專利名稱：一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發(fā)電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發(fā)生電化學發(fā)應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應，形成反應產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學反應就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應，生成反應產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應陰極反應在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流極板上的導流孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收并帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池既可以用作車、船等運載工具的動力系統(tǒng)，又可以用作移動式或固定式的發(fā)電站。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)主要由燃料電池堆與電池堆支持運行系統(tǒng)組成。作為車、船動力或發(fā)電站大功率的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)方面的應用，要求可以輸出幾十千瓦，甚至輸出幾百千瓦的功率。對這樣大功率的輸出要求，必須有相應的大功率輸出的燃料電池堆與支持運行系統(tǒng)。
大功率輸出的燃料電池堆工程設計與制造，從技術與制造成本方面來分析，一般無法采用一個由許多塊大活性面積極板構成的巨型大功率單堆方法，而是采用由多個中小功率燃料電池堆模塊集成在一起達到大功率輸出要求的方法。
現(xiàn)有的大規(guī)模、大功率的燃料電池如圖1所示，其中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16為各電池堆模塊上的電流集流母板，作正負極。17為中央總集流、導流面板。A為第一對相對應的二組電池堆模塊，B為第二對相對應的二組電池堆模塊，C、D為第三、第四對相對應的二組電池堆模塊?，F(xiàn)有的各電堆間正負極連接為3與2串聯(lián)，1與8串聯(lián)，7與6串聯(lián)，5與12串聯(lián)，11與10串聯(lián)，9與16串聯(lián)，15與14串聯(lián)，最后13與4電流集流母板作為整個集成式燃料電池正負極向外輸出端?？梢钥闯?，這個集成式燃料電池的若干正負極串聯(lián)引線在電堆的兩側，其跨越獨立式電堆模塊數(shù)量較多，引線空間布置很不合理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法，其特征在于，該方法包括將燃料電池左右兩側同一組的二個電堆模塊中各個導流極板加工完全一樣，并使各個單電池正負極取向完全一致，這樣這兩個模塊就可以直接通過各自的集流母板串聯(lián)連接；而相鄰的另一組的二個電堆模塊中燃料電池各個導流極板加工完全一樣，但是卻與相鄰組中的燃料電池各個導流極板成鏡像加工，使這一組中各個單電池正負極取向、排列雖然完全一致，但與相鄰組的正負極取向恰好相反，這樣這相鄰兩組電堆模塊就可以通過各自的集流母板很容易實現(xiàn)正負極串聯(lián)連接，使得正負極引線處于整個電堆的同側，并在空間連接上實現(xiàn)距離最小化。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可使大功率集成式燃料電池堆的正負極接線空間安排合理，可以根據(jù)實際需要來布置其電流輸出端的位置。


圖1為現(xiàn)有的集成式燃料電池堆正負極引線布置示意圖；圖2為本發(fā)明集成式燃料電池堆正負極引線布置示意圖；圖3為本發(fā)明集成式燃料電池堆空氣導流極板的結構示意圖；圖4為本發(fā)明集成式燃料電池堆氫氣導流極板的結構示意圖；圖5為與圖3呈鏡像加工的空氣導流極板的結構示意圖；圖6為與圖4呈鏡像加工的氫氣導流極板的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖2～6所示，一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法，其特征在于，該方法包括將燃料電池左右兩側同一組的二個電堆模塊中各個導流極板加工完全一樣，并使各個單電池正負極取向完全一致，這樣這兩個模塊就可以直接通過各自的集流母板串聯(lián)連接；而相鄰的另一組的二個電堆模塊中燃料電池各個導流極板加工完全一樣，但是卻與相鄰組中的燃料電池各個導流極板成鏡像加工，使這一組中各個單電池正負極取向、排列雖然完全一致，但與相鄰組的正負極取向恰好相反，這樣這相鄰兩組電堆模塊就可以通過各自的集流母板很容易實現(xiàn)正負極串聯(lián)連接，使得正負極引線處于整個電堆的同側，并在空間連接上實現(xiàn)距離最小化。
在本實施例中，同一組左右兩側二個電堆模塊中各個導流極板的加工方法，并經(jīng)過多個單電池疊加成堆后，各個單電池正負極取向完全一致。
圖3、圖4是一種10-20KW電堆模塊中導流雙極板的正反面，尺寸為206×206×1.5mm，正面是燃料氫導流場加工圖，反面是氧化劑空氣導流場加工圖；雙極板中間內(nèi)置冷卻流體導流夾層(圖未示)。
當這種許多塊雙極板與“三合一”電極按串聯(lián)疊加成堆時，各個單電池正負極取向完全一致。
如圖5、圖6所示，相鄰同一組左右兩側二個電堆模塊各個導流板與圖3、圖4中的導流板成鏡像加工，并經(jīng)過多個單電池疊加成堆后，各個單電池正負極取向雖然完全一致，但恰好與上述第一組中的正負取向相反。
在圖2中，標號1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16為表示各電池堆模塊上的電流集流母板，作正負極。17為中央總集流母板。A為第一對相對應的二組電池堆模塊，B為第二對相對應的二組電池堆模塊，C、D為第三、第四對相對應的二組電池堆模塊。本發(fā)明各電堆間正負極連接為3與2串聯(lián)，1與5串聯(lián)，6與7串聯(lián)，8與12串聯(lián)，11與10串聯(lián)，9與13串聯(lián)，14與15串聯(lián)，最后16與4電流集流母板作為整個集成式燃料電池正負極向外輸出端?？梢钥闯?，這個集成式燃料電池的正負引線在整個電堆同側，空間跨越比原有的引線布置更加合理。
權利要求
1.一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法，其特征在于，該方法包括將燃料電池左右兩側同一組的二個電堆模塊中各個導流極板加工完全一樣，并使各個單電池正負極取向完全一致，這樣這兩個模塊就可以直接通過各自的集流母板串聯(lián)連接；而相鄰的另一組的二個電堆模塊中燃料電池各個導流極板加工完全一樣，但是卻與相鄰組中的燃料電池各個導流極板成鏡像加工，使這一組中各個單電池正負極取向、排列雖然完全一致，但與相鄰組的正負極取向恰好相反，這樣這相鄰兩組電堆模塊就可以通過各自的集流母板很容易實現(xiàn)正負極串聯(lián)連接，使得正負極引線處于整個電堆的同側，并在空間連接上實現(xiàn)距離最小化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可使集成式燃料電池正負極引線布置合理的方法，該方法包括將燃料電池左右兩側同一組的二個電堆模塊中各個導流極板加工完全一樣，并使各個單電池正負極取向完全一致，這樣這兩個模塊就可以直接通過各自的集流母板串聯(lián)連接；而相鄰的另一組的二個電堆模塊中燃料電池各個導流極板加工完全一樣，但是卻與相鄰組中的燃料電池各個導流極板成鏡像加工，使這一組中各個單電池正負極取向、排列雖然完全一致，但與相鄰組的正負極取向恰好相反，這樣這相鄰兩組電堆模塊就可以通過各自的集流母板很容易實現(xiàn)正負極串聯(lián)連接，使得正負極引線處于整個電堆的同側，并在空間連接上實現(xiàn)距離最小化。
文檔編號H01M2/20GK1866597SQ20051002600
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者胡里清, 夏建偉 申請人:上海神力科技有限公司