[實(shí)用新型]燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721706414.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207800763U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李維國(guó);白昊;曹卓濤;周鑫;王傳秋;張龍海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州宇通客車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04089
• 分類號(hào): H01M8/04089
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 胡曉東

本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)。燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)包括電堆，電堆內(nèi)設(shè)有供陰極反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的交換膜，交換膜一側(cè)設(shè)有陰極氣體通道，所述陰極氣體通道具有進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)，陰極供氣系統(tǒng)還包括用于向陰極氣體通道供氣的陰極供氣裝置，所述陰極供氣裝置具有向進(jìn)氣側(cè)通入陰極反應(yīng)氣體的第一工作狀態(tài)和向排氣側(cè)通入陰極反應(yīng)氣體的第二工作狀態(tài)。通過(guò)工作狀態(tài)的改變，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)整陰極反應(yīng)氣體的平行于交換膜的流動(dòng)方向，從而使交換膜上水分均勻布置。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著化石能源的不斷消耗，社會(huì)正在遭受能源短缺的困境，而化石能源在提取、運(yùn)輸和使用的過(guò)程中也會(huì)導(dǎo)致諸多的環(huán)境問(wèn)題。尤其是在使用化石燃料獲取能量時(shí)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致全球變暖，造成極為嚴(yán)重的大氣污染。在所有化石燃料的替代選擇中，由于燃料電池良好的操作性能、發(fā)電環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)使其成為最具有發(fā)展前景的一種供能方式。在諸多的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有功率密度高、無(wú)污染、低溫啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。

質(zhì)子交換膜燃料電池使用固體聚合物——質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，性能受到質(zhì)子交換膜導(dǎo)電率的影響十分顯著。電池運(yùn)行的過(guò)程中質(zhì)子交換膜需要結(jié)合水才能保持質(zhì)子在交換膜上的傳導(dǎo)性，水的含量越高則質(zhì)子傳導(dǎo)能力越強(qiáng)，如果水含量較少，交換膜的阻抗增加，在高電流密度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致很大的歐姆損失，如果交換膜脫水或干枯，催化層的活性將下降，導(dǎo)致電池不能工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成交換膜的破裂，致使氫氣和氧氣相互混合，甚至?xí)l(fā)生爆炸。質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電率與其自身的含水量密切相關(guān)，這就要求反應(yīng)氣體在進(jìn)入燃料電池前進(jìn)行增濕，將一定量的水蒸氣帶入到燃料電池中，使質(zhì)子交換膜保持濕潤(rùn)的狀態(tài)，但是并不是濕度越高越高，如果控制不好，講導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部積水過(guò)多，造成電極中的催化劑被腌漬，失去活性，并且還會(huì)在燃料電池中的流道和擴(kuò)散層內(nèi)形成氣液二相流，造成局部阻塞，使氫氣和氧氣的流動(dòng)和擴(kuò)散減弱或中斷，傳質(zhì)過(guò)程受阻，進(jìn)而影響電池的工作。一般認(rèn)為小電流、大流量、低濕度將導(dǎo)致膜缺水，大電流、小流量、高濕度可能造成水淹，因此改進(jìn)進(jìn)氣方式，將經(jīng)過(guò)濕潤(rùn)的反應(yīng)氣體引入燃料電池對(duì)提高燃料電池性能十分重要。

公開(kāi)號(hào)為CN1996653A，公開(kāi)日為2007年7月11日的中國(guó)專利公開(kāi)了一種燃料電池的進(jìn)氣方式，所述的燃料電池包括由多個(gè)單電池組成的電堆、設(shè)置在電堆上的主進(jìn)氣口和出氣口，單電池流場(chǎng)板流道通過(guò)主進(jìn)氣口進(jìn)氣，所述燃料電池還設(shè)有二次進(jìn)氣口，所述的二期進(jìn)氣口也與流場(chǎng)板流道相同以實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)氣，而二次進(jìn)氣的壓力小于主進(jìn)氣壓力，以此來(lái)改善電池內(nèi)氣體的分布狀態(tài)。在該專利的技術(shù)方案中，通過(guò)在靠近流道出口處設(shè)有二次進(jìn)氣口，可以來(lái)提高陰極氧氣或陽(yáng)極氫氣的濃度，同時(shí)快速的氣流帶走陰極生成的水，有效地改善了陰極的水分布，減少陰極濃差極化，有利于提高單電池的性能。

但上述專利中存在的問(wèn)題是，在燃料電池的內(nèi)部設(shè)置二次進(jìn)氣口，需要改變流道的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大、制造成本高，同時(shí)會(huì)增大維護(hù)難度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)，在陰極氣體通道的外部對(duì)陰極反應(yīng)氣體進(jìn)行控制，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中交換膜上水分不均勻而導(dǎo)致交換膜的表面膜干或水淹的問(wèn)題，保證交換膜內(nèi)催化劑的活性從而使燃料電池處于較好的工作狀態(tài)，提高燃料電池內(nèi)能量轉(zhuǎn)化的效率及使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型中燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)采用如下技術(shù)方案：

技術(shù)方案1：燃料電池的陰極供氣系統(tǒng)，包括電堆，電堆內(nèi)設(shè)有供陰極反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的交換膜，交換膜一側(cè)設(shè)有陰極氣體通道，所述陰極氣體通道具有進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)，陰極供氣系統(tǒng)還包括用于向陰極氣體通道供氣的陰極供氣裝置，所述陰極供氣裝置具有向進(jìn)氣側(cè)通入陰極反應(yīng)氣體的第一工作狀態(tài)和向排氣側(cè)通入陰極反應(yīng)氣體的第二工作狀態(tài)。