CN1532976A - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池系统，发电机正极分别连接供给液态BH4 －的燃料供给管和回收反应后燃料的燃料回收管，燃料供给管上设置抽吸燃料的燃料泵，发电机负极分别连接空气供给管和空气排出管，而由此发电机正极上进行的电化学氧化和负极上进行的电化学还原来发电；燃料泵是在系统不运作时，为了向燃料罐回收发电机内部的燃料，可以正、反旋转的燃料泵。本发明在一定时间不运作燃料电池系统时，反转燃料泵，把留在发电机内部的燃料回收到燃料罐里；重新启动时，及时向发电机供给燃料罐里的燃料，进行发电；因此本发明的燃料电池系统能确保初期性能，使系统达到最佳化。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
一般，燃料电池系统(fuel cell system)是把燃料具备的能量直接转换成电能的装置。这些燃料电池系统通常由高分子电解质膜为中心，两侧有正极(anode)和负极(cathode)。正极(氧化电极或燃料极)中进行燃料氢的电化学氧化，负极(还原电极或空气极)中进行氧化剂的电化学还原，并且形成电流而产生电能。
向燃料电池里供给氢的过程是：把LNG[液化天然气]、LPG[液化石油气]、CH3OH、汽油等碳化氢系列燃料，在作用基的作用下经过脱磺工程→改质反应→氢气精制工程提炼出氢气，因此使用气体状态的PEMFC(Proton ExchangeMembrane Fuel Cell)[质子交换膜燃料电池]；把固态的BH4 -转换成液态的BH4 -，直接使用成燃料的BFC(Boron Fuel Cell)[硼燃料电池]。
现有的BFC结构简单说明如下。
如图1所示，燃料电池1结构有：发电机10一侧具备有储存液态的燃料罐2；燃料罐2和发电机10正级连接有燃料供给管3和燃料回收管4；燃料供给管3上设置抽吸燃料的燃料泵5。
而且，发电机10的负极分别设有空气供给管6和空气排出管7，空气供给管6设置抽吸空气的空气压缩机8。
具有上述结构的燃料电池，如果开启运作开关，燃料泵5抽吸储存在燃料罐2里的液态BH4 -，通过燃料供给管3供给到发电机正极(燃料极)里，此时启动空气压缩机8，通过空气供给管6向发电机负极(空气极)供给空气。
如上所述，输入到发电机10的液态BH4 -和空气在发电机10里隔着高分子电解质膜流动。并且在正极进行氢的电化学氧化，在负极进行氧的电化学还原，并形成电流而发电。在集电板上聚集这时产生的电能，并作为能源。
这时的反应式是
在这里为了把BH4 -改变成稳定的溶液加入少量的Na(钠)，这时进行的副反应的反应式是
Anode：2H2O+NaBH4+4H2。这时生成的氢气被浪费掉。
但是，该燃料电池发电机不运作时，燃料留在发电机内部，并且剩余的燃料在发电机10内部发电。因此过一段时间后重新启动发电机10时，初期的发电性能下降，所以系统最佳化受到限制。
发明内容
为了克服现有燃料电池发电机存在的上述缺点，本发明提供一种改进的燃料电池系统，在发电机不运作时，把燃料回收到燃料罐里，发电时是及时供给燃料并发电，能确保初期性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种燃料电池系统，其特征在于，发电机正极分别连接供给液态BH4 -的燃料供给管和回收反应后燃料的燃料回收管，燃料供给管上设置抽吸燃料的燃料泵，发电机负极分别连接空气供给管和空气排出管，而由此发电机正极上进行的电化学氧化和负极上进行的电化学还原来发电；所述的燃料泵是在系统不运作时，为了向燃料罐回收发电机内部的燃料，可以正、反旋转的燃料泵。
发明的效果：
如上所述，本发明在一定时间不运作燃料电池系统时，反转燃料泵，把留在发电机内部的燃料回收到燃料罐里；重新启动时，及时向发电机供给燃料罐里的燃料，进行发电；因此本发明的燃料电池系统能确保初期性能，使系统达到最佳化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有燃料电池结构的结构示意图。
图2是本发明燃料电池系统的结构示意图。
图3是本发明的单个电池结构的剖面图。
图中标号说明：
101：发电机 102：燃料罐
103：燃料供给管 104：燃料回收管
105：燃料泵 103：空气供给管
110：空气排出管
具体实施方式
图2是根据本发明燃料电池系统的结构示意图。
如图2所示，本发明第一实施例的燃料电池系统设有：采用液态BH4和空气进行电化学反应发电的发电机(Generator)101；相隔一定距离设置向发电机101正极(anode)供给液态BH4的燃料罐(Fuel Tank)102，燃料罐102下部和发电机101正极(anode)入口，由供给燃料的燃料供给管103连接，并且正极(anode)出口部和燃料罐102上部由回收反应后燃料的燃料回收管104连接。
上述燃料供给罐103上设有抽吸燃料的燃料泵105。但燃料泵105在发电机101不运作时向反方向驱动，并能把留在发电机101内部的燃料回收到燃料罐102里，而且可以正、反旋转。
发电机101负极(cathode)入口部设置有供给空气的空气供给管109，负极(cathode)出口部上连接有将反应后空气排出的空气排出管110。
上述空气供给管109上设置向发电机101送风的空气压缩机112。
上述发电机101具有层叠(stack)形态的多个单元电池(single cell)或单个电池。参阅图3所示的单个电池结构，其结构为：在电解质膜131的两侧具有连接扩散气体的正极132和负极133形成的膜-电极集合体(MEA：membrane-electrode assembly)134；紧贴膜-电极集合体134两侧，并且在正极132和负极133里形成燃料气体及含氧气体管道135的隔离器(separator)136；设在隔离器136两侧，形成正极132和负极133集电极的集电板137。
上述膜-电极集合体134的电解质膜131是由高分子材料组成的离子交换膜，其具有代表性商品化的电解质膜131有Duponlnc生产的Nafion膜，并且传导氢离子的同时防止氧和氢接触。正极132和负极133是支持铂(Pt)催化剂层的支持体，并形成由多孔性碳化纸(carbon paper)或碳化布(carboncloth)连接电解质膜131两侧的结构。
上述隔离器136由具有致密的碳板[carbon plate]构成，并且设有供液体流动的多个管道槽135a。
上述集电板137应具有良好的导电性和耐蚀性，并且最好不发生氢脆性，能满足上述性能的可采用钛[titan nium]、不锈钢、铜等。
具有上述结构的本发明的燃料电池系统如果启动开关，电源导入到燃料泵105里，启动燃料泵105。因此燃料泵抽吸燃料罐102里的液态BH4，并且通过燃料供给管103供给发电机101的正极132。
而且，上述空气压缩机112通过空气供给管109向发电机101负极133供给空气。
如上所述，供给发电机101内部的液态BH4隔着电解质膜131一面沿正极132外侧的管道135流动，一面扩散。空气一面沿着负极133外侧的管道135流动，一面扩散。在正极132进行电化学氧化，在负极133进行电化学还原，并由电子的移动形成电流进行发电，这时产生的电能聚集在集电板137上而成为电源。
上述发电机101里发生化学反应的反应式是
Anode： E0＝1.24V
Cathode： E0＝0.4V
Total： E0＝1.64V
为了把使用的燃料液态BH4 -改变成稳定的溶液加入一定量的Na。据此，进行的副反应的反应式是
Anode：2H2O+NaBH4+4H2
而且，燃料电池系统一定时间不驱动时，反转燃料泵105，把留在发电机101内部的燃料回收到燃料罐102里，并且重新启动时及时向发电机101供给燃料罐102里的燃料发电。因此能确保发电机101的初期性能，所以提高初期性能，使系统具有最佳化效果。
Claims (1)
1、一种燃料电池系统，其特征在于，发电机正极分别连接供给液态BH4 -的燃料供给管和回收反应后燃料的燃料回收管，燃料供给管上设置抽吸燃料的燃料泵，发电机负极分别连接空气供给管和空气排出管，而由此发电机正极上进行的电化学氧化和负极上进行的电化学还原来发电；
所述的燃料泵是在系统不运作时，为了向燃料罐回收发电机内部的燃料，可以正、反旋转的燃料泵。
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Country Status (1)
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- 2003-03-21 CN CNA031210228A patent/CN1532976A/zh active Pending
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