燃料单电池转让专利
申请号 : CN202110462189.6
文献号 : CN113241456B
文献日 : 2022-05-24
发明人 : 潘昱轩 , 常磊 , 周明正 , 李鹏飞 , 宋耀颖 , 尧磊 , 王小惠 , 曾箐雨 , 徐敏 , 张萌
申请人 : 国家电投集团氢能科技发展有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种燃料单电池,其特征在于,包括:
依次堆叠的阳极端板、阳极绝缘板、阳极集流板、阳极极板、膜电极、阴极极板、阴极集流板、阴极绝缘板和阴极端板,所述阳极极板的朝向所述膜电极的一侧设有阳极气体流道,所述阴极极板的朝向所述膜电极的一侧设有阴极气体流道,所述阴极极板上还设有冷却介质流道,所述阳极端板上设有阳极气路入口和阳极气路出口,所述阳极绝缘板、所述阳极集流板和所述阳极极板上均开设有开孔以便构造出与所述阳极气路入口连通的阳极进气通路以及与所述阳极气路出口连通的阳极出气通路,所述阳极进气通路和所述阳极出气通路中的每一者与所述阳极气体流道连通,所述阴极端板上设有阴极气路入口和阴极气路出口,所述阴极绝缘板、所述阴极集流板和所述阴极极板上均开设有开孔以便构造出与所述阴极气路入口连通的阴极进气通路以及与所述阴极气路出口连通的阴极出气通路,所述阴极进气通路和所述阴极出气通路中的每一者与所述阴极气体流道连通,所述燃料单电池还包括与所述冷却介质流道连通的冷却介质流入通路和冷却介质流出通路;
所述阳极端板上设有冷却介质入口和冷却介质出口,所述阳极绝缘板、所述阳极集流板、所述阳极极板和所述膜电极上均开设有开孔以便构造出所述冷却介质流入通路和所述冷却介质流出通路,或者,所述阴极端板上设有冷却介质入口和冷却介质出口,所述阴极绝缘板和所述阴极集流板上均开设有开孔以便构造出所述冷却介质流入通路和所述冷却介质流出通路;
所述阴极极板由两个石墨板粘接而成,所述两个石墨板之间形成有所述冷却介质流道,或者,所述阴极极板的远离所述膜电极的一侧形成了所述冷却介质流道。
2.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,还包括环状的限位垫片,所述限位垫片环绕所述膜电极设置,所述限位垫片与所述阳极极板和所述阴极极板中的每一者相抵以防止所述膜电极被过度压缩。
3.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,所述阴极端板在其长度方向上具有相对的第一端部和第二端部,所述阴极气路入口设在所述第一端部上,所述阴极气路出口设在所述第二端部上。
4.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,所述阳极进气通路与所述阴极出气通路邻近设置。
5.根据权利要求4所述的燃料单电池,其特征在于,所述阳极气路入口和所述阳极气路出口在所述阳极端板的长度方向上间隔设置,所述阴极气路入口和所述阴极气路出口在所述阴极端板的长度方向上间隔设置,所述阳极端板的长度方向与所述阴极端板的长度方向均为所述燃料单电池的长度方向,所述阳极进气通路和所述阴极出气通路均沿所述燃料单电池的厚度方向延伸并在所述厚度方向上相对。
6.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,所述阳极端板、所述阳极绝缘板、所述阳极集流板、所述阳极极板、所述膜电极、所述阴极极板、所述阴极集流板、所述阴极绝缘板和所述阴极端板中的每一者上设有在所述燃料单电池的厚度方向上相对的连接孔,绝缘螺栓穿过每一个所述连接孔。
7.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,所述阳极端板、所述阳极绝缘板、所述阳极集流板、所述阳极极板、所述膜电极、所述阴极极板、所述阴极集流板、所述阴极绝缘板和所述阴极端板中的每一者上设有在所述燃料单电池的厚度方向上相对的定位孔,所述定位孔能够允许定位轴穿过以便所述定位轴进行定位。
8.根据权利要求1所述的燃料单电池,其特征在于,在所述阳极端板、所述阳极绝缘板、所述阳极集流板、所述阳极极板、所述膜电极、所述阴极极板、所述阴极集流板、所述阴极绝缘板和所述阴极端板中,相邻两者之间均设有密封垫片。
说明书 :
燃料单电池
技术领域
背景技术
动电源等多种用途,具有广阔的市场应用前景。燃料单电池需具有阳极气体流路、阴极气体
流路及冷却介质流路,其中尤其是阳极气体流路和阴极气体流路需要严格密封,以避免阳
极气体和阴极气体的交叉泄露,一旦阳极气体和阴极气体在膜电极以外接触,燃料单电池
的安全性将受到严重威胁。并且由于在质子膜燃料电池的评价中需要频繁拆装燃料单电
池,其多次拆装安全性便变得无比重要。
发明内容
有优异的安装性能。
的朝向所述膜电极的一侧设有阳极气体流道,所述阴极极板的朝向所述膜电极的一侧设有
阴极气体流道,所述阴极极板上还设有冷却介质流道,所述阳极端板上设有阳极气路入口
和阳极气路出口,所述阳极绝缘板、所述阳极集流板和所述阳极极板上均开设有开孔以便
构造出与所述阳极气路入口连通的阳极进气通路以及与所述阳极气路出口连通的阳极出
气通路,所述阳极进气通路和所述阳极出气通路中的每一者与所述阳极气体流道连通,所
述阴极端板上设有阴极气路入口和阴极气路出口,所述阴极绝缘板、所述阴极集流板和所
述阴极极板上均开设有开孔以便构造出与所述阴极气路入口连通的阴极进气通路以及与
所述阴极气路出口连通的阴极出气通路,所述阴极进气通路和所述阴极出气通路中的每一
者与所述阴极气体流道连通,所述燃料单电池还包括与所述冷却介质流道连通的冷却介质
流入通路和冷却介质流出通路。
极气体的串气风险降至最低,与相关技术中从一侧同时进气的方案相比,显著提高了燃料
单电池的安全性。
却介质流入通路和所述冷却介质流出通路,或者,所述阴极端板上设有冷却介质入口和冷
却介质出口,所述阴极绝缘板和所述阴极集流板上均开设有开孔以便构造出所述冷却介质
流入通路和所述冷却介质流出通路。
极被过度压缩。
隔设置,所述阳极端板的长度方向与所述阴极端板的长度方向均为所述燃料单电池的长度
方向,所述阳极进气通路和所述阴极出气通路均沿所述燃料单电池的厚度方向延伸并在所
述厚度方向上相对。
一者上设有在所述燃料单电池的厚度方向上相对的连接孔,绝缘螺栓穿过每一个所述连接
孔。
一者上设有在所述燃料单电池的厚度方向上相对的定位孔,所述定位孔能够允许定位轴穿
过以便所述定位轴进行定位。
邻两者之间均设有密封垫片。
质流道。
附图说明
入口15;阳极气路出口16;阴极气路出口17;阴极气路入口18;冷却介质入口19;冷却介质出
口20;导电接头21。
具体实施方式
极端板1、阳极绝缘板3、阳极集流板5、阳极极板7、膜电极9、阴极极板8、阴极集流板6、阴极
绝缘板4和阴极端板2中每一者的厚度方向一致。
体(如氢气等燃料气体),阴极气体流道用于流通阴极气体(如空气等氧化剂气体),冷却介
质流道用于流通冷却介质如(冷却水、冷却空气)。阳极气体和阴极气体通过膜电极9发生电
化学反应,将化学能转化为电能。冷却介质用于对燃料单电池进行冷却。
阳极气路入口15连通,阳极出气通路与阳极气路出口16连通。并且,阳极进气通路和阳极出
气通路均与阳极气体流道连通。也就是说,阳极进气通路和阳极出气通路均沿燃料单电池
的厚度方向贯穿阳极绝缘板3、阳极集流板5和阳极极板7。燃料单电池的运行时,阳极气体
从阳极气路入口15流入阳极进气通路,进入阳极气体流道与膜电极9接触并参与阳极反应,
随后进入阳极出气通路,并最终从阳极气路出口16流出燃料单电池。
阴极气路入口18连通,阴极出气通路与阴极气路出口17连通。并且,阴极进气通路和阴极出
气通路均与阴极气体流道连通。燃料单电池的运行时,阴极气体从阴极气路入口18流入阴
极进气通路,进入阴极气体流道与膜电极9接触并参与阴极反应,而后经由阴极出气通路从
阴极气路出口17排出燃料单电池。可以理解的是,阴极进气通路和阴极出气通路均沿燃料
单电池的厚度方向贯穿阴极绝缘板4、阴极集流板6和阴极极板8。
介质流出通路流出燃料单电池。
极气体的串气风险降至最低,与相关技术中从一侧同时进气的方案相比,显著提高了燃料
单电池的安全性。
的厚度方向、长度方向和宽度方向分别与阳极端板1、阳极绝缘板3、阳极集流板5、阳极极板
7、膜电极9、阴极极板8、阴极集流板6、阴极绝缘板4和阴极端板2中每一者的厚度方向、长度
方向和宽度方向一致。该长度方向、该宽度方向与该厚度方向彼此垂直。
介质流出通路。也就是说,冷却介质从阳极侧流入冷却介质流道中。冷介质流入通路和冷却
介质流出通路均位于阴极极板8的朝向膜电极9的一侧。
近膜电极9的石墨板上应开设有开孔以便连通冷却介质流入通路、冷却介质流道以及冷却
介质流出通路。需要说明的是,在其他实施例中,冷却介质流道可以设在阴极极板8的远离
膜电极9的一侧,在该实施例中,阴极极板8开设贯通其的开孔以便连通冷却介质流入通路、
冷却介质流道以及冷却介质流出通路。
便构造出冷却介质流入通路和冷却介质流出通路。冷却介质流入通路和冷却介质流出通路
均位于阴极极板8的远离膜电极9的一侧。当阴极极板8由两个石墨板粘接而成,冷却介质流
道形成在两个石墨板之间时,阴极极板8的远离膜电极9的石墨板上应开设有开孔以便连通
冷却介质流入通路、冷却介质流道以及冷却介质流出通路。当冷却介质流道设在阴极极板8
的远离膜电极9的一侧时,阴极极板8无需开设开孔。
电池的厚度方向上位于阳极极板7和阴极极板8之间并与阳极极板7和阴极极板8中的每一
者相抵。限位垫片10的厚度方向与燃料单电池的厚度方向一致。限位垫片10用于膜电极9被
过度压缩。这是由于,膜电极9在组装过程中一定程度上会被压缩,被过度压缩的膜电极9的
性能会受到影响,因此通过设置限位垫片10使组装好之后的膜电极9的厚度与限位垫片10
的厚度相同,可以避免膜电极9被过度压缩。可以理解的是,限位垫片10的厚度需要根据膜
电极9的厚度以及其所需的压缩率选择合适的厚度,防止膜电极9过压的现象出现。
单电池的长度方向上间隔设置。优选地,阳极进气通路和阳极出气通路沿燃料单电池厚度
方向延伸。阳极气路入口15和阳极进气通路在燃料单电池厚度方向上相对,即阳极气路入
口15和阳极进气通路正对,阳极气路出口16和阳极出气通路在燃料单电池厚度方向上相
对,即阳极气路出口16和阳极出气通路正对,如此设置使得燃料单电池的结构更加合理。进
一步优选地,冷却介质入口19与冷却介质流入通路在燃料单电池厚度方向上相对,冷却介
质出口20与冷却介质流出通路在燃料单电池厚度方向上相对。
入口18设在第一端部上,阴极气路出口17设在第二端部上。如此设置方便了燃料单电池与
外界通气管路的连接,减小了燃料单电池的安装难度。优选地,阴极进气通路和阴极出气通
路沿燃料单电池厚度方向延伸。
阳极气路入口15可以设在第三端部上,阳极气路出口16可以设在第四端部上。冷却介质入
口19和冷却介质出口20同理。
置可以使阴极尾气中的由于阴极反应生成的水渗透过膜电极9的质子膜,对从阳极进气通
路流入阳极气体流道中的阳极气体进行加湿,以此提高阳极气体的湿度。在长时间耐久实
验中使用阴极尾气为阳极气体加湿可以显著降低外部系统加湿罐的工作压力,降低测试系
统压力,增强测试系统耐用性。
上相对的连接孔12。绝缘螺栓穿过每一个连接孔以将燃料单电池固定安装。可以理解的是,
为了提高燃料单电池的结构稳定性,每个板件上的连接孔12可以为多个。
上相对的定位孔13,定位孔13能够允许定位轴穿过以便定位轴进行定位。燃料单电池在组
装时,使定位轴穿过每一个定位孔13以便对燃料单电池的组装进行精准定位。每个板件上
的定位孔13可以为多个。
垫片11用于密封,防止阳极气体、阴极气体以及冷却介质的泄露。优选地,阳极端板1、阳极
绝缘板3、阳极集流板5、阳极极板7、膜电极9、阴极极板8、阴极集流板6、阴极绝缘板4和阴极
端板2中每一者与密封垫片11接触的位置设置有密封凹槽,密封凹槽用于密封垫片11的安
装和定位。
极集流板5和阴极集流板6上的导电接头21接入电子负载,可控制和监控工作电流及电压。
阳极极板7和阴极极板8均由两个石墨板粘接而成,以提高阳极极板7和阴极极板8的耐久
性。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的
普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示
例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。