[實(shí)用新型]燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721815818.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207651598U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向前
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京錦源創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0267
• 分類號(hào): H01M8/0267;H01M8/04007;H01M8/2465
• 代理公司: 北京金思港知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11349
• 代理人: 李晶;何洋

本實(shí)用新型提供的燃料電池，包括：電堆，包括膜電極組件和雙極板，膜電極組件的上、下表面設(shè)置有發(fā)電工作面，膜電極組件和雙極板設(shè)置成沿垂直于發(fā)電工作面的方向?qū)盈B排列；提供熱量的熱源；以及將熱量傳導(dǎo)至膜電極組件的導(dǎo)熱組件，導(dǎo)熱組件包括：第一導(dǎo)熱件，沿垂直于發(fā)電工作面的方向設(shè)置于電堆的至少一側(cè)；第二導(dǎo)熱件，設(shè)置于第一導(dǎo)熱件與雙極板之間，與第一導(dǎo)熱件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量；第三導(dǎo)熱件，設(shè)置于層疊的膜電極組件與雙極板之間，與第二導(dǎo)熱件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量并與第二導(dǎo)熱件接觸，與膜電極組件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量并與發(fā)電工作面接觸。本實(shí)用新型的燃料電池預(yù)熱短、散熱快、溫度一致性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種燃料電池，具體而言，本實(shí)用新型涉及一種帶有熱源和導(dǎo)熱件的質(zhì)子交換膜燃料電池。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池作為一臺(tái)“化學(xué)發(fā)電機(jī)”，利用了電解水的逆向反應(yīng)原理，使氫氣(陽(yáng)極)和氧氣(陰極)在催化劑的作用下，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。

質(zhì)子交換膜燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電堆系統(tǒng)(以下稱“電堆”)中，電堆是質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)，包括層疊排列的膜電極組件和雙極板。每片膜電極組件的上表面和下表面均設(shè)置有發(fā)電工作面。每片雙極板的上下表面均設(shè)置有流場(chǎng)，該流場(chǎng)與膜電極組件發(fā)電工作面相平行，用于供陰極和陽(yáng)極所需的氣體通過(guò)。每片膜電極組件與其上下兩側(cè)的雙極板的對(duì)應(yīng)表面形成一個(gè)發(fā)電單元。

由于膜電極組件只有在有限的工作溫度(操作溫度)范圍內(nèi)才可以有效發(fā)電，因此膜電極組件對(duì)溫度要求十分苛刻，表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

首先，當(dāng)膜電極組件的溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)對(duì)膜電極組件造成不可逆的損害。當(dāng)膜電極組件的溫度過(guò)低時(shí)，膜電極組件中的電化學(xué)反應(yīng)速度過(guò)慢，無(wú)法有效工作發(fā)電，用戶無(wú)法使用。因此使用前必須對(duì)其進(jìn)行加熱，使其盡快升溫預(yù)熱達(dá)到工作溫度下限以減少用戶的等待時(shí)間。據(jù)Juhl Andreasen等人的有關(guān)研究表明，采用電加熱方式的電堆達(dá)到工作溫度下限所需要的升溫預(yù)熱時(shí)間通常在30-60分鐘左右，如此長(zhǎng)的等待時(shí)間必將嚴(yán)重的影響用戶的使用感受，限制燃料電池的應(yīng)用范圍。

另外，膜電極組件工作溫度的均勻性對(duì)膜電極組件的發(fā)電能力也有非常重要的影響。同一膜電極組件不同部位的工作溫度應(yīng)該盡量一致，不同層的膜電極組件之間的工作溫度也應(yīng)該盡量一致。只有在這樣的才能更好地發(fā)揮膜電極組件的發(fā)電能力。

在現(xiàn)有技術(shù)中，為膜電極組件提供工作溫度所需熱量的部件是雙極板，雙極板不僅需要接受外部熱量，把這些熱量快速高效的傳遞到膜電極組件，還需要承擔(dān)膜電極組件所需要的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕、隔氣性、質(zhì)量、成本等各方面性能的要求。由于為膜電極組件提供熱量的部件承擔(dān)了過(guò)多的功能，受到各種條件制約，難以滿足膜電極組件的需求，因此造成了現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池電堆啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、發(fā)電能力不佳、制造成本高昂，嚴(yán)重影響了用戶的使用感受，降低了燃料電池的存在價(jià)值，形成了影響燃料電池發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種預(yù)熱升溫時(shí)間短、散熱速度快、溫度一致性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、適用范圍廣的燃料電池。

一方面，本實(shí)用新型提供了一種燃料電池，包括：電堆，所述電堆包括至少一片膜電極組件和至少一個(gè)雙極板，其中，每片膜電極組件的上表面和下表面均設(shè)置有發(fā)電工作面，所述至少一片膜電極組件和所述至少一個(gè)雙極板設(shè)置成沿垂直于所述發(fā)電工作面的方向?qū)盈B排列；熱源，用于提供熱量；以及用于將來(lái)自所述熱源的熱量傳導(dǎo)至所述至少一片膜電極組件的導(dǎo)熱組件，其中，所述導(dǎo)熱組件包括：第一導(dǎo)熱件，沿垂直于所述發(fā)電工作面的方向設(shè)置于所述電堆的至少一側(cè)；第二導(dǎo)熱件，設(shè)置于所述第一導(dǎo)熱件與所述至少一個(gè)雙極板之間，與所述第一導(dǎo)熱件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量；以及第三導(dǎo)熱件，設(shè)置于層疊排列的膜電極組件與雙極板之間，所述第三導(dǎo)熱件與所述第二導(dǎo)熱件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量并與所述第二導(dǎo)熱件相接觸，所述第三導(dǎo)熱件與所述膜電極組件之間通過(guò)傳導(dǎo)方式傳遞熱量并與所述膜電極組件的發(fā)電工作面相接觸。