CN112768722B - 一种独立结构燃料电池 - Google Patents

一种独立结构燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN112768722B
CN112768722B CN201911057422.1A CN201911057422A CN112768722B CN 112768722 B CN112768722 B CN 112768722B CN 201911057422 A CN201911057422 A CN 201911057422A CN 112768722 B CN112768722 B CN 112768722B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
cathode
anode
heat
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911057422.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112768722A (zh
Inventor
张洪霞
梁汉璞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Original Assignee
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS filed Critical Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority to CN201911057422.1A priority Critical patent/CN112768722B/zh
Publication of CN112768722A publication Critical patent/CN112768722A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112768722B publication Critical patent/CN112768722B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地说是一种独立结构燃料电池，包括膜电极、氢气板、空气板、阳极取电板、阴极取电板、阳极导热片、阴极导热片、导热绝缘片和多孔金属扎带，其中阳极导热片、阳极取电板、氢气板、膜电极、空气板、阴极取电板和阴极导热片依次叠加形成电极主体，所述电池主体外侧缠绕导热绝缘片，所述导热绝缘片外侧缠绕多孔金属扎带，所述氢气板上端设有阳极进气管、下端设有阳极出气管，所述空气板上端设有阴极进气管、下端设有阴极出气管。本发明将燃料电池的散热结构由电池内部转移至外部，打破了传统燃料电池叠片式装配模式，并且简化了生产工艺，满足燃料电池的规模化生产和轻量化集成的要求。

Description

一种独立结构燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体地说是一种独立结构燃料电池。
背景技术
世界石油危机与环境污染亟需能源领域的技术革新，例如风力发电或太阳能发电到电解水制氢(实现能量储存与运输环节)，再到氢燃料电池发电，氢能源是绿色可再生资源，且具有可移动、使用便利等优点。
氢燃料电池是将氢气中储存的化学能直接转化成电能的发电装置，一方面氢燃料电池具有能量转化效率高、零排放、红外特征弱、可模块化集成等优点，另一方面，氢燃料电池电源储能密度高、燃料补充快，这些特点正是移动电源的必需条件，也决定了氢燃料电池在未来移动电源市场的重要地位。
传统叠片式燃料电池，包括阴极封闭的液冷技术和阴极开放的风冷技术，由多节电池串联模式组装成堆，一般单节电池失效将影响整个电堆的正常运行，且电堆通常采用压板螺栓方式紧固，不利于燃料电池的规模化生产和轻量化、模块化集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种独立结构燃料电池，将燃料电池的散热结构由电池内部转移至外部，打破了传统燃料电池叠片式装配模式，并且简化了生产工艺，满足燃料电池的规模化生产和轻量化、模块化集成的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种独立结构燃料电池，包括膜电极、氢气板、空气板、阳极取电板、阴极取电板、阳极导热片、阴极导热片、导热绝缘片和多孔金属扎带，其中阳极导热片、阳极取电板、氢气板、膜电极、空气板、阴极取电板和阴极导热片依次叠加形成电极主体，所述电池主体外侧缠绕导热绝缘片，所述导热绝缘片外侧缠绕多孔金属扎带，所述氢气板上端设有阳极进气管、下端设有阳极出气管，所述空气板上端设有阴极进气管、下端设有阴极出气管。
所述氢气板表面设有流道，且所述阳极进气管与所述流道输入端相通，所述阳极出气管与所述流道输出端相通。
所述空气板表面设有流道，且所述阴极进气管与所述流道输入端相通，所述阴极出气管与所述流道输出端相通。
所述阳极进气管和阴极进气管分设于电池主体上端两侧，所述阳极出气管和阴极出气管分设于电池主体下端两侧。
所述阳极取电板上设有负极极耳，所述阴极取电板上设有正极极耳。
所述阳极导热片和阴极导热片均为导热石墨片。
所述导热绝缘片为导热硅胶片。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明采用阴极封闭的空气风冷技术，能够根据反应需求实时调节阴极反应气流量和湿度，从而实现膜电极在水平衡状态下发电，提高了发电可靠性及寿命，相比传统的阴极封闭式液冷技术，风冷结构简单、使用和维护方便。
2、本发明的阳极导热片和阴极导热片均为超高导热石墨片，使平面内具有超高导热性能，且沿两个方向均匀导热，规避了风冷技术可能存在的电池内部较大温差，提高了电池内部散热的均一性。
3、本发明采用导热硅胶片作为导热绝缘片，实现电池外部绝缘，工艺简单，实现电池轻量化，进一步提高电池功率密度，并利用多孔金属扎带紧固电池替代传统压板螺栓的固定方式，简化了生产工艺，同时也进一步减轻电池重量。
4、本发明将燃料电池的散热结构由电池内部转移至外部，打破了传统燃料电池叠片式装配模式，单节燃料电池相当于锂电池电芯，实现了燃料电池的“电芯”功能，单节电池失效时，不影响整个电源系统的正常运行，且使燃料电池系统的集成简易化、模块化。
附图说明
图1为本发明的整体示意图，
图2为图1中本发明的分解示意图。
其中，1为膜电极，2为氢气板，3为空气板，4为阳极取电板，5为阴极取电板，6为阳极导热片，7为阴极导热片，8为导热绝缘片，9为多孔金属扎带，10为阳极进气管，11为阳极出气管，12为阴极进气管，13为阴极出气管，14为负极极耳，15为正极极耳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～2所示，本发明包括膜电极1、氢气板2、空气板3、阳极取电板4、阴极取电板5、阳极导热片6、阴极导热片7、导热绝缘片8和多孔金属扎带9，其中阳极导热片6、阳极取电板4、氢气板2、膜电极1、空气板3、阴极取电板5和阴极导热片7依次叠加形成电极主体，所述电池主体外侧缠绕导热绝缘片8，并在所述导热绝缘片8外侧缠绕多孔金属扎带9实现固定，所述氢气板2上端设有阳极进气管10、下端设有阳极出气管11，所述空气板3上端设有阴极进气管12、下端设有阴极出气管13。
所述膜电极1是氢气发生氧化反应且空气中的氧气发生还原反应的电化学反应电极，本实施例中，所述膜电极1包括阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层，所述膜电极1为本领域公知技术。
所述氢气板2由石墨材料或金属材料制备而成，并在其靠近膜电极1的表面设有依次头尾连通的沟槽形成流道，所述氢气板2作用是分配反应氢气、导电、导热等功能。所述阳极进气管10与氢气板2一侧的流道输入端相通用于将氢气输送至电池内部，所述阳极出气管11与氢气板2另一侧的流道输出端相通用于将阳极未参与反应气体及生成的水、部分热传输至电池外部。
所述空气板3由石墨材料或金属材料制备而成，并在其靠近膜电极1的表面设有依次头尾连通的沟槽形成流道，所述空气板3作用是分配反应空气、导电、导热等功能。所述阴极进气管12与空气板3一侧的流道输入端相通用于将反应空气传输至电池内部，所述阴极出气管13与空气板3另一侧的流道输出端相通用于将阴极未参与反应气体及生成的水、部分热传输至电池外部。
如图1～2所示，所述阳极进气管10和阴极进气管12分设于电池主体上端两侧，所述阳极出气管11和阴极出气管13分设于电池主体下端两侧。
所述阳极取电板4是燃料电池产生的电能对外输出的连接装置，如图1～2所示，所述阳极取电板4上设有负极极耳14，所述负极极耳14通过负载线与负载连接。所述阳极取电板4为本领域公知技术。
所述阴极取电板5与阳极取电板4作用相同，也是燃料电池产生的电能对外输出的连接装置，如图1～2所示，所述阴极取电板5上设有正极极耳15通过负载线与负载连接。所述阴极取电板5为本领域公知技术。
所述阳极导热片6和阴极导热片7均为超高导热石墨片，是将燃料电池发电过程产生的热量即时导出至外部环境。
所述导热绝缘片8为导热硅胶片，用于将燃料电池外部绝缘，同时将燃料电池产生的热量继续向环境传递。
本发明的工作原理为：
本发明安装时依次按照顺序将阳极导热片6、阳极取电板4、氢气板2、膜电极1、空气板3、阴极取电板5、阴极导热片7整齐叠加组成电池主体，然后在电池主体外侧缠绕导热绝缘片8形成外壳绝缘的电池主体，再利用多孔金属扎带9将此外壳绝缘的电池主体紧固至所需厚度，然后再在氢气板2上对应的沟槽中插入安装阳极进气管10和阳极出气管11，在空气板3上对应的沟槽中插入安装阴极进气管12和阴极出气管13。
本发明阴极封闭的风冷结构，能够根据反应需求实时调节阴极反应气流量和湿度，从而实现膜电极在水平衡状态下发电，提高了发电可靠性及寿命，相比传统的液冷技术，风冷结构简单、使用和维护方便。另外本发明的阳极导热片6和阴极导热片7均为超高导热石墨片，使平面内具有超高导热性能，且沿两个方向均匀导热，规避了风冷技术可能存在的较大温差，提高了电池内部散热的均一性，并采用导热硅胶片作为导热绝缘片8，实现电池外壳绝缘，工艺简单，实现电池轻量化，进一步提高电池功率密度，并利用多孔金属扎带9紧固电池替代传统压板螺栓的固定方式，简化了生产工艺，同时也进一步减轻电池重量。本发明将燃料电池的散热结构由电池内部转移至外部，打破了传统燃料电池叠片式装配模式，单节燃料电池相当于锂电池电芯，实现了燃料电池电芯功能，使燃料电池系统的集成简易化、模块化。

Claims (6)

1.一种独立结构燃料电池，其特征在于：包括膜电极(1)、氢气板(2)、空气板(3)、阳极取电板(4)、阴极取电板(5)、阳极导热片(6)、阴极导热片(7)、导热绝缘片(8)和多孔金属扎带(9)，其中阳极导热片(6)、阳极取电板(4)、氢气板(2)、膜电极(1)、空气板(3)、阴极取电板(5)和阴极导热片(7)依次叠加形成电极主体，所述电池主体外侧缠绕导热绝缘片(8)，所述导热绝缘片(8)外侧缠绕多孔金属扎带(9)，所述氢气板(2)上端设有阳极进气管(10)、下端设有阳极出气管(11)，所述空气板(3)上端设有阴极进气管(12)、下端设有阴极出气管(13)；所述阳极导热片(6)和阴极导热片(7)均为导热石墨片。
2.根据权利要求1所述的独立结构燃料电池，其特征在于：所述氢气板(2)表面设有流道，且所述阳极进气管(10)与所述流道输入端相通，所述阳极出气管(11)与所述流道输出端相通。
3.根据权利要求1所述的独立结构燃料电池，其特征在于：所述空气板(3)表面设有流道，且所述阴极进气管(12)与所述流道输入端相通，所述阴极出气管(13)与所述流道输出端相通。
4.根据权利要求1所述的独立结构燃料电池，其特征在于：所述阳极进气管(10)和阴极进气管(12)分设于电池主体上端两侧，所述阳极出气管(11)和阴极出气管(13)分设于电池主体下端两侧。
5.根据权利要求1所述的独立结构燃料电池，其特征在于：所述阳极取电板(4)上设有负极极耳(14)，所述阴极取电板(5)上设有正极极耳(15)。
6.根据权利要求1所述的独立结构燃料电池，其特征在于：所述导热绝缘片(8)为导热硅胶片。
CN201911057422.1A 2019-11-01 2019-11-01 一种独立结构燃料电池 Active CN112768722B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911057422.1A CN112768722B (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种独立结构燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911057422.1A CN112768722B (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种独立结构燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112768722A CN112768722A (zh) 2021-05-07
CN112768722B true CN112768722B (zh) 2022-05-10

Family

ID=75692003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911057422.1A Active CN112768722B (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种独立结构燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112768722B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104617324A (zh) * 2015-01-09 2015-05-13 马志啟 一种具有测试功能的燃料电池组
CN207009563U (zh) * 2017-06-14 2018-02-13 飞龙精工科技(苏州)有限公司 液流电池堆的端板结构
CN109950593A (zh) * 2019-04-04 2019-06-28 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种基于模块化设计的燃料电池堆及其制作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110229790A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Kenji Sato Fuel cell module and fuel cell stack

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104617324A (zh) * 2015-01-09 2015-05-13 马志啟 一种具有测试功能的燃料电池组
CN207009563U (zh) * 2017-06-14 2018-02-13 飞龙精工科技(苏州)有限公司 液流电池堆的端板结构
CN109950593A (zh) * 2019-04-04 2019-06-28 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种基于模块化设计的燃料电池堆及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112768722A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8808897B2 (en) Electrode structure of vanadium redox flow battery
CN109755622B (zh) 一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆
CN105895938A (zh) 一种质子交换膜燃料电池电堆的活化方法
CN206961949U (zh) 加湿装置与燃料电池系统
CN107546401A (zh) 一种双向可逆燃料电池系统
CN111342075A (zh) 一种燃料电池汽车氢燃料电池组及散热装置
CN206834254U (zh) 一种质子交换膜燃料电池
CN212161979U (zh) 一种中心进气的燃料电池组
CN112768722B (zh) 一种独立结构燃料电池
CN102427144B (zh) 再生燃料电池装置及系统
CN111224136B (zh) 石墨烯冷质子交换膜燃料电池电堆
CN107482153B (zh) 一种新型箔极耳卷绕电池极组与盖板连接结构
CN215988871U (zh) 一种燃料电池电堆
CN213483789U (zh) 风冷常压开放电堆多叠层单堆结构
CN209947951U (zh) 一种流场结构双极板、单电池、绿色能源车辆、电子设备、移动通讯终端
CN102299359A (zh) 一种自呼吸醇类燃料电池
CN112133948A (zh) 风冷常压开放电堆多叠层单堆结构
TWI255579B (en) Fuel cell
CN203659991U (zh) 一种新型燃料电池堆端板
CN109980242A (zh) 液体燃料电池中具有竖琴状流场结构双极板及设计方法
CA2961755C (en) Stackless fuel cell
CN111326763A (zh) 一种类蜂巢形流场的金属双极板
WO2013029514A1 (zh) 具有一体化阴阳极双极板的燃料电池
CN107611459B (zh) 一种燃料电池结构与串联方法
CN219203215U (zh) 一种固体氧化物燃料电池电堆模组气流分配装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant