CN2691070Y - 一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板 - Google Patents

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CN2691070Y CNU2004200216690U CN200420021669U CN2691070Y CN 2691070 Y CN2691070 Y CN 2691070Y CN U2004200216690 U CNU2004200216690 U CN U2004200216690U CN 200420021669 U CN200420021669 U CN 200420021669U CN 2691070 Y CN2691070 Y CN 2691070Y
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Abstract

本实用新型涉及一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，包括导流极板本体，在该导流极板本体的一面或双面设有导流槽及流体孔，在所述的导流极板本体的一面或双面的左右或上下端部开设可供接插件容置的电压检测槽，或者在所述的导流极板本体的左右或上下侧面开设可供接插件容置的电压检测孔。与现有技术相比，本实用新型具有检测方便、安全可靠等特点。

Description

一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板
技术领域
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：
阴极反应：
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式发电站。
图1是由n个燃料电池电极与燃料电池双极板以及二块正负极电流引出母板及二块端板组成的燃料电池堆，它包括正极集流母板1，负极集流母板2，双极板3(共N块，每块极板内部有冷却流道)，电极4(N张)，拉杆5，前端板6，后端板7
质子交换膜燃料电池堆一般由若干个单电池串联或并联而成，对燃料电池工作电压，特别是所有单电池工作电压监控与安全报警自动控制尤为重要。因为整个燃料电池发电系统的任何不正常情况，如过电流，超出正常工作温度等都会表现出一些单电池工作电压处于异常状态。特别是当出现电极击穿时，该电极所在的单电池输出电压会达到异常数值，甚至出现负值，而其他正常的单电池工作输出电压一般在1.2～0.5V之间。所以，对每个单电池或由数个单电池组成的组实行电压监控与检测，这对保障燃料电池安全运行是非常必要的。然而，现有的导流极板均没有设置可供电压检测的结构，导致对单电池的电压检测很不方便。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种检测方便、安全可靠的带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，包括导流极板本体，在该导流极板本体的一面或双面设有导流槽及流体孔，其特征在于，在所述的导流极板本体的一面或双面的左右或上下端部开设可供接插件容置的电压检测槽，或者在所述的导流极板本体的左右或上下侧面开设可供接插件容置的电压检测孔。
所述的检测槽呈长方形浅槽结构。
所述的检测槽在盖上膜电极后就成为检测孔。
所述的接插件由弹性较强的金属材料做成，当其压入检测槽或检测孔后，可自行张开紧贴检测槽或检测孔。
所述的导流极板上还设有定位孔。
所述的导流槽为氢气导流槽或空气导流槽或冷却流体导流槽。
所述的流体孔为氢气孔或空气孔或冷却流体孔。
本实用新型由于采用了以上技术方案，因此实现了既方便又安全且可靠地对燃料电池堆中每个单电池或由数个单电池组成的电池组实行电压监控与检测，从而为实现自动化检测提供了一个良好的操作平台。此外，本实用新型的接插件可以随时方便地从燃料电池堆的检测孔中拆下或装上，而且在燃料电池作为车载或船载动力系统时，接插件抗震动不会掉落。
附图说明
图1为现有燃料电池堆的结构示意图；
图2为本实用新型导流极板的结构示意图；
图3为本实用新型带有电压监控检测槽的导流双极板的侧视图；
图4为本实用新型带有电压监控检测孔的导流双极板的侧视图；
图5为本实用新型接插件的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2、图3、图5所示，一种带有电压监控检测槽的燃料电池导流双极板，包括导流极板本体3，在该导流极板本体3的双面分别设有氢气导流槽及空气导流槽31，在导流极板本体3上还设有氢气孔及空气孔32、冷却流体孔33、定位孔34，所述的导流极板本体3的双面的左右或上下端部开设有可供接插件35容置的电压检测槽36，该检测槽36呈长方形浅槽结构，宽度大约是0.5～5mm，深度大约是0.1～1mm。导流双极板3与膜电极4(见图1)组装成燃料电池堆后，长方形浅槽36上面盖有膜电极4，构成一检测孔。图5是放入检测孔中的接插件35，该接插件35可以是由不锈钢片或其他钢性、弹性较强的金属材料做成，具有弹性，当压入检测孔后，其中图5中的a、b、c、d是该接插件35的四种例子，而且自行张开时可以紧紧贴住检测孔。
此外，上述导流双极板夹层可设置冷却流体散热通道。
实施例2
如图2、图4、图5所示，一种带有电压监控检测孔的燃料电池导流双极板，在该导流双极板3的左右或上下侧面开设可供接插件35容置的电压检测孔37，其余结构与实施例1相同。

Claims (7)

1.一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，包括导流极板本体，在该导流极板本体的一面或双面设有导流槽及流体孔，其特征在于，在所述的导流极板本体的一面或双面的左右或上下端部开设可供接插件容置的电压检测槽，或者在所述的导流极板本体的左右或上下侧面开设可供接插件容置的电压检测孔。
2.根据权利要求1所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的检测槽呈长方形浅槽结构。
3.根据权利要求1所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的检测槽在盖上膜电极后就成为检测孔。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的接插件由弹性较强的金属材料做成，当其压入检测槽或检测孔后，可自行张开紧贴检测槽或检测孔。
5.根据权利要求1所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的导流极板上还设有定位孔。
6.根据权利要求1所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的导流槽为氢气导流槽或空气导流槽或冷却流体导流槽。
7.根据权利要求1所述的一种带有电压监控检测槽孔的燃料电池导流极板，其特征在于，所述的流体孔为氢气孔或空气孔或冷却流体孔。
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