專利名稱：一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部水管理。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它直接貯存在燃料與氧 化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly, 簡稱MEA)。質(zhì)子交換膜燃料電池膜內(nèi)的水狀態(tài)與工作性能密切相關(guān)。水的流進(jìn)和流出管理 不當(dāng)，將出現(xiàn)水淹和干化現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)中，燃料電池內(nèi)部水管理的方法為控制燃料進(jìn)氣濕 度，控制陰極側(cè)空氣流速，陽極側(cè)脈沖排放，陽極側(cè)引入回流等方法。現(xiàn)有技術(shù)的方法都是 控制進(jìn)入燃料電池的反應(yīng)氣體濕度、流速和流量來進(jìn)行電池內(nèi)部水管理的，屬于間接管理， 易出現(xiàn)水淹和干化現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種燃料電池內(nèi)部水管理的裝置，直接進(jìn)行膜電極內(nèi)的 水管理，防止燃料電池內(nèi)部出現(xiàn)水淹和干化的現(xiàn)象。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi) 部水管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所述基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理 裝置還包括多孔膜片，所述多孔膜片夾放在膜電極MEA和陰極側(cè)極板之間，膜片的一邊伸 出陰極側(cè)的極板外，多孔膜片伸出陰極側(cè)極板外的部分與電滲泵多孔親水介質(zhì)濾波器相連 通，多孔膜片上的孔開在陰極側(cè)極板與膜電極MEA不接觸的位置，多孔膜片與膜電極接靠 的部分鏤空；所述電滲泵由多孔親水介質(zhì)濾波器、兩側(cè)夾板外殼、雙電層、正電極、負(fù)電極和 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源組成，多孔親水介質(zhì)濾波器的下表面的前部與多孔膜片伸出陰極側(cè)極板 外的部分接靠，多孔親水介質(zhì)濾波器的下表面的后部與形成雙電層的部件上端面接靠，多 孔親水介質(zhì)濾波器的上表面與正電極的表面接靠，負(fù)電極的表面與形成雙電層的部件下端 面接靠，正、負(fù)電極與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電連接，兩側(cè)夾板外殼上開有排水孔，多孔親水介 質(zhì)濾波器、多孔雙電層、電極置于兩側(cè)夾板外殼內(nèi)。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述多 孔膜片由親水的熱、電的良導(dǎo)體材料制成。親水的熱、電的良導(dǎo)體材料是親水碳紙、導(dǎo)電無 紡布、親水有機(jī)導(dǎo)電膜(如聚苯胺復(fù)合膜)中的任意一種。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述多 孔膜片上孔的孔徑為0. Iym-Imm級的孔隙，這類孔隙對水具有強(qiáng)烈的毛細(xì)作用。多孔膜片的厚度為10 μ m—300 μ m。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述電 滲泵的雙電層為多孔雙電層。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述電 滲泵的雙電層為多孔玻璃雙電層。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述多 孔親水介質(zhì)濾波器是用半導(dǎo)體工藝中常用方法制作的具有機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)的多孔絕
3緣膜。本實用新型所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述電 滲泵的正、負(fù)電極是網(wǎng)狀電極。本實用新型的原理是燃料電池內(nèi)部液態(tài)水因多孔膜片的毛細(xì)作用聚集在多孔膜 片上，多孔膜片與電滲泵的多孔親水介質(zhì)濾波器連通，多孔玻璃吸附陰離子，形成雙電層， 水?dāng)y帶陽離子，在電壓的作用下，攜帶陽離子的水向電源負(fù)極移動，通過多孔玻璃雙電層及 電極排出燃料電池。燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部生成的水隨著電流密度增大而增大。對燃料電池內(nèi)部的水管 理，必須隨燃料電池電流密度的變化進(jìn)行調(diào)整，電滲泵的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源具有電壓可調(diào) 的功能，通過調(diào)節(jié)電滲泵電源電壓，就可對燃料電池內(nèi)部進(jìn)行有效的水管理。本實用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、能有效的對燃料電池內(nèi)部水進(jìn)行管理，尤其在燃料電池高載運(yùn)行時，可提高燃 料電池工作的極限電流；2、輔助功耗小，約占燃料電池的總輸出的0. 85-2% ；3、該系統(tǒng)簡單，安全可靠，且無噪音。
本實用新型共有附圖三幅，其中圖1是基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A向剖面圖；圖3是圖1的B-B向剖面圖；圖4是伏安特性對比實驗曲線圖。附圖中，1、膜電極(MEA)，2、陰極側(cè)極板，3、多孔膜片，4、水，5、多孔親水介質(zhì)濾波 器，6、外殼，7、正電極，8、雙電層，9、直流電源，10、負(fù)電極。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步描述。多孔膜片3是厚度0. 15mm的親水碳紙，多孔膜片3夾放在膜電極MEAl和陰極側(cè) 極板2之間，多孔膜片3的一邊伸出陰極側(cè)極板2外，多孔膜片3伸出陰極側(cè)極板2外的部 分與電滲泵多孔親水介質(zhì)濾波器5相連通，多孔膜片3上的孔開在陰極側(cè)極板2與膜電極 MEAl不接觸的位置，多孔膜片3與膜電極1接靠的部分鏤空。電滲泵由多孔親水介質(zhì)濾波器5、兩側(cè)夾板外殼6、雙電層8、電極7、10和可調(diào)直流 穩(wěn)壓電源9組成，雙電層8為多孔玻璃雙電層，多孔親水介質(zhì)濾波器5是用半導(dǎo)體工藝中常 用方法制作的具有足夠機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)的多孔絕緣膜，多孔親水介質(zhì)濾波器5的下表 面的前部與多孔膜片3伸出陰極側(cè)極板2外的部分接靠，多孔親水介質(zhì)濾波器5的下表面 的后部與多孔玻璃雙電層8 —側(cè)接靠，多孔親水介質(zhì)濾波器5的上表面與正電極7的表面 接靠，負(fù)電極10的表面與多孔玻璃雙電層8另一側(cè)接靠，正、負(fù)電極是銅絲網(wǎng)電極，正、負(fù)電 極與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源9電連接，兩側(cè)夾板外殼6上開有排水孔，多孔親水介質(zhì)濾波器5、多 孔雙電層8、電極7、10置于兩側(cè)夾板外殼6內(nèi)。外殼采用亞克里玻璃制作。將不加電滲泵與加電滲泵的燃料電池電堆進(jìn)行伏安特性對比試驗。試驗結(jié)果表 明，加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲線優(yōu)于不加電滲泵的燃料電池電堆進(jìn)行伏安特性曲線，曲線如附圖4。附圖4中帶星點(diǎn)的曲線是加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲 線，帶方點(diǎn)的曲線是不加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲線。 作為實施例，多孔膜片還可以是導(dǎo)電無紡布或聚苯胺復(fù)合膜；多孔雙電層還可以 是吸附陽離子的多孔材料構(gòu)成的多孔雙電層；正負(fù)電極還可以是其他金屬制作的網(wǎng)狀電 極。
權(quán)利要求1.一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所 述基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置還包括多孔膜片(3)，所述多孔膜片( 夾放在 膜電極MEA⑴和陰極側(cè)極板(2)之間，多孔膜片(3)的一邊伸出陰極側(cè)極板(2)夕卜，多孔膜 片(3)伸出陰極側(cè)極板( 外的部分與電滲泵多孔親水介質(zhì)濾波器( 相連通，多孔膜片 ⑶上的孔開在陰極側(cè)極板⑵與膜電極MEA⑴不接觸的位置，多孔膜片(3)與膜電極⑴ 接靠的部分鏤空；所述電滲泵由多孔親水介質(zhì)濾波器(5)、兩側(cè)夾板外殼(6)、雙電層(8)、 正電極(7)、負(fù)電極(10)和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源(9)組成，多孔親水介質(zhì)濾波器(5)的下表面 的前部與多孔膜片( 伸出陰極側(cè)極板( 外的部分接靠，多孔親水介質(zhì)濾波器(5)的下 表面的后部與形成雙電層的部件上端面接靠，多孔親水介質(zhì)濾波器(5)的上表面與正電極(7)的表面接靠，負(fù)電極(10)的表面與形成雙電層的部件下端面接靠，正、負(fù)電極與可調(diào)直 流穩(wěn)壓電源(9)電連接，兩側(cè)夾板外殼(6)上開有排水孔，多孔親水介質(zhì)濾波器(5)、雙電層(8)、電極(7、10)置于兩側(cè)夾板外殼(6)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片⑶由親水的熱、電的良導(dǎo)體材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 親水的熱、電的良導(dǎo)體材料是親水碳紙、導(dǎo)電無紡布、親水有機(jī)導(dǎo)電膜中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片⑶上孔的孔徑為0. Iym-Imm級的孔隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片⑶的厚度為10μπι--300μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 電滲泵的雙電層(8)為多孔雙電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 多孔雙電層是多孔玻璃雙電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 多孔親水介質(zhì)濾波器( 是具有機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)的多孔絕緣膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，其特征在于所述 電滲泵的正、負(fù)電極是網(wǎng)狀電極。
專利摘要一種基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所述基于電滲泵的燃料電池內(nèi)部水管理的裝置還包括多孔膜片，所述多孔膜片夾放在膜電極(MEA)和陰極側(cè)的極板之間，膜片的一邊伸出陰極側(cè)的極板外，多孔膜片伸出陰極側(cè)的極板外的部分與電滲泵多孔介質(zhì)濾波器相連通，多孔膜片上的孔開在陰極側(cè)極板與膜電極(MEA)不接觸的位置，多孔膜片與膜電極接靠的部分鏤空。本實用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)能有效的對燃料電池內(nèi)部水進(jìn)行管理，尤其在燃料電池高載運(yùn)行時，可提高燃料電池工作的極限電流；輔助功耗小，約占燃料電池的總輸出的0.85-2％；可提高燃料電池的壽命及可靠性，該裝置簡單，安全可靠，且無噪音。
文檔編號H01M8/04GK201859914SQ20102050069
公開日2011年6月8日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者侯中軍, 徐麗雙, 江洪春, 王仁芳, 秦連慶, 程月洲 申請人:新源動力股份有限公司