[發明專利]基于雙功能水循環的一體式可逆燃料電池系統及其電堆

有效

• 申請號: 202010058059.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN111244501B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 高勇;亞努士·布拉什奇克;陳煥光
• 申請（專利權）人: 上海恒勁動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04029;H01M8/04291;H01M8/0656;H01M8/0662;H01M8/22;H01M8/2457;H01M8/2465;B01D45/12;B01D53/00
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 何志欣

本發明涉及基于雙功能水循環的一體式可逆燃料電池系統及其電堆，燃料電池系統至少包括燃料電池電堆，氫氣循環模塊，氧氣循環模塊和水循環模塊，燃料電池電堆包括多個依次疊加的單電池以及氫氣進出口、氧氣進出口和冷卻流體進出口，氫氣循環模塊連接燃料電池電堆的氫氣進出口，氧氣循環模塊連接燃料電池電堆的氧氣進出口，水循環模塊連接燃料電池電堆的冷卻流體進出口，其中，水循環模塊包括循環水泵和熱交換器，在電解時，循環水泵提供平行的熱交換器加熱后的水至燃料電池電堆的冷卻流體進口和氧氣入口；在發電時，循環水泵提供熱交換器加熱后的冷卻水至燃料電池電堆的冷卻流體進口。通過水循環的雙功能實現燃料電池的一體式可逆循環。

本發明是申請日為2016年12月30日，申請號為201611257931.5，發明名稱為一種一體式可逆燃料電池系統的發明專利的分案申請。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統，尤其是涉及一種基于雙功能水循環的一體式可逆燃料電池系統及其電堆。

背景技術

氫儲能技術被認為是智能電網和可再生能源發電規模化發展的重要支撐，并日趨成為多個國家能源科技創新和產業支持的焦點。

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置，燃料電池通常由多個電池單元構成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質元件隔開，并且彼此串聯地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當的反應物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現電化學反應，從而在電機之間形成電位差，并且因此產生電能。

可逆燃料電池(RFC)是一種將電解水制氫技術與氫氧燃料電池發電技術相結合的可充放儲能電池，即2H₂O+電能→2H₂+O₂的正、逆過程得以循環進行。氫氧燃料電池發電系統的活性物質純氫和純氧可通過電解水制氫技術得以“再生”，從而起到儲能作用。可逆燃料電池與目前應用的二次蓄電池相比，具有更高的比能量及比功率，特別是可實現更高的儲能容量，且使用中無自放電，也不受放電深度及電池容量的限制等，是一種具有廣闊發展前景的新型大容量電力儲能電池。

可逆燃料電池可實現燃料電池模式和電解模式的雙模式工作，將水電解制氫系統和燃料電池發電系統整合為一個可逆燃料電池系統，簡化了儲能裝置的系統結構，提高了系統的可靠性和系統比能量。可逆燃料電池按電解質特性可分為堿性氫氧可逆燃料電池、質子交換膜氫氧可逆燃料電池和固體氧化物氫氧可逆燃料電池。

中國專利CN 102427144A公開了再生燃料電池裝置及系統，，包括依次緊密疊放設置的第一絕緣板、氧電極集電板、氧電極流場板、膜電極、氫電極集電板、儲氫材料室、第二絕緣板；所述再生燃料電池還包括空氣進氣管和空氣排出管，所述空氣進氣管和空氣排出管的一端與所述氧電極流場板的氣體流通通道連通，另一端與外界空氣連通；所述再生燃料電池裝置還包括風扇，所述風扇被配置成面向所述空氣進氣管的與外界空氣連通的一端。該專利的缺陷在于，第一，發電時需要從空氣中獲取氧氣，無法形成與外界無交互的一體式構造，電解時其產生的氧氣直接排向大氣，其氧氣中的水分也隨之排向大氣；第二，發電時向再生燃料電池主體吹入的空氣與生成的水從氧電極流場板下部的空氣排出管排出，無法實現水循環利用；因此其燃料電池無法在隔絕空氣的密閉環境下運行，尤其無法應用在無氧環境上。現有技術缺乏一種完整的、封閉的一體式燃料電池系統，缺乏能夠應用在不具有空氣環境的水下環境例如潛水艇、太空環境例如航天站、以及空氣稀薄的高山環境、礦洞環境，甚至用于嚴重污染或有毒性的環境區域的一體式可逆燃料電池系統。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種一體式可逆燃料電池系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：