可再生燃料单电池制造技术

本发明专利技术公开了一种可再生燃料单电池，包括依次堆叠装配的氧电极流场板、氧电极扩散层、膜电极、氢电极扩散层和氢电极流场板；氧电极流场板包括底板，并在底板上开设有中部安装腔、前部入口腔和后部出口腔；底板的中部安装腔从上往下间隔均匀且并排布置有若干行波浪形板形成流场反应区，前部入口腔从上往下间隔均匀的布置有若干行入口流体分配单元形成流体分配入口区，后部出口腔从上往下间隔均匀的布置有若干行出口流体分配单元形成流体分配出口区。在处于FC工作模式下能够保证反应气体的扩散能力，同时在整个气体运输过程中提高传质能力，减少反应气体的堵塞引起的气体饥饿现象和生成水的聚积导致的水淹现象，增加该可再生燃料电池的性能。生燃料电池的性能。生燃料电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
可再生燃料单电池


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种可再生燃料单电池。

技术介绍

[0002]基于质子交换膜的一体式再生燃料电池(Unitized Regenerative Fuel Cell,URFC)是一种可同时在装置上分别通过燃料电池(Fuel Cell,FC)和电解池(Electrolytic Cell,EC)模式实现发电和制氢的双功能可再生能源转化装置。具备比能量密度高、无自放电等优势，在航空航天、可再生能源等领域前景远大，同时能够配合太阳能或者风能实现自给。
[0003]URFC以电堆为整体，以叠加电池和在两端的极板为基础。其中每个极板上设置有总管，该总管通向端板的内流道。当URFC处于EC模式时，一侧端板为阴极，另一侧端板为阳极，将水点解为氢气和氧气。处于FC模式时，一侧端板为阳极，另一侧端板为阴极，消耗氢气和氧气并产生电能。URFC在实际应用过程中，面临着循环效率、稳定性不足等其他问题。其中URFC的流场设计关系，能够影响URFC内部热量的分布、反应物的传输和整体的效率。如当URFC为FC模式时，易出现阴极极板出口处生成的液态水难以排除以及反应物传输效率低现象。
[0004]一体式可再生燃料电池面临着效率、稳定性和寿命等问题。合理的流场设计方案可以缓解URFC在电解池模式下生成的氧化物所造成的腐蚀问题，进一步延长整个电池的寿命和使用效率，降低URFC的维护成本。当URFC处于燃料电池模式时，如果化学计量比和相对湿度安排不合理时，在阴极气体扩散层和阴极流道中可能发生水淹现象，甚至会淹没部分反应区表面。同时，反应物来不及扩散到催化反应层，导致出现较大的浓差极化，大大地降低了电池的性能，从而无法满足URFC的燃料电池模式和电解水模式的循环切换。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是针对上述技术的缺陷，提供了一种流动阻力小、传输效率高的可再生燃料单电池。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种可再生燃料单电池，包括依次堆叠装配的氧电极流场板、氧电极扩散层、膜电极、氢电极扩散层和氢电极流场板，氧电极流场板和氢电极流场板沿膜电极对称布置；
[0007]所述氧电极流场板包括底板，并在底板上开设有中部安装腔、前部入口腔和后部出口腔，且中部安装腔分别与前部入口腔和后部出口腔相连通；底板的中部安装腔从上往下间隔均匀且并排布置有若干行波浪形板形成流场反应区，前部入口腔且位于流场反应区的前方从上往下间隔均匀的布置有若干行入口流体分配单元形成流体分配入口区，后部出口腔且位于流场反应区的后方从上往下间隔均匀的布置有若干行出口流体分配单元形成流体分配出口区；
[0008]底板前端底部的管道孔内壁上开有与流体分配入口区相连通的若干个空气入口，
底板后端顶部的管道孔内壁上开有与流体分配出口区相连通的若干个空气出口。
[0009]进一步地，所述中部安装腔的顶面和底面均成形有与波浪形板形状一样的波浪线曲面，上边沿的波浪线曲面与波浪形板之间、每相邻两波浪形板之间、下边沿的波浪线曲面与波浪形板之间均形成流体反应流道。
[0010]进一步地，每个所述波浪形板包括n个曲形板，每相邻两个曲形板的曲面呈相反布置；每个曲形板包括第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板的圆心与第二弧形板的圆心同心，且第一弧形板的弧度与第二弧形板的弧度比为1:2～4。
[0011]进一步地，每个所述曲形板的横截面中：第一弧形板末端与第二弧形板末端的水平连线与水平线平齐，第一弧形板末端与第一弧形板和第二弧形板交汇端的连线与水平连线的夹角为α，第二弧形板末端与第一弧形板和第二弧形板交汇端的连线与水平连线的夹角为β；且夹角α与空气入口的出口方向一致。
[0012]进一步地，所述α为0
°
～15
°
，β为0
°
～0.08
°
。
[0013]进一步地，每行所述入口流体分配单元包括至少一个倾斜凸台，每行入口流体分配单元中每相邻两个倾斜凸台之间的间隙与每相邻两行入口流体分配单元之间的间隙相同，形成倾斜的流体入口主分配流道和水平的流体入口副分配流道；每行出口流体分配单元的结构与入口流体分配单元相同。
[0014]进一步地，每个所述空气入口的出口方向与流体入口主分配流道的方向相同；每个空气出口的进口方向与流体出口主分配流道的方向相同。
[0015]进一步地，每个曲形板的长度为6～10mm，每个曲形板的肋宽和流体反应流道宽度相等均为1～3mm。
[0016]进一步地，所述流体分配入口区的入口流体分配单元沿流场反应区的竖向对称中心线绕一百八十度旋转后与流体分配出口区的出口流体分配单元重合。
[0017]进一步地，所述底板的四周设置有密封槽，并用硅橡胶密封圈进行密封。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的可再生燃料单电池，在URFC处于FC工作模式下能够保证反应气体的扩散能力，同时在整个气体运输过程中提高传质能力，减少反应气体的堵塞引起的气体饥饿现象和生成水的聚积导致的水淹现象，增加该可再生燃料电池的性能；流场反应区中，流道分布排列紧凑，使得结构更加紧凑，降低成本。当URFC处于EC模式下，液态水在下阴极极板生成氢气，在阳极极板生成氧气，在切换为FC模式时，利用凸台分配结构和流体反应通道结构能够快速的将氧气传输到扩散层和催化层，减少在EC模式下的氧化物的生成带来的腐蚀。
附图说明
[0019]图1为本专利技术可再生燃料单电池结构分解示意图；
[0020]图2为图1中氧电极流场板结构示意图；
[0021]图3为图2中波浪形板结构示意图；
[0022]图4为图3的结构参数示意图；
[0023]图5为图1的部分放大示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。
[0025]如图1所示可再生燃料单电池，包括依次堆叠装配的氧电极流场板1、氧电极扩散层2、膜电极3、氢电极扩散层4和氢电极流场板5，氧电极流场板1和氢电极流场板5结构相同沿膜电极3对称布置。下面只详细阐述氧电极流场板1，由于氢电极流场板5与氧电极流场板1结构相同，就不再赘述了。
[0026]如图2所示氧电极流场板1包括底板6，底板6的四周设置有密封槽，并用硅橡胶密封圈进行密封。按照图2的方向，并在底板6上开设有中部安装腔、前部入口腔和后部出口腔，且中部安装腔分别与前部入口腔和后部出口腔相连通。如图3所示底板6的中部安装腔从上往下(按照图2的方向)间隔均匀且并排布置有若干行波浪形板7形成流场反应区10，中部安装腔的顶面和底面均成形有与波浪形板7形状一样的波浪线曲面8，上边沿的波浪线曲面8与波浪形板7之间、每相邻两波浪形板7之间、下边沿的波浪线曲面8与波浪形板7之间均形成流体反应流道9；前部入口腔且位于流场反应区10的前方从上往下间隔均匀的布置有若干行入口流体分配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生燃料单电池，其特征在于：包括依次堆叠装配的氧电极流场板(1)、氧电极扩散层(2)、膜电极(3)、氢电极扩散层(4)和氢电极流场板(5)，氧电极流场板(1)和氢电极流场板(5)沿膜电极(3)对称布置；所述氧电极流场板(1)包括底板(6)，并在底板(6)上开设有中部安装腔、前部入口腔和后部出口腔，且中部安装腔分别与前部入口腔和后部出口腔相连通；底板(6)的中部安装腔从上往下间隔均匀且并排布置有若干行波浪形板(7)形成流场反应区(10)，前部入口腔且位于流场反应区(10)的前方从上往下间隔均匀的布置有若干行入口流体分配单元形成流体分配入口区(11)，后部出口腔且位于流场反应区(10)的后方从上往下间隔均匀的布置有若干行出口流体分配单元形成流体分配出口区(12)；底板(6)前端底部的管道孔内壁上开有与流体分配入口区(11)相连通的若干个空气入口，底板(6)后端顶部的管道孔内壁上开有与流体分配出口区(12)相连通的若干个空气出口(17)。2.根据权利要求1所述可再生燃料单电池，其特征在于：所述中部安装腔的顶面和底面均成形有与波浪形板(7)形状一样的波浪线曲面(8)，上边沿的波浪线曲面(8)与波浪形板(7)之间、每相邻两波浪形板(7)之间、下边沿的波浪线曲面(8)与波浪形板(7)之间均形成流体反应流道(9)。3.根据权利要求1所述可再生燃料单电池，其特征在于：每个所述波浪形板包括n个曲形板(13)，每相邻两个曲形板(13)的曲面呈相反布置；每个曲形板(13)包括第一弧形板(14)和第二弧形板(15)，第一弧形板(14)的圆心与第二弧形板(15)的圆心同心，且第一弧形板(14)的弧度与第二弧形板(15)的弧度比为1:2～4。4.根据权利要求3所述可再生燃料单电池，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奔，陈科，罗棕锴，邹国富，何丹迪，熊中壮，罗马吉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：