燃料电池堆叠及燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供了一种燃料电池堆叠及燃料电池系统。燃料电池堆叠可以包括通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能的发电单元。燃料电池堆叠可以包括由多孔材料制成的调节构件，以使流动于形成在燃料电池堆叠中的冷却通道中的冷却剂分散开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池系统，更具体地，涉及堆叠的均匀冷却的可靠性被改善的燃料电池堆叠和燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是利用从外部持续供应的燃料(例如，氢气或者重整气)和氧化剂(例 如，氧气或空气)而电化学地产生电力的装置。通过电化学反应，燃料电池直接将燃料和氧 化剂转化成电能。
技术实现思路
在一个方面，燃料电池堆叠提供了被均匀冷却的燃料电池堆叠结构。 在另一个方面，燃料电池系统包括具有均匀冷却结构的燃料电池堆叠。 在另一个方面，燃料电池堆叠包括发电单元和设置在燃料电池堆叠的至少一部分上的调节构件。在一些实施例中，发电单元包括设置在两个隔板层之间的膜电极组件并且发电单元构造为引起燃料和氧化剂的氧化还原反应。 在另一个方面，燃料电池系统包括燃料电池堆叠；连接到燃料电池堆叠的 燃料供应装置(fuel supplier);连接到燃料电池堆叠的氧化剂供应装置(oxidizer su卯lier);设置在燃料电池堆叠的至少一部分上调节构件(regulation member);以及发 电单元。在一些实施例中，发电单元包括设置在至少两个隔板层之间的膜电极组件。 在一些实施例中，两个隔板层中的至少一个构造为经由其供应氢气。在一些实施 例中，通道构件包括导热材料。在一些实施例中，导热材料从由铝、铜和钢构成的组中选择。 在一些实施例中，导热粘结层设置在通道构件层和两个隔板层中的至少一个之间。在一些 实施例中，在至少两个隔板层的相对表面上的凹槽组合以形成冷却通道。在一些实施例中， 通道构件层和发电单元设置在两个端板之间。 一些实施例还包括设置在燃料电池堆叠的至 少一部分上的调节构件。在一些实施例中，调节构件包括多孔材料，该多孔材料构造为使在 形成于燃料电池堆叠中的冷却通道中流动的冷却剂分散开。 在一些实施例中，调节构件设置为与冷却通道相邻，并与冷却通道的入口端流体 连通(in fluid communication)。在一些实施例中，调节构件包括多孔陶瓷材料和/或多 孔聚合物材料。在一些实施例中，调节构件包括厚层部分、过渡层部分和薄层部分。在一些 实施例中，调节构件包括在厚度上逐渐减小(taper)到薄层部分的厚层部分。在一些实施 例中，调节构件包括高密度部分和低密度部分，其中该高密度部分包括的孔比该低密度部 分多。 在一些实施例中，调节构件包括具有第一孔的第一部分和具有第二孔的第二部 分，其中第一孔的直径大于第二孔的直径。在一些实施例中，调节构件包括多个堆叠层。在 一些实施例中，在多个层中的最上面的第一层中的孔暴露下面的第二层。在一些实施例中， 第二层中的孔暴露第三层。在一些实施例中，孔是圆形的、椭圆形的或者多边形的。 一些实施例还包括鼓风机(blower)，该鼓风机设置为与冷却通道相邻并构造为从冷却通道抽取冷 却剂。在一些实施例中，鼓风机设置在燃料电池堆叠上且与调节构件相对。在一些实施例 中，调节构件由多孔材料制成，该多孔材料被构造为使流动于燃料电池堆叠的冷却通道中 的冷却剂分散开。附图说明 根据所述一些实施例的装置可以具有几个方面，其中的任何一个都不一定能独立地承担装置所期望的属性。在考虑该讨论之后，尤其是在阅读标题为"具体专利技术实施例的详 细描述"的部分之后，本领域技术人员将理解，本专利技术的特征如何提供包括制作和使用燃料 电池堆叠及采用该燃料电池堆叠的燃料电池系统的能力的优点。 图1是示出根据本公开第一示范性实施例的燃料电池系统的整个构造的示意图； 图2是示出图1所示的燃料电池堆叠的一部分的分解透视图； 图3是示出根据本公开第一示范性实施例的修改的燃料电池堆叠的分解透视图； 图4是示出根据本公开第一示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图5是示出根据本公开第二示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图6是示出根据本公开第三示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图7是示出根据本公开第四示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图8是示出根据本公开第五示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图9是示出根据本公开第六示范性实施例的燃料电池堆叠的透视图； 图10A是示出从常规燃料电池堆叠测量的温度的图线； 图10B是示出从包括多孔调节构件的燃料电池堆叠测量的温度的图线。具体实施例方式在下文，将参照附图详细描述本专利技术的示范性实施例，使本领域技术人员可以易 于实施。然而，本专利技术可以以各种不同的方式来实现，而不限于如下描述的示范性实施例。 如上所述，燃料电池是利用从外部持续供应的燃料(例如，氢气或者重整气)和氧 化剂(例如，氧气或空气)而电化学地产生电力的装置。通过电化学反应，燃料电池直接将 燃料和氧化剂转化成电能。 纯氧气或者富氧空气(例如，包含大量氧气的空气)可以用作燃料电池的氧化剂。 纯氢气或者富氢燃料(例如，包含大量氢的燃料)可以用作燃料。富氢燃料可以是通过重 整碳氢化合物燃料(例如，液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)和CH30H)而产生的燃料。 例如，燃料电池分为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池 (DMFC)，在聚合物电解质膜燃料电池中，氧气与从燃料重整得到的富氢重整气反应；在直接 甲醇燃料电池中，氧气与燃料直接反应。 燃料电池系统包括用于发电的燃料电池堆叠。燃料电池堆叠可以包括串联(in serial order)布置的多个单元电池(unit cell)。有时燃料电池堆叠可以具有串联布置 的许多个单元电池。在一些实施例中，单元电池包括膜电极组件(MEA)和隔板，其或者被称 为双极板。隔板可以包括氢气通道和氧气通道。氢气通道和氧气通道可以向MEA提供燃料 电池中的反应所需的氢气和氧气。 由于氢气和氧气的氧化还原反应，燃料电池系统产生一定温度的热量。燃料电池 堆叠应当保持在适当的工作温度内，以确保电解质膜的稳定性并防止性能退化。因此，燃料 电池堆叠在其内部可以具有冷却通道。从而，通过使低温空气或者冷却剂经由冷却通道流 动，从燃料电池堆叠内部产生的热可以被冷却下来。 由于不能在多个单元电池中均匀地供应空气，所以常规燃料电池系统会具有由非 均匀的燃料电池堆叠温度而引起的问题。当堆叠的温度不均匀时，仅堆叠的某些部分可以 发生显著的损耗，从而使整个输出功率退化。 然而，即使当空气均匀地供应到燃料电池堆叠时，也会在堆叠内部形成温度梯度， 这是由于堆叠内产生的热量的不均匀性。换句话说，取决于结构和堆叠的堆叠构造，较多的 热量会产生在燃料电池堆叠的不同部分中(例如，在燃料电池堆叠的中央或者各侧)。这 样，如果在堆叠内形成温度梯度，仅堆叠的某些部分发生损耗，从而使燃料电池系统的性能 退化。 图1是根据第一示范性实施例的燃料电池系统的整个构造的示意图。参照图l，根 据第一示范性实施例的燃料电池系统100是直接氧化燃料电池(D0FC)，其通过液体或气体 燃料与氧气的直接反应来产生电能。 然而，第一实施例不限于以上所述，可以采用例如聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)，其通过重整燃料产生氢气然后通过氢气和氧气的电化学反应产生电能。 用于燃料电池系统100的燃料可以涵盖液态或气态的碳氢燃料，例如甲醇、乙醇 或天然气、液化石油气(LPG)、汽油以及丁烷气体。燃料电池系统100可以采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池堆叠，包括：发电单元，其中所述发电单元包括设置在两个隔板层之间的膜电极组件，并且其中所述发电单元构造为引起燃料和氧化剂的氧化还原反应；和调节构件，设置在所述燃料电池堆叠的至少一部分上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安圣镇，李辰华，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]