CN211182370U - 氢燃料电池及应用该电池的汽车、无人机、船舶和飞机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氢燃料电池及应用该电池的汽车、无人机、船舶和飞机，包括多个电池单元，电池单元包括依次上下叠层的：导电波纹片、密封胶垫、上碳纸、膜电极和下碳纸；导电波纹片包括多个左右相间排列的长条形的布气槽，各布气槽的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽的其余端面封闭，相邻两个布气槽的相邻底边连接；邻近密封胶垫的前后两侧边上设有进、出气槽，进气槽的入口、出气槽的出口分别处于邻近密封胶垫的左右两边。本实用新型的导电波纹片，直接替代的现有技术中的金属波纹片、金属布气片二者的组合，也即在电池单元中减少了多个平片流道金属层，故而大幅减小了氢燃料电池的内阻、体积和重量，降低了生产和使用成本。

Description

氢燃料电池及应用该电池的汽车、无人机、船舶和飞机

技术领域

本实用新型涉及一种氢燃料电池及应用该电池的汽车、无人机、船舶或飞机。

背景技术

现有的氢燃料电池体积、重量和内阻都较大，其中，采用金属布气片和金属网片用于均布氢气。

因此，如何减小氢燃料电池体积、降低重量，是本领域的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种体积、重量都较小的氢燃料电池，及应用该电池的汽车、无人机和船舶、飞机。

实现本实用新型目的一种氢燃料电池，包括：上下叠层的多个电池单元，该电池单元包括依次上下叠层设置的：导电波纹片、密封胶垫、上碳纸、膜电极和下碳纸；所述导电波纹片包括多个左右相间排列的长条形的布气槽，各布气槽的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽的其余端面封闭，相邻的两个布气槽的相邻底边连接；邻近所述密封胶垫的左右两侧边上分别设有入口、出口，在密封胶垫的中部设有与上述入口、出口相通的矩形镂空部；所述导电波纹片的两端具有左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有与上述入口、出口上下对应的第一、第二通孔；所述上碳纸的宽度适于使得导电波纹片的各布气槽的长条形开口的两端不被上述上碳纸覆盖，矩形镂空部的宽度大于上碳纸的宽度，以使上碳纸的两长边都处于上述矩形镂空部的内侧，并形成两条长条形间隙；所述上碳纸的左右两端覆盖矩形镂空部的左右两端。

从上述导电波纹片的第一通孔进入的氢气，经所述密封胶垫的入口沿着所述长条形间隙进入各布气槽，然后各布气槽中的氢气穿过上碳纸并均匀分布在上述膜电极的一侧，氢气与膜电极上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与透过下碳纸的氧气结合生成水；剩余的氢气依次经上述出口、第二通孔排出。

多个电池单元上下叠层设于上、下压板之间；上压板上设有进气口、排气口，于所述电池单元上的第一、第二通孔上分别设有密封圈；该进、排气口分别通过所述密封圈与顶层的电池单元中的所述第一、第二通孔密封相通；所述膜电极的左右两端分别设有与上述第一、第二通孔上下对应的第一、第二过气孔；所述膜电极包括膜电极本体、塑封在膜电极本体四周的包边，上述第一、第二过气孔设于该包边上；所述上碳纸、下碳纸的外形尺寸适于覆盖所述膜电极本体；所述第一、第二通孔上的两个密封圈分别密封配合在上方的另一电池单元中的上述第一、第二过气孔的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道。

实现本实用新型目的另一种氢燃料电池，包括：上下叠层的多个电池单元，该电池单元包括依次上下叠层设置的：导电波纹片、密封胶垫、上碳纸、膜电极和下碳纸；所述导电波纹片包括多个左右相间排列的长条形的布气槽，各布气槽的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽的其余端面封闭，相邻的两个布气槽的相邻底边连接；邻近所述密封胶垫的前后两侧边上设有进、出气槽，进气槽的入口、出气槽的出口分别处于邻近所述密封胶垫的左右两边；在密封胶垫的中部，于所述进、出气槽内侧设有矩形镂空部；导电波纹片的两端具有左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有与上述入口、出口上下对应的第一、第二通孔；所述导电波纹片的各布气槽的长条形开口的两端分别与所述进、出气槽上下对应，氢气从第一通孔进入所述入口，然后依次经所述进气槽进入导电波纹片的各布气槽，然后氢气与膜电极上的催催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与来自外界的、透过下碳纸的氧气结合生成水，其余氢气经出气槽排至所述出口，并从第二通孔排出；上碳纸适于覆盖所述矩形镂空部。

多个电池单元上下叠层设于上、下压板之间；上压板上设有进气口、排气口，该进、排气口分别与顶层的电池单元中的第一、第二通孔相通。

所述膜电极的左右两端分别设有与上述密封胶垫的入口、出口上下对应的第一、第二过气孔。

所述膜电极包括膜电极本体、塑封在膜电极本体四周的包边，上述第一、第二过气孔设于该包边上；所述下碳纸适于覆盖所述膜电极本体。

于所述电池单元上的第一、第二通孔上分别设有密封圈；两个密封圈分别密封配合在上方的另一电池单元中的上述第一、第二过气孔的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道；顶层的电池单元上的两个密封圈分别与所述上压板上的进气口、排气口的底端口密封配合，以形成走气通道。

氢气的流通过程是：氢气从进气口进入，经密封圈、第一通孔、入口进入所述进气槽，然后进气槽中的氢气依次经所述各布气槽穿过上碳纸，与催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与氧结合生成水，其余氢气经出气槽排至所述出口；所述催化剂可分布在所述上碳纸和/或膜电极上。

进、排气口分别设于邻近上压板的对角上，且使用时进气口处于上方；上、下压板的四周边缘通过螺栓彼此固定。

所述的氢燃料电池的工作方法，包括如下步骤：

A、安装氢燃料电池时，将送氧装置的出风口设于各导电波纹片的一侧；或，将所述导电波纹片基本处于竖直分布，并使氢燃料电池上、下方都有空间，且这些空间与外部空气连通；

B、将负载的两电极分别连接上、下压板；

C、进气口连通氢气气源，然后在上、下压板之间产生电压并驱动负载；其中，所述导电波纹片的相邻布气槽的间隙中的氧气穿过下碳纸后，与穿过膜电极的氢离子结合生成水，并产生电流、驱动负载，并使得氢燃料电池变热并产生热空气，以使热空气在各布气槽的间隙中向上流动，进而更新空气。

一种无人机或汽车或船舶或飞机，该无人机采用上述氢燃料电池作为动力源或电源，同时该无人机或汽车或船舶上还设有锂电池，作为动力源或电源。

一种飞机，采用上述氢燃料电池作为电源，该飞机需人工驾驶，并采用电动引擎，同时该飞机上还设有锂电池，作为动力源。

本实用新型的氢燃料电池的有益效果：（1）本实用新型的导电波纹片的结构，直接替代的现有技术中的金属波纹片、金属布气片二者的组合，同时省去了金属网片，也即在电池单元中减少了多个金属层，故而大幅减小了氢燃料电池的内阻、体积和重量，降低了生产和使用成本；其中，相邻的布气槽之间的间隙用于形成条形槽，排出工作时生成的水，并流通空气，以提供氧气以及散热。各布气槽的内腔构成走氢气的通道和上碳纸的配合。（2）本实用新型中的导电波纹片、密封胶垫和膜电极的同侧共有一个通道，相邻的电池单元之间设有一密封圈，相邻的电池单元的走气道靠压力上下密封配合，以此串联，形成走气通道。（3）本实用新型大幅减小了氢燃料电池的体积和重量，降低了生产和使用成本。大幅减小了氢燃料电池的体积和重量，降低了生产和使用成本（以500W氢燃料电池为例，本实用新型相对于现有的氢燃料电池，重量轻15-30%，体积小15-30%，内阻降低20-40%，成本低30-40%）。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型的氢燃料电池中的电池单元的分解结构示意图；

图2是本实用新型的氢燃料电池的断面结构示意图；

图3是所述氢燃料电池的装配结构示意图；

图4是本实用新型的多个电池单元层叠的断面结构示意图；

图5是上述氢燃料电池的进一步的装配结构示意图；

图6是本实用新型的导电波纹片的背面结构图；

图7是本实用新型的第二种氢燃料电池中的电池单元的分解结构示意图；

图中：电池单元100、导电波纹片1、第一通孔11、第二通孔12、密封圈13、密封胶垫2、进气槽22、出气槽23、上碳纸4、膜电极5、膜电极本体50、包边51、下碳纸6、上压板8、进气口80、排气口81、下压板15。

具体实施方式

实施例1

如图1-6所示，一种氢燃料电池，包括：上下叠层的多个电池单元100，其特征在于：该电池单元100包括依次上下叠层设置的：导电波纹片1、密封胶垫2、上碳纸4、膜电极5和下碳纸6；

所述导电波纹片1包括多个左右相间排列的长条形的布气槽10，各布气槽10的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽10的其余端面封闭，相邻的两个布气槽10的相邻底边连接；

邻近所述密封胶垫2的左右两侧边上分别设有入口21、出口25，在密封胶垫2的中部设有与上述入口21、出口25相通的矩形镂空部24；

所述导电波纹片1的两端具有左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有与上述入口21、出口25上下对应的第一、第二通孔11、12；

所述上碳纸4的宽度适于使得导电波纹片1的各布气槽10的长条形开口的两端不被上述上碳纸4覆盖，矩形镂空部24的宽度大于上碳纸4的宽度，以使上碳纸4的两长边都处于上述矩形镂空部24的内侧，并形成两条长条形间隙；

所述上碳纸4的左右两端覆盖矩形镂空部24的左右两端。

从上述导电波纹片1的第一通孔11进入的氢气，经所述密封胶垫2的入口21沿着所述长条形间隙进入各布气槽10，然后各布气槽10中的氢气穿过上碳纸4并均匀分布在上述膜电极5的一侧，氢气与膜电极5上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与透过下碳纸6的氧气结合生成水；剩余的氢气依次经上述出口25、第二通孔12排出。

多个电池单元100上下叠层设于上、下压板8、15之间；上压板8上设有进气口80、排气口81，于所述电池单元100上的第一、第二通孔11、12上分别设有密封圈13；该进、排气口80、81分别通过所述密封圈13与顶层的电池单元100中的所述第一、第二通孔11、12密封相通；

所述膜电极5的左右两端分别设有与上述第一、第二通孔11、12上下对应的第一、第二过气孔52、53；

所述膜电极5包括膜电极本体50、塑封在膜电极本体50四周的包边51，上述第一、第二过气孔52、53设于该包边51上；

所述上碳纸4、下碳纸6的外形尺寸适于覆盖所述膜电极本体50；所述第一、第二通孔11、12上的两个密封圈13分别密封配合在上方的另一电池单元100中的上述第一、第二过气孔52、53的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道。

上述氢燃料电池的工作方法，包括如下步骤：

A、安装氢燃料电池时，将送氧装置（一般采用设有抽风机的新风装置）的出风口设于各导电波纹片1的一侧；或，将所述导电波纹片1基本处于竖直分布，并使氢燃料电池上、下方都有空间，且这些空间与外部空气连通；

B、将负载的两电极分别连接上、下压板；

C、进气口80连通氢气气源，然后在上压板8、下压板15之间产生电压并驱动负载；其中，所述导电波纹片1的相邻布气槽10的间隙中的氧气穿过下碳纸6后，与穿过膜电极5的氢离子结合生成水，并产生电流、驱动负载，并使得氢燃料电池变热并产生热空气，以使热空气在各布气槽10的间隙中向上流动，进而更新空气。

其中，氢气的流通过程是：氢气从进气口80进入，经密封圈、第一通孔11进入导电波纹片1和膜电极5，氢气沿着所述上碳纸（4）的侧边进入各布气槽（10），然后穿过上碳纸，并均匀分布在上述膜电极（5）的一侧，氢气与膜电极（5）上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与透过下碳纸6的氧气结合生成水；剩余的氢气经上述第二通孔（12）排出。

所述进气槽22，然后进气槽22中的氢气依次经所述各布气槽10穿过上碳纸4，与催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极5与氧结合生成水，其余氢气经出气槽23排至所述出口25。所述催化剂可分布在所述上碳纸4和/或膜电极5上。

为了提高空气流速、提高氢燃料电池的功率，所述导电波纹片1的一侧、于各布气槽10的端部设有风机或高压气流喷口，该高压气流喷口与压缩空气源相连。风机或高压气流喷口输出的空气经过过滤，以滤除对上述膜电极5有害的元素，例如燃油车尾气、酸性气体等。

实施例2

在实施例的基础上，本实施例存在如下变型：

如图7，氢燃料电池，包括：设于上、下压板（一般为铝质）之间的多个电池单元，该电池单元包括依次叠层设置的：导电波纹片1、密封胶垫2、上碳纸4、膜电极5、下碳纸6。

所述导电波纹片1包括多个左右相间排列的长条形的布气槽10，各布气槽10的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽10的其余端面封闭，相邻的两个布气槽10的相邻底边连接；处于左右两端的两个布气槽10的外侧分别具有向外延伸的左、右延伸部，也即导电波纹片1的两端的左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有第一通孔11、第二通孔12。

邻近所述密封胶垫2的前后两侧边上设有进气槽22、出气槽23，进气槽22的入口21、出气槽23的出口25分别处于邻近所述密封胶垫2的左右两边；在密封胶垫2的中部，于所述进气槽22、出气槽23内侧设有矩形镂空部24。上碳纸4适于覆盖所述矩形镂空部24。

导电波纹片1两端的第一、第二通孔11、12分别与上述入口21、出口25上下对应。

导电波纹片1的各布气槽10底部的长条形开口的两端分别与所述进气槽22、出气槽23上下对应，氢气从第一通孔11进入所述入口21，然后依次经所述进气槽22进入各布气槽10，然后氢气与膜电极5上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极5与透过下碳纸6的氧气结合生成水，剩余的氢气经出气槽23排至所述出口25，并从第二通孔12排出。

多个电池单元100上下叠层设于上、下压板8、15之间；于所述电池单元100上的第一、第二通孔11、12上分别设有密封圈13；这两个密封圈13分别密封配合在上方的另一电池单元100中的上述第一、第二过气孔52、53的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道；顶层的电池单元100上的两个密封圈13分别与所述上压板8上的进气口80、排气口81的底端口密封配合，以形成走气通道。

上压板8上的进气口80、排气口81优选呈对角分布。

所述膜电极5的左右两端分别设有与上述密封胶垫2的入口21、出口25上下对应的第一、第二过气孔52、53。

所述膜电极5包括膜电极本体50、塑封在膜电极本体50四周的包边51，上述第一、第二过气孔52、53设于该包边51上；

所述下碳纸6适于覆盖所述膜电极本体50。

上述进、排气口分别设于邻近上压板的对角上，且使用时进气口80处于上方；排气口81处于下方，利于排水。

上、下压板8、15的四周边缘通过螺栓彼此固定。

上述氢燃料电池的工作方法，包括如下步骤：

A、安装氢燃料电池时，将送氧装置的出风口设于各导电波纹片1的一侧；或，将所述导电波纹片1基本处于竖直分布，并使氢燃料电池上、下方都有空间，且这些空间与外部空气连通；

B、将负载的两电极分别连接上、下压板；

C、进气口80连通氢气气源，然后在上压板8、下压板15之间产生电压并驱动负载；其中，所述导电波纹片1的相邻布气槽10的间隙中的氧气穿过下碳纸6后，与穿过膜电极5的氢离子结合生成水，并产生电流、驱动负载，并使得氢燃料电池变热并产生热空气，以使热空气在各布气槽10的间隙中向上流动，进而更新空气。其中，氢气的流通过程是：氢气从进气口80进入，经密封圈、第一通孔11、入口21进入所述进气槽22，然后进气槽22中的氢气依次经所述各布气槽10穿过上碳纸4，与催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极5与氧结合生成水，其余氢气经出气槽23排至所述出口25，然后经第二通孔12从排气口81排出。所述催化剂分布在所述膜电极5上。

另一种可选的方案是，为了提高空气流速、提高氢燃料电池的功率，所述导电波纹片1的一侧、于各布气槽10的端部设有风机或高压气流喷口，该高压气流喷口与压缩空气源相连。风机或高压气流喷口输出的空气经过过滤，以滤除对上述膜电极5有害的元素，例如燃油车尾气、酸性气体等。

实施例3

一种无人机，该无人机采用上述实施例1或2的氢燃料电池作为动力源，同时该无人机上还设有锂电池，作为动力源。

实施例4

一种汽车，该汽车采用上述实施例1或2的氢燃料电池作为动力源，同时该无人机上还设有锂电池，作为动力源。

该汽车还可以是混合动力汽车或双模汽车。

实施例5

一种船舶，该船舶采用上述实施例1或2的氢燃料电池作为电源。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种氢燃料电池，包括：上下叠层的多个电池单元（100），其特征在于：该电池单元（100）包括依次上下叠层设置的：导电波纹片（1）、密封胶垫（2）、上碳纸（4）、膜电极（5）和下碳纸（6）；

所述导电波纹片（1）包括多个左右相间排列的长条形的布气槽（10），各布气槽（10）的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽（10）的其余端面封闭，相邻的两个布气槽（10）的相邻底边连接；

邻近所述密封胶垫（2）的左右两侧边上分别设有入口（21）、出口（25），在密封胶垫（2）的中部设有与上述入口（21）、出口（25）相通的矩形镂空部（24）；

所述导电波纹片（1）的两端具有左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有与上述入口（21）、出口（25）上下对应的第一、第二通孔（11、12）；

所述上碳纸（4）的宽度适于使得导电波纹片（1）的各布气槽（10）的长条形开口的两端不被上述上碳纸（4）覆盖，矩形镂空部（24）的宽度大于上碳纸（4）的宽度，以使上碳纸（4）的两长边都处于上述矩形镂空部（24）的内侧，并形成两条长条形间隙；

所述上碳纸（4）的左右两端覆盖矩形镂空部（24）的左右两端。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池，其特征在于：

从上述导电波纹片（1）的第一通孔（11）进入的氢气，经所述密封胶垫（2）的入口（21）沿着所述长条形间隙进入各布气槽（10），然后各布气槽（10）中的氢气穿过上碳纸（4）并均匀分布在上述膜电极（5）的一侧，氢气与膜电极（5）上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极与透过下碳纸（6）的氧气结合生成水；剩余的氢气依次经上述出口（25）、第二通孔（12）排出。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池，其特征在于：多个电池单元（100）上下叠层设于上、下压板（8、15）之间；上压板（8）上设有进气口（80）、排气口（81），于所述电池单元（100）上的第一、第二通孔（11、12）上分别设有密封圈（13）；该进、排气口（80、81）分别通过所述密封圈（13）与顶层的电池单元（100）中的所述第一、第二通孔（11、12）密封相通；

所述膜电极（5）的左右两端分别设有与上述第一、第二通孔（11、12）上下对应的第一、第二过气孔（52、53）；

所述膜电极（5）包括膜电极本体（50）、塑封在膜电极本体（50）四周的包边（51），上述第一、第二过气孔（52、53）设于该包边（51）上；

所述上碳纸（4）、下碳纸（6）的外形尺寸适于覆盖所述膜电极本体（50）；所述第一、第二通孔（11、12）上的两个密封圈（13）分别密封配合在上方的另一电池单元（100）中的上述第一、第二过气孔（52、53）的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道。

4.一种氢燃料电池，包括：上下叠层的多个电池单元（100），其特征在于：该电池单元（100）包括依次上下叠层设置的：导电波纹片（1）、密封胶垫（2）、上碳纸（4）、膜电极（5）和下碳纸（6）；

所述导电波纹片（1）包括多个左右相间排列的长条形的布气槽（10），各布气槽（10）的底部具有前后方向分布的长条形开口，各布气槽（10）的其余端面封闭，相邻的两个布气槽（10）的相邻底边连接；

邻近所述密封胶垫（2）的前后两侧边上设有进、出气槽（22、23），进气槽（22）的入口（21）、出气槽（23）的出口（25）分别处于邻近所述密封胶垫（2）的左右两边；在密封胶垫（2）的中部，于所述进、出气槽（22、23）内侧设有矩形镂空部（24）；

导电波纹片（1）的两端具有左、右延伸部，左、右延伸部上分别设有与上述入口（21）、出口（25）上下对应的第一、第二通孔（11、12）；

所述导电波纹片（1）的各布气槽（10）的长条形开口的两端分别与所述进、出气槽（22、23）上下对应；

氢气从第一通孔（11）进入所述入口（21），然后依次经所述进气槽（22）进入导电波纹片（1）的各布气槽（10），然后氢气与膜电极（5）上的催化剂作用后生成氢离子，氢离子穿过膜电极（5）与透过下碳纸（6）的氧气结合生成水，剩余的氢气经出气槽（23）排至所述出口（25），并从第二通孔（12）排出。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池，其特征在于：多个电池单元（100）上下叠层设于上、下压板（8、15）之间；上压板（8）上设有进气口（80）、排气口（81），该进、排气口（80、81）分别与顶层的电池单元（100）中的第一、第二通孔（11、12）密封连通。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池，其特征在于：所述膜电极（5）的左右两端分别设有与上述密封胶垫（2）的入口（21）、出口（25）上下对应的第一、第二过气孔（52、53）；所述膜电极（5）包括膜电极本体（50）、塑封在膜电极本体（50）四周的包边（51），上述第一、第二过气孔（52、53）设于该包边（51）上；

所述上碳纸（4）适于覆盖所述矩形镂空部（24）；

所述下碳纸（6）适于覆盖所述膜电极本体（50）。

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池，其特征在于：于所述电池单元（100）上的第一、第二通孔（11、12）上分别设有密封圈（13）；两个密封圈（13）分别密封配合在上方的另一电池单元（100）中的上述第一、第二过气孔（52、53）的下端，并使各电池单元的、处于同侧的通孔同轴分布，形成走气通道；顶层的电池单元（100）上的两个密封圈（13）分别与上压板（8）上的进气口（80）、排气口（81）的底端口密封配合，以形成走气通道。

8.一种汽车，其特征在于，采用权利要求1或4所述的氢燃料电池作为动力源或电源。

9.一种无人机，其特征在于，采用权利要求1或4所述的氢燃料电池作为动力源或电源。

10.一种船舶，其特征在于，采用权利要求1或4所述的氢燃料电池作为动力源或电源。

11.一种飞机，其特征在于，采用权利要求1或4所述的氢燃料电池作为动力源或电源。

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