CN113013438B - 一种氢燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢燃料电池，包括氢氧质子交换模组，氢氧质子交换模组包括多块氢氧质子交换单元，氢氧质子交换单元包括绝缘垫片、空气室框架、氢气室框架和质子交换膜；采用S折叠的质子交换膜，增加质子交换膜的展开面积，从而增加参与反应的氢气和氧气数量同时减少电池内阻增加载流量；采用梳形机构的空气室框架和氢气室框架相互咬合，将折叠型质子交换膜夹于其中形成空气室和氢气室；空气由梳型空气框架的梳齿上的圆孔进入空气室，与氢反应后的水和剩余的空气通过梳型空气框架另一端的梳齿上的圆孔排出，最后汇聚于水气排气罩由排气口排出，氢气由梳型氢气框架上的多个圆形氢气注入口进入氢气室，并在氢气室形成固定的压力保证反应效率。

Description

一种氢燃料电池
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体是一种氢燃料电池。
背景技术
燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在电池内部的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点。
但是现有的氢燃料电池容易出现压力不够或者湿度不够，由于燃料电池内的氢气和氧气必须充分加湿并进行保压，容易造成燃料浪费会燃烧不从分的情况，同时现有的氢燃料电池反应效率不高，影响电池的使用和输出功率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种氢燃料电池，能够保证氢燃料电池内部的保压效果，从而提升电池的使用和输出功率。
本发明的一种氢燃料电池，包括氢氧质子交换模组，氢氧质子交换模组包括多块平行堆叠设置的氢氧质子交换单元，氢氧质子交换单元包括绝缘垫片、空气室框架、氢气室框架和质子交换膜；
空气室框架和氢气室框架的侧面上均设有梳齿结构，空气室框架和氢气室框架侧面上梳齿结构互相咬合连接，质子交换膜S形折叠并设置在空气室框架和氢气室框架侧面的相互咬合的梳齿结构的缝隙中，绝缘垫片设置在氢氧质子交换单元的最外侧并用于将相邻的氢氧质子交换单元隔开；
空气室框架的梳齿结构的侧面上设有多个贯穿空气室框架的空气进气孔，氢气室框架的侧面上设有多个氢气进气孔；
氢氧质子交换单元的一侧的两端分别为正极和负极，多个氢氧质子交换单元通过铜排串联，串联后的形成氢氧质子交换模组的正极输出端和负极输出端。
进一步，所述氢氧质子交换模组的外部由内向外依次套设有电池PC绝缘外壳和铝合金外壳，电池PC绝缘外壳和铝合金外壳的两个相对的侧面上设有开口，开口露出所述空气进气孔和氢气进气孔，两侧的开口上分别设有空气进气罩和水气排出罩，水气排出罩内还设有氢气分配模块，氢气分配模块上设有多个氢气导管和氢气注入口，氢气注入口外接氢气存储设备，多个氢气导管分别与多个所述氢气进气孔连通，
进一步，所述空气进气罩的一端设有正极端子和负极端子，所述正极输出端和负极输出端上均设有连接片，连接片将所述正极输出端和正极端子连接，连接片将所述负极输出端与负极端子连接。
进一步，相邻的两个所述氢氧质子交换单元中的所述氢气室框架相对设置并组成一个更大的氢气室；
相邻的两个所述氢氧质子交换单元中的所述空气室框架相对设置并组成一个更大的空气室；
所述氢氧质子交换模组的两端各设有一个单独的空气室。
进一步，所述空气进气罩的另一端设有使得空气进入的空气入口，所述水气排出罩上设有排气孔。
本发明的有益效果是：本发明的一种氢燃料电池，采用S折叠的质子交换膜，增加质子交换膜的展开面积，从而增加参与反应的氢气和氧气数量同时减少电池内阻增加载流量；采用梳形机构的空气室框架和氢气室框架相互咬合，将折叠型质子交换膜夹于其中从而分开空气室和氢气室。空气由梳型空气框架的梳齿上的圆孔进入空气室，与氢反应后的水和剩余的空气通过梳型空气框架另一端的梳齿上的圆孔排出，最后汇聚于水气排气罩由排气口排出，氢气由梳型氢气框架上的多个圆形氢气注入口进入氢气室，并在氢气室形成固定的压力保证有足够的氢气参与反应。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的氢氧质子交换模组的结构示意图；
图3为本发明的氢氧质子交换模组的俯视结构图；
图4为本发明的氢氧质子交换模组的仰视结构图；
图5为本发明的氢氧质子交换单元的爆炸结构；
图6为本发明的氢氧质子交换单元的俯视结构图；
附图标记如下：
1-氢氧质子交换模组：11-氢氧质子交换单元、12-铜排、13-连接片、111-空气室框架、112-氢气室框架、113-质子交换膜、114-绝缘垫片、1111-空气进气孔、1121-氢气进气孔；
2-电池PC绝缘外壳；
3-铝合金外壳；
4-空气进气罩：41-正极端子、42-负极端子；
5-水气排出罩：51-氢气分配模块、511-氢气注入口、512-氢气导管。
具体实施方式
如图1-图6所示：本实施例的一种氢燃料电池，包括氢氧质子交换模组1，氢氧质子交换模组1包括多块平行堆叠设置的氢氧质子交换单元11，氢氧质子交换单元11包括绝缘垫片114、空气室框架111、氢气室框架112和质子交换膜113；
空气室框架111和氢气室框架112的侧面上均设有梳齿结构，空气室框架111和氢气室框架112侧面上梳齿结构互相咬合连接，质子交换膜113S形折叠并设置在空气室框架111和氢气室框架112侧面的相互咬合的梳齿结构的缝隙中，绝缘垫片114设置在氢氧质子交换单元11的最外侧并用于将相邻的氢氧质子交换单元11隔开，绝缘垫片114通过螺栓固定在空气室框架111或者氢气室框架112上；
空气室框架111的梳齿结构的侧面上设有多个贯穿空气室框架111的空气进气孔1111；氢气室框架112的氢气进气孔1121不设置在梳齿结构上，氢气室框架112的侧面上设有两个氢气进气孔1121；
空气由空气进气孔1111进入至空气室，氢气由氢气进气孔1121进入氢气室，空气和氢气在质子交换膜113处进行接触反应，S形折叠的质子交换膜113可以扩大反应面积，提高反应效率，同时隔离的空气室和氢气室保证了输入的氢气气压；
氢氧质子交换单元11的一侧的两端分别为正极和负极，多个氢氧质子交换单元11通过铜排12串联，铜排12通过螺栓固定在氢氧质子交换单元11的正极或者负极，同时多个氢氧质子交换单元11通过铜排12和螺栓进行固定，串联后的形成氢氧质子交换模组1的正极输出端和负极输出端。
本实施例中，氢氧质子交换模组1的外部由内向外依次套设有电池PC绝缘外壳2和铝合金外壳3，电池PC绝缘外壳2和铝合金外壳3的两个相对的侧面上设有开口，开口露出空气进气孔1111和氢气进气孔1121，两侧的开口上分别设有空气进气罩4和水气排出罩5，空气进气罩4和水气排出罩5均通过螺栓固定在铝合金外壳3上；水气排出罩5内还设有氢气分配模块51，氢气分配模块51上设有多个氢气导管512和氢气注入口511，氢气注入口511外接氢气存储设备，多个氢气导管512分别与多个氢气进气孔1121连通，空气进气罩4的另一端设有使得空气进入的空气入口，水气排出罩5上设有排气孔。
空气以适合的气压通过空气进气罩4的空气入口进入至氢氧质子交换单元11的空气进气孔1111，氢气则通过氢气注入口511注入，并经过氢气分配模块51分压后以适合的气压进入至氢气进气孔1121，反应之后生成水并流至水气排出罩5。
本实施例中，空气进气罩4的一端设有正极端子41和负极端子42，正极输出端和负极输出端上均设有连接片13，连接片13将正极输出端和正极端子41连接，连接片13将负极输出端与负极端子42连接，将正极端子41和负极端子42设置在空气进气罩4外部，便于使用。
本实施例中，相邻的两个氢氧质子交换单元11中的氢气室框架112相对设置并组成一个更大的氢气室；
相邻的两个氢氧质子交换单元11中的空气室框架111相对设置并组成一个更大的空气室；
氢氧质子交换模组1的两端各设有一个单独的空气室；通过上述结构提高空气室和氢气室的容积，进一步提高反应效率。
本发明的一种氢燃料电池，采用S折叠的质子交换膜113，增加质子交换膜113的展开面积，从而增加参与反应的氢气和氧气数量同时减少电池内阻增加载流量；采用梳形机构的空气室框架111和氢气室框架112相互咬合，将折叠型质子交换膜113夹于其中从而分开空气室和氢气室。空气由梳型空气框架的梳齿上的圆孔进入空气室，与氢反应后的水和剩余的空气通过梳型空气框架另一端的梳齿上的圆孔排出，最后汇聚于水气排气罩由排气口排出，氢气由梳型氢气框架上的多个圆形氢气注入口511进入氢气室，并在氢气室形成固定的压力保证有足够的氢气参与反应。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种氢燃料电池，其特征在于：包括氢氧质子交换模组，氢氧质子交换模组包括多块平行堆叠设置的氢氧质子交换单元，氢氧质子交换单元包括绝缘垫片、空气室框架、氢气室框架和质子交换膜；
空气室框架和氢气室框架的侧面上均设有梳齿结构，空气室框架和氢气室框架侧面上梳齿结构互相咬合连接，质子交换膜S形折叠并设置在空气室框架和氢气室框架侧面的相互咬合的梳齿结构的缝隙中，绝缘垫片设置在氢氧质子交换单元的最外侧并用于将相邻的氢氧质子交换单元隔开；
空气室框架的梳齿结构的侧面上设有多个贯穿空气室框架的空气进气孔，氢气室框架的侧面上设有多个氢气进气孔；
氢氧质子交换单元的一侧的两端分别为正极和负极，多个氢氧质子交换单元通过铜排串联，串联后的形成氢氧质子交换模组的正极输出端和负极输出端。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池，其特征在于：所述氢氧质子交换模组的外部由内向外依次套设有电池PC绝缘外壳和铝合金外壳，电池PC绝缘外壳和铝合金外壳的两个相对的侧面上设有开口，开口露出所述空气进气孔和氢气进气孔，两侧的开口上分别设有空气进气罩和水气排出罩，水气排出罩内还设有氢气分配模块，氢气分配模块上设有多个氢气导管和氢气注入口，氢气注入口外接氢气存储设备，多个氢气导管分别与多个所述氢气进气孔连通。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池，其特征在于：所述空气进气罩的一端设有正极端子和负极端子，所述正极输出端和负极输出端上均设有连接片，连接片将所述正极输出端和正极端子连接，连接片将所述负极输出端与负极端子连接。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池，其特征在于：相邻的两个所述氢氧质子交换单元中的所述氢气室框架相对设置并组成一个更大的氢气室；
相邻的两个所述氢氧质子交换单元中的所述空气室框架相对设置并组成一个更大的空气室；
所述氢氧质子交换模组的两端各设有一个单独的空气室。
5.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池，其特征在于：所述空气进气罩的另一端设有使得空气进入的空气入口；所述水气排出罩上设有排气孔。
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