CN104617324A - 一种具有测试功能的燃料电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有测试功能的燃料电池组，包括：阳极端板，所述阳极端板的内侧壁铺设有阳极绝缘板；阴极端板，所述阴极端板的内侧壁铺设有阴极绝缘板；至少两个相互独立的燃料电池，每个所述燃料电池均夹设在所述阳极绝缘板和所述阴极绝缘板之间。这种组合式结构的燃料电池组使得若干个待测试的燃料电池共用相同的阳极端板和阴极端板，在对燃料电池的关键材料进行测试研究时，可分别将数个不同种的膜电极或导流电极板等关键材料分别组装到各个独立的燃料电池中，能够使各个被测试材料在同一温度环境下进行测试，具有测试结果精确、测试材料利用率高的优点。

Description

一种具有测试功能的燃料电池组
技术领域
本发明涉及燃料电池，具体是涉及一种具有测试功能的燃料电池组。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂直接转化为电能及反应产物的发电装置。由于燃料电池具有能量转化效率高、发电效率高、负荷响应快，运行质量高、过负载能力强等优点，具有广阔的发展前景。
典型的燃料电池包括：作为内部核心部件的膜电极，膜电极由一层离子交换膜和两片夹设该离子交换膜的可导电材料(如碳纸)组成；两块分别放置在膜电极两侧的导流电极板(如石墨板)，每块导流电极板在与膜电极接触的表面形成有至少一条导流槽；燃料导流通道，与其中一个导流电极板上的导流槽相连通；以及氧化剂气体导流通道，与另一个导流电极板上的导流槽相连通。
在上述这种结构的燃料电池中，两个导流槽分别将燃料和氧化剂气体导入膜电极两边的阳极区和阴极区，在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过碳纸，并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离子交换膜。到达膜电极的阴极端；在膜电极的阴极端，氧化剂气体通过渗透穿过碳纸，并发生电化学反应得到电子，形成负离子。从阳极端端迁移过来的正离子与在阴极端形成的阴离子发生反应，形成反应产物。膜电极的两侧可用导电物体将发生电化学反应过程中产生的电子通过外电路引出，从而构成燃料电池的电流回路。
在上述典型燃料电池的结构基础上，现有技术公开了多种由数个相互独立的模块化燃料电池并联或串联的组合结构，使其具备结构紧凑、噪音低、以及功率大等优点。但是，这些模块化燃料电池组合结构无法在同一测试环境下对分别安装在数个燃料电池上的不同种膜电极、导流电极板等关键材料进行测试研究。
发明内容
为了解决上述模块化燃料电池组合结构无法在同一测试环境下对不同种膜电极、导流电极板等关键材料进行测试研究的问题，本发明的目的在于提供一种具有测试功能的燃料电池组。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种具有测试功能的燃料电池组，具有这样的特征，包括：阳极端板，阳极端板的内侧壁铺设有阳极绝缘板；与阳极端板相平行的阴极端板，阴极端板的内侧壁铺设有阴极绝缘板；至少两个相互独立的燃料电池，每个燃料电池均夹设在阳极绝缘板和阴极绝缘板之间；以及若干个紧固连接阳极端板和阴极端板的紧固组件；其中，每个燃料电池包含：与阳极绝缘板相平行的离子交换膜，依次叠放在离子交换膜阳极侧的阳极密封片、阳极石墨板、正电极板，以及依次叠放在离子交换膜阴极侧的阴极密封片、阴极石墨板、负电极板；阳极石墨板的侧壁面设置有氧气流道槽，阳极密封片嵌设有覆盖在氧气流道槽表面的第一碳布；阴极石墨板的侧壁面设置有氢气流道槽，阴极密封片嵌设有覆盖在氢气流道槽表面的第二碳布；每个氧气流道槽均对应有两个氧气过渡接头组件，且每个氢气流道槽对应有两个氢气过渡接头组件。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：氧气流道槽的两端分别设有贯穿阳极石墨板的第一通孔；阳极石墨板在靠近每个第一通孔的位置均对应设置有第二通孔，并且，第一通孔和第二通孔相平行；阳极石墨板的另一侧壁面设有连通第一通孔和相对应的第二通孔的过渡槽，并且，阳极石墨板在过渡槽的外围环设有一密封圈。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：阳极石墨板的侧壁面在氧气流道槽的外围环设有一圈密封圈。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：氧气过渡接头组件依次贯穿阴极端板、阴极绝缘板、负电极板、阴极石墨板、阴极密封片、离子交换膜、以及阳极密封片后与相对应的第二通孔相连通。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：氢气流道槽的两端分别设有贯穿阴极石墨板的第三通孔；每个氢气过渡接头组件依次贯穿阴极端板、阴极绝缘板、负电极板后与相对应的第三通孔相连通。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：阴极石墨板的侧壁面在氢气流道槽的外围环设有一圈密封圈。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：阳极端板和阴极端板均设有加热棒。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：阳极石墨板和阴极石墨板均设有热电偶。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：氧气流道槽和氢气流道槽均为三列并行流道槽。
进一步地，在本发明提供的燃料电池组中，还可以具有这样的特征：紧固组件包含：贯穿阳极端板和阴极端板的螺栓，与螺栓相旋合的螺母。
本发明在上述基础上具有的积极效果是：
本发明提供的燃料电池组采用组合式结构，使得若干个待测试的燃料电池共用相同的阳极端板和阴极端板，在对燃料电池的关键材料进行测试研究时，可分别将数个不同种的膜电极或导流电极板等关键材料分别组装到各个独立的燃料电池中，能够使各个被测试材料在同一温度环境下进行测试，具有测试结果精确、测试材料利用率高的优点，另外，该燃料电池组整体上还具有结构紧凑、寿命长、制造成本低、便于维护等特点。
附图说明
图1为本发明的实施例中燃料电池组的立体图。
图2为本发明的实施例中燃料电池组的前视图。
图3为图2中沿字母A-A的剖视图。
图4为图3中字母B相对应部分的放大图。
图5为图3中字母B相对应部分的放大图。
图6为本发明的实施例中阳极石墨板的前侧壁面的结构示意图。
图7为本发明的实施例中阳极石墨板的后侧壁面的结构示意图。
图8为本发明的实施例中阴极石墨板的前侧壁面的结构示意图。
图9为本发明的实施例中阴极石墨板的后侧壁面的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的燃料电池组作具体阐述。
如图1至3所示，本实施例提供的燃料电池组可用对于燃料电池的各组成材料(如膜电极、导流电极板等)进行测试。该燃料电池组包括：阳极端板1，阴极端板2，两个相互独立的燃料电池，以及若干个紧固连接阳极端板1和阴极端板2的紧固组件。在本实施例中，紧固组件包含：贯穿阳极端板1和阴极端板2的螺栓61，与螺栓61相旋合的螺母62。
为了测试温度环境对燃料电池的材料性能影响，阳极端板1和阴极端板2均插设有两根加热棒11，从而对燃料电池组进行加热。
具体的，阳极端板1的内侧壁铺设有阳极绝缘板3。阴极端板2与阳极端板1相平行，且阴极端板2的内侧壁铺设有阴极绝缘板4。两个燃料电池并排夹设在阳极绝缘板3和阴极绝缘板4之间。
在本实施例中，每个燃料电池包含：与阳极绝缘板3相平行的离子交换膜51，阳极密封片52、阳极石墨板53、正电极板54，阴极密封片55、阴极石墨板56、以及负电极板57。其中，阳极密封片52、阳极石墨板53、以及正电极板54由近至远依次叠放在离子交换膜51的阳极侧，阴极密封片55、阴极石墨板56、以及负电极板57依次叠放在离子交换膜51的阴极侧。
为了准确获得燃料电池的材料在不同温度状态下的性能和防止加热棒11过度加热，阳极石墨板53和阴极石墨板56均插设有用于检测燃料电池温度高低的热电偶538。
如图1、图4、图5、以及图6所示，阳极石墨板53的前侧壁面(即朝向离子交换膜51的一侧壁面)设置有氧气流道槽531，阳极密封片52嵌设有覆盖在氧气流道槽531表面的第一碳布521，并且，为了密封阳极石墨板53与阳极密封片52之间的间隙，阳极石墨板53的侧壁面在氧气流道槽531的外围环设有一圈密封圈。
如图6和图7所示，氧气流道槽531的两端分别设有贯穿阳极石墨板53的第一通孔532，阳极石墨板53在靠近每个第一通孔532的位置处均对应设置有第二通孔533，并且，第一通孔532和第二通孔533相平行。
另外，阳极石墨板53的和后侧壁面(即背向离子交换膜51的另一侧壁面)设有连通第一通孔532和相对应的第二通孔533的过渡槽534，并且，阳极石墨板53在过渡槽534的外围环设有一密封圈535，具体的，密封圈535嵌装在密封槽536内。
如图2、图3、以及图6所示，在本实施例中，每个氧气流道槽531均对应有两个氧气过渡接头组件(21a，21b)，其中，氧气过渡接头组件21a为氧气流道槽531的进气口，氧气过渡接头组件21b为氧气流道槽531的出气口。氧气过渡接头组件21a和氧气过渡接头组件21b分别依次贯穿阴极端板2、阴极绝缘板4、负电极板57、阴极石墨板56、阴极密封片55、离子交换膜51、以及阳极密封片52后与相对应的第二通孔533相连通。本实施例中的氧气过渡接头组件21a和氧气过渡接头组件21b经管路连通氧气罐，从而形成氧化剂气体回路。
相应的，如图1、图4、图5以及图8所示，阴极石墨板56的前侧壁面(朝向离子交换膜51的的侧壁面)设置有氢气流道槽561，阴极密封片55嵌设有覆盖在氢气流道槽561表面的第二碳布551，并且，为了密封阴极石墨板56与阴极密封片551之间的间隙，阴极石墨板56的侧壁面在氢气流道槽561的外围环设有一圈密封圈。
如图2、图8以及图9所示，氢气流道槽561的两端分别设有贯穿阴极石墨板56的第三通孔562，且每个氢气流道槽561对应有两个氢气过渡接头组件(22a，22b)。其中，氢气过渡接头组件22a为氢气流道槽561的进气口，氢气过渡接头组件22b为氧气流道槽561的出气口。氢气过渡接头组件22a和氢气过渡接头组件22b依次贯穿阴极端板2、阴极绝缘板4、负电极板57后与相对应的第三通孔562相连通。本实施例中的氢气过渡接头组件22a和氢气过渡接头组件22b经管路连通氢气罐，从而形成燃料气体回路。
为了缩小反应面积，以期获得较好的电化学反应效果，在本实施例中，阳极石墨板53中的氧气流道槽531和阴极石墨板56中的氢气流道槽561均为三列并行流道槽。并且，该三列并行流道槽呈蛇形弯曲延伸。
本实施例提供的燃料电池组采用组合式结构，使得若干个待测试的燃料电池共用相同的阳极端板和阴极端板，在对燃料电池的关键材料进行测试研究时，可分别将数个不同种的膜电极或导流电极板等关键材料分别组装到各个独立的燃料电池中，能够使各个被测试材料在同一温度环境下进行测试，具有测试结果精确、测试材料利用率高的优点，另外，该燃料电池组整体上还具有结构紧凑、寿命长、制造成本低、便于维护等特点。
当然本发明所涉及的燃料电池组并不仅仅限定于本实施例中的结构，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴内。
在本实施例提供的燃料电池组中，只有两个相互独立的燃料电池，当然，本发明涉及的燃料电池组还合可根据测试情况相应设置三个、四个、或五个等任意个数的燃料电池。

Claims (10)

1.一种具有测试功能的燃料电池组，其特征在于，包括：
阳极端板，所述阳极端板的内侧壁铺设有阳极绝缘板；
与所述阳极端板相平行的阴极端板，所述阴极端板的内侧壁铺设有阴极绝缘板；
至少两个相互独立的燃料电池，每个所述燃料电池均夹设在所述阳极绝缘板和所述阴极绝缘板之间；以及
若干个紧固连接所述阳极端板和所述阴极端板的紧固组件；
其中，每个所述燃料电池包含：与所述阳极绝缘板相平行的离子交换膜，依次叠放在所述离子交换膜阳极侧的阳极密封片、阳极石墨板、正电极板，以及依次叠放在所述离子交换膜阴极侧的阴极密封片、阴极石墨板、负电极板；
所述阳极石墨板的侧壁面设置有氧气流道槽，所述阳极密封片嵌设有覆盖在所述氧气流道槽表面的第一碳布；所述阴极石墨板的侧壁面设置有氢气流道槽，所述阴极密封片嵌设有覆盖在所述氢气流道槽表面的第二碳布；
每个所述氧气流道槽均对应有两个氧气过渡接头组件，且每个所述氢气流道槽对应有两个氢气过渡接头。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述氧气流道槽的两端分别设有贯穿所述阳极石墨板的第一通孔；
所述阳极石墨板在靠近每个所述第一通孔的位置均对应设置有第二通孔，并且，所述第一通孔和所述第二通孔相平行；
所述阳极石墨板的另一侧壁面设有连通所述第一通孔和相对应的所述第二通孔的过渡槽，并且，所述阳极石墨板在所述过渡槽的外围环设有一密封圈。
3.根据权利要求2所述的燃料电池组，其特征在于：
所述阳极石墨板的侧壁面在所述氧气流道槽的外围环设有一圈密封圈。
4.根据权利要求2所述的燃料电池组，其特征在于：
所述氧气过渡接头组件依次贯穿所述阴极端板、所述阴极绝缘板、所述负电极板、所述阴极石墨板、所述阴极密封片、所述离子交换膜、以及所述阳极密封片后与相对应的所述第二通孔相连通。
5.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述氢气流道槽的两端分别设有贯穿所述阴极石墨板的第三通孔；
每个所述氢气过渡接头依次贯穿所述阴极端板、所述阴极绝缘板、所述负电极板后与相对应的所述第三通孔相连通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池组，其特征在于：
所述阴极石墨板的侧壁面在所述氢气流道槽的外围环设有一圈密封圈。
7.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述阳极端板和所述阴极端板均设有加热棒。
8.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述阳极石墨板和所述阴极石墨板均设有热电偶。
9.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述氧气流道槽和所述氢气流道槽均为三列并行流道槽。
10.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于：
所述紧固组件包含：贯穿所述阳极端板和所述阴极端板的螺栓，与所述螺栓相旋合的螺母。
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