[發(fā)明專利]一種0℃以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810246966.8
• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN101447580A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅曉寬;俞紅梅;徐麗雙;侯中軍
• 申請（專利權(quán)）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 高永德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池的端板。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。由于PEMFC具有能量轉(zhuǎn)化效率高、能快速啟動、比功率高，以及無污染等優(yōu)點，在環(huán)境與能源備受人類關(guān)注的今天，它已越來越多地為眾多研究機構(gòu)和公司所重視，使質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵材料及先進(jìn)燃料電池系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)展，但仍存在很多亟待解決的問題。其中之一就是車用燃料電池在零度以下的低溫啟動問題。現(xiàn)有的車用燃料電池在零度以下的低溫啟動，包括燃料電池發(fā)動機從-20℃環(huán)境下30秒快速啟動到額定功率的90％。燃料電池啟動后，隨著燃料電池放電，燃料電池自身會產(chǎn)生一定的熱量，但燃料電池外的低溫環(huán)境，會使燃料電池向環(huán)境傳導(dǎo)熱，從而在燃料電池內(nèi)會形成溫度梯度，越靠近燃料電池的端板，溫度越低。這樣就會造成燃料電池低溫啟動時間過長，甚至低溫啟動失敗。關(guān)于車用燃料電池在零度以下的低溫啟動研究很少。現(xiàn)有的文獻(xiàn)及專利中多是零度以下燃料電池保存的研究，大部分是對燃料電池進(jìn)行除水處理，比如，US20026358637提出了抽真空除水，US6777115和WO04025752涉及的加熱除水，如US20046797421B2，WO20010148846A1的燒氫除水，也有用惰性氣體吹掃，反應(yīng)氣吹掃等方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對燃料電池在低溫環(huán)境下啟動時間過長，甚至低溫啟動失敗的問題設(shè)計的一種燃料電池在低溫啟動過程中使燃料電池內(nèi)部溫度盡量保持一致的0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，使燃料電池在低溫下能快速啟動。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，由雙極板、電極、集流板和端板組合構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)在于所述的端板的緊靠集流板的側(cè)面分布有凹溝槽，凹溝槽中密封鋪設(shè)有電加熱絲，密封電加熱絲的密封填料的平面與端板的表面平齊，電加熱絲與外接電源連接。

本發(fā)明所述的一種0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，其結(jié)構(gòu)在于所述的端板的緊靠集流板的側(cè)面的凹溝槽的數(shù)量在2～20條之間，分布由端板中心部位向端板邊緣部位逐漸增多。

本發(fā)明所述的一種0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，其結(jié)構(gòu)在于所述的端板的緊靠集流板的側(cè)面的凹溝槽的深度在3mm～25mm，寬度在3mm～20mm。

本發(fā)明所述的一種0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，其結(jié)構(gòu)在于所述的密封電加熱絲的密封填料是絕緣材料。

本發(fā)明所述的一種0⁰C以下快速啟動的質(zhì)子交換膜燃料電池，其結(jié)構(gòu)在于所述的密封電加熱絲的絕緣材料是石棉、耐火磚粉和玻璃纖維中的一種或者是他們的混合物用粘合劑調(diào)和組成。

本發(fā)明的主導(dǎo)思想是：對燃料電池組的端板進(jìn)行改進(jìn)，在端板中緊靠集流板的面內(nèi)鋪設(shè)加熱絲，在進(jìn)行低溫啟動過程中，根據(jù)實際的環(huán)境溫度，接通加熱絲的外接電源進(jìn)行加熱，特別是對電池組兩端的加熱，以實現(xiàn)電池組內(nèi)部溫度分布均勻。

本發(fā)明的積極效果是：在燃料電池端板增加電加熱絲后，燃料電池低溫啟動時，燃料電池內(nèi)部溫度分布比較均勻，可保證燃料電池低溫下成功快速啟動，使燃料電池發(fā)動機在0⁰C以下的寒冷環(huán)境下的運行成為可能，對于燃料電池產(chǎn)業(yè)化具有促進(jìn)作用。

附圖說明

本發(fā)明共有4幅附圖，其中

附圖1是本發(fā)明的燃料電池端板結(jié)構(gòu)的主視圖；

附圖2是本發(fā)明的燃料電池端板結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

附圖3是燃料電池結(jié)構(gòu)的示意圖；

附圖4是本發(fā)明的燃料電池與現(xiàn)有燃料電池低溫啟動時電池內(nèi)部溫度分布曲線圖。

附圖中，1、端板，2、凹溝槽，3、雙極板，4、電極，5、集流板，6、本發(fā)明的燃料電池低溫啟動時電池內(nèi)部溫度分布曲線，7、現(xiàn)有燃料電池低溫啟動時電池內(nèi)部溫度分布曲線

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例是組裝140節(jié)電池組，所用的端板的與集流板接靠的面上加工出8條寬5mm深8mm的溝槽，溝槽內(nèi)敷設(shè)電加熱絲，在端板的另一面設(shè)置電加熱絲的引出端，引出端與外接電源通過開關(guān)連接。分別用原有端板及本發(fā)明的端板組裝140節(jié)電池組，在-15⁰C的環(huán)境下保存12個小時后，在-15⁰C的環(huán)境和100mA/cm²的條件下進(jìn)行啟動。啟動2分鐘后測量電池組不同節(jié)數(shù)的電池溫度，用原有的端板組裝的電池組內(nèi)部的溫差最高為7⁰C，而采用本發(fā)明改進(jìn)后的端板組裝的電池組，電池組內(nèi)部的溫差最高為1.5⁰C。同時，啟動2分鐘用本發(fā)明的端板組裝的電池組已低溫啟動成功，而用原有端板組裝的電池組還沒有啟動成功，5分鐘后用原有端板組裝的電池組啟動失敗。