CN1747209A - 燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池,包括电解质;分别设置在电解质两侧的正极和负极;分别设置在正极和负极的正极侧隔板和负极侧隔板,正极上形成凹陷部。本发明在不用增大其构成部件大小的情况下,提高发电性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池。
背景技术
燃料电池是通过化学反应,把燃料具有的化学能转换成电能的能量转换电池。与传统的普通电池(Battery)不同,燃料电池在不进行充电的情况下,只要有燃料供应,即可一直产生电能。燃料电池以其较高的能量效率和环境亲和力,最近备受重视。
燃料电池通常以电解质(electrolyte)为中心,在两侧安排2个电极,即正极和负极。另外,正极的外侧设有正极侧隔板,正极侧隔板支撑上述正极,并具有可以流通燃料的通路。负极的外侧设有负极侧隔板,负极侧隔板支撑上述负极,并具有可以流通空气的通路。作为燃料,正极的氢气进行氧化反应,而作为氧化剂,负极的氧气进行还原反应。进行上述反应时,会出现电子的移动,产生电能。
燃料电池可以使用液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、甲烷、
通常,作为燃料使用气态燃料。上述燃料通过燃料重整器(fuel reformer)进行脱硫化反应、重整(reforming)反应,并通过氢气精炼工序被精炼成氢气。另外,也可以使用溶液态燃料,例如可以把固态BH4调制成水溶液后使用(所谓BFC方式燃料电池:boro hydride fuel cell)。BFC方式的燃料电池不使用重整器,而是直接把水溶液状态的液态燃料供应给正极。这时,在正极起重整反应,因此可以取消重整器,简化燃料电池系统。
另外,燃料电池可以按电解质的种类,划分为磷酸盐燃料电池(phosphoric fuel cell)、熔碳盐燃料电池(molten carbonate fuel cell)、固体氧化物燃料电池(alkaline fuel cell)、高分子分离膜燃料电池(solidoxide fuel cell)等。
下面,参照图1,对普通燃料电池系统进行说明。
如图1所示,储存在燃料罐5中的燃料被燃料泵3供应到燃料电池1。空气被空气泵7泵送到燃料电池1。燃料电池1由单一单元(unit cell)形式形成或由叠放单一单元的堆栈(stack)形式形成。
下面,参照图2和图3,对传统燃料电池的一实施例进行说明,图2,图3为由单一单元形成的燃料电池示意图。
电解质10的两侧分别设有正极30和负极20。正极30和负极20的外侧分别设有隔板40、50。这里,正极30和负极20具有多孔形状,通常含有白金催化剂。
正极30的外侧设有正极侧隔板50,负极20的外侧设有负极侧隔板50。隔板40、50用于支撑正极30和负极20,通常分别具有由隔壁44、54形成的通路46、56。上述通路46、56的形状可以存在多种形式。另外,隔板40、50在叠放单一单元时可以隔离各单一单元。隔板40、50的外侧可以分别设置集电板。
作为电解质10通常使用由高分子材料制成的离子交换膜,其商品化的产品中,作为具有代表性的电解质膜,可以举DIUPON公司的Nafion膜为例。电解质10起氢离子传导体作用的同时,防止氧气和氢气的接触。另外,正极30和负极20是附着有催化剂的支撑体,通常使用碳树脂(carbon paper)或碳织物(carbon cloth)。另外隔板40、50通常是致密的碳板。
对上述燃料电池的作用,进行如下说明。
供应到燃料电池的燃料和空气分别流过正极和负极时发生如下反应。
正极: Eo=-1.24V
负极: Eo=0.4V
全体: Eo=1.62V
另外,为了把BH4 -调制成稳定的溶液,通常添加一定量的Na。随之正极30会产生与之相应的副反应,会产生氢气。这里,正极30的反应方程式为 。
现有的燃料电池中,为了增加发电功率,要加大燃料电池各构成部件的大小。但是增加大小时,对于燃料电池的各部件,特别是对于隔板来说因其内部形成有通路,会存在制作困难,费用增加的问题。
另外,如果为了提高功率,加大燃料电池的各构成部件大小,则会导致燃料电池整个体积增大,造成使用上的不便。
发明内容
为了克服现有燃料电池存在的上述缺点,本发明提供一种改进的燃料电池,在不用增大其构成部件大小的情况下,提高发电性能。
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,包括:电解质;分别设置在电解质两侧的正极和负极;分别设置在正极和负极的正极侧隔板和负极侧隔板,上述正极上形成凹陷部。
前述的燃料电池,其中凹陷部包括贯穿上述正极的贯穿部分。
前述的燃料电池,其中凹陷部包括直线部分。
前述的燃料电池,其中直线部分包括第1直线部分和与上述第1直线部分按一定角度交叉的第2直线部分。
前述的燃料电池,其中第1直线部分和上述第2直线部分相互垂直交叉。
前述的燃料电池,其中第1直线部分和上述第2直线部分中,至少某一个的长度与上述正极的幅度或长度相同。
前述的燃料电池,其中第1直线部分和上述第2直线部分中,至少某一个的长度小于上述正极的幅度或长度,而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。
前述的燃料电池,其中在上述负极上形成凹陷部。
本发明解决其技术问题还可采用如下技术方案:
一种燃料电池,包括,包括电解质;分别设置在电解质两侧的正极和负极;分别设置在正极和负极的正极侧隔板和负极侧隔板,在上述负极上形成凹陷部。
本发明在保持燃料电池的原来大小的情况下,也可以提高燃料电池的发电功率和发电性能。
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为普通的燃料电池系统的工作原理图。
图2为传统燃料电池的分解示意图。
图3为图2所示的电池的组合断面图。
图4为本发明的燃料电池的实施例示意图,是电解质和正极的组合平面示意图。
图5为图4所示燃料电池的断面图。
图6为本发明的燃料电池另一实施例示意图,是与图4相当的示意图。
图7为本发明的燃料电池又一实施例示意图,是与图4相当的示意图。
图8a为传统燃料电持中的燃料流动状态示意图。
图8b为本发明燃料电池中的燃料流动状态示意图。
图中标号说明:
10:电解质 20:负极
30:正极 40:负极侧隔板(separator)
50:正极侧隔板 32,34:凹陷部 300:媒介层(涂层)
具体实施方式
本发明的较佳实施例中,对于与传统燃料电池相同的构成部件,采用相同的名称和标号。
下面,参照图4,对本发明的燃料电池较佳实施例进行说明。
与现有技术相同,本发明的燃料电池也包括电解质、正极、负极、正极侧隔板、负极侧隔板。由多个单一单元叠放形成的堆栈(stack)式燃料电池中,单一隔板的一侧与正极接触,另一侧与负极接触。但是为了说明上的方便,在下述说明中,采用“正极侧隔板”和“负极侧隔板”的术语。
与现有技术不同,本发明中,正极30形成有凹陷部32。凹陷部32的形状没有限定,但上述凹陷部32以与垂直方向或水平方向,即正极30的长度或幅度平行的直线状态形成为宜。即,多个直线式凹陷部32按一定间隔排列,形成条纹(stripe)形状。当然,也可以使上述凹陷部32的一部分具有直线形状,使另一部分具有曲线等其他形状。
如图5所示,凹陷部可以具有不贯穿正极30的凹陷形状(请参照图面标号32),但为了制造上的方便等因素,上述凹陷部贯穿正极30为宜(请参照图面标号32a)。当然,也可以使凹陷部的一部分形成非贯穿部分,另一部分形成贯穿部分。
如图6所示,凹陷部(32,34)是由第1直线部分32和与上述第1直线部分32按一定角度交叉的第2直线部分34形成。上述第1直线部分32和上述第2直线部分34相互垂直交叉。上述第1直线部分32和上述第2直线部分34中,至少某一个的长度与上述正极30的幅度或长度相同。如果第1直线部分32和第2直线部分34的长度分别与正极30的幅度和长度相同,则如图6所示,形成多个小正极30a、30b、30c排列在电解质10上的形状,比如镶嵌(mosaic)形状。即,具有上述结构时,各个分离的小正极30a、30b、30c集合成镶嵌式正极30。
本发明不限定于上述结构,也可以按如图7所示的形状形成正极。即,第1直线部分32和上述第2直线部分34中,至少某一个的长度小于上述正极30的幅度或长度,而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。图7中,水平形成的第1直线部分32的长度略小于正极30的长度,多个第2直线部分34设置在各第1直线部分32之间,并与第1直线部分32相垂直。
如上所述的结构,可以形成多个凹陷部(32,34),此时,也能避免正极30被分离成多个小正极的集合体,即,可以形成1个整块正极30,从而可以提高正极30的组装效率。
下面,参照图8a和图8b,对本发明的原理以及效果,进行说明。
图8a为没有凹陷部的传统燃料电池中的燃料流动状态示意图。流体流动时,按流体的流动方向,会生成边界层(Boundary layer)。这种边界层是阻碍流体流动的一种阻力因素。
本发明中,正极30形成有凹陷部(32,34),因此如图8b所示,在形成凹陷部(32,34)的部位,上述边界层会遭到破坏,降低流体的流动阻力。因此,本发明的流体流动比现有燃料电池更加流畅,其热交换效率得到提高,进而可以提高燃料电池的性能。
另外,燃料电池中,燃料和氧化剂的反应结果会生成水,而本发明的凹陷部32,34可以防止水的溢出,提高发电性能。当然,在正极30上形成凹陷部32,34时,会降低用于化学反应的面积,从本发明的试验结果看,本发明优点比上述缺点带来的影响更加明显,还是能够提高整体发电性能。
另外,上述一实施例中,在正极上形成凹陷部。但本发明不受限于上述结构。即,可以在负极上形成凹陷部。因为,供给负极的氧化剂通常也是流体,因此可以得到与上述内容相似的效果。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
综上所述,本发明的燃料电池具有如下发明效果。
本发明通过在正极以及/或负极上形成凹陷部,降低了燃料以及/或氧化剂的流动阻力,提高了燃料电池的发电性能及发电功率。另外,本发明可以通过凹陷部防止燃料和氧化剂反应后生成的水溢出,从而提高发电性能。
Claims (9)
1、一种燃料电池,包括:
电解质;
分别设置在电解质两侧的正极和负极;
分别设置在正极和负极的正极侧隔板和负极侧隔板;
上述正极上形成凹陷部。
2、根据权利要求1所述的燃料电池,其特征在于上述凹陷部包括贯穿上述正极的贯穿部分。
3、根据权利要求1或2所述的燃料电池,其特征在于上述凹陷部包括直线部分。
4、根据权利要求3所述的燃料电池,其特征在于上述直线部分包括第1直线部分和与上述第1直线部分按一定角度交叉的第2直线部分。
5、根据权利要求4所述的燃料电池,其特征在于上述第1直线部分和上述第2直线部分相互垂直交叉。
6、根据权利要求5所述的燃料电池,其特征在于上述第1直线部分和上述第2直线部分中,至少某一个的长度与上述正极的幅度或长度相同。
7、根据权利要求5所述的燃料电池,其特征在于上述第1直线部分和上述第2直线部分中,至少某一个的长度小于上述正极的幅度或长度,而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。
8、根据权利要求1或2所述的燃料电池,其特征在于在上述负极上形成凹陷部。
9、一种燃料电池,包括,
包括电解质;
分别设置在电解质两侧的正极和负极;
分别设置在正极和负极的正极侧隔板和负极侧隔板;
在上述负极上形成凹陷部。
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