[發(fā)明專利]一種燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106711472A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐黎明;楊敏;侯俊波;趙金
• 申請（專利權(quán)）人: 愛德曼氫能源裝備有限公司
• 主分類號: H01M8/0202
• 分類號: H01M8/0202;H01M8/0258
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31227
• 代理人: 季申清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，特別是涉及到一種燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，產(chǎn)生電流。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”，需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。燃料電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)，反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷產(chǎn)生，燃料電池連續(xù)地發(fā)電。

燃料電池的優(yōu)勢在于，目前的科技手段中，尚沒有一項能源生成技術(shù)能如燃料電池一樣將諸多優(yōu)點集合于一身。它只排放水，完全沒有污染，可以廣泛應(yīng)用于固定式電站和移動式發(fā)電裝置，如海陸空等交通、運輸行業(yè)，特別是汽車，非常能發(fā)揮其優(yōu)勢，受到各國政府的重視、支持。

但是，燃料電池產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入階段中，轉(zhuǎn)化效率尚待進一步提高，使用壽命延長、降低成本等成為諸多迫切急需解決的問題。燃料電池的研發(fā)、生產(chǎn)集聚多學(xué)科、多領(lǐng)域的尖端技術(shù)，任何在轉(zhuǎn)化效率、使用壽命和降低成本方面的改進，都具有很大的經(jīng)濟價值和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種能夠提高性能、延長使用壽命的燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是由如下方案來實現(xiàn)的：

一種燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)，由燃料單極板、氧氣單極板和位于兩極板之間的膜電極構(gòu)成電池單元，

所述電池單元的燃料單極板與膜電極的一側(cè)形成燃料腔，所述燃料腔的兩端分別是燃料入口和燃料出口，氧氣單極板與膜電極的另一側(cè)形成空氣腔，所述空氣腔的兩端分別是空氣入口和空氣出口；

所述燃料入口的截面積大于燃料出口的截面積，所述空氣入口的截面積大于或等于空氣出口的截面積，

所述燃料入口的燃料導(dǎo)入量大于其反應(yīng)當(dāng)量。

進一步的，所述空氣出、入口和燃料出、入口的截面積的改變采用改變出入口寬度的方式。

采用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的燃料電池，其燃料入口的截面積大于燃料出口的截面積，空氣入口的截面積大于空氣出口的截面積，同時增加燃料的導(dǎo)入量，使其導(dǎo)入量大于其反應(yīng)當(dāng)量，反應(yīng)剩余的燃料會通過燃料出口循環(huán)使用，減小燃料電池氣體進出口的壓差，增加燃料腔內(nèi)氣體濃度的均勻性，增加燃料電池的性能，延長膜電極的壽命。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.充分利用了膜電極催化劑，提高了燃料電池的發(fā)電效率。

2.平衡了燃料出口處附近的膜電極受到的兩側(cè)壓力，提高了膜電極的使用壽命、進而提高了燃料電池的使用壽命，也即降低了燃料電池的成本。

附圖說明

圖1為燃料電池雙極板的部分截面示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的實施例1的壓力梯度示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的實施例2的壓力梯度示意圖。

圖7為本發(fā)明一種實施方式的燃料入口和燃料出口的示意圖。

圖8為本發(fā)明一種實施方式的空氣入口和空氣出口的示意圖。

圖中：a1是燃料入口、a2燃料出口、a3是空氣入口、a4是空氣出口、c1是燃料單極板、c2是膜電極、c3是氧氣單極板、b1是燃料入口、b2是燃料出口，b3是空氣入口、b4是空氣出口、d1是燃料腔、d2是空氣腔。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。

參見圖2，傳統(tǒng)的燃料電池本體主要由燃料單極板c1、氧氣單極板c3和膜電極c2組成，燃料和空氣分別從燃料單極板的燃料入口a1和氧氣單極板的空氣入口a3流入，且分別流經(jīng)膜電極的兩側(cè)，在膜電極催化劑的作用下，燃料分子中的氫原子失去電子，被氧化為氫質(zhì)子，并穿過質(zhì)子膜與空氣中的氧分子進行反應(yīng)，生成對應(yīng)的氧化物。在上述反應(yīng)過程中，氧氣單極板和燃料單極板之間產(chǎn)生電壓，負載與電池形成閉環(huán)后產(chǎn)生電流。

出于成本方面的考量，傳統(tǒng)燃料電池使用時都會導(dǎo)入足量或過量的空氣，根據(jù)空氣中含有的氧氣與燃料的反應(yīng)當(dāng)量，在該種情況下燃料在燃料出口a2處附近接近全部消耗，燃料單極板c1一側(cè)給予膜電極的壓力會降低，因此此處膜電極受到的氧氣單極板c3一側(cè)的壓力和受到的燃料單極板c1一側(cè)的壓力差值會增大，膜電極會被逐漸壓向燃料單極板一側(cè)，從而影響該處的膜電極催化劑的催化作用，并影響燃料電池發(fā)電。