專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)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(jiǎn)稱(chēng)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(dǎo)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(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過(guò)遷移穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)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(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽(yáng)極端遷移過(guò)來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)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(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)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(yáng)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(kāi)來(lái)，使它們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)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(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)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(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過(guò)壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽(yáng)極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過(guò)程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通?？赏ㄟ^(guò)直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過(guò)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(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過(guò)一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。電池組通常通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)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(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，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(jìn)出口都開(kāi)在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩個(gè)端板上。
上海神力科技有限公司現(xiàn)有專(zhuān)利“一種節(jié)能型燃料電池”(專(zhuān)利號(hào)為02279853.6)中，燃料電池堆的集成是靠前、后兩塊面板來(lái)夾持。而燃料電池堆的氫氣供應(yīng)是從電池堆的前板進(jìn)入，后板或前板排出?，F(xiàn)有技術(shù)存在一定的缺陷①遇到在單電池?cái)?shù)目較多的情況下，燃料電池堆集成后就顯得比較長(zhǎng)，若還是采用前、后面板夾持的方法來(lái)集成的話(huà)，這個(gè)前、后板的夾持就比較困難，容易使前、后板歪斜，引起整個(gè)電池堆歪斜，不易裝配。
②在堆比較長(zhǎng)的情況下，氫氣如果從前面板進(jìn)，要在眾多單電池中均勻分配氫氣流量，將會(huì)產(chǎn)生氫氣分布不均勻問(wèn)題，從而會(huì)降低電堆工作的穩(wěn)定性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可使進(jìn)入電堆的氫氣分布更加均勻、合理，有利于提高電池運(yùn)行穩(wěn)定性，并且易于裝配的帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，包括膜電極、導(dǎo)流極板、集流母板、前后端板、緊固拉桿，其特征在于，還包括氫氣供給裝置，該裝置由供氫夾板組成，所述的供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出的導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔與導(dǎo)流極板上的氫氣導(dǎo)流孔相對(duì)應(yīng)，所述的供氫夾板側(cè)面設(shè)有氫氣進(jìn)、出流道，該氫氣進(jìn)、出流道與上述氫氣進(jìn)、出導(dǎo)流孔相通，所述的供氫夾板設(shè)在電池堆的中部。
所述的供氫夾板將燃料電池堆分隔為左、右兩個(gè)分堆，該兩個(gè)分堆的單電池?cái)?shù)相等。
所述的供氫夾板兩側(cè)分別緊貼兩塊集流母板，該兩塊集流母板與電池堆最前端、最后端的另兩塊集流母板相對(duì)應(yīng)。
所述的前、后端板及拉桿將電池堆緊固在一起成為一體。
所述的左、右兩個(gè)分堆可以串聯(lián)連接，也可以并聯(lián)連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)①在單電池?cái)?shù)目較多的情況下，這個(gè)剛性好、強(qiáng)度高、表面平整度高的供氫夾板所集成的燃料電池堆很緊固，不易彎曲。
②氫氣從中間夾板進(jìn)入，向兩旁的分堆流動(dòng)、擴(kuò)散，然后經(jīng)過(guò)循環(huán)再集中由中間夾板排出，這樣使得氫氣在燃料電池堆中的分布更均勻，更合理。
③可以根據(jù)實(shí)際需要，燃料電池堆可通過(guò)夾板兩側(cè)放置集流母板，將兩分堆串聯(lián)或并聯(lián)來(lái)調(diào)節(jié)所需的電壓。(并聯(lián)電壓是串聯(lián)電壓的一半。)
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型供氫夾板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例如圖1、圖2所示，一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，長(zhǎng)寬高尺寸為275mm×83mm×132mm，該燃料電池堆包括由膜電極與導(dǎo)流極板組成的單電池11，集流母板3、5、6、7，前后端板8、9，緊固拉桿10，還包括氫氣供給裝置，該裝置由供氫夾板4組成，所述的供氫夾板4上設(shè)有氫氣進(jìn)、出的導(dǎo)流孔(A)(B)，該導(dǎo)流孔(A)(B)與導(dǎo)流極板上的氫氣導(dǎo)流孔(圖未示)相對(duì)應(yīng)，所述的供氫夾板4側(cè)面設(shè)有氫氣進(jìn)、出流道1、2，該氫氣進(jìn)、出流道1、2與上述氫氣進(jìn)、出導(dǎo)流孔(A)(B)相通，所述的供氫夾板4設(shè)在電池堆的中部。
本實(shí)施例燃料電池堆的兩小分堆分別由40片單電池11集成，該中間供氫夾板4恰好放在堆中部。該夾板兩側(cè)分別貼緊兩塊集流母板5與6，跟電池堆最前端與最后端緊貼另兩塊集流母板3和7相對(duì)應(yīng)。再通過(guò)前端板8和后端板9以及拉桿10將電堆緊固在一起成為一體。該燃料電池功率可達(dá)100～300W。兩小分堆串聯(lián)起來(lái)可輸出40～80V左右電壓，并聯(lián)起來(lái)則可以輸出20～40V左右的電壓。電壓的高低可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)連接。由于氫氣是從中間夾板處供應(yīng)，所以燃料電池的發(fā)電穩(wěn)定性大大提高。
權(quán)利要求1.一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，包括膜電極、導(dǎo)流極板、集流母板、前后端板、緊固拉桿，其特征在于，還包括氫氣供給裝置，該裝置由供氫夾板組成，所述的供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出的導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔與導(dǎo)流極板上的氫氣導(dǎo)流孔相對(duì)應(yīng)，所述的供氫夾板側(cè)面設(shè)有氫氣進(jìn)、出流道，該氫氣進(jìn)、出流道與上述氫氣進(jìn)、出導(dǎo)流孔相通，所述的供氫夾板設(shè)在電池堆的中部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的供氫夾板將燃料電池堆分隔為左、右兩個(gè)分堆，該兩個(gè)分堆的單電池?cái)?shù)相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的供氫夾板兩側(cè)分別緊貼兩塊集流母板，該兩塊集流母板與電池堆最前端、最后端的另兩塊集流母板相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的前、后端板及拉桿將電池堆緊固在一起成為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的左、右兩個(gè)分堆可以串聯(lián)連接，也可以并聯(lián)連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有氫氣供給裝置的節(jié)能型燃料電池堆，包括膜電極、導(dǎo)流極板、集流母板、前后端板、緊固拉桿，還包括氫氣供給裝置，該裝置由供氫夾板組成，所述的供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出的導(dǎo)流孔，該導(dǎo)流孔與導(dǎo)流極板上的氫氣導(dǎo)流孔相對(duì)應(yīng)，所述的供氫夾板側(cè)面設(shè)有氫氣進(jìn)、出流道，該氫氣進(jìn)、出流道與上述氫氣進(jìn)、出導(dǎo)流孔相通，所述的供氫夾板設(shè)在電池堆的中部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型可使進(jìn)入電堆的氫氣分布更加均勻、合理，有利于提高電池運(yùn)行穩(wěn)定性，并且易于裝配。
文檔編號(hào)H01M8/10GK2829110SQ20052004482
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者葛栩栩, 王立明, 李創(chuàng), 李麗, 夏建偉, 章波, 胡里清 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司