[發明專利]可再生燃料單電池

在審

• 申請號: 202310396250.0
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116314916A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 陳奔;陳科;羅棕鍇;鄒國富;何丹迪;熊中壯;羅馬吉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0265;H01M8/0263
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮西;張繼巍

本發明公開了一種可再生燃料單電池，包括依次堆疊裝配的氧電極流場板、氧電極擴散層、膜電極、氫電極擴散層和氫電極流場板；氧電極流場板包括底板，并在底板上開設有中部安裝腔、前部入口腔和后部出口腔；底板的中部安裝腔從上往下間隔均勻且并排布置有若干行波浪形板形成流場反應區，前部入口腔從上往下間隔均勻的布置有若干行入口流體分配單元形成流體分配入口區，后部出口腔從上往下間隔均勻的布置有若干行出口流體分配單元形成流體分配出口區。在處于FC工作模式下能夠保證反應氣體的擴散能力，同時在整個氣體運輸過程中提高傳質能力，減少反應氣體的堵塞引起的氣體饑餓現象和生成水的聚積導致的水淹現象，增加該可再生燃料電池的性能。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，具體涉及一種可再生燃料單電池。

背景技術

基于質子交換膜的一體式再生燃料電池(Unitized?Regenerative?Fuel?Cell,URFC)是一種可同時在裝置上分別通過燃料電池(Fuel?Cell,FC)和電解池(ElectrolyticCell,EC)模式實現發電和制氫的雙功能可再生能源轉化裝置。具備比能量密度高、無自放電等優勢，在航空航天、可再生能源等領域前景遠大，同時能夠配合太陽能或者風能實現自給。

URFC以電堆為整體，以疊加電池和在兩端的極板為基礎。其中每個極板上設置有總管，該總管通向端板的內流道。當URFC處于EC模式時，一側端板為陰極，另一側端板為陽極，將水點解為氫氣和氧氣。處于FC模式時，一側端板為陽極，另一側端板為陰極，消耗氫氣和氧氣并產生電能。URFC在實際應用過程中，面臨著循環效率、穩定性不足等其他問題。其中URFC的流場設計關系，能夠影響URFC內部熱量的分布、反應物的傳輸和整體的效率。如當URFC為FC模式時，易出現陰極極板出口處生成的液態水難以排除以及反應物傳輸效率低現象。

一體式可再生燃料電池面臨著效率、穩定性和壽命等問題。合理的流場設計方案可以緩解URFC在電解池模式下生成的氧化物所造成的腐蝕問題，進一步延長整個電池的壽命和使用效率，降低URFC的維護成本。當URFC處于燃料電池模式時，如果化學計量比和相對濕度安排不合理時，在陰極氣體擴散層和陰極流道中可能發生水淹現象，甚至會淹沒部分反應區表面。同時，反應物來不及擴散到催化反應層，導致出現較大的濃差極化，大大地降低了電池的性能，從而無法滿足URFC的燃料電池模式和電解水模式的循環切換。

發明內容

本發明的目的就是針對上述技術的缺陷，提供了一種流動阻力小、傳輸效率高的可再生燃料單電池。

為實現上述目的，本發明提供一種可再生燃料單電池，包括依次堆疊裝配的氧電極流場板、氧電極擴散層、膜電極、氫電極擴散層和氫電極流場板，氧電極流場板和氫電極流場板沿膜電極對稱布置；

所述氧電極流場板包括底板，并在底板上開設有中部安裝腔、前部入口腔和后部出口腔，且中部安裝腔分別與前部入口腔和后部出口腔相連通；底板的中部安裝腔從上往下間隔均勻且并排布置有若干行波浪形板形成流場反應區，前部入口腔且位于流場反應區的前方從上往下間隔均勻的布置有若干行入口流體分配單元形成流體分配入口區，后部出口腔且位于流場反應區的后方從上往下間隔均勻的布置有若干行出口流體分配單元形成流體分配出口區；

底板前端底部的管道孔內壁上開有與流體分配入口區相連通的若干個空氣入口，底板后端頂部的管道孔內壁上開有與流體分配出口區相連通的若干個空氣出口。

進一步地，所述中部安裝腔的頂面和底面均成形有與波浪形板形狀一樣的波浪線曲面，上邊沿的波浪線曲面與波浪形板之間、每相鄰兩波浪形板之間、下邊沿的波浪線曲面與波浪形板之間均形成流體反應流道。

進一步地，每個所述波浪形板包括n個曲形板，每相鄰兩個曲形板的曲面呈相反布置；每個曲形板包括第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板的圓心與第二弧形板的圓心同心，且第一弧形板的弧度與第二弧形板的弧度比為1:2～4。