專利名稱：一種帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種帶有空氣供應(yīng)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)以上的單電池通常可通過(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)有專利“一種節(jié)能型燃料電池”(專利號(hào)為02279853.6)中，燃料電池堆的空氣供應(yīng)技術(shù)方法如圖1所示，通過(guò)在燃料電池堆的上、下側(cè)布置鼓風(fēng)扇層1’和吸風(fēng)扇層3’，從而達(dá)到輸送空氣至電堆2’的作用。
上述現(xiàn)有技術(shù)存在一定的缺陷①如果燃料電池堆較長(zhǎng)，整個(gè)燃料電池堆上側(cè)端面的空氣入口面積較大的話，則需要若干個(gè)鼓風(fēng)扇并排齊吹才可以讓常壓空氣同時(shí)穿過(guò)燃料電池堆。同樣下側(cè)也相應(yīng)的需要若干個(gè)吸風(fēng)扇。這樣風(fēng)扇的多個(gè)分布勢(shì)必會(huì)增加燃料電池系統(tǒng)的復(fù)雜性，并使整個(gè)系統(tǒng)的功率密度降低。
②上、下側(cè)風(fēng)扇在運(yùn)行的過(guò)程中形成空氣流，無(wú)法在整個(gè)燃料電池堆中所有的空氣導(dǎo)流板上均勻分布。
③容易將灰塵、水、雜質(zhì)等有害物質(zhì)帶入燃料電池堆，留在各個(gè)空氣導(dǎo)流板內(nèi)。

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(shù)存在的缺陷而提供一種可使電堆中空氣流動(dòng)更加均勻，有利于提高電池運(yùn)行穩(wěn)定性的帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種帶有空氣供應(yīng)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，還包括空氣供應(yīng)裝置，該空氣供應(yīng)裝置包括風(fēng)機(jī)、空氣集流罩，所述的空氣集流罩將燃料電池堆一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面罩住，在空氣集流罩的中間位置開孔，開孔處與風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口相連；當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，由于空氣集流罩的作用而產(chǎn)生負(fù)壓，使電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面處的空氣被吸入。
所述的電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面鋪設(shè)一層空氣過(guò)濾網(wǎng)。
所述的導(dǎo)流極板包括空氣導(dǎo)流極板、氫氣導(dǎo)流極板，其中，所述的空氣導(dǎo)流極板設(shè)有多條空氣導(dǎo)流槽，該空氣導(dǎo)流槽從空氣導(dǎo)流板的一側(cè)直接穿到另一側(cè)，在多塊空氣導(dǎo)流板、膜電極、氫氣導(dǎo)流板疊加后，整個(gè)燃料電池堆的一側(cè)形成空氣入口，另一側(cè)形成空氣出口。
所述的燃料電池堆還設(shè)有供氫夾板，該供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出導(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，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①采取了空氣集流罩，使得整個(gè)燃料電池堆中的每塊空氣導(dǎo)流板中的空氣流動(dòng)均勻。
②空氣集流罩的開孔與風(fēng)機(jī)吸入口相連接，很容易通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制空氣流量，控制燃料電池堆的穩(wěn)定運(yùn)行。
③在燃料電池的另一端面，鋪上一層過(guò)濾網(wǎng)，來(lái)?yè)趸覊m和雜質(zhì)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)一種節(jié)能型燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明另一側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例如圖2、圖3所示，一種帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆，長(zhǎng)寬高尺寸為275mm×83mm×132mm，該燃料電池堆包括膜電極、導(dǎo)流極板、集流母板、前后端板、緊固拉桿，還包括空氣供應(yīng)裝置，該空氣供應(yīng)裝置包括風(fēng)機(jī)3、空氣集流罩5，所述的空氣集流罩5將燃料電池堆一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面罩住，在空氣集流罩的中間位置開孔4，開孔4處與風(fēng)機(jī)3的吸風(fēng)口相連；當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，由于空氣集流罩5的作用而產(chǎn)生負(fù)壓，使電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面處的空氣被吸入。所述的電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面鋪設(shè)一層空氣過(guò)濾網(wǎng)6。
所述的燃料電池堆還設(shè)有供氫夾板，該供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出導(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1、2，該氫氣進(jìn)、出流道1、2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。
如圖2所示，本實(shí)施例風(fēng)機(jī)3是一種可調(diào)速，由無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)的，功耗很小，效率又高。風(fēng)機(jī)3的功率為小于30W。燃料電池堆的空氣導(dǎo)流槽其中一端面用空氣集流罩5覆蓋住，風(fēng)機(jī)3的吸風(fēng)口與集流罩中間開孔處4相連接。而電堆的空氣導(dǎo)流槽另一端面鋪上過(guò)濾層6。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。
權(quán)利要求
1.一種帶有空氣供應(yīng)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，還包括空氣供應(yīng)裝置，該空氣供應(yīng)裝置包括風(fēng)機(jī)、空氣集流罩，所述的空氣集流罩將燃料電池堆一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面罩住，在空氣集流罩的中間位置開孔，開孔處與風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口相連；當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，由于空氣集流罩的作用而產(chǎn)生負(fù)壓，使電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面處的空氣被吸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面鋪設(shè)一層空氣過(guò)濾網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的導(dǎo)流極板包括空氣導(dǎo)流極板、氫氣導(dǎo)流極板，其中，所述的空氣導(dǎo)流極板設(shè)有多條空氣導(dǎo)流槽，該空氣導(dǎo)流槽從空氣導(dǎo)流板的一側(cè)直接穿到另一側(cè)，在多塊空氣導(dǎo)流板、膜電極、氫氣導(dǎo)流板疊加后，整個(gè)燃料電池堆的一側(cè)形成空氣入口，另一側(cè)形成空氣出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有空氣供應(yīng)裝置的節(jié)能型燃料電池堆，其特征在于，所述的燃料電池堆還設(shè)有供氫夾板，該供氫夾板上設(shè)有氫氣進(jìn)、出導(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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有空氣供應(yīng)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，還包括空氣供應(yīng)裝置，該空氣供應(yīng)裝置包括風(fēng)機(jī)、空氣集流罩，所述的空氣集流罩將燃料電池堆一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面罩住，在空氣集流罩的中間位置開孔，開孔處與風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口相連；當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)，由于空氣集流罩的作用而產(chǎn)生負(fù)壓，使電池堆另一側(cè)所有空氣導(dǎo)流槽集合成的端面處的空氣被吸入。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可使電堆中空氣流動(dòng)更加均勻，有利于提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1929178SQ20051002943
公開日2007年3月14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