本發明提供了一種空氣CO過濾元件或系統，其包括被設計和配置為體積有限但性能高的CO過濾器或捕獲器，使得對供應給堿性燃料電池的空氣流中CO的過濾/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過濾器或捕獲器至少包括一種與強結合CO化學過濾器或捕獲器串聯配置的熱再生CO化學過濾器或捕獲器。兩種類型過濾器或捕獲器的組合相繼過濾/吸收來自空氣流中的CO，并減少充入陰極的空氣流中的CO水平。空氣CO過濾元件或系統可與堿性燃料電池的電化學清除結合應用。

1.一種堿性燃料電池，包含：
與雙捕獲器空氣過濾器元件可操作性連接的空氣入口；
包括一系列與第二強結合CO₂化學捕獲器串聯的第一
熱再生化學CO₂捕獲器的雙捕獲器空氣過濾元件，第一熱再
生化學CO₂捕獲器和第二強結合CO₂化學捕獲器自空氣入
口順流放置，第二強結合CO₂化學捕獲器置于第一熱再生化
學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CO₂捕獲器和第二強結合CO₂化學捕獲
器被配置用來減少供應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或不含液體
電解質的OH^-離子傳導聚合膜。
2.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器包括作為活性材料的含胺官能團的樹脂，其根據下述過程
通過胺與CO₂和水蒸汽反應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.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器包括作為活性材料的含胺官能團的樹脂，其根據下述過程
通過與CO₂在干燥空氣條件下反應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CO₂捕獲器確定為2升的尺寸，并且被配置用來
將空氣流中的CO₂水平降低10倍。
5.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器被配置用于使氣體在第一熱再生化學CO₂捕獲器中的滯
留時間高達1秒，并且進一步地被配置用來將空氣流中的
CO₂水平降低10倍。
6.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器被配置用來將通過第一熱再生化學CO₂捕獲器的空氣流
中的CO₂水平降低10倍，并且其中通過第一熱再生化學CO₂
捕獲器的空氣流具有高達45℃的溫度。
7.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器被配置用于熱再生，即第一熱再生化學CO₂捕獲器響應在
80℃至120℃的溫度范圍內通過第一熱再生化學CO₂捕獲器
的再生空氣釋放被吸收的CO₂。
8.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器被配置用于熱再生，即第一熱再生化學CO₂捕獲器響應在
100℃至105℃的范圍內通過第一熱再生化學CO₂捕獲器的
再生空氣釋放被吸收的CO₂。
9.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器的配置和運行溫度應確保熱再生恢復恢復CO₂吸收性能
所需的時間少于吸收和解吸半周期過程中相同空氣流速下
CO₂的飽和時間。
10.權利要求2和3中任一項的堿性燃料電池，其中通過將再生
空氣流通過第一熱再生化學CO₂捕獲器，第一熱再生化學
CO₂捕獲器被配置用于熱再生，其中再生空氣流包括供應到
有或沒有額外加熱的第一熱再生化學CO₂捕獲器的陰極廢
氣流。
11.權利要求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.權利要求1的堿性燃料電池，其中第二強結合CO₂化學捕獲
器包括含有堿石灰、氫氧化鋰或氫氧化鈉的活性材料。
13.權利要求1的堿性燃料電池，其中第二強結合CO₂化學捕獲
器被配置用來將第一熱再生化學CO₂捕獲器排出的空氣流
中的CO₂水平降低10倍。
14.權利要求1的堿性燃料電池，其中第一熱再生化學CO₂捕獲
器被配置用來將空氣流中的CO₂水平降低10倍，且第二強
結合CO₂化學捕獲器被配置用來將第一熱再生化學CO₂捕
獲器排出的空氣流中的CO₂水平降低10倍，其中供應到陰
極空氣入口的空氣流中的CO₂水平低于5ppm。
15.權利要求14的堿性燃料電池，其中所述供應到陰極空氣入
口的空氣流中的CO₂水平等于或低于1ppm。
16.權利要求1的堿性燃料電池，其中第二強結合CO₂化學捕獲
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：
與三捕獲器空氣過濾器元件可操作性連接的空氣入口，
所述三捕獲器空氣過濾器元件包括第一熱再生化學CO₂捕
獲器、第二熱再生化學CO₂捕獲器以及第三強結合CO₂捕
獲器；
每個所述第一和第二熱再生化學CO₂捕獲器二者并聯
配制并且與第三強結合CO₂捕獲器串聯配置，第一和第二熱
再生化學CO₂捕獲器和第三強結合CO₂捕獲器自空氣入口
進行順流放置，并且所述第一和第二再生化學CO₂捕獲器和
第三結合CO₂捕獲器配置到空氣入口與堿性燃料電池的陰
極之間；
每個第一和第二熱再生化學CO₂捕獲器被配置用來減
少第一預定量通過捕獲器的空氣流中的CO₂水平，并且第三
強結合CO₂捕獲器被配置用來減少第二預定量通過第三強
結合CO₂捕獲器的空氣流中的CO₂水平；
每個第一和第二熱再生化學CO₂捕獲器與燃料電池安
排在一起，允許一個熱再生化學CO₂捕獲器來活性捕獲通過
一個熱再生化學CO₂捕獲器的空氣流中的CO₂，而另一個熱
再生化學CO₂捕獲器進行熱再生；并且
其中堿性燃料電池包括堿性水溶液電解質或不含液體
電解質的OH^-離子傳導聚合膜。
18.權利要求17的堿性燃料電池，其中每個第一和第二熱再生
化學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行預定的時間后返
回到CO₂捕獲模式。
19.權利要求18的堿性燃料電池，其中通過對入口空氣和陰極
廢氣流重新定向從而將每個第一和第二熱再生化學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
氣被重定向到每個熱再生化學CO₂捕獲器進行熱再生。
20.權利要求17的堿性燃料電池，其被調整用來接受干擾電流
的應用，以除去通過陽極電化學消耗碳酸鹽在電解質中蓄積
的殘留碳酸鹽，并通過陽極廢氣流釋放CO₂，所述干擾電流
的大小不會引起電池組中的電池逆轉。
21.權利要求20的堿性燃料電池，其中干擾電流的應用時間為
1秒至30秒。
22.權利要求21的堿性燃料電池，其中干擾電流響應特定運行
時間內燃料電池性能的降低而被觸發。
23.權利要求20的堿性燃料電池，進一步包含與燃料電池可操
作性結合的輔助電源，其被配置用來補充或供應負載電源，
使干擾電流的應用不間斷。
24.權利要求23的堿性燃料電池，其中輔助電源包括與燃料電
池可操作性結合的電池，用于在干擾電流應用完成后從燃料
電池重新充電。