CN109273740A - 集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及一种集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，特别是在进入燃料电池的电化学活性部分之前,对气体进行加湿和预热处理。按以下步骤进行：结构分析→原理分析→操作方法。集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，提高集成性能，提升操作性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及一种集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，特别是在进入燃料电池的电化学活性部分之前,对气体进行加湿和预热处理。
背景技术
燃料电池是电化学装置,提供高效率的电能。低温燃料电池采用氢气燃料,反应仅产生水,因此是零排放的理想技术。最先进的燃料电池，使用质子交换膜，将质子从阳极(氢被分裂成质子和电子)转移到阴极,在那里氢离子与氧离子重组以形成水。能量释放的过程是将功率传送到外部电路，并驱动外部电路设备。每个电化学单元通常产生大约1到0.6V电压，他们堆积产生高压形成物理上燃料电池堆。
质子交换膜是低温燃料电池的关键部件。因此,这种类型的燃料电池往往缩写为PEM-燃料电池。该膜的常用材料为perfluorosulfonicacid(PSFA),知名品牌为NafionTM。它是PSFA中的酸性基团,它在PEM燃料电池和PSFA中提供足够的水,以确保良好的质子电导率。因此水是质子交换膜燃料电池中的重要元素,水的调控在材料的选择、设计和过程控制中影响较大。
空气中的氢气和氧气反应物被送到质子交换膜燃料电池。高功率密度燃料电池需要高的反应物流量,以充分满足能源需求。大量的氢气和空气被送往燃料电池堆,这些气体需要预预处理,以防止反应堆过冷或者过度干燥。这种预处理通常是由外部设备进行的,通常称为加湿器。在US2017346110和US2017084935中展示了被动式加湿器的例子。CN204759258中展示了的动力式或主动式设备。在这些情况下,加湿器是放置在燃料电池堆附近的辅助装置。在CN103915638中展示了一种不同的方法。本发明阐述了一种可实施案例，在此案例中，加湿器成为燃料电池堆的一个组成部分。它减少了管道的数量,但它仍然是燃料电池堆核心部分的辅助设备。它需要一个接口板和并且重新布置气体的路径,增加了电池堆的体积。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，对气体进行加湿，预热,无需界面板，因此具有优越的致密性和最高的功能集成水平的集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，按以下步骤进行：
(一)、结构分析：
包括燃料电池，所述的燃料电池中设有流动通道，所述的流动通道的两侧分别设有加湿区域，所述的加湿区域的外侧设有若干中心管道；
通过利用加湿区域的加湿膜及燃料电池反应产生的水实现加湿输入口气体的目的。
(二)、原理分析：
电池堆内所需的气体由输入口通过分配通道，引导到流动通道；确保了气体均匀分配到流动通道，以获得最大性能；
(三)、操作方法：
分配部分被设计成电化学惰性和电化学功能，有利于气体分配和温湿度的调节；
该部分包含导水膜，其可以将水从膜电极的一侧传输到另一侧；
采用氢气流与空气流逆向流动方式，来自阴极反应产生的水通过加湿区域的导水膜传输到另一侧的氢气输入口，用来加湿干燥的氢气，预热进气口的氢气，使该气体达到理想的电化学反应条件；
同样的过程发生在另一侧；氢气消耗，增加了气体的水分；水通过质子交换膜的扩散是活性区域增加氢气中水含量的另一种机制；在阳极输出的过程中，潮湿的氢气到达阳极出口并加湿了导水膜；该导水膜的另一侧是空气输入口，调节了入口空气的湿度。
作为优选，而燃料电池与流动通道处于同一平面上的加湿器断面。
燃料电池包括燃料电池单电池设计，而燃料电池单电池设计包括与流动通道在同一平面上的加湿器断面。
燃料电池堆中的每个单电池含其单独的加湿，因此形成了一套集成并且紧凑的解决方案。接下来是本发明的详细描述。
电池堆内的气体经过中心管道，然后通过分配集管，引导到流动通道。两者的设计都确保了气体均匀分配到流动通道，以获得最大性能。
分配部分被设计成电化学惰性和电化学功能，有利于气体分配和调节。该部分包含导水膜，其可以将水从膜电极的一侧转移到另一侧。该设计采用逆流流动方式。来自阴极的产物水混杂在废气中，水将收集在送至管道中。与阴极出口相对应的是阳极入口。阴极出口气体中含有的产物水，可以用来加湿导水膜。膜的另一侧面向氢气运送管道入口可以用来加湿干燥的氢气。该部分还预热进气口的氢气，使该气体达到理想的电化学反应条件。
同样的过程发生在另一端。氢气消耗，因此增加了气体的水分。水通过质子交换膜的扩散是活性区域增加氢气中水含量的另一种机制。在阳极输出的过程中，潮湿的氢到达阳极出口并加湿了导水膜。该湿膜的另一侧面向空气入口分布，因此加湿并调节了入口空气。
本发明的优点在于它完全集成到燃料电池单电池设计中。不需要重新布置所需的气体，也不需要额外的管道。它节省了材料和空间，因此优于现有设计。
本发明不限于聚氟磺酸PFSA(polyfluorosulfonic acid)膜，也不限于任何质子交换膜，例如基于聚苯并咪唑PBI(polybenzimidazole)的高温质子交换膜HT-PEM(hightemperature proton exchange membrane)。
本发明提供集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，提高集成性能，提升操作性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明膜电极横截面的结构示意图；
图3是本发明中氢气气流的结构示意图；
图4是本发明中空气流动的结构示意图。
附图标记说明：1、燃料电池；2、流动通道；3、加湿区域；4、中心管道；5、阳极入口；6、阳极出口；7、分配集管；8、管道。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图所示，一种集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，按以下步骤进行：
(三)、原理分析：
包括燃料电池1，所述的燃料电池1中设有流动通道2，所述的流动通道2的两侧分别设有加湿区域3，所述的加湿区域3的外侧设有若干中心管道4；
通过利用加湿区域3的加湿膜及燃料电池1反应产生的水实现加湿输入口气体的目的。
(四)、性能分析：
电池堆内所需的气体由输入口通过分配通道，引导到流动通道；确保了气体均匀分配到流动通道，以获得最大性能；
(三)、操作方法：
分配部分被设计成电化学惰性和电化学功能，有利于气体分配和温湿度的调节；
该部分包含导水膜，其可以将水从膜电极的一侧传输到另一侧；
采用氢气流与空气流逆向流动方式，来自阴极反应产生的水通过加湿区域的导水膜传输到另一侧的氢气输入口，用来加湿干燥的氢气，预热进气口的氢气，使该气体达到理想的电化学反应条件；
同样的过程发生在另一侧；氢气消耗，增加了气体的水分；水通过质子交换膜的扩散是活性区域增加氢气中水含量的另一种机制；在阳极输出的过程中，潮湿的氢气到达阳极出口并加湿了导水膜；该导水膜的另一侧是空气输入口，调节了入口空气的湿度。
而燃料电池1与流动通道2处于同一平面上的加湿器断面。
Claims (2)
1.一种集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，其特征在于按以下步骤进行：
(一)、结构分析：
包括燃料电池(1)，所述的燃料电池(1)中设有流动通道(2)，所述的流动通道(2)的两侧分别设有加湿区域(3)，所述的加湿区域(3)的外侧设有若干中心管道(4)；
通过利用加湿区域(3)的加湿膜及燃料电池(1)反应产生的水实现加湿输入口气体的目的。
(二)、原理分析：
电池堆内所需的气体由输入口通过分配通道，引导到流动通道；确保了气体均匀分配到流动通道，以获得最大性能；
(三)、操作方法：
分配部分被设计成电化学惰性和电化学功能，有利于气体分配和温湿度的调节；
该部分包含导水膜，其可以将水从膜电极的一侧传输到另一侧；
采用氢气流与空气流逆向流动方式，来自阴极反应产生的水通过加湿区域的导水膜传输到另一侧的氢气输入口，用来加湿干燥的氢气，预热进气口的氢气，使该气体达到理想的电化学反应条件；
同样的过程发生在另一侧；氢气消耗，增加了气体的水分；水通过质子交换膜的扩散是活性区域增加氢气中水含量的另一种机制；在阳极输出的过程中，潮湿的氢气到达阳极出口并加湿了导水膜；该导水膜的另一侧是空气输入口，调节了入口空气的湿度。
2.根据权利要求1所述的集成式气体加湿功能燃料电池的操作方法，其特征在于：而燃料电池(1)与流动通道(2)处于同一平面上的加湿器断面。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115968510A (zh) * | 2020-08-27 | 2023-04-14 | 燃料电池中心两合股份有限公司 | 燃料电池堆 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1332891A (zh) * | 1998-09-18 | 2002-01-23 | 能量合伙公司 | 自加湿燃料电池 |
| CN101017905A (zh) * | 2007-01-16 | 2007-08-15 | 武汉理工大学 | 一种通过双极板保持质子交换膜燃料电池中水的平衡方法 |
| JP2007329009A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 固体高分子型燃料電池 |
| CN101170190A (zh) * | 2007-09-21 | 2008-04-30 | 徐丰彩 | 一种氢燃料电池全自动加湿和水管理系统 |
| CN101425587A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 上海神力科技有限公司 | 一种集成式用于燃料电池增湿的装置 |
| CN102983337A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 极板、极板组及燃料电池 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1332891A (zh) * | 1998-09-18 | 2002-01-23 | 能量合伙公司 | 自加湿燃料电池 |
| JP2007329009A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 固体高分子型燃料電池 |
| CN101017905A (zh) * | 2007-01-16 | 2007-08-15 | 武汉理工大学 | 一种通过双极板保持质子交换膜燃料电池中水的平衡方法 |
| CN101170190A (zh) * | 2007-09-21 | 2008-04-30 | 徐丰彩 | 一种氢燃料电池全自动加湿和水管理系统 |
| CN101425587A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 上海神力科技有限公司 | 一种集成式用于燃料电池增湿的装置 |
| CN102983337A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 极板、极板组及燃料电池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115968510A (zh) * | 2020-08-27 | 2023-04-14 | 燃料电池中心两合股份有限公司 | 燃料电池堆 |
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