專利名稱：常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，具體地說是一種常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池在交通工具、發(fā)電設(shè)備、軍事、潛艇、航天和航空等各個領(lǐng)域中均有應用，其前景十分廣闊。美國專利NO.5991670公開了一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括至少一個燃料電池堆和由燃料電池堆供電的多個電負載，其中有驅(qū)動車輛的電動機，以及為燃料電池提供氧氣的壓縮機；燃料電池堆所輸出的電能取決于壓縮機的轉(zhuǎn)速等，該發(fā)明未涉及電池結(jié)構(gòu)。美國專利NO.6110611公開了一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是質(zhì)子交換膜燃料電池，但其中必須包括至少一臺可控制其轉(zhuǎn)速的壓縮機，該發(fā)明未涉及電池結(jié)構(gòu)。美國專利NO.6190791公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，包括質(zhì)子交換膜燃料電池與為該電池提供空氣的第一臺壓縮機，以及與之相匹配的驅(qū)動第一臺壓縮機的第一臺膨脹機，同時不包括用以作為熱源的催化燃燒器等，該發(fā)明未涉及電池結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不采用壓縮機的常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池及其系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池，采用常壓空氣做氧化劑，雙極板上具有固定尺寸的空氣通道。
其中所述電池電極板的工作面積的長寬比為3～6∶1～2；所述雙極板為表面進行修飾過的金屬板。
一種常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，由雙極板上具有固定尺寸空氣通道的單電池組構(gòu)成，采用常壓空氣做氧化劑，空氣流動的動力源由出口風壓6～10毫米水柱的小型換氣扇提供。
其中所述換氣扇為普通電腦用小型換氣扇；所述換氣扇所消耗的能量為質(zhì)子交換膜燃料電池組自身提供；所述電池中除雙極板和集流板及MEA的電化學活性部分外，其余部件均采用非金屬的工程塑料材料制成。
固定尺寸空氣通道的制作是采用一層薄金屬片，沖壓成型，使其兩側(cè)分別局部凸起，凸起的高度按電池所需空氣量確定，以金屬片的機械強度和MEA性能確定兩相鄰凸起間的距離和凸起的面積。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.質(zhì)量輕，應用方便。本發(fā)明可為用戶提供一種方便可靠的隨身攜帶的小功率氫空氣質(zhì)子交換膜燃料電池。
2.適應性廣。本發(fā)明受外界因素影響小，可為用戶提供方便可靠的驅(qū)動電動助力車或其它可供行使或航行的交通工具的小功率電源系統(tǒng)。
3.成本低。本發(fā)明不采用壓縮機為燃料電池提供空氣做氧化劑，其電池結(jié)構(gòu)可為用戶開發(fā)其它較大規(guī)模的空氣質(zhì)子交換膜燃料電池提供借鑒。


圖1為實施例1雙極板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1A為圖1氫氣側(cè)網(wǎng)狀流場示意圖。
圖2為空氣側(cè)流場外形示意圖。
圖3為本發(fā)明電池組整體結(jié)構(gòu)圖。
圖4為實施例1電池組特性曲線圖。
圖5為實施例1單電池的均勻性曲線圖。
圖6為實施例2氫氣側(cè)石墨溝槽流場示意圖。
圖7為實施例2空氣側(cè)石墨流場示意圖。
圖8為本發(fā)明實施例2電池組整體結(jié)構(gòu)圖。
圖9為實施例2電池組特性曲線圖。
圖10為實施例2單電池的均勻性曲線圖。
圖11為實施例3雙極板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為實施例3電池組特性曲線圖。
圖13為實施例3單電池的均勻性曲線圖。
具體實施例方式
以下實例電池的基本結(jié)構(gòu)為兩端是起夾持作用的端板6，端板6的外側(cè)設(shè)有燃料氣體氫氣的進出口接嘴，兩板端板6的內(nèi)側(cè)置有集流板，該集流板7分別承擔氫電極和空氣電極的集流功能；在兩片集流板7之間是與之相平行的雙極板9，在集流板7與各雙極板9之間均設(shè)置有MEA(三合一)8。
實施例1以美國牌號304不銹鋼板在其表面按常規(guī)技術(shù)進行必要的修飾后，按照圖1(其中1為尺寸穩(wěn)定的空氣通道，2為燃料氣進出之孔道，3為工作面積)的形式制備雙極板，以金屬網(wǎng)狀流場填充氫氣側(cè)(示于圖1)，以美國牌號304不銹鋼板按照圖2的外形尺寸制備空氣側(cè)流場；在雙極板兩側(cè)以橡膠制備的密封進行對氫氣側(cè)的密封，該電池的電極工作面積的長寬比即B∶A＝3∶1，該電池組以23節(jié)單電池構(gòu)成電池組，選用市場出售的電腦用普通12V直流電換氣扇，該換氣扇的出口風壓低于8毫米水柱，如圖3(其中4為空氣進出方向，5為氫氣進出方向，6為端板，7為空氣集流板，8為MEA，9為雙極板)結(jié)構(gòu)整體組裝并在氫氣側(cè)送入普氫氣體；該電池組選用自制的空氣電池MEA，所取得的電池特性曲線與諸單電池的均勻性曲線分別示于圖4(實驗條件環(huán)境溫度17℃，相對濕度70％，氫氣增濕)與圖5(實驗條件環(huán)境溫度17℃，相對濕度70％，氫氣增濕)。其中換氣扇所消耗的能量為本發(fā)明電池組自身提供。
實施例2以GB/T3880-97鋁板按照圖1的形式制備雙極板，該板材表面可在注塑前或后進行鍍銀處理，按照圖6的形式制備石墨流場填充氫氣側(cè)，按照圖7的形式制備石墨流場填充空氣側(cè)；在雙極板兩側(cè)以橡膠制備的密封進行對氫氣側(cè)的密封，該電池的電極工作面積的長寬比即B∶A＝2∶0.8，該電池組以47節(jié)單電池構(gòu)成電池組，選用市場出售的電腦用普通24V直流電換氣扇，該換氣扇的出口風壓低于8毫米水柱，如圖8(其中4為空氣進出方向，5為氫氣進出方向，6為端板，7為空氣集流板，8為MEA，9為雙極板)結(jié)構(gòu)整體組裝并在氫氣側(cè)送入普氫氣體；該電池組選用自制的空氣電池MEA，所取得的電池特性曲線與諸單電池的均勻性曲線分別示于圖9(實驗條件環(huán)境溫度20℃，相對濕度68％，氫氣增濕)與圖10(實驗條件環(huán)境溫度20℃，相對濕度68％，氫氣增濕)。其中換氣扇所消耗的能量為本發(fā)明電池組自身提供。
實施例3以美國牌號304不銹鋼板按照圖11(其中1為尺寸穩(wěn)定的空氣通道，2為燃料氣進出之孔道，3為工作面積)的形式制備雙極板，按照圖6的形式制備石墨流場填充氫氣側(cè)，以美國牌號304不銹鋼板按照圖2的形式制備空氣側(cè)流場；在雙極板兩側(cè)以橡膠制備的密封進行對氫氣側(cè)的密封，該電池的電極工作面積的長寬比即B∶A＝2∶0.8，該電池組以47節(jié)單電池構(gòu)成電池組，選用市場出售的電腦用普通12V直流電換氣扇，該換氣扇的出口風壓低于8毫米水柱，如圖3結(jié)構(gòu)整體組裝并在氫氣側(cè)送入普氫氣體；該電池組選用自制的空氣電池MEA，所取得的電池特性曲線與諸單電池的均勻性曲線分別示于圖12(實驗條件環(huán)境溫度18℃，相對濕度74％，氫氣增濕)與圖13(實驗條件環(huán)境溫度18℃，相對濕度74％，氫氣增濕)。其中換氣扇所消耗的能量為本發(fā)明電池組自身提供。
權(quán)利要求
1.常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于采用常壓空氣做氧化劑，雙極板(9)上具有固定尺寸的空氣通道(1)。
2.按照權(quán)利要求1所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于電池電極板的工作面積(3)的長寬比為3～6∶1～2。
3.按照權(quán)利要求1所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于所述雙極板(9)為表面進行修飾過的金屬板。
4.一種權(quán)利要求1所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池的制備方法，其特征在于所述雙極板(9)是采用一層薄金屬片，沖壓成型，使其兩側(cè)分別局部凸起，凸起的高度按電池所需空氣量確定，以金屬片的機械強度和MEA(8)性能確定兩相鄰凸起間的距離和凸起的面積。
5.一種應用權(quán)利要求1所述電池組成的常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，其特征在于由雙極板(9)上具有固定尺寸空氣通道(1)的單電池組構(gòu)成，采用常壓空氣做氧化劑，空氣流動的動力源由出口風壓6～10毫米水柱的小型換氣扇提供。
6.按照權(quán)利要求5所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述換氣扇為普通電腦用小型換氣扇。
7.按照權(quán)利要求5所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述換氣扇所消耗的能量為質(zhì)子交換膜燃料電池組自身提供。
8.按照權(quán)利要求5所述常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述電池中除雙極板(9)和集流板(7)及MEA(8)的電化學活性部分外，其余部件均采用非金屬的工程塑料材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，具體地說是一種常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池及其系統(tǒng)。常壓空氣做氧源的低功率質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，由雙極板上具有固定尺寸空氣通道的單電池組構(gòu)成，采用常壓空氣做氧化劑，空氣流動的動力源由出口風壓6～10毫米水柱的小型換氣扇提供。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.質(zhì)量輕，應用方便；可為用戶提供一種方便可靠的隨身攜帶的小功率氫空氣質(zhì)子交換膜燃料電池。2.適應性廣；受外界因素影響小，可為用戶提供方便可靠的驅(qū)動電動助力車等交通工具的小功率電源系統(tǒng)。3.成本低；不采用壓縮機為燃料電池提供空氣做氧化劑，電池結(jié)構(gòu)可為用戶開發(fā)其它較大規(guī)模的空氣質(zhì)子交換膜燃料電池提供借鑒。
文檔編號H01M8/02GK1512613SQ0215887
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月28日
發(fā)明者衣寶廉, 韓明, 張恩浚, 明平文, 回曉康 申請人:大連新源動力股份有限公司