[發明專利]用于驅動新能源空鐵的氫燃料電池單體結構

在審

• 申請號: 201711133467.3
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107749485A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 趙德鵬;唐通;孟賢平
• 申請（專利權）人: 黑凍科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/04298;H01M8/04746
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 馮龍

技術領域

本發明涉及空鐵驅動領域，具體涉及用于驅動新能源空鐵的氫燃料電池單體結構。

背景技術

空鐵，即懸掛式空中單軌交通系統，與地鐵和有軌電車不同，空鐵的軌道在上方，是懸掛在空中軌道上運行的一種軌道交通。空鐵是一種新型新能源公共交通，集城市快速公交(BRT)與地鐵的優點于一身，具有緩解交通擁堵、載客效率高、成本低、建設周期短、不占用停車場、節能環保等眾多優點。人類對新能源的廣泛運用，導致了二次電池市場的急速擴大。當前新能源體系中對二次電池的要求無處不在。無論是電動汽車，風能，太陽能并網還是電網調峰，都急需一種廉價，可靠，安全和壽命長的二次電池。目前所發展的二次電池主要集中在鋰離子電池，高溫鈉硫電池，鈉鎳氯電池和釩液流電池。這些電池都具有各自的優點，比如鋰離子電池和高溫鈉硫電池壽命長以及能量密度高，釩液流電池更是理論上具備無限的壽命等。但無論哪種電池，都無法同時滿足廉價，可靠，安全和壽命長的要求。傳統的鋰離子電池過于昂貴，且有安全隱患；高溫鈉硫電池制造技術門檻高，售價昂貴；釩液流電池多項技術瓶頸目前都未能獲得突破等。

特別是對于空鐵而言，動力蓄電池包需要安裝在軌道箱梁內，由于空間限制、加上單體蓄電池的性能有限，一個電池包的電量只能運行100公里左右，遠遠不能滿足長距離運行的要求，極大的限制了空鐵技術的大規模推廣。針對上述問題，現有技術只能夠采用換電池包的方法，但是每天更換3-4次電池包不僅流程復雜，還要配置專門的充電站，成本居高，嚴重影響運行效率和成本。

發明內容

本發明的目的在于提供用于驅動新能源空鐵的氫燃料電池單體結構，以解決現有技術中蓄電池單體性能不佳導致空鐵不便長距離運行的問題，實現為空鐵持續穩定的提供能源的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

用于驅動新能源空鐵的氫燃料電池單體結構，包括殼體、位于殼體內的電池本體，所述殼體上設置氫氣入口、空氣入口，所述電池本體位于氫氣入口和空氣入口之間，所述電池本體包括依次設置的陰極、氫氣催化層、氫離子擴散腔、質子交換膜、反應腔、陽極，所述陰極與氫氣入口相連通，所述陽極與空氣入口相連通，所述殼體內還設置有均壓腔，所述均壓腔位于氫氣入口與陰極之間，所述均壓腔分別與氫氣入口、陰極相連通。

針對現有技術中蓄電池單體性能不佳導致空鐵不便長距離運行的問題，本發明提出一種用于驅動新能源空鐵的氫燃料電池單體結構，通過氫氣入口向陰極上供入氫氣，陰極上的氫氣在氫氣催化層的催化作用下發生氧化反應被解離成帶正電的氫離子和電子，其中，產生的電子在電勢的作用下經外電路流向陰極形成電流，氫離子則穿過氫離子擴散腔、經質子交換膜到達貼近陽極的反應腔處、向著陽極方向進行擴散，陽極與空氣入口相連，因此空氣中的氧氣會附著在陽極上，氧氣在陽極上被拆分成帶負電的氧離子和電子，電子在電極板之間形成電流，從而實現能夠持續供電的氫燃料電池。本發明裝配在空鐵的電池包內即可，僅需提供穩定的氫氣供給即可長期工作，隨著空鐵的高速運行，空氣能夠自動進入陽極方向，從而源源不斷的產生電力對空鐵僅需牽引，不需要建設高壓電、變電站、充電站等額外基礎設備，減少大量建設和備用鋰電池成本。在有高壓電地區能夠節省建設成本，而在較為落后的沒有高壓電的野外等，也能夠提供足夠的動力，使得大規模、遠距離建設空鐵成為可能。所述殼體內還設置有均壓腔，所述均壓腔位于氫氣入口與陰極之間，所述均壓腔分別與氫氣入口、陰極相連通。通過均壓腔使得從氫氣入口進入的氫氣氣壓快速的與電池本體內部相平衡，確保反應自然流暢的進行。

優選的，所述均壓腔包括若干層并排的格柵板，相鄰兩層格柵板之間的距離為3～5mm，相鄰兩層格柵板之間的孔洞交錯排布。處于高壓狀態下的氫氣具有非常大的流速，直接與陰極接觸會導致利用率十分低下、同時非常容易對電池本體內部結構造成沖蝕損傷，而本方案中氫氣進入均壓腔后需要通過多層格柵板才能夠接觸到陰極部分，由于相鄰兩層格柵板之間的孔洞交錯排布，因此對進入電池本體的氫氣進行產生極大的摩阻與動能損耗，使得氫氣得到充分的壓降后才能夠與陰極接觸，使得氫氣在均壓腔內能夠充分的進行壓力平衡，確保氫氣的充分利用與反應。相鄰兩層格柵板之間的距離為3～5mm，能夠避免距離過近氫氣受阻過分嚴重流動滯塞、也能夠避免距離過大降壓均壓效果不足，具有最佳的使用效果。

優選的，所述均壓腔的出氣端通過供氫通道與陰極連通。即是從均壓腔出來的氫氣經過供氫通道后再與陰極接觸，進一步確保氫氣氣流的平穩供給。