一种低压空气呼吸燃料电池堆

摘要

本发明涉及一种低压空气呼吸燃料电池堆，包括双极板、膜电极、集流板、电绝缘隔板、空气进气孔、氢气进口与出口、氢气进孔道与出孔道、空气流道、氢气流道、空气流场、氢气流场、风扇、固定装置、散热装置，所述的双极板呈楔形结构，该楔形双极板两个面上设有空气流道和氢气流道，所述的空气流道平行于楔形双极板的横截面方向，所述的氢气流道与该空气流道垂直设置，所述的氢气进口与出口设置于电绝缘隔板上，所述的多个楔形双极板与膜电极加上集流板、电绝缘隔板组装成具有一定壁厚的多孔圆筒状电池堆，该电池堆轴向设有风扇。与现有技术相比，本发明具有结构紧凑、功率密度高等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种低压空气呼吸燃料电池堆。

背景技术

PEMFC燃料电池是一种把H₂和O₂反应产生的化学能转化成电能的装置，它具有室温启动，转化效率高，比功率密度高，产物零污染等特点。燃料电池用途很广，大型燃料电池可用做潜艇，汽车等的动力源。小型燃料电池可用做电动摩托车，电动自行车，笔记本电脑，数码相机及其它移动用电设备的电源。

小型燃料电池堆一般具有螺栓，螺母即两端端板等零部件。这些部件大大将低了小型燃料电池燃料堆功率密度，同样小型燃料电池堆往往采用风扇或小型离心风机或低压空气泵等设备为燃料电池堆提供空气，这些附属设备在结构上很难同燃料电池堆结构相匹配，因而由此组装的燃料电池堆集成度不高，造成整个电池系统能量密度的降低。电池堆结构合理，简单，紧凑是提高小型电池堆系统功率密度一个非常重要的方面。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足之处而提供一种可使燃料电池系统结构紧凑、功率密度高的低压空气呼吸燃料电池堆。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低压空气呼吸燃料电池堆，包括双极板、膜电极、集流板、电绝缘隔板、空气进气孔、氢气进口与出口、氢气进孔道与出孔道、空气流道、氢气流道、空气流场、氢气流场、风扇、固定装置、散热装置，所述的多个空气流道构成一空气流场，所述的多个氢气流道构成一氢气流场，所述的氢气进口与出口分别和氢气进孔道与出孔道连通，该氢气进孔道与出孔道和氢气流场连通，其特征在于，所述的双极板呈楔形结构，该楔形双极板两个面上设有空气流道和氢气流道，所述的空气流道平行于楔形双极板的横截面方向，其槽深按楔形厚度变化规律由浅变深，该楔形空气流道的外端设有空气进气孔，所述的氢气流道与该空气流道垂直设置，所述的氢气进口与出口设置于电绝缘隔板上，所述的多个楔形双极板与膜电极加上集流板、电绝缘隔板组装成具有一定壁厚的多孔圆筒状电池堆，该电池堆轴向设有风扇。

所述的固定装置包括圆环套，该圆环套设在所述的多孔圆筒状电池堆轴向两端，并将其固定。

所述的固定装置包括胶粘剂，该胶粘剂设在楔形石墨双极板、膜电极、集流板、电绝缘隔板的两面，并将其粘结压紧组装成具有一定壁厚的多孔圆筒状电池堆。

所述的散热装置包括散热孔道，该散热孔道设在楔形双极板的轴向中间。

所述的散热装置包括散热片，该散热片设在双极板的外端。

所述的散热装置包括楔形空气流道，该楔形空气流道兼具散热功能。

所述的风扇包括反应用风扇和散热风扇，所述的反应用风扇为电池堆提供反应用空气，所述的散热风扇为电池堆提供冷却用空气。

所述的双极板采用高强石墨板、金属板、模压石墨板、柔性石墨板中的一种。

所述的楔形空气流道，其最深处和最浅处比值小于50，反应用空气流动方向为从流道深处流向浅处。

所述的电池堆可分成几个相等电池组，通过筒内引线方式进行并联，以提高电池堆的输出电流，降低输出电压。

与现有技术相比，本发明提供了一个新的技术解决方案，电池堆不具有端板，螺栓，螺母等紧固结构，电池堆呈具有一定壁厚多孔圆筒状，双极板呈楔形结构，楔形双极板两个面上具有氢气流道和空气流道，其中空气流道平行于楔形截面成楔形并列分布，氢气进口和出口位于电绝缘隔板上，风扇可为该电池堆提供反应或散热用空气，圆形风扇位于该电池堆两个端面上，与该结构能够很好的匹配在一起，大大降低了燃料电池系统体积，提高了燃料电池系统功率密度。

附图说明

图1为燃料电池堆的端面结构示意图；

图2为燃料电池堆的圆筒状侧面结构示意图；

图3为石墨双极板空气面结构示意图；

图4为石墨双极板氢气面结构示意图；

图5为沿A-A线切割截面结构示意图；

图6为电池堆和风扇组装后侧面结构示意图。

图7为一种不带散热孔道的燃料电池堆端面图；

图8为图7所示燃料电池堆及风扇侧面图；

图9为一种带散热片的电池堆端面图；

图10为另一种不带散热孔道的燃料电池堆端面图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1～6所示，一种低压空气呼吸燃料电池堆，包括石墨双极板1、膜电极2、集流板3、电绝缘隔板4、空气进气孔6、氢气进口5与出口5′、氢气进孔道8与出孔道8′、空气流道9、空气流场9′、氢气流道10、氢气流场10′、反应用风扇14、散热风扇15、圆环套7、散热孔道11，所述的多个空气流道9构成一空气流场9′，所述的多个氢气流道10构成一氢气流场10′，所述的氢气进口5与出口5′分别和氢气进孔道8与出孔道8′连通，该氢气进孔道8与出孔道8′和氢气流场10′连通，所述的双极板1呈楔形结构，该楔形双极板1两个面上设有空气流道9和氢气流道10，所述的空气流道9平行于楔形双极板1的横截面方向，其槽深按楔形厚度变化规律由浅变深，该楔形空气流道9的外端设有空气进气孔6，所述的氢气流道10与该空气流道9垂直设置，所述的氢气进口5与出口5′设置于电绝缘隔板4上，所述的多个楔形双极板1与膜电极2加上集流板3、电绝缘隔板4组装成具有一定壁厚的多孔圆筒状电池堆，该电池堆轴向设有反应用风扇14、散热风扇15。所述的圆环套7设在所述的多孔圆筒状电池堆轴向两端，并将其固定。所述的散热孔道11设在楔形双极板的轴向中间。所述的反应用风扇14为电池堆提供反应用空气，所述的散热风扇15为电池堆提供冷却用空气。所述的楔形空气流道9，其最深处和最浅处比值小于50，反应用空气流动方向为从流道深处流向浅处。

本实施例是一种带散热空气流道结构的燃料电池堆及双极板结构。电池堆的紧固是靠一个圆环，电池堆中没有螺杆，螺母，两端夹板等附属构件。从图6中可以看出，该燃料电池堆的端面能够同风扇形状形成非常好的配合，该电池堆结构可以配置两个功能风扇，一个风扇外径尺寸和端面外圆尺寸接近，为电池堆散热提供冷却空气，一个风扇外径尺寸和端面内圆尺寸相接近，为燃料电池提供反应用空气，楔形空气流道结构有利于保持电池电极的水热均匀分布，提高了电极整体性能，该结构特别有利于直接空气呼吸型燃料电池。

实施例2

图7给出了一种不带散热孔道11的燃料电池堆端面图，图8给出了一种该结构的燃料电池堆及风扇侧面图，该结构中的楔形空气流道9具有反应和散热两种功能，14为两个和电池堆内筒尺寸匹配的风扇。其余结构与实施例1相同。

实施例3

图9给出了一种带散热片的电池堆端面图，图中17所示为燃料电池散热片，该电池堆中散热用风扇尺寸大小和散热片外尺寸相当。其余结构与实施例1相同。

实施例4

图10给出了一种不带散热孔道的燃料电池堆端面图，该电池堆中有三个燃料电池组，通过16所示筒内两根导线，方便实现了电池组并联。其余结构与

实施例1相同。