which functions as a layer - an electrolyte reservoir. Thanks to this configuration, the electrolyte storage capacity is increased.

Хотя в работах по совершенствованию топливных элементов имеются отдельные улучшения и достижения, никем еще не был разработан комплексный подход, который позволил бы продлить период нормальной эксплуатации батарей топливных элементов при одновременном уменьшении размеров и стоимости таких компонентов как пластины, служащие резервуарами для электролита. Данное изобретение направлено на решение этой задачи и содержит уникальный подход к проблеме снижения скорости, с которой ухудшаются эксплуатационные характеристики топливных элементов, и уменьшения потери кислоты топливными элементами.Although there are some improvements and accomplishments in improving fuel cells, no one has yet developed a comprehensive approach that would extend the normal use of fuel cell batteries while reducing the size and cost of components such as plates that serve as electrolyte tanks. This invention is aimed at solving this problem and contains a unique approach to the problem of reducing the speed with which the performance of fuel cells is deteriorating, and reducing acid loss by fuel cells.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В одном примере батарея топливных элементов содержит разделительную пластину и слои поля потока, связанные с разделительной пластиной. Слои поля потока обеспечивают, что скорость абсорбции кислоты составляет менее примерно 0,10 мг/кч·см². Удерживающая электролит матрица характеризуется скоростью реакций с фосфорной кислотой, меньшей примерно 0,010 мг/кч·см². Слои катализаторов связаны с гидрофильными подложками, у которых начальное содержание подвижной фосфорной кислоты является меньшим, чем примерно 45 мг/см². Батарея этого примера содержит также область конденсации, которая обеспечивает, что скорость потери испаряющейся фосфорной кислоты является меньшей, чем примерно 0,27 мг/кч·см².In one example, a fuel cell stack comprises a separation plate and flow field layers associated with the separation plate. Layers of the flow field ensure that the acid absorption rate is less than about 0.10 mg / kh · cm ² . The electrolyte retention matrix is characterized by a reaction rate with phosphoric acid of less than about 0.010 mg / cc · cm ² . The catalyst layers are bonded to hydrophilic substrates in which the initial content of mobile phosphoric acid is less than about 45 mg / cm ² . The battery of this example also contains a condensation region, which ensures that the rate of loss of volatile phosphoric acid is less than about 0.27 mg / cf · cm ² .

В одном примере содержание подвижной фосфорной кислоты в гидрофильных подложках составляет меньше, чем примерно 25 мг/см². В одном примере гидрофильные подложки являются примерно на 70%, пористыми, и содержат пустоты, объем которых в начальном состоянии заполнен примерно на 40%. В этом примере гидрофильные подложки имеют толщину примерно 0,25 мм.In one example, the content of mobile phosphoric acid in the hydrophilic substrates is less than about 25 mg / cm ² . In one example, the hydrophilic substrates are approximately 70% porous and contain voids whose volume in the initial state is approximately 40% full. In this example, the hydrophilic substrates have a thickness of about 0.25 mm.

В одном примере область конденсации обеспечивает скорость потери испаряющейся фосфорный кислоты меньше примерно 0,17 мг/кч·см².In one example, the condensation region provides a rate of loss of evaporating phosphoric acid of less than about 0.17 mg / kh · cm ² .

Другой пример батареи топливных элементов содержит разделительную пластину. Не имеющие пор и гидрофобные слои поля потока связаны с пластиной сепаратора. Удерживающая электролит матрица содержит порошкообразный карбид кремния и характеризуется средним размером частиц, равным примерно 3 микронам, и толщиной, равной примерно 0,05 мм. Гидрофильные подложки связаны со слоями катализаторов. Гидрофильные подложки являются примерно на 70% пористыми и имеют пустоты, объем которых в начальном состоянии примерно на 40% заполнен подвижной фосфорной кислотой. В области конденсации пары, выходящие из батареи, охлаждаются до температуры, меньшей примерно 140°С.Another example of a fuel cell stack includes a separation plate. Pore-free and hydrophobic layers of the flow field are connected to the separator plate. The electrolyte holding matrix contains powdered silicon carbide and is characterized by an average particle size of about 3 microns and a thickness of about 0.05 mm. Hydrophilic substrates are bonded to catalyst beds. Hydrophilic substrates are approximately 70% porous and have voids, the volume of which in the initial state is approximately 40% filled with mobile phosphoric acid. In the condensation region, the vapors leaving the battery are cooled to a temperature lower than about 140 ° C.

Сочетание характеристик батарей топливных элементов для данного примера обеспечивает существенное продление срока эксплуатации батарей. В одном из раскрытых примеров батарея обладает сроком службы, удвоенным по сравнению с известными конфигурациями.The combination of characteristics of the fuel cell batteries for this example provides a significant extension of the battery life. In one of the disclosed examples, a battery has a life time doubled compared to known configurations.

Различные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидными для специалистов в данной области из следующего далее подробного описания предпочтительного в нестоящее время воплощения. Чертежи, сопровождающие подробное описание, могут быть кратко охарактеризованы следующим образом.Various features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the currently preferred embodiment. The drawings accompanying the detailed description can be briefly described as follows.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схематический вид в поперечном разрезе некоторых частей батареи топливных элементов, взятой в качестве примера.Figure 1 is a schematic cross-sectional view of some parts of a fuel cell battery, taken as an example.

Фиг.2 - более детальный, чем на фиг.1, схематический вид в поперечном разрезе отдельных частей батареи топливных элементов, взятой в качестве примера.Figure 2 is a more detailed than in figure 1, a schematic cross-sectional view of the individual parts of the battery of fuel cells, taken as an example.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Фиг.1 и 2 показывают некоторые части батареи 2 топливных элементов. Один пример включает топливные элементы с фосфорной кислотой батареи 2.1 and 2 show some parts of a battery 2 of fuel cells. One example includes phosphoric acid fuel cells of a battery 2.

Слой 16 разделительной пластины имеет связанные с ним слои 12 и 12' поля потока. В одном примере слои поля потока не имеют пор и гидрофобны. В одном примере непористые гидрофобные слои поля потока выполнены в соответствии с описанием, данным в US № 5558955. Описания из указанного документа считаются отсылочно включенными в данное описание. Существенное различие между конфигурацией данного примера и конфигурацией, раскрытой в предыдущем патенте, состоит в том, что в данном примере оба слоя поля потока не имеют пор и гидрофобны. В одном примере слой поля потока содержат наряду с натуральным пластинчатым графитом гидрофобную смолу, которая предлагается на рынке компанией DuPont.The separation plate layer 16 has associated flow field layers 12 and 12 ′. In one example, the flow field layers have no pores and are hydrophobic. In one example, the non-porous hydrophobic layers of the flow field are made in accordance with the description given in US No. 5558955. The descriptions from the specified document are considered to be included in this description. The significant difference between the configuration of this example and the configuration disclosed in the previous patent is that in this example both layers of the flow field have no pores and are hydrophobic. In one example, the flow field layer contains, along with natural plate graphite, a hydrophobic resin that is marketed by DuPont.

Одно из преимуществ применения непористых и гидрофобных слоев поля потока 12 и 12' состоит в том, что они обеспечивают желательную скорость абсорбции кислоты, способствующую продлению срока эксплуатации топливного элемента. В одном примере слои поля потока обеспечивают скорость абсорбции кислоты, меньшую примерно 0,10 мг/кч·см².One of the advantages of using non-porous and hydrophobic layers of the flow field 12 and 12 'is that they provide the desired acid absorption rate, which helps to extend the life of the fuel cell. In one example, flow field layers provide an acid absorption rate of less than about 0.10 mg / cc · cm ² .

Удерживающие электролит матрицы 6, 6' находятся между соответствующими слоями 8 и 8' катализаторов, как можно видеть на чертежах. Удерживающие электролит матрицы 6-6' в одном примере характеризуются скоростью реакций с фосфорной кислотой, меньшей примерно 0,010 мг/кч·см². В одном примере удерживающая электролит матрица 6-6' выгодно характеризуется низким расходом фосфорной кислоты, что отчасти обусловлено тем, что матрица содержит карбид кремния. В одном примере удерживающая электролит матрица 6-6' содержит порошок карбида кремния со средним размером частиц, равным 3 микрона, а матрица имеет толщину 0,05 мм. При такой конфигурации, например, расход фосфорной кислоты становится меньшим, чем 0,010 мг/кч·см², что обусловлено малой скоростью реакции между фосфорной кислотой и карбидом кремния, при которой образуется фосфат кремния.The electrolyte holding matrices 6, 6 ′ are located between the respective catalyst beds 8 and 8 ′, as can be seen in the drawings. Electrolyte-retaining matrices 6-6 'in one example are characterized by a reaction rate with phosphoric acid of less than about 0.010 mg / kh · cm ² . In one example, the electrolyte-retaining matrix 6-6 'is advantageously characterized by a low consumption of phosphoric acid, which is partly due to the fact that the matrix contains silicon carbide. In one example, an electrolyte-retaining matrix 6-6 'contains silicon carbide powder with an average particle size of 3 microns, and the matrix has a thickness of 0.05 mm. With this configuration, for example, the consumption of phosphoric acid becomes less than 0.010 mg / kh · cm ² , which is due to the low reaction rate between phosphoric acid and silicon carbide, at which silicon phosphate is formed.

Слои катализаторов 8 и 8' находятся на противоположных сторонах удерживающий электролит матрицы 6-6'. В приводимом в качестве иллюстрации примере слой 8 катализатора является катодным слоем катализатора, тогда как слой катализатора 8' является анодным слоем катализатора.The layers of catalysts 8 and 8 'are located on opposite sides of the matrix retaining electrolyte 6-6'. In an illustrative example, the catalyst layer 8 is the cathode catalyst layer, while the catalyst layer 8 ′ is the anode catalyst layer.

Каждый из слоев катализаторов имеет связанную с ним гидрофильную подложку, которая служит в качестве резервуара электролита. В примере на фиг.1 гидрофильные подложки 10 и 10' связаны с каждым из слоев 8 и 8' катализаторов соответственно.Each of the catalyst layers has a hydrophilic substrate associated with it, which serves as an electrolyte reservoir. In the example of FIG. 1, hydrophilic substrates 10 and 10 ′ are bonded to each of the catalyst layers 8 and 8 ′, respectively.

Гидрофильные подложки примерного воплощения предпочтительно разрабатываются в соответствии с описанием, данным в патенте US № 4035551, которое считается отсылочно включенным в настоящее описание.Hydrophilic substrates of an exemplary embodiment are preferably developed in accordance with the description given in US patent No. 4035551, which is considered to be included in the present description.

Гидрофильные подложки 10-10' в одном примере имеют исходное содержание подвижной фосфорной кислоты, меньшее примерно 45 мг/см². В одном примере это осуществляется при использовании гидрофильных подложек толщиной 0,46 мм, которые являются примерно на 70% пористыми и имеют пустоты, объем которых при начальных условиях заполняется подвижной фосфорной кислотой примерно на 40%.Hydrophilic substrates 10-10 'in one example have an initial content of mobile phosphoric acid less than about 45 mg / cm ² . In one example, this is accomplished using hydrophilic substrates with a thickness of 0.46 mm, which are approximately 70% porous and have voids, the volume of which under the initial conditions is filled with about 40% mobile phosphoric acid.

В другом примере гидрофильные подложки имеют начальное содержание подвижной фосфорной кислоты, меньшее приблизительно 35 мг/см². Это осуществляется в примере путем заполнения приблизительно на 40% объема пустот гидрофильных подложек, имеющих толщину 0,37 мм и являющихся пористыми примерно на 70%.In another example, the hydrophilic substrates have an initial mobile phosphoric acid content of less than about 35 mg / cm ² . This is accomplished in the example by filling approximately 40% of the void volume of the hydrophilic substrates having a thickness of 0.37 mm and being approximately 70% porous.

Наиболее предпочтительно, чтобы гидрофильные подложки имели начальное содержание подвижной фосфорной кислоты, меньшее, чем примерно 25 мг/см². В одном примере это осуществляется с использованием гидрофильных подложек толщиной 0,25 мм, которые являются примерно на 70%, пористыми, и объем пустот в которых при начальных условиях заполнен переносимой фосфорной кислотой примерно на 40%.Most preferably, the hydrophilic substrates have an initial content of mobile phosphoric acid of less than about 25 mg / cm ² . In one example, this is accomplished using hydrophilic substrates 0.25 mm thick, which are approximately 70% porous, and the void volume of which under initial conditions is approximately 40% filled with phosphoric acid transferred.

Как известно, в типичных топливных элементах с фосфорной кислотой существуют две составляющих электролита. Так называемая удерживаемая кислота представляет собой тот объем кислоты, который сохраняется в порах удерживающей электролит матрицы 6-6' и в порах гидроизоляторов 20, 22. Потери кислоты удерживающей электролит матрицей 6-6' или краевыми изоляторами 20, 22 ведут к пересечению газовых потоков, которое приводит к смешиванию топлива с окислителем и к неисправности топливного элемента. Другой составляющей электролита является так называемая подвижная кислота. Обычно в элементы батареи добавляется избыточная кислота, медленная потеря которой в период эксплуатации элемента не сказывается неблагоприятно на его эксплуатационных показателях или надежности. Эта составляющая кислоты обычно называется подвижной кислотой. Существуют три типичных механизма потери подвижной кислоты: испарение в поток реагентов, выходящих из элемента, поглощение компонентами элемента и реакции с компонентами элемента. Распределение размера пор компонент элемента выбирается, известными способами, таким, что размер пор компонентов, включающих удерживаемую кислоту, является меньшим, чем размер пор, включающих подвижную кислоту. Такая конфигурация гарантирует, что меньшие по размерам поры всегда будут заполняться электролитом благодаря действию капиллярных сил.As is known, in typical phosphoric acid fuel cells there are two electrolyte components. The so-called retained acid is the amount of acid that is stored in the pores of the electrolyte-retaining matrix 6-6 'and in the pores of the hydroisolators 20, 22. Losses of acid in the electrolyte-holding matrix 6-6' or edge insulators 20, 22 lead to the intersection of gas flows, which leads to the mixing of fuel with an oxidizing agent and to a fuel cell malfunction. Another component of the electrolyte is the so-called mobile acid. Typically, excess acid is added to the battery cells, the slow loss of which during the life of the cell does not adversely affect its performance or reliability. This component of the acid is commonly called mobile acid. There are three typical mechanisms for the loss of mobile acid: evaporation into the stream of reagents leaving the element, absorption by the components of the element, and reactions with the components of the element. The pore size distribution of the component of the element is selected, by known methods, such that the pore size of the components including the retained acid is smaller than the pore size of the including mobile acid. This configuration ensures that smaller pores will always be filled with electrolyte due to the action of capillary forces.

Иллюстрирующий пример, представленный фиг.1 и 2, имеет область 24 конденсации, в которой электролит, испарившийся в поток реагентов, конденсируется и возвращается в гидрофильные подложки 10-10', В одном примере область конденсации 24 выполнена в соответствии с описанием, данным в US № 4345008; это описание считается отсылочно включенным в настоящее описание. В иллюстрирующем примере области 26 охладителя включают набор трубок 28, через которые, в соответствии с известными способами, протекает охлаждающий теплоноситель. Так как слои 8 и 8' катализаторов не простираются на область 24 конденсации, эти области называются неактивными областями батареи элементов.The illustrative example shown in FIGS. 1 and 2 has a condensation region 24 in which the electrolyte vaporized into the reactant stream condenses and returns to the hydrophilic substrates 10-10 '. In one example, the condensation region 24 is made in accordance with the description given in US No. 4345008; this description is considered to be incorporated into this description. In an illustrative example, the cooler regions 26 comprise a set of tubes 28 through which, in accordance with known methods, a cooling fluid flows. Since the catalyst layers 8 and 8 'do not extend to the condensation region 24, these regions are called inactive regions of the cell stack.

В одном примере области конденсации обеспечивают, что температура реагента, выходящего из элемента, является меньшей примерно 300°F (150°С), а предпочтительно - меньшей 280°F (140°С). Водном примере пары, выходящие из батареи, охлаждаются в области конденсации до температуры, меньшей 140°С. Если поддерживаются такие значения температуры, то сокращается расход кислоты и увеличивается срок эксплуатации топливного элемента.In one example, the condensation regions ensure that the temperature of the reagent leaving the cell is less than about 300 ° F (150 ° C), and preferably less than 280 ° F (140 ° C). In an aqueous example, vapors leaving the battery are cooled in the condensation region to a temperature below 140 ° C. If such temperature values are maintained, acid consumption is reduced and the life of the fuel cell is extended.

В одной реализации описываемого примера выходящий из батареи 20 топливных элементов реагент имеет температуру, которая примерно на 45°F (7,2°С) ниже, чем в ранее известных батареях топливных элементов. В одном примере такое различие ведет к тому, что скорость потери кислоты в описываемом примере составляет примерно пятую часть от соответствующей скорости для известной батареи топливных элементов.In one implementation of the described example, the reagent emerging from the fuel cell stack 20 has a temperature that is about 45 ° F (7.2 ° C) lower than in previously known fuel cell batteries. In one example, such a difference leads to the fact that the acid loss rate in the described example is about a fifth of the corresponding rate for a known fuel cell battery.

В одной реализации иллюстрирующего примера начальный "запас" подвижной кислоты составляет примерно 25 мг/см², что существенно ниже, чем 65 мг/см² для известной батареи узла топливных элементов. В то же время следует отметить, что батарея в иллюстрирующем примере имеет расчетный срок эксплуатации, равный 90000 ч, то есть примерно вдвое большим, чем для известного топливного элемента. Существенный вклад в такое увеличение срока эксплуатации вносит сокращение потери кислоты в описываемом примере. В одной реализации иллюстрирующего примера скорость потери кислоты равна 0,27 мг/кч·см², что следует сопоставить со скоростью потери 1,36 мг/кч·см² в ранее известных батареях топливных элементов. Таким образом, для батареи иллюстрирующего примера обеспечивается срок эксплуатации топливного элемента, равный примерно 10 годам, что следует сопоставить с типичным сроком эксплуатации, равным пяти годам, для известных батарей топливных элементов.In one implementation of the illustrative example, the initial "stock" of mobile acid is about 25 mg / cm ² , which is substantially lower than 65 mg / cm ² for a known battery of a fuel cell assembly. At the same time, it should be noted that the battery in the illustrative example has an estimated life of 90,000 hours, i.e. approximately twice as long as for a known fuel cell. A significant contribution to such an increase in the service life is made by a reduction in acid loss in the described example. In one implementation of the illustrative example, the acid loss rate is 0.27 mg / cc · cm ² , which should be compared with the loss rate of 1.36 mg / cc · cm ² in previously known fuel cell batteries. Thus, for a battery of the illustrative example, a fuel cell life of about 10 years is provided, which should be compared with a typical life of five years for known fuel cell batteries.

Хотя и каждая отдельная характеристика в иллюстрирующем примере потенциально увеличивает срок эксплуатации, сочетание характеристик дает возможность удвоить эффективный срок службы батареи топливных элементов. В результате эффективного синергизма этих характеристик удалось неожиданно сильно увеличить срок эксплуатации топливного элемента.Although each individual characteristic in the illustrative example potentially increases the lifetime, the combination of characteristics makes it possible to double the effective battery life of the fuel cells. As a result of the effective synergy of these characteristics, it was possible to unexpectedly greatly increase the life of the fuel cell.

Данные выше описания следует рассматривать как иллюстративные и не имеющие ограничительного характера. Вариации и модификации описанных примеров, которые могут оказаться очевидными для специалистов в данной области, не обязательно будут выходить из области, соответствующей сущности данного изобретения. Рамки патентно-правовой защиты данного изобретения могут быть определены только в результате изучения следующей далее формулы изобретения.The above descriptions should be considered illustrative and not restrictive. Variations and modifications of the described examples, which may be obvious to those skilled in the art, will not necessarily go beyond the scope of the invention. The scope of patent protection of this invention can only be determined by studying the following claims.

Claims

1. A fuel cell battery, characterized in that it contains a separation plate, a first layer of a flow field and a second layer of a flow field connected to the separation plate, having an acid absorption rate of less than about 0.10 mg / cc · cm ² , an electrolyte holding matrix, having a reaction rate with phosphoric acid of less than about 0.010 mg / hBD ^cm2, cathode catalyst layer, the anode catalyst layer, hydrophilic substrates associated with the catalyst layers, the hydrophilic substrates in the initial quantity of mobile phosphoric acid minutes, less than about 45 mg / cm ² and the condensation region, which provides the vaporizing rate loss of phosphoric acid is less than about 0.27 mg / ^cm2 hBD.

2. The battery according to claim 1, characterized in that the hydrophilic substrates are approximately 70% porous, and the volume of voids in them in the initial state is filled with mobile phosphoric acid by about 40%, and they have a thickness of approximately 0.46 mm

3. The battery according to claim 1, characterized in that the content of mobile phosphoric acid in the hydrophilic substrates is less than about 35 mg / cm ² .

4. The battery according to claim 3, characterized in that the hydrophilic substrates are approximately 70% porous, the void volume in them in the initial state is approximately 40% filled with mobile phosphoric acid, and they have a thickness of approximately 0.37 mm.

5. The battery according to claim 1, characterized in that the content of mobile phosphoric acid in the hydrophilic substrates is less than about 25 mg / cm ² .

6. The battery according to claim 5, characterized in that the hydrophilic substrates are approximately 70% porous, the volume of voids in them in the initial state is filled with mobile phosphoric acid by approximately 40%, and they have a thickness of approximately 0.25 mm

7. The battery according to claim 1, characterized in that the electrolyte-holding matrix contains silicon carbide powder with an average particle size of about 3 μm and has a thickness of about 0.05 mm.

8. The battery according to claim 1, characterized in that the condensation region is located near the edge of the battery and has a certain length, with at least a cathode catalyst layer separated from the specified edge by a distance at least equal to the length of the condensation region.

9. The battery of claim 8, characterized in that it has a cooled part, such that the cooling rate near the condensation region is higher than near other parts of the battery.

10. The battery according to claim 1, characterized in that the vapors leaving the battery are cooled in the condensation region to a temperature of less than about 140 ° C.

11. The battery according to claim 1, characterized in that in the field of condensation the rate of loss of evaporating phosphoric acid is less than about 0.17 mg / kh · cm ² .

12. The battery according to claim 1, characterized in that the layers of the flow field are hydrophobic and non-porous.

13. The battery according to item 12, wherein the layers of the flow field contain lamellar graphite and hydrophobic resin.

14. A fuel cell battery, characterized in that it comprises a separation plate, a non-porous hydrophobic first layer of the flow field connected to the separation plate, a non-porous hydrophobic second layer of the flow field connected to the separation plate, an electrolyte holding matrix containing medium-sized silicon carbide powder particles of approximately 3 μm and having a thickness of approximately 0.05 mm, a cathode catalyst layer, an anode catalyst layer, hydrophilic substrates associated with catalyst layers; hydrophilic substrates are approximately 70% porous, the volume of voids in them in the initial state is filled with mobile phosphoric acid by approximately 40%, the condensation region in which the vapors leaving the battery are cooled to a temperature of less than about 140 ° C.

15. The battery of claim 14, wherein the hydrophilic substrates have a thickness of about 0.46 mm, and the initial content of mobile phosphoric acid in the two hydrophilic substrates is less than about 45 mg / cm ² .

16. The battery according to 14, characterized in that the hydrophilic substrates have a thickness of approximately 0.37 mm, and the initial content of mobile phosphoric acid in the two hydrophilic substrates is less than about 35 mg / cm ² .

17. The battery according to 14, characterized in that the hydrophilic substrates have a thickness of approximately equal to 0.25 mm, and the initial content of mobile phosphoric acid in two hydrophilic substrates is less than about 25 mg / cm ² .

18. The battery according to 14, characterized in that the electrolyte-retaining matrix provides a reaction rate with phosphoric acid of less than about 0.010 mg / kh · cm ² .

19. The battery according to 14, characterized in that the condensation region provides a loss rate of evaporating phosphoric acid less than about 0.27 mg / kh · cm ² .

20. The battery according to claim 19, characterized in that the condensation region provides a rate of loss of volatile phosphoric acid less than about 0.17 mg / kh · cm ² .

21. The battery according to 14, characterized in that the layers of the flow field provide an acid absorption rate of less than about 0.10 mg / kh · cm ² .

22. A method of operating a battery of fuel cells containing phosphoric acid, characterized in that the acid absorption rate is maintained at less than about 0.10 mg / cc · cm ² , the reaction rate of the electrolyte-retaining matrix with phosphoric acid is maintained at less than about 0.010 mg / cc · cm ² , and maintain the rate of loss of evaporating phosphoric acid of hydrophilic substrates, the initial content of mobile phosphoric acid in which is less than about 45 mg / cm ² , less than about 0.27 mg / kh · cm ² .

23. The method according to p. 22, characterized in that they maintain the rate of loss of evaporating phosphoric acid is less than about 0.17 mg / kh · cm ² .

24. The method according to item 23, wherein the vapors leaving the battery are cooled to a temperature of less than about 140 ° C.

25. The method according to item 22, wherein the initial content of mobile phosphoric acid in hydrophilic substrates is less than about 35 mg / cm ² .

26. The method according A.25, characterized in that the initial content of mobile phosphoric acid in hydrophilic substrates is less than about 25 mg / cm ² .