CN100414758C - 一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，包括膜电极、导流极板、集流母板、前后端板、紧固拉杆，还包括氢气供给装置，该装置由供氢夹板组成，所述的供氢夹板上设有氢气进、出的导流孔，该导流孔与导流极板上的氢气导流孔相对应，所述的供氢夹板侧面设有氢气进、出流道，该氢气进、出流道与上述氢气进、出导流孔相通，所述的供氢夹板设在电池堆的中部。与现有技术相比，本发明可使进入电堆的氢气分布更加均匀、合理，有利于提高电池运行稳定性，并且易于装配。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
上海神力科技有限公司现有专利“一种节能型燃料电池”(专利号为02279853.6)中，燃料电池堆的集成是靠前、后两块面板来夹持。而燃料电池堆的氢气供应是从电池堆的前板进入，后板或前板排出。现有技术存在一定的缺陷：
①遇到在单电池数目较多的情况下，燃料电池堆集成后就显得比较长，若还是采用前、后面板夹持的方法来集成的话，这个前、后板的夹持就比较困难，容易使前、后板歪斜，引起整个电池堆歪斜，不易装配。
②在堆比较长的情况下，氢气如果从前面板进，要在众多单电池中均匀分配氢气流量，将会产生氢气分布不均匀问题，从而会降低电堆工作的稳定性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可使进入电堆的氢气分布更加均匀、合理，有利于提高电池运行稳定性，并且易于装配的带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，包括膜电极、导流极板、集流母板、前后端板、紧固拉杆，其特征在于，还包括氢气供给装置，该装置由供氢夹板组成，所述的供氢夹板上设有氢气进、出的导流孔，该导流孔与导流极板上的氢气导流孔相对应，所述的供氢夹板侧面设有氢气进、出流道，该氢气进、出流道与上述氢气进、出导流孔相通，所述的供氢夹板设在电池堆的中部。
所述的供氢夹板将燃料电池堆分隔为左、右两个分堆，该两个分堆的单电池数相等。
所述的供氢夹板两侧分别紧贴两块集流母板，该两块集流母板与电池堆最前端、最后端的另两块集流母板相对应。
所述的前、后端板及拉杆将电池堆紧固在一起成为一体。
所述的左、右两个分堆可以串联连接，也可以并联连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
①在单电池数目较多的情况下，这个刚性好、强度高、表面平整度高的供氢夹板所集成的燃料电池堆很紧固，不易弯曲。
②氢气从中间夹板进入，向两旁的分堆流动、扩散，然后经过循环再集中由中间夹板排出，这样使得氢气在燃料电池堆中的分布更均匀，更合理。
③可以根据实际需要，燃料电池堆可通过夹板两侧放置集流母板，将两分堆串联或并联来调节所需的电压。(并联电压是串联电压的一半。)
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明供氢夹板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1、图2所示，一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，长宽高尺寸为275mm×83mm×132mm，该燃料电池堆包括由膜电极与导流极板组成的单电池11，集流母板3、5、6、7，前后端板8、9，紧固拉杆10，还包括氢气供给装置，该装置由供氢夹板4组成，所述的供氢夹板4上设有氢气进、出的导流孔(A)(B)，该导流孔(A)(B)与导流极板上的氢气导流孔(图未示)相对应，所述的供氢夹板4侧面设有氢气进、出流道1、2，该氢气进、出流道1、2与上述氢气进、出导流孔(A)(B)相通，所述的供氢夹板4设在电池堆的中部。
本实施例燃料电池堆的两小分堆分别由40片单电池11集成，该中间供氢夹板4恰好放在堆中部。该夹板两侧分别贴紧两块集流母板5与6，跟电池堆最前端与最后端紧贴另两块集流母板3和7相对应。再通过前端板8和后端板9以及拉杆10将电堆紧固在一起成为一体。该燃料电池功率可达100～300W。两小分堆串联起来可输出40～80V左右电压，并联起来则可以输出20～40V左右的电压。电压的高低可根据实际需要来连接。由于氢气是从中间夹板处供应，所以燃料电池的发电稳定性大大提高。
Claims (5)
1. 一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，包括膜电极、导流极板、集流母板、前后端板、紧固拉杆，其特征在于，还包括氢气供给装置，该装置由供氢夹板组成，所述的供氢夹板上设有氢气进、出的导流孔，该导流孔与导流极板上的氢气导流孔相对应，所述的供氢夹板侧面设有氢气进、出流道，该氢气进、出流道与上述氢气进、出导流孔相通，所述的供氢夹板设在电池堆的中部。
2. 根据权利要求1所述的一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，其特征在于，所述的供氢夹板将燃料电池堆分隔为左、右两个分堆，该两个分堆的单电池数相等。
3. 根据权利要求1或2所述的一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，其特征在于，所述的供氢夹板两侧分别紧贴两块集流母板，该两块集流母板与电池堆最前端、最后端的另两块集流母板相对应。
4. 根据权利要求1所述的一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，其特征在于，所述的前、后端板及拉杆将电池堆紧固在一起成为一体。
5. 根据权利要求2所述的一种带有氢气供给装置的节能型燃料电池堆，其特征在于，所述的左、右两个分堆串联连接或并联连接。
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