本發(fā)明提供了一種空氣CO過(guò)濾元件或系統(tǒng)，其包括被設(shè)計(jì)和配置為體積有限但性能高的CO過(guò)濾器或捕獲器，使得對(duì)供應(yīng)給堿性燃料電池的空氣流中CO的過(guò)濾/吸收最大，從而盡量減小充入燃料電池陰極的空氣流中的CO水平。CO過(guò)濾器或捕獲器至少包括一種與強(qiáng)結(jié)合CO化學(xué)過(guò)濾器或捕獲器串聯(lián)配置的熱再生CO化學(xué)過(guò)濾器或捕獲器。兩種類型過(guò)濾器或捕獲器的組合相繼過(guò)濾/吸收來(lái)自空氣流中的CO，并減少充入陰極的空氣流中的CO水平。空氣CO過(guò)濾元件或系統(tǒng)可與堿性燃料電池的電化學(xué)清除結(jié)合應(yīng)用。

1.一種堿性燃料電池，包含：
與雙捕獲器空氣過(guò)濾器元件可操作性連接的空氣入口；
包括一系列與第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲器串聯(lián)的第一
熱再生化學(xué)CO₂捕獲器的雙捕獲器空氣過(guò)濾元件，第一熱再
生化學(xué)CO₂捕獲器和第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲器自空氣入
口順流放置，第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲器置于第一熱再生化
學(xué)CO₂捕獲器和堿性燃料電池的陰極入口之間；
第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器和第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲
器被配置用來(lái)減少供應(yīng)給陰極空氣入口的空氣流中的CO₂
水平；
其中堿性燃料電池包括堿性水溶液電解質(zhì)或不含液體
電解質(zhì)的OH^-離子傳導(dǎo)聚合膜。
2.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器包括作為活性材料的含胺官能團(tuán)的樹脂，其根據(jù)下述過(guò)程
通過(guò)胺與CO₂和水蒸汽反應(yīng)生成碳酸氫鹽被配置作為CO₂
捕獲部位：
R-NH₂+CO₂+H₂O＝R-NH₃⁺(HCO₃^-)
其中R包括含碳聚合物骨架。
3.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器包括作為活性材料的含胺官能團(tuán)的樹脂，其根據(jù)下述過(guò)程
通過(guò)與CO₂在干燥空氣條件下反應(yīng)生成氨基甲酸酯類被配
置作為CO₂捕獲部位：
2(R-NH₂)+CO₂＝(R-NHCOO^-)(R-NH₃⁺)
其中R包括含碳聚合物骨架。
4.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中每kW生成的電力，第一
熱再生化學(xué)CO₂捕獲器確定為2升的尺寸，并且被配置用來(lái)
將空氣流中的CO₂水平降低10倍。
5.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器被配置用于使氣體在第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器中的滯
留時(shí)間高達(dá)1秒，并且進(jìn)一步地被配置用來(lái)將空氣流中的
CO₂水平降低10倍。
6.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器被配置用來(lái)將通過(guò)第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器的空氣流
中的CO₂水平降低10倍，并且其中通過(guò)第一熱再生化學(xué)CO₂
捕獲器的空氣流具有高達(dá)45℃的溫度。
7.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器被配置用于熱再生，即第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器響應(yīng)在
80℃至120℃的溫度范圍內(nèi)通過(guò)第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器
的再生空氣釋放被吸收的CO₂。
8.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器被配置用于熱再生，即第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器響應(yīng)在
100℃至105℃的范圍內(nèi)通過(guò)第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器的
再生空氣釋放被吸收的CO₂。
9.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器的配置和運(yùn)行溫度應(yīng)確保熱再生恢復(fù)恢復(fù)CO₂吸收性能
所需的時(shí)間少于吸收和解吸半周期過(guò)程中相同空氣流速下
CO₂的飽和時(shí)間。
10.權(quán)利要求2和3中任一項(xiàng)的堿性燃料電池，其中通過(guò)將再生
空氣流通過(guò)第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器，第一熱再生化學(xué)
CO₂捕獲器被配置用于熱再生，其中再生空氣流包括供應(yīng)到
有或沒有額外加熱的第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器的陰極廢
氣流。
11.權(quán)利要求9的堿性燃料電池，其中額外加熱包括與燃料電池
可操作性連接的電加熱器或催化加熱器提供的加熱。
12.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲
器包括含有堿石灰、氫氧化鋰或氫氧化鈉的活性材料。
13.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲
器被配置用來(lái)將第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲器排出的空氣流
中的CO₂水平降低10倍。
14.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學(xué)CO₂捕獲
器被配置用來(lái)將空氣流中的CO₂水平降低10倍，且第二強(qiáng)
結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲器被配置用來(lái)將第一熱再生化學(xué)CO₂捕
獲器排出的空氣流中的CO₂水平降低10倍，其中供應(yīng)到陰
極空氣入口的空氣流中的CO₂水平低于5ppm。
15.權(quán)利要求14的堿性燃料電池，其中所述供應(yīng)到陰極空氣入
口的空氣流中的CO₂水平等于或低于1ppm。
16.權(quán)利要求1的堿性燃料電池，其中第二強(qiáng)結(jié)合CO₂化學(xué)捕獲
器是一次性的，并且被配置用于定期更換。
17.一種堿性燃料電池，包含：
與三捕獲器空氣過(guò)濾器元件可操作性連接的空氣入口，
所述三捕獲器空氣過(guò)濾器元件包括第一熱再生化學(xué)CO₂捕
獲器、第二熱再生化學(xué)CO₂捕獲器以及第三強(qiáng)結(jié)合CO₂捕
獲器；
每個(gè)所述第一和第二熱再生化學(xué)CO₂捕獲器二者并聯(lián)
配制并且與第三強(qiáng)結(jié)合CO₂捕獲器串聯(lián)配置，第一和第二熱
再生化學(xué)CO₂捕獲器和第三強(qiáng)結(jié)合CO₂捕獲器自空氣入口
進(jìn)行順流放置，并且所述第一和第二再生化學(xué)CO₂捕獲器和
第三結(jié)合CO₂捕獲器配置到空氣入口與堿性燃料電池的陰
極之間；
每個(gè)第一和第二熱再生化學(xué)CO₂捕獲器被配置用來(lái)減
少第一預(yù)定量通過(guò)捕獲器的空氣流中的CO₂水平，并且第三
強(qiáng)結(jié)合CO₂捕獲器被配置用來(lái)減少第二預(yù)定量通過(guò)第三強(qiáng)
結(jié)合CO₂捕獲器的空氣流中的CO₂水平；
每個(gè)第一和第二熱再生化學(xué)CO₂捕獲器與燃料電池安
排在一起，允許一個(gè)熱再生化學(xué)CO₂捕獲器來(lái)活性捕獲通過(guò)
一個(gè)熱再生化學(xué)CO₂捕獲器的空氣流中的CO₂，而另一個(gè)熱
再生化學(xué)CO₂捕獲器進(jìn)行熱再生；并且
其中堿性燃料電池包括堿性水溶液電解質(zhì)或不含液體
電解質(zhì)的OH^-離子傳導(dǎo)聚合膜。
18.權(quán)利要求17的堿性燃料電池，其中每個(gè)第一和第二熱再生
化學(xué)CO₂捕獲器由CO₂捕獲模式切換為熱再生模式，并在
燃料電池以特定的燃料電池輸出功率運(yùn)行預(yù)定的時(shí)間后返
回到CO₂捕獲模式。
19.權(quán)利要求18的堿性燃料電池，其中通過(guò)對(duì)入口空氣和陰極
廢氣流重新定向從而將每個(gè)第一和第二熱再生化學(xué)CO₂捕
獲器配置成由CO₂捕獲模式切換為熱再生模式，其中陰極廢
氣被重定向到每個(gè)熱再生化學(xué)CO₂捕獲器進(jìn)行熱再生。
20.權(quán)利要求17的堿性燃料電池，其被調(diào)整用來(lái)接受干擾電流
的應(yīng)用，以除去通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)消耗碳酸鹽在電解質(zhì)中蓄積
的殘留碳酸鹽，并通過(guò)陽(yáng)極廢氣流釋放CO₂，所述干擾電流
的大小不會(huì)引起電池組中的電池逆轉(zhuǎn)。
21.權(quán)利要求20的堿性燃料電池，其中干擾電流的應(yīng)用時(shí)間為
1秒至30秒。
22.權(quán)利要求21的堿性燃料電池，其中干擾電流響應(yīng)特定運(yùn)行
時(shí)間內(nèi)燃料電池性能的降低而被觸發(fā)。
23.權(quán)利要求20的堿性燃料電池，進(jìn)一步包含與燃料電池可操
作性結(jié)合的輔助電源，其被配置用來(lái)補(bǔ)充或供應(yīng)負(fù)載電源，
使干擾電流的應(yīng)用不間斷。
24.權(quán)利要求23的堿性燃料電池，其中輔助電源包括與燃料電
池可操作性結(jié)合的電池，用于在干擾電流應(yīng)用完成后從燃料
電池重新充電。