專利名稱：一種燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種燃料電池組。
技術(shù)背景質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種新型的能源處理方式，具有工作溫 度低、無污染、無腐蝕、比功率大、啟動迅速等優(yōu)點，已經(jīng)成為能源領(lǐng)域研究 的熱點之一。燃料電池發(fā)電機組的應(yīng)用前景十分廣闊。在小型及微型方面，可 以建設(shè)從幾瓦到5千瓦以下的微機及動力源，諸如用于單、雙人車輛；家庭電 話、電灶，以及移動通訊、筆記本電腦、手機使用的長壽命電源；大型方面， 可以用于幾十、幾百千瓦的轎車、大客卡車、坦克、潛水艇動力裝置及獨立電 網(wǎng)、礦山、碼頭電源等。各個方面的普遍應(yīng)用，將帶動龐大的產(chǎn)業(yè)群，改變?nèi)?們的生活及傳統(tǒng)習(xí)慣，成為"氫經(jīng)濟社會"的動力基礎(chǔ)。PEMFC的構(gòu)成包括集流板、流場板、氣體擴散層、催化層和質(zhì)子交換膜。 集流板用來收集電子。流場板用于提供燃料和氧化劑的通道。氣體擴散層是導(dǎo) 電材料制成的多孔合成物，它一方面為氣體從流道擴散到催化層提供通道，另 一方面對燃料電池的催化層起支撐的作用，氣體擴散層孔隙率和孔徑是其兩個 重要的參數(shù)。催化層的作用是使燃料和氧化劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，催化劑 的好壞直接影響到燃料電池性能的好壞，目前催化劑多采用Pt或Pt/C,這類 催化劑非常昂貴，在燃料電池的成本中占較大比例。為了減少催化劑的用量， 一般將催化劑做成粗糙多孔的結(jié)構(gòu)，使其有足夠的比表面積以促進(jìn)氫氣和氧氣 的反應(yīng)。質(zhì)子交換膜(PEM: Proton Exchange Membrane )是質(zhì)子交換膜燃料電 池中一個非常重要的組件，它兼有隔膜和電解質(zhì)的作用。其隔膜作用就是阻止 陰陽極之間氣體相通，防止氫氧混合發(fā)生爆炸；其電解質(zhì)的作用是僅使質(zhì)子通 過，而使電子傳遞受阻，這樣電子就被迫通過外電路流動向外輸出電能。目前 常用的質(zhì)子交換膜為全氟磺酸型固體聚合物，酸分子固定在聚合物上，不能自 由移動，但質(zhì)子卻可自由地通過電解質(zhì)遷移，但是質(zhì)子的移動受質(zhì)子交換膜潤
濕條件的制約，質(zhì)子交換膜潤濕越好，質(zhì)子傳遞阻力越小，也就越容易通過， 相反，如果質(zhì)子交換膜干涸，質(zhì)子傳遞則受阻，燃料電池性能就下降。質(zhì)子交換膜的典型厚度為0. 05mm~ 0. 18mm。當(dāng)分別向陽極和陰極供給氫氣與氧氣時，反應(yīng)氣體經(jīng)擴散層擴散，進(jìn)入多 孔陽極的氫原子被催化劑吸附并離化為氫離子和電子，氫離子經(jīng)由質(zhì)子交換膜 轉(zhuǎn)移到陰極，電子在電極內(nèi)傳遞至負(fù)極集流板經(jīng)外電路負(fù)載流向陰極，在陰極 催化層上和氫離子、氧原子結(jié)合成水分子，生成的水通過電極隨反應(yīng)尾氣排出。 因而，質(zhì)子交換膜燃料電池的化學(xué)反應(yīng)為陽極反應(yīng)H2 —2H++2e陰極反應(yīng)l/202+2H++2e —歸+熱電池總反應(yīng)H2+l/202 —1120+電能+熱由總反應(yīng)式可看出，質(zhì)子交換膜燃料電池唯一的副產(chǎn)物是純水。質(zhì)子交換膜燃料電池的單電池的理想電壓為1.229V,但是由于實際使用過 程中存在各種極化，所以電壓較低， 一般為0.7V左右。實際使用的質(zhì)子交換膜 燃料電池多為質(zhì)子交換膜燃料電池組，由多個單電池在電流上串連，在氣路上 并聯(lián)組成，此時，陰極流場板和陽極流場板"背對背"合二為一，成為雙極板， 雙極板的一側(cè)流氧氣(空氣)，另一側(cè)流氫氣，雙極板兼有導(dǎo)流和導(dǎo)電作用。有 時根據(jù)實際電流、電壓和功率需要，實施多個電池組電路上的串、并組合。為了使質(zhì)子交換膜燃料電池處于高性能穩(wěn)定的工作狀態(tài)，必須保證每一片 單電池有足夠的氧氣參與電化學(xué)反應(yīng)，否則，燃料電池會因為氧氣不足而出現(xiàn) 電壓下降，甚至出現(xiàn)負(fù)壓，使燃料電池失效。為此， 一般釆用提高空氣的供氣 壓力或較高程度的過量供應(yīng)。但采用高壓供氣，在增加系統(tǒng)的成本的同時，會 增加系統(tǒng)密封的難度，釆用較高程度的過量供應(yīng)空氣，會增加流道內(nèi)氣體流速， 使反應(yīng)生成的水很容易被空氣帶走，使質(zhì)子交換膜出現(xiàn)缺水現(xiàn)象，影響燃料電 池的發(fā)電性能。另外上述方法可以稍稍提高單電池的氧氣供應(yīng)，但無法使單電 池分配到的氧氣更均勻。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種燃料電池組，它可以使每片單電池分配到的氣體更為 均勻，這樣單電池有足夠的氧氣參與電化學(xué)反應(yīng)，提高了燃料電池組的性能， 使電池組更為安全穩(wěn)定運行。本實用新型可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種燃料電池組，它由若干個單電池、主進(jìn)氣通道、主出氣通道以及兩側(cè) 固定用的端板組成，單電池的流場板流道進(jìn)出口分別與主進(jìn)氣通道、主出氣通 道相連通，主進(jìn)氣通道或主出氣通道上設(shè)有耐腐蝕的擋片，所述擋片使單電池 分配到的氣體更為均勻。在本實用新型中，所述主進(jìn)氣通道或主出氣通道上間隔設(shè)有多塊擋片，擋片面積不大于通道截面的1/3。槽道開在相鄰單電池之間接觸的流場板上，擋板粘在所開槽道中。主進(jìn)氣通道上在第一、二單電池接觸的流場板背面設(shè)有擋 片，以提高第一單電池的進(jìn)氣量。當(dāng)單電池面積較大或流道拐彎較多時，需要 的進(jìn)氣量也更大，所述擋片對著主進(jìn)氣方向的一面呈凹面狀，反之可以為凸面。 本實用新型由于釆用了以上技術(shù)方案，主進(jìn)氣通道或主出氣通道內(nèi)間隔設(shè) 有多塊擋片，擋片可以有效地將主進(jìn)氣通道或主出氣通道內(nèi)的氧氣或燃料氣體 更為均勻地分配到各單電池中，單電池有足夠的氧氣或燃料氣體參與電化學(xué)反 應(yīng)，有利于提高單電池的性能，提高電池組運行的穩(wěn)定性和壽命。擋片不大于通道截面的1/3,既保證擋片前的單電池能得到足量的氣體，又保證有足量的 氣體迅速流動到擋片后的單電池中。擋片安裝粘附在流場板上，方便了擋片的 安裝。擋片具有一定凸面或凹面形狀，加強了擋片截流分配氣體的作用。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
，對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖圖2為一種擋片示意圖圖3為另一種擋片示意圖圖4為第三種擋片示意圖具體實施方式
參照圖l,燃料電池組包括若干個單電池l、兩側(cè)固定用的端板2、 一個5
主進(jìn)氣通道3和一個主出氣通道4，單電池1的流場板流道進(jìn)出口分別與主進(jìn) 氣通道3、主出氣通道4相連通，在主進(jìn)氣通道3或主出氣通道4內(nèi)設(shè)有若干 擋片5,所述擋片5使單電池分配到的氣體更為均勻。圖中的擋片5可粘在方 便擋片放置的流場板背面開設(shè)的槽道中。擋片.5的數(shù)量和位置并不限于圖中所 示的數(shù)量和位置，可以根據(jù)電池組的大小以及主進(jìn)氣、出氣通道的截面尺寸進(jìn) 行調(diào)整，擋片5的大小一般不大于通道截面的1/3。在第一片單電池流場板流 道進(jìn)、出口之后一般設(shè)有擋片5以提高第一片單電池的進(jìn)氣量，之后隔若干個 單電池再增有擋片5,從而使整個電池組的氣體分配更為均勻，使電池組的性 能保持在較佳狀態(tài)。擋片5形狀可以為各種形狀，如矩形、十字形，上部面積大下部面積小等 各種形狀。圖2、圖3和圖4分別為Y形、十字形、菱形等幾種可以較好截流 效果的擋片示意圖。另外擋片5可以加工為具有一定凸面或凹面形狀以利于加 強它截流分配氣體的能力，擋片5的材質(zhì)可以為各種耐腐蝕具有一定硬度的金 屬、塑料、石墨及其他非金屬材料。
權(quán)利要求1、一種燃料電池組，它由若干個單電池(1)、主進(jìn)氣通道(3)、主出氣通道(4)以及兩側(cè)固定用的端板(2)組成，單電池的流場板流道進(jìn)出口分別與主進(jìn)氣通道(3)、主出氣通道(4)相連通，其特征在于主進(jìn)氣通道(3)或主出氣通道(4)上設(shè)有耐腐蝕的擋片(5)，所述擋片(5)使每片單電池(1)分配到的氣體更為均勻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池組，其特征在于所述主進(jìn)氣通道(3) 或主出氣通道(4)上間隔設(shè)有多塊擋片(5)，擋片(5)面積不大于通道截面 的1/3。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的燃料電池組，其特征在于所述擋片(5) 粘在兩相鄰單電池接觸的流場板背面開設(shè)的槽道中，所述擋片(5)位于需要增 加氣流量的單電池(1)后面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池組，其特征在于所述主進(jìn)氣通道上在第 一、二片單電池接觸的流場板背面設(shè)有擋片(5)，以提高第一單電池的進(jìn)氣量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的燃料電池組，其特征在于所述擋片(5) 對著主進(jìn)氣方向的一面呈凸面狀或凹面狀。
專利摘要本實用新型公開了一種燃料電池組，它由若干個單電池(1)、主進(jìn)氣通道(3)、主出氣通道(4)以及兩側(cè)固定用的端板(2)組成，單電池(1)的流場板流道進(jìn)出口分別與主進(jìn)氣通道(3)、主出氣通道(4)相連通，主進(jìn)氣通道(3)或主出氣通道(4)上設(shè)有耐腐蝕的擋片(5)，所述擋片(5)使單電池分配到的氣體更為均勻。它在盡量不改變原有通道結(jié)構(gòu)的情況下，有效地使主通氣道內(nèi)的氧氣或燃料氣體更為均勻地分配到各單電池中，單電池有足夠的氣體參與電化學(xué)反應(yīng)，有利于提高單電池的性能，提高電池組運行的穩(wěn)定性和壽命。
文檔編號H01M8/24GK201051523SQ20072003683
公開日2008年4月23日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者岳江寧, 坤 薛, 邢志勇 申請人:春蘭(集團)公司