RU152860U1 - Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности - Google Patents
Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности Download PDFInfo
- Publication number
- RU152860U1 RU152860U1 RU2014130896/07U RU2014130896U RU152860U1 RU 152860 U1 RU152860 U1 RU 152860U1 RU 2014130896/07 U RU2014130896/07 U RU 2014130896/07U RU 2014130896 U RU2014130896 U RU 2014130896U RU 152860 U1 RU152860 U1 RU 152860U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- battery
- hydrogen
- channels
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
1. Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности на основе водородно-воздушных (кислородных) топливных элементов прямоугольной формы с полимерным электролитом, с воздушными и водородными электродами с газодиффузионной подложкой, с биполярными пластинами воздушных и водородных электродов, с пластинами водородного электрода с водородными каналами и пластинами воздушного (кислородного) электрода с воздушными (кислородными) каналами, отличающаяся тем, что батарея состоит по меньшей мере из двух блоков батарей, расположенных вертикально друг над другом и объединенных в моноблок, с выходом отработанного воздуха (кислорода) из одного блока батареи непосредственно в следующий блок.2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что воздушные каналы катода ТЭ каждого блока батареи выполнены прямолинейными, расположенными вертикально по короткой стороне ТЭ с исключением изменения направления воздушного потока в пределах воздушных каналов ТЭ блока батареи.3. Батарея по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в ТЭ между биполярными пластинами электродов и электродами с газодиффузионными подложками размещены металлические сетки.
Description
Полезная модель относится к области электрохимических топливных элементов (ТЭ) с твердополимерным электролитом, использующих в качестве топлива водород и в качестве окислителя - кислород, содержащийся в атмосферном воздухе и может быть использована в батареях электрохимических генераторов (ЭХГ) транспортного и стационарного назначения. Топливные элементы, собранные в батарею, должны обеспечивать заданную мощность при установленном напряжении для нормальной продолжительной эксплуатации, обладать высокой удельной плотностью мощности при минимальном потреблении энергии вспомогательными устройствами, обеспечивающими работу ТЭ. Решение этих задач позволит понизить стоимость вырабатываемой батареей ТЭ мощности и облегчить коммерциализацию батарей на основе топливных элементов с твердополимерным электролитом.
При работе ТЭ с воздухом, последний должен подаваться в больших объемах, чтобы компенсировать недостаточную, по сравнению с чистым кислородом, концентрацию кислорода и обеспечить необходимые стехиометрические условия электрохимической реакции, а также создать достаточную скорость в катодных камерах ТЭ для удаления из каналов реакционной воды и устранения их возможного затопления и создания "мертвых" зон, ухудшающих характеристики ТЭ. Другим немаловажным аспектом в работе батареи ТЭ является перепад давления между входом и выходом воздуха, обусловленный его большим расходным объемом и предопределяющим увеличение давления воздуха на входе в ТЭ и требующим повышения мощности вспомогательных устройств.
Таким образом, в конструкции ТЭ существует следующая проблема - рабочие характеристики ТЭ улучшаются при увеличении давления реагентов и их расхода, повышая установленную мощность, в тоже время как затраты на собственные нужды также повышаются, сокращая при этом увеличение полезной мощности.
Из известных ЭХГ наиболее близким, принятым за прототип, является ЭХГ, конструкция которого включает водородный электрод, воздушный электрод, полимерный электролит, размещенный между электродами, биполярную пластину воздушного электрода с каналами, использующая в качестве топлива водород и в качестве окислителя - кислород, содержащийся в воздухе (патент США № US 005879826 A. Опубл. 09.03.1999 г.).
Согласно изобретению воздух в ЭХГ подается под давлением от 0,07 до 0,34 кгс/см2 при скорости потока в воздушных каналах от 0,15 до 7 м/с с изменением направления потока воздуха в пределах катодной камеры ТЭ. Падение давления между входом и выходом воздуха поддерживается в пределах от 0,07 до менее 0,34 кгс/см2.
Недостатками прототипа являются:
- горизонтальное расположение воздушных каналов ТЭ, затрудняющее удаление реакционной воды из каналов при низких перепадах давления на ТЭ и создающие условия к затоплению топливного элемента, снижению плотности удельной мощности батареи и возможного ее отказа вследствие "переполюсовки";
- изменение направления потока предусматривает наличие внутренних изменяющих направление потока коллекторов, в которых (в нижней их области) возможно скопление реакционной воды с образованием свободного уровня и дополнительное затопление нижних каналов, снижающих плотность удельной мощности батареи;
- большая суммарная длина воздушных каналов ТЭ, снижающая эффективность работы активной поверхности мембранного электродного блока вследствие снижения концентрации кислорода в потоке воздуха по длине канала, поляризации катода и концентрационных потерь;
- высокая вероятность заполнения части проходного сечения газовых каналов материалом газодиффузионной подложки электродов вследствие продавливания подложки в канал, с уменьшением проходного сечения канала и ухудшением условий удаления реакционной воды.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы и эксплуатационной надежности топливных элементов и электрохимических генераторов на их основе с минимальными потерями мощности на обслуживающие системы.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение гидравлических характеристик топливных элементов при работе под избыточным давлением реагентов не более 0,15 кгс/см2 с поддержанием достаточного расхода воздуха при скоростях в каналах ТЭ от 0,15 до 7 м/с, минимизированным перепадом давлений на ТЭ.
Технический результат достигается позиционированием воздушных каналов в ТЭ, улучшением условий обтекания катода и удаления реакционной воды из катодной камеры, вторичного использования подаваемого в батарею ТЭ воздуха в следующем блоке батареи ТЭ за счет:
- вертикального расположения воздушных каналов катода с сокращением их длины и исключением изменения направления воздушного потока в пределах катодной камеры ТЭ;
- исключения из конструкции ТЭ внутренних коллекторов;
- установки металлической сетки между газодиффузионной подложкой электродов и биполярной пластиной;
- объединения в единый моноблок двух и более блоков батарей ТЭ, расположив их вертикально друг над другом, с выходом отработавшего воздуха от одного блока батареи непосредственно в следующий блок.
Серия вертикальных воздушных каналов, расположенных по короткой стороне (ширине) прямоугольного ТЭ, обеспечивает надежное удаление реакционной воды из каналов под воздействием гравитационных сил и потока воздуха через канал, а при уменьшенной длине канала сокращается разница в концентрации кислорода в воздухе на входе в канал и при выходе из него, при этом, в связи с отсутствием необходимости изменения направления движения воздушного потока внутренние коллекторы исключены.
Металлическая сетка, расположенная между воздушными и водородными электродами и биполярными пластинами исключает продавливание полимерного электролита в канал, улучшает условия удаления реакционной воды, а также обеспечивает равномерность отбора электрического тока от катода за счет его выравнивания по материалу сетки.
Конструктивное исполнение ЭХГ из двух и более блоков батарей, расположенных вертикально друг над другом и объединенных в моноблок, с выходом окислителя (воздуха) из одного блока батареи непосредственно в следующий блок целесообразно для вторичного использования отработавшего в первом блоке воздуха с высокой концентрацией кислорода.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена конструктивная схема моноблока из двух блоков батарей, на фиг. 2 изображен в сечении общий вид топливного элемента, где обозначены:
1 - Блок батареи 1;
2 - Блок батареи 2;
3 - Фланец отвода окислителя (воздуха);
4 - Штуцеры подвода топлива (водорода);
5 - Биполярная пластина воздушного электрода;
6 - Вертикальные воздушные каналы;
7 - Фланец подвода окислителя (воздуха);
8 - Металлическая сетка воздушного электрода;
9 - Полимерный электролит;
10 - Металлическая сетка водородного электрода;
11 - Биполярная пластина водородного электрода;
12 - Воздушный электрод с газодиффузионной подложкой;
13 - Водородный электрод с газодиффузионной подложкой;
14 - Фланец соединения батарей;
15 - Водородные каналы;
Моноблок состоит из двух блоков батарей 1 и 2. Топливо (водород) подводится к батареям топливных элементов через штуцеры 4 и по горизонтальным водородным каналам 15 пластины водородного электрода 11 распространяется по поверхности водородного электрода с газодиффузионной подложкой 13; окислитель (воздух) подводится к блоку батареи 1 через фланец 7, затем по вертикальным воздушным каналам 6 биполярной пластины воздушного электрода 5 распространяется по поверхности воздушного электрода с газодиффузионной подложкой 12. Участвующий в реакции окислитель с еще значительным содержанием кислорода через фланцевое соединение 14 непосредственно направляется в блок батареи 2, а затем через фланец 3 отводится от блока батареи 2. Для исключения продавливания полимерного электролита 9 в воздушные 6 и водородные каналы 15 между биполярными пластинами электродов 5, 11 и электродами 12, 13 установлена металлическая сетка водородных 10 и воздушных электродов 8.
Таким образом, использование окислителя, отработанного в одном блоке батарей топливных элементов, но содержащего еще значительное количество кислорода, в следующем блоке батарей позволяет значительно улучшить экономические показатели энергетической установки с топливными элементами, а установка металлической сетки исключает продавливание электродов с газодиффузионной подложкой в воздушные и водородные каналы.
Claims (3)
1. Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности на основе водородно-воздушных (кислородных) топливных элементов прямоугольной формы с полимерным электролитом, с воздушными и водородными электродами с газодиффузионной подложкой, с биполярными пластинами воздушных и водородных электродов, с пластинами водородного электрода с водородными каналами и пластинами воздушного (кислородного) электрода с воздушными (кислородными) каналами, отличающаяся тем, что батарея состоит по меньшей мере из двух блоков батарей, расположенных вертикально друг над другом и объединенных в моноблок, с выходом отработанного воздуха (кислорода) из одного блока батареи непосредственно в следующий блок.
2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что воздушные каналы катода ТЭ каждого блока батареи выполнены прямолинейными, расположенными вертикально по короткой стороне ТЭ с исключением изменения направления воздушного потока в пределах воздушных каналов ТЭ блока батареи.
3. Батарея по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в ТЭ между биполярными пластинами электродов и электродами с газодиффузионными подложками размещены металлические сетки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130896/07U RU152860U1 (ru) | 2014-07-25 | 2014-07-25 | Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130896/07U RU152860U1 (ru) | 2014-07-25 | 2014-07-25 | Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU152860U1 true RU152860U1 (ru) | 2015-06-20 |
Family
ID=53434076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014130896/07U RU152860U1 (ru) | 2014-07-25 | 2014-07-25 | Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU152860U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194239U1 (ru) * | 2019-09-26 | 2019-12-04 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Контейнер батарей топливных элементов транспортного средства |
| RU2731877C1 (ru) * | 2020-02-27 | 2020-09-08 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Способ работы топливных элементов в контейнере транспортного средства |
-
2014
- 2014-07-25 RU RU2014130896/07U patent/RU152860U1/ru active IP Right Revival
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194239U1 (ru) * | 2019-09-26 | 2019-12-04 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Контейнер батарей топливных элементов транспортного средства |
| RU2731877C1 (ru) * | 2020-02-27 | 2020-09-08 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Способ работы топливных элементов в контейнере транспортного средства |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Effect of flow field on the performance of an all-vanadium redox flow battery | |
| CN101312248B (zh) | 燃料电池 | |
| CN106997956B (zh) | 流体流动组件及含有该流体流动组件的燃料电池电堆 | |
| KR20110124283A (ko) | 흐름 전지용 전극 | |
| CN101677129A (zh) | 燃料电池组 | |
| CN104393322B (zh) | 一种能够自主排水进气的燃料电池堆 | |
| CN109037725B (zh) | 一种提高电解液分布均匀性的液流电池及电极结构和方法 | |
| CN209804807U (zh) | 一种燃料电池双极板 | |
| CN102437357B (zh) | 燃料电池的水平衡系统 | |
| CN110085887B (zh) | 一种燃料电池双极板 | |
| KR20140116441A (ko) | 재생연료전지 | |
| KR101402948B1 (ko) | 레독스 흐름전지 | |
| CN103151577B (zh) | 一种金属/空气电池-氢氧燃料电池一体式组合电源 | |
| RU152860U1 (ru) | Батарея многосекционная моноблочная топливных элементов повышенной энергоэффективности | |
| CN117039033A (zh) | 一种高效氢燃料电池双极板 | |
| KR101015698B1 (ko) | 분말형 연료 전지 | |
| CN109830704B (zh) | 基于树状流道结构的氢燃料电池双极板 | |
| CN109841931B (zh) | 一种氯镁燃料电池 | |
| KR20150055154A (ko) | 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지 | |
| CN101127407A (zh) | 水热自管理的便携式质子交换膜燃料电池堆 | |
| CN216624345U (zh) | 一种具有变截面流场通道的质子交换膜燃料电池双极板 | |
| CN115188991A (zh) | 氢燃料电池装置 | |
| CN208078093U (zh) | 进气稳定的氢氧燃料电池 | |
| Kumar et al. | Experimental studies of permeability measurement and hydrodynamics study of all-Vanadium redox flow battery | |
| CN117276614B (zh) | 一种以双氧水为电子能量载体的储能系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150726 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20190219 |