一種燃料電池的制作方法
【專利說明】一種燃料電池
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種燃料電池。在本發(fā)明的燃料電池中，反應(yīng)物質(zhì)可以在燃料電池的內(nèi)部再循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0003]燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接變成電能的一種發(fā)電裝置。因?yàn)樗ぷ鳒囟雀?，廢熱可以得到有效利用，能量轉(zhuǎn)化效率是所有燃料電池中最高的(可高達(dá)70%以上)；由于運(yùn)動(dòng)部件很少，工作時(shí)安靜;又因?yàn)椴捎萌虘B(tài)結(jié)構(gòu)，無酸堿腐蝕性物質(zhì)包含在電池中，電池的污染排放極低，因而被稱之為21世紀(jì)的一種綠色發(fā)電技術(shù)。
[0004]質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell)是燃料電池的一種，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源，陽極即電源負(fù)極，陰極即電源正極。PEM(質(zhì)子交換膜，proton exchange membrane)燃料電池堆由膜電極組件(MEA)和雙極板組件重復(fù)堆疊而成，其中雙極板組件依次由氧流場(chǎng)板、冷卻板、氫流場(chǎng)板組成。目前，通常的做法是在氫、氧流場(chǎng)板上加工出溝槽式流道，用來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)在陽極和陰極表面的均勻分配，同時(shí)燃料電池陰極表面生成的水通過氧氣的循環(huán)流動(dòng)使其沿流道排出電池。
[0005]水、熱管理是質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。電堆運(yùn)行時(shí)，質(zhì)子交換膜需要保持一定的濕度，反應(yīng)生成的水需要排除。不同形態(tài)的水的迀移、傳輸、生成、凝結(jié)對(duì)電堆的穩(wěn)定運(yùn)行都有很大影響，這就產(chǎn)生了質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的水、熱管理問題。專利201410210695.6提出了一種被動(dòng)排熱燃料電池堆，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電池堆本身的自主排水進(jìn)氣功能，解決了燃料電池復(fù)雜而龐大的輔助系統(tǒng)極大限制其在高比功率要求領(lǐng)域中的應(yīng)用問題，同時(shí)避免復(fù)雜的輔助系統(tǒng)影響到整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的可靠性問題。然而，上述燃料電池系統(tǒng)在封裝時(shí)，依次緊貼并列設(shè)置的部件較多，使封裝的有利配置被劣化。此外，氧氣流場(chǎng)板其表面的若干流道內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生壓力損耗，氣體沿著燃料電池堆的方向流動(dòng)時(shí)，氣體的屬性顯著改變，從而在電池之間產(chǎn)生偏差。
[0006]鑒于以上原因，需通過在電池內(nèi)部設(shè)置氫氣再循環(huán)裝置，改善多孔氣水分離組件以及氧氣流場(chǎng)板的氣體流動(dòng)，在不增加通道尺寸的前提下，提高改善燃料電池的能量輸出
Fth也/又。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的問題是提供一種燃料電池，在不增加通道尺寸的前提下，提高改善燃料電池的能量輸出密度。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的燃料電池，包括一種燃料電池，包括多個(gè)燃料電池堆;氧氣體供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給氧化劑氣體；以及氫氣供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給燃料氣體；所述氧氣供給路徑由氧氣流場(chǎng)板表面設(shè)有若干流道，所述流道內(nèi)的底部沿流道方向間隔開有若干垂直透過氧氣流場(chǎng)板的通孔，氧氣供給路徑的氧極板為微孔水氧加濕極板;所述氫氣體供給路徑由水氫雙極板兩側(cè)分別設(shè)有水流道和氫流道，其設(shè)置位置與氧氣流場(chǎng)板的流道分別對(duì)應(yīng)，氫氣體供給路徑中的氫極板為微孔單氫加濕極板，所述微孔水氧加濕極板、微孔單氫加濕極板的微孔的孔徑控制在0.4um-0.Sum之間；所述燃料電池還包括一組歧管通道，該歧管通道被布置在氫流道與氧氣流場(chǎng)板的通孔之間，其中部分歧管將氫氣供給到氧氣流場(chǎng)板的通孔之間，另一部分歧管依靠壓力傳感器將通道中存在的物質(zhì)循環(huán)。
[0010]進(jìn)一步，所述燃料電池還包括膜電極組件，所述膜電極組件由局部電路和分別設(shè)置在該質(zhì)子交換膜相對(duì)的兩個(gè)表面的陰極電極和陽極電極構(gòu)成，所述局部電路使燃料和氧化劑分別引導(dǎo)至所述陽極和陰極，促進(jìn)電子從所述陽極到所述陰極的流動(dòng)以產(chǎn)生電；該多個(gè)局部電路之間具有多個(gè)間隙。
[0011]進(jìn)一步，所述燃料電池中微孔水氧加濕極板、微孔單氫加濕極板具有阻氣透水功會(huì)泛。
[0012]優(yōu)選的，上述燃料電池還包括噴嘴，布置在所述一組歧管中的至少一根歧管與所述通道之間，具有噴入口和噴出口。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.一組歧管通道與氧極板、水氫雙極板，共同定義了多個(gè)反應(yīng)氣體通道，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不增加常規(guī)電池堆結(jié)構(gòu)所需的流量控制器的前提下，減小了氧氣流場(chǎng)板其表面的若干流道內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生壓力損耗，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化。
[0014]2.在保證每個(gè)燃料電池堆的均勻加濕前提下，使得氣體沿著燃料電池堆的方向流動(dòng)時(shí)，氣體的屬性改變不大，從而減小電池之間產(chǎn)生偏差。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種燃料電池的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]下文結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種燃料電池，包括多個(gè)燃料電池堆1;氧氣體供給路徑2，其用于向所述發(fā)電單元供給氧化劑氣體；以及氫氣供給路徑3，其用于向所述發(fā)電單元供給燃料氣體；所述氧氣供給路徑2由氧氣流場(chǎng)板表面設(shè)有若干流道，所述流道內(nèi)的底部沿流道方向間隔開有若干垂直透過氧氣流場(chǎng)板的通孔，氧氣供給路徑2的氧極板5為微孔水氧加濕極板;所述氫氣體供給路徑3由水氫雙極板兩側(cè)分別設(shè)有水流道和氫流道，其設(shè)置位置與氧氣流場(chǎng)板的流道分別對(duì)應(yīng)，氫氣體供給路徑中的氫極板為微孔單氫加濕極板，所述微孔水氧加濕極板、微孔單氫加濕極板的微孔的孔徑控制在0.4um~0.8um之間；該電池結(jié)構(gòu)中，按照單氫板、膜電極、多孔單氧加濕極板及膜的順序依次重復(fù)排列組成。電池具有自加濕結(jié)構(gòu)，該自加濕結(jié)構(gòu)選擇微孔極板，或多孔極板與膜的組合，具有阻氣透水功能。所述燃料電池還包括一組歧管通道，該歧管通道被布置在氫流道與氧氣流場(chǎng)板的通孔之間，其中部分歧管將氫氣供給到氧氣流場(chǎng)板的通孔之間，另一部分歧管依靠壓力傳感器將通道中存在的物質(zhì)循環(huán)。
[0020]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種燃料電池還包括墊圈，沿著被附接到所述多根歧管中的至少一組歧管的圓周布置，所述水氫雙極板中氫極板6具有自加濕結(jié)構(gòu)。
[0021]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種燃料電池還包括膜電極組件，所述膜電極組件由局部電路和分別設(shè)置在該質(zhì)子交換膜相對(duì)的兩個(gè)表面的陰極電極和陽極電極構(gòu)成，所述局部電路使燃料和