[發明專利]帶陽極旁路的陰極接口板組件及包括該組件的燃料電堆

有效

• 申請號: 202310878858.7
• 申請日: 2023-07-18
• 公開（公告）號: CN116613366B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 肖恩·阿亞
• 申請（專利權）人: 上海韻量新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/2483
• 分類號: H01M8/2483;H01M8/0258;H01M8/04291
• 代理公司: 北京北匯律師事務所 11711
• 代理人: 郭耀

本發明提供一種帶陽極旁路的陰極接口板組件，包括至少一個包括陰極半板和陽極半板的雙極板，雙極板的陰極半板和陽極半板之間所形成的腔體與燃料氣體進氣和出氣歧管連通并流通燃料氣體。本發明進一步提供一種包含帶陽極旁路的陰極接口板組件的燃料電堆。本發明帶陽極旁路的陰極接口板組件通過設置陽極旁路提供了燃料氣體的第二路徑，使燃料氣體在進入發電電堆前其中液態水首先經過陽極旁路，提高燃料電堆對液態水進入的魯棒性。本發明中帶有陽極旁路的陰極接口板組件保留了膜電極組件，膜電極組件具有發電功能，使燃料電堆在去除陽極氣體進氣中液態水的同時基本不降低燃料電堆的功率密度。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體是一種在燃料氣體進入發電電堆前能夠從燃料氣體中分離并去除水分的陰極接口板組件及包括該組件的燃料電堆，特別是一種帶陽極旁路的陰極接口板組件及包括該組件的燃料電堆。

背景技術

在燃料電池中，特別是氫燃料電池，反應的產物為水。反應產生的水蒸氣冷卻后形成液態水隨著反應氣體在燃料電池體系中隨反應氣體流動帶來燃料電池發電單池積水的問題，導致燃料電池性能下降。由于燃料電池中燃料氣體往往循環使用，去除燃料氣體中攜帶的液態水十分必要。現有技術中，往往通過設置在反應氣體管路上的水分離器去除燃料電池中反應產生水。例如CN103137989A公開了一種燃料電池系統及其增濕設備，其中包括水捕集器，被配置成捕集由所述陽極產生的冷凝物。CN218827267U公開了一種用于燃料電池系統氫氣路的汽水分離器。CN218827268U公開了一種氫燃料電池系統的氣液分離裝置。這些氫氣管路上設置的氣液分離裝置均獨立設置于氫氣管路上，在集成度較高的環境下，這種獨立的氣液分離裝置占據了較大的空間，不利于整個燃料電池系統的集成化。另一方面，這些氣液分離裝置設置與燃料氣體管路上，雖然可以從管路上對燃料氣體中的水氣分離，但是對于分離后的燃料氣體依然不可避免地含有水蒸氣，燃料氣體離開水氣分離裝置后輸送至發電電堆前的這段管路中依然會由于管路的冷卻而產生液態水，這部分液態水也會隨著燃料氣體進一步進入燃料電堆中。具體地，傳統的燃料電池中，這部分隨燃料氣體流動的液態水在進入發電電堆時無法有效去除，增加了液態水進入發電單池并進一步影響發電單池性能的風險。更具體地，在燃料電池中，良好的性能依賴于反應物均勻地輸送到所有發電單池中。由于液態水的進入，即使是活性單池中燃料氣體通孔和流場的暫時堵塞會導致燃料缺乏，從而導致性能損失，在最糟糕的情況下還會導致發電單池的失效。

現有技術中還存在通過設置虛設單池進行排水的技術方案。虛設單池與發電單池相比，不含有膜電極組件，不改變各反應介質和冷卻液流路。但是虛設單池因去除了膜電極組件，其不具備發電功能。通過設置虛設電池排水降低了燃料電池單位體積的功率。此外，虛設單池中燃料氣體僅可從原有的燃料氣體通路中流通，即原發電單池膜電極組件對應的位置的框架或阻隔件與陽極半板之間的空隙中流過，其燃料氣體流通效率較低，排水效率也較低。

發明內容

在本發明的范疇內，現在提供一種性能良好的燃料電堆。在此，本發明說明書中對燃料電堆模塊所說明的特征也適用于本發明的燃料電堆的整體，反之亦然，因而就針對各個發明方面的公開內容而言始終可以互相作參考。

傳統的設計中燃料氣體流路的設計是為了確保所有的燃料流動，但是在傳統的設計中燃料氣體攜帶的液態水會進入燃料電堆中，這種方法會給發電單池帶來接受液態水的風險。為了解決上述燃料氣體中發電單池進入液態水的問題，特別是針對入堆時隨燃料氣體流動的液態水進入發電單池的風險，本發明提供一種帶陽極旁路的陰極接口板組件。通過為攜帶水的燃料氣體構建替代路徑，繞過任何具有載荷的發電單池組件，可以避免液態水在性能關鍵路徑處堵塞。

本發明的帶陽極旁路的陰極接口板組件通過設置在燃料電池堆(FCS)的歧管端從進氣歧管到出氣歧管之間的燃料氣體旁路繞過發電單池中燃料回路。本發明帶陽極旁路陰極接口板組件通過在所有有源電池的燃料氣體進氣上游提供陽極旁路來對抗這種性能損失，液態水可以流經該旁路，從而避免水進入發電單池，由此陽極旁路的陰極接口板組件的旁路有助于提高燃料電堆對液態水進入的魯棒性。

本發明的第一方面提供一種帶陽極旁路的陰極接口板組件。