[发明专利]一种内部单片电池之间具有不同化学计量比的燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是一种内部单片电池之间具有不同化学计量比的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池在运行过程中会产生水，水管理是燃料电池的一个重要方面，水过于少量会影响燃料电池膜导质子能力，水过多会造成燃料电池电极被淹，液态水甚至堵塞流道，造成电池内部气体供应不足，影响电池性能的发挥，严重时会造成电池性能不可恢复性衰减。

计量比系数是燃料电池运行时，外界提供给燃料电池的气体量同电池所需要参加化学反应气体的量的比值。对于电池电极阳极侧，如果水过多堵塞流道会燃料气体的供应，燃料气体计量比系数一般为1.1左右，空气阴极侧计量比系数可以有比较大的变化范围，从1.6-120不等。增大空气的风机供应，即可提高空气阴极侧燃料电池的计量比系数，因此，燃料电池阴极侧排水比较容易。对于燃料电池阳极侧的排水一般是通过改变流道长度和流道内氢气的线速度来排出流道内的水，但随着流道长度的增加。燃料电池单片电极阳极侧氢气出口的水明显增加，同时弯曲的流道也影响水的排出。我们可以采用提高单片电池化学计量比系数的方式排出电池内的水。提高氢气化学计量比，意味着系统外加氢气循环泵或者提高燃料电池排氢时间，前者增加了燃料电池的系统的复杂性，后者降低了燃料电池的燃料利用效率。

如果对于燃料电池堆内结构是统一结构的单片电池，在没有氢泵来增加燃料计量比系数的燃料电池堆中，阳极侧燃料电池的排水是靠间歇式排氢进行的。单片电池阳极侧往往存在其中一些单片电池内容易积水，为了使电池堆内其中的几片电池的水排出，必须增加整体电池堆的排氢频率和排氢时间，这样使得本来不需要排氢的单片电池也参与了排氢的过程，造成大量的氢气浪费。

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缺陷而提供一种减少氢气浪费、降低成本、效率高的内部单片电池之间具有不同化学计量比的燃料电池堆。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种内部单片电池之间具有不同化学计量比的燃料电池堆，其特征在于，该燃料电池堆由多组阳极化学计量比不同的燃料电池单元组成，各组燃料电池单元包括多个具有阴阳极的燃料电池单片。

所述的燃料电池单元根据燃料电池堆的功率大小要求设置2-10组，各组燃料电池单元包括1-10个具有阴阳极的燃料电池单片。

所述的燃料电池堆中同一组燃料电池单元的阳极化学计量比接近，燃料电池单片的阳极侧流道相同。

所述的阳极化学计量比为1-2。

所述的燃料电池单元的阳极化学计量比为1-1.2时，燃料电池单元的阳极侧流道比其它燃料电池单元的阳极侧流道的深度深0.1-2mm。

所述的燃料电池堆中相邻两组燃料电池单元的燃料气体流通方向相反。

与现有技术相比，本发明整个燃料电池中全部的具有阴阳极的燃料电池单片被分成阳极计量比不同的几部分，对于同一部分中的其中单片燃料电池，其阳极化学剂量比是接近的，对于电池堆中化学计量比接近的燃料电池，其流道结构是一致的，其中的一部分阳极计量比系数接近1，对于接近1的燃料电池部分，其阳极侧流道设计可以不同于其它部分。燃料电池内单片电池具有不同的化学计量比，使燃料电池内的大部分单片电池具有比较高的化学计量比系数，而使其中特定的几片燃料电池化学计量比接近1，这样对燃料电池进行排氢排水处理时，特定的几片容易积水的燃料电池被集中在一起，极大减少了燃料电池氢气燃料的浪费。

附图说明

图1为本发明燃料电池堆及燃料气体流动内部结构示意图。

图中：1-燃料气体进口、2-燃料主孔管道、3-a组燃料气体流动方向、4-b组燃料气体流动方向、5-c组燃料气体流动方向、6-燃料排出主孔管道、7-燃料气体出口、8-燃料电池端板、9-燃料电池单片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示为一个200W的燃料电池堆及燃料气体流动内部结构示意图，该燃料电池的中共有10片具有阴阳极的燃料电池单片，分为3组燃料电池单元，其中前5片为a组燃料电池单元，中间3片为b组燃料电池单元，后面2片为c组燃料电池单元。