膜電極アッセンブリは、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極の間に配置された膜と、空気極と膜の間の長寿命触媒層とを含んでなり、長寿命触媒層は、酸素を消費し、かつ、過酸化水素を分解して、水を生成するのに適合されている。
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燃料電池発電装置（９）がＤＣ電力をインバー（１２）に提供し、インバータ（１２）は、スイッチ（１７）により電力送電網（１８）に接続可能でありかつ重要な需要家負荷（３０）に接続される三相電力ライン（１６）に電力を提供する。エネルギー貯蔵装置（４０）が、スイッチ（３４）を通して前記三相電力ラインまたは前記電力送電網に接続可能な二方向性ＤＣ／ＡＣコンバータ（３６）にＤＣ電力を提供する。ダイオード（４５）が、燃料電池発電装置のエネルギーを直接エネルギー貯蔵装置に受動的に提供してそれを充電し、または主ＤＣ／ＡＣインバータが故障した事態においてそれをバイパスできる。送電網上の動揺によるインバータの停止により引き起こされる電力の減少は、エネルギー貯蔵装置からのエネルギーを用いてコンバータにより供給される電力によって回避される。
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Ｍ−ＮからＭまでラベル付けされた流域の列（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、８７〜８９）の最後の燃料流域（２３，５２，６４，８９）の燃料出口（２９）から、Ｍ番目の流域又は、Ｍ番目と（Ｍ−１）番目の流域の両方のいずれかに適用されるリサイクル燃料を備える燃料電池発電設備（１９，４７，８６，１０２，１１２，１２１）。燃料リサイクルインペラはブロワ（３０）、排気で駆動されるターボ圧縮機（３０ａ）、エジェクタ（３０ｂ）又は電気化学水素ポンプ（３０ｃ）である。源（７７）からの燃料は、最初の燃料流域（８７）と流域の列の追加の燃料流域（８８，７４，８９）の両方に適用され、最初の流域の列における圧力降下要求と流速低減要求を低減することにより、追加の燃料流域におけるより多くの燃料を確保する。追加の燃料流域への流れは、流域内の電圧（１２６）か、排気の濃度（１２８）で制御可能である。一時的な燃料容積はタンク（１２５）によって供給される。
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燃料電池（１６）が、両側にカソード触媒（２４）とアノード触媒（２０）をもつ固体高分子膜（１８）を含んでなる。アノード支持板（２１）が親水性基板（２２）を含み、カソード支持板（２５）が親水性基板（２６）および接触二重層（拡散層）（２４）を含む。水輸送板（１２，１４）が対応する支持板に隣接する。燃料電池スタックの停止中、支持板（２１，２５）は許容量の６０％〜８０％を水で満たされ、これにより燃料電池のブートストラップ起動時に（溶解する氷から）水を提供する。一実施例では、水の量は冷媒と反応ガスとの圧力差によって制御される。別の実施例では、水の量は親水性基板（９４）に実質的に均一に分散された疎水性領域（９３）を支持板（２２ａ）もしくは接触二重層（２７）のいずれか一方に持つことにより制御される。
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燃料電池システムは、第一の複数の燃料電池を有する燃料電池スタックを備える。第一の複数の燃料電池の各電池が、アノード、カソードおよび両者間の電解質を有し、電流、酸素排出流および水素を含む排出流を生成するように第一の燃料電池は水素を含む燃料および酸素の供給源と連通している。さらに前記スタックは、第二の複数の燃料電池を備え、その各電池が、アノード、対向する電極および両者間に電解質を有し、第二の複数の燃料電池は、水素リッチな流れを生成するように電流および水素を含む排出流に連通している。水素を含む燃料供給源の少なくとも一部として水素リッチな流れを受けるように第一の複数の燃料電池と第二の複数の燃料電池は連通している。
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耐凍結性燃料電池発電装置（１０）が、少なくとも一つの燃料電池（１２）と、水不混和性流体と冷却水を貯蔵し分離する耐凍結性アキュムレータ（２２）を含む冷媒ループ（１８）と、水不混和性流体と冷却水とを混合する混合領域（７２）を備えた直接接触型熱交換器（５６）と、冷媒ループ（１８）を通して冷媒を循環させる冷媒ポンプ（２１）と、熱交換器（５６）を通して水不混和性流体を循環させるラジエータループ（８４）と、冷媒から熱を除去するラジエータ（８６）と、直接接触型熱交換器バイパスシステム（２００）と、を含んでなる。発電装置（１０）は、水不混和性流体を、定常状態の運転中においては燃料電池を冷却するために利用し、また発電装置のシャットダウン時においては燃料電池（１２）から耐凍結性アキュムレータ（２２）へと水を移動させるために利用する。
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減圧燃料電池システム１０およびその方法がアノード流れ場３８の急速な燃料パージを有する燃料電池１２の起動を提供してこのアノード流れ場３８を通る燃料空気前線（ｆｕｅｌ−ａｉｒ ｆｒｏｎｔ）の移動によって生み出される逆方向電流メカニズムによる炭素触媒支持層２６の腐食を最小限に抑える。燃料電池１２が停止して燃料入口弁７０および燃料排出弁７４が閉じられているときに減圧源９０はアノード流れ場３８を減圧する。結果として生じるアノード流れ場３８内の負圧は起動時にアノード流れ場３８を通る燃料の急速なパージを生み出し、また強力な減圧はアノード流れ場３８内の実質的にすべての空気を除去して燃料空気前線の移動を実質的に排除する。
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燃料電池（４０）が、電解質（１６´）の対向する両面に取り付けられた第１の触媒（１２´）と、第２の触媒（１４´）と、前記第１の触媒（１２´）に連通するように取り付けられるとともに、複数のリブ（３２Ａ´、３２Ｂ´、３２Ｃ´、３２Ｄ´、３２Ｅ´）の間に複数の流路（３０Ａ´、３０Ｂ´、３０Ｃ´、３０Ｄ´）を画定する第１の流れ場（２６´）と、この第１の流れ場（２６´）と前記第１の触媒（１２´）との間に取り付けられるバッキング層（４２）と、を含んでなる。バッキング層（４２）は、カーボンブラック、疎水性ポリマ、および不規則に分散化した炭素繊維（４４）を含む。炭素繊維（４４）は隣接する第１の流れ場（２６´）に画定される流路（３０Ａ´、３０Ｂ´、３０Ｃ´、３０Ｄ´）の幅（４６）の少なくとも２倍の長さをもつ。バッキング層（４２）が周知の基板（２２）および拡散層（１８）に取って代わる。
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膜電極アッセンブリ（４６）を具備する燃料電池であって、該アッセンブリは、その第１又は第２の表面に隣接して固定される、アッセンブリ（４６）の第１の反応物の流れを該第１又は第２の表面に隣接して輸送するための第１の反応物流域（８０）を有する。第１の反応物流域（８０）は、複数の二経路循環路（８２，８４，８６，８８）を画定し、各二経路循環路（８２）は、第１の反応物を燃料電池（１２）内へ案内するための第１の反応物入口（９０）と、第１の反応物を燃料電池（１２）から排出するよう案内するための第１の反応物出口（９２）の両方と流体的に連通している。複数の二経路循環路（８２）により、反応物入口（９０）に向かって水を移動（１１２）するのが容易となるため、燃料電池（１２）の水平衡の受動的保守に役立つ。
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カスケード式燃料電池スタック（９ａ）は、導電性分離プレート（５８、５９）および電流集積圧力プレート（５６、５７）によって電気的に直列に接続された複数の燃料電池（１３）群（１０〜１２）を備える。各群は、インレット燃料分配燃料インレットマニホールド（１７ａ、１９ｃ、２０ｃ）と、最後を除き直後の各群のインレットマニホールドに供給する燃料出口マニホールド（１９ａ、２０ａ）とを有する。マイクロコントローラは、複数の電圧感知装置（４８ａ〜４８ｃ）からの信号により、対応する群に亘り所定の平均電池電圧を感知したことに応答して、（ａ）対応するスイッチ（５０ａ〜５０ｃ）により各群および、このシークエンスにおいて、直前の群全てを電圧制限装置（ＶＬＤ）に接続する、または（ｂ）各群を自身の電圧制限装置（ＶＬＤ）に接続させる。通常作動時では、マイクロコントローラは、主要な負荷に接続し、電圧制御装置の接続を切る（５３）（２５）。

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