[發明專利]一種具有自排水功能的質子交換膜燃料電池

有效

• 申請號: 201911287119.0
• 申請日: 2019-12-14
• 公開（公告）號: CN112993323B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 耿江濤;陳中巖;真新;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/04298
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明提供一種具有自排水功能的質子交換膜燃料電池，此電池陽極側或陰極側至少一側具有并串聯結構，以膜電極平行地面的方式設置，且上部進氣、下部排氣。上述質子交換膜燃料電池運行時，電池內部的液態水能夠在氣流與重力作用下自行排出電池。本發明燃料電池結構簡單，無需外置分水器、氣泵等輔助部件，可有效簡化燃料電池系統部件，從而有利于降低輔助系統質量、體積、功耗，并提升可靠性。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體而言，尤其涉及一種具有自排水功能的質子交換膜燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種電化學轉化裝置，能夠將燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能。質子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，通常以氫氣為燃料，以空氣或氧氣為氧化劑，具有啟動速度快、工作溫度低、工作效率高、對環境友好等特點，可應用于電動汽車、分散電站、無人機、水下潛艇等領域，是近年來國內外研究熱點之一。

對于質子交換膜燃料電池，受其搭載環境的空間、質量載荷等限制，一般要求其比質量/功率、效率等指標越高越好，這就要求盡可能減小燃料電池本身和輔助系統的體積、質量以及功耗。

目前常見的質子交換膜燃料電池有兩種結構：一種為并聯結構，即采用并聯進氣方式，此結構電池通常需要氣體循環泵或噴射泵等，利用氣體循環將電池內部水帶出，同時需安裝氣水分離器進行分水；另一種結構為并串聯結構，此結構將電池分為多段，反應氣在電池中逐級消耗，未反應的氣體則累積至電池最后一段后排出，此結構有利于提高氣體利用率，但通常需要將每一段子電池的反應氣導出，經氣水分離器分水后再導入下一段子電池進行反應。

無論是并聯結構電池，還是并串聯結構電池，均需要外部輔助部件，如泵/噴射器、氣液分離器、管路或單向閥等；對于并串聯結構電池，氣體導入或導出還需要安裝相應的氣體導向裝置。這些輔助部件一方面增加了燃料電池系統總體的體積、重量、功耗，另一方面也增加了系統的復雜性，降低了可靠性。

發明內容

根據上述提出現有燃料電池需要輔助排水部件的技術問題，而提供一種具有自排水功能的質子交換膜燃料電池，依靠氣流和重力作用將電池內水排出。

本發明采用的技術手段如下：

一種具有自排水功能的質子交換膜燃料電池，所述燃料電池的陽極側及陰極側至少一側為并串聯結構，由此將電池分為多個電池組；且工作時，燃料電池被設置為膜電極或者雙極板平行于地面。

進一步地，所述多個電池組根據各自所含單電池數量多少自上而下排列，其中含單電池數量多的電池組在上。

進一步地，所述燃料電池具有并串聯結構的一側，反應物為氣態，且被設置為上部進氣，下部排氣。

進一步地，所述并串聯結構包括使氣體無法穿透從而改變流動方向的膜電極或雙極板。

進一步地，所述膜電極或雙極板的部分公共孔道封閉。

較現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明采用并串聯結構的燃料電池一側，無需外接氣泵/噴射器、分水器、導向裝置、管路、閥件等輔助部件，可減少輔助部件帶來的體積、重量、功耗，從而有利于提高燃料電池的效率、比能量/功率密度。

本發明簡化系統工作流程，部件數量的減少有利于減少總體成本、提高可靠性。

綜上，應用本發明依靠氣流和重力作用將電池內水排出，可在燃料電池領域廣泛推廣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明并串聯燃料電池氫側結構示意圖。