1.一體式可逆燃料電池系統(tǒng),該系統(tǒng)包括單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆,氫氣循環(huán)模塊,氧氣循環(huán)模塊和水循環(huán)模塊,所述單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆簡稱燃料電池電堆,所述的燃料電池電堆包括多個依次疊加的單電池以及氫氣進出口、氧氣進出口和冷卻流體進出口,所述的單電池包括導(dǎo)電板和膜電極,所述的氫氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氫氣進出口,所述的氧氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氧氣進出口,所述的水循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的冷卻流體進出口,其特征在于,所述的系統(tǒng)正向過程使用氫氧氣體進行發(fā)電,反向過程進行電解水制氫;
正向發(fā)電時,氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊分別為燃料電池電堆提供氫氣和氧氣,并通過水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供冷卻水,通過導(dǎo)電板將所得電能輸出;反向電解水制氫時,水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供電解水原料,通過導(dǎo)電板外接電源,將電能引入燃料電池電堆電解水,制得的氫氣和氧氣分別通過氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊儲存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述的氫氣循環(huán)模塊包括氫氣氣水分離裝置、氫氣儲氣裝置和氫氣循環(huán)管道,所述的氫氣儲氣裝置通過氫氣循環(huán)管道依次連接燃料電池電堆和氫氣氣水分離裝置,再返回連接至氫氣儲氣裝置,構(gòu)成回路;其中氫氣氣水分離裝置還通過一分支管道連接至燃料電池電堆氫氣入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,
正向發(fā)電時,氫氣由氫氣儲氣裝置通過循環(huán)管道輸送至燃料電池電堆氫氣入口,進入燃料電池電堆,氫氣在燃料電池電堆參與發(fā)電后,剩余氫氣與水蒸氣一起經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送至氫氣氣水分離裝置,分離出的氫氣返回燃料電池電堆的氫氣入口,循環(huán)利用;
反向電解水制氫時,由導(dǎo)電板引入電能,將燃料電池電堆中的水電解,產(chǎn)生的氫氣經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送出,通過氫氣循環(huán)管道送至氫氣氣水分離裝置,氫氣氣水分離裝置分離出的氫氣輸送至氫氣儲氣裝置儲存;
所述的氫氣循環(huán)模塊具備供氫和收集氫兩項功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述的氧氣循環(huán)模塊包括氧氣氣水分離裝置、氧氣儲氣裝置和氧氣循環(huán)管道,所述的氧氣儲氣裝置通過氧氣循環(huán)管道依次連接燃料電池電堆和氧氣氣水分離裝置,再返回連接至氧氣儲氣裝置,構(gòu)成回路;其中氧氣氣水分離裝置還通過一分支管道連接至燃料電池電堆氧氣入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,正向發(fā)電時,氧氣由氧氣儲氣裝置通過氧氣循環(huán)管道輸送至燃料電池電堆的氧氣入口,進入燃料電池電堆,氧氣在燃料電池電堆參與發(fā)電后,剩余氧氣與水蒸氣混合物經(jīng)燃料電池電堆氧氣出口送至氧氣氣水分離裝置,分離出的氧氣再返回至燃料電池電堆的氧氣入口,循環(huán)利用;
反向電解水制氫時,由導(dǎo)電板引入電能,電解水產(chǎn)生的氧氣和水蒸氣經(jīng)燃料電池電堆氧氣出口送出,通過氧氣循環(huán)管道送至氧氣氣水分離裝置,分離出的氧氣輸送至氧氣儲氣裝置儲存;
所述的氧氣循環(huán)模塊具備供氧和收集氧兩項功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述的水循環(huán)模塊包括第一水箱、熱交換器和水循環(huán)管道,所述的第一水箱通過水循環(huán)管道依次連接氧氣氣水分離裝置、熱交換器、燃料電池電堆,再返回連接至氧氣氣水分離裝置,最后再返回至第一水箱;所述第一水箱還通過水循環(huán)管道與氫氣氣水分離裝置連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,正向發(fā)電時,第一水箱中的水依次經(jīng)過氧氣氣水分離裝置、熱交換器、送入燃料電池電堆對其進行冷卻,再經(jīng)燃料電池電堆冷卻液體出口流出,經(jīng)過氧氣氣水分離裝置,返回第一水箱,構(gòu)成冷卻水循環(huán);氫氣氣水分離裝置和氧氣氣水分離裝置分離出的水通過水循環(huán)管道輸送至第一水箱;
反向電解水制氫時,第一水箱中的水經(jīng)過氧氣氣水分離裝置,再流經(jīng)熱交換器后,輸入燃料電池電堆作為電解原料,電解后的剩余水通過燃料電池電堆冷卻液體出口流出,經(jīng)過氧氣氣水分離裝置,返回第一水箱;電解后剩余水蒸氣通過燃料電池電堆的氧氣出口流出,經(jīng)過氧氣氣水分離裝置,返回第一水箱,循環(huán)利用;
所述的水循環(huán)模塊具備冷卻和供水兩項功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述氫氣氣水分離裝置和氧氣氣水分離裝置均包括冷凝裝置和離心分離裝置,所述冷凝裝置對氣體混合物中的水蒸氣進行初步冷凝,所述離心分離裝置對氣液混合物進行進一步的分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,反向電解水制氫過程使制得的氫氣自帶3~10MPa氣壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還設(shè)有氫氧壓力平衡裝置,氫氧壓力平衡裝置設(shè)于氫氣氣水分離裝置通往氫氣儲氣裝置的管道和氧氣氣水分離裝置通往氧氣儲氣裝置的管道之間,氫氧壓力平衡裝置與兩個管道分別連接。