[实用新型]自屏蔽质子交换膜燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接利用氢能的发电装置，PEMFC把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，而不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高(40％——66％)；燃料电池环境友好，几乎不排放氮和硫的氧化物，二氧化碳的排放量也比常规发电厂减少40％以上。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。PEMFC近年来有了很大的进步，目前国外燃料电池寿命较长的有3000多个小时，国内为1000多小时，但是许多情况下的电池还达不到这个水平。燃料电池至今无法满足商业化的要求，电池寿命不长是其中最重要的原因之一。

PEMFC是由多个电池组成的电堆，其内电阻主要由质子交换膜含水率与温度决定，电动势主要由气体和发电能力决定，电流主要由整体发电能力和外部输出决定。当PEMFC总体发电能力满足负载要求时，其输出电流就会基本不变。当由于负载的突然变化要求电流突然增大时，具体表现就是输出功率瞬间加大，某个电堆气体的传递速度就会出现小于消耗速度，这样这个电堆的催化剂表面就处于欠气状态。而如果输出功率增加到一定值，其某个电堆本身输出的电压会小于本身产生的电压降，电池极性发生反转，即发生反极现象。同样当PEMFC中某个单电池由于气体流道堵塞或发成故障无法发电时，单电池消耗同样会大于单电池产生的电动势而发生反极现象。反极现象容易引起电池烧毁，甚至引发爆炸，即使没有发生危险，反极对电池造成的损害同样很严重，会改变催化剂层孔结构和扭曲结构等，从而影响电池寿命。

目前为了能够有效的解决这些问题，通常把PEMFC和蓄电池或超级电容器混合使用。PEMFC提供恒功率输出，蓄电池或超级电容器提供瞬间加速或加载所需功率，减缓动力系统对PEMFC的加载速度。这样，一套发电系统或能量供给系统就包括由PEMFC系统和蓄电池或超级电容器系统的两个电系统混合，既增加了系统的复杂性，又增加了系统重量、体积和成本。在轿车和便携通讯设备等严格限制体积和重量的场合，大大限制了PEMFC优点的发挥。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种自屏蔽质子交换膜燃料电池，有效避免单电池因发生反极而降低电池使用寿命。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种自屏蔽质子交换膜燃料电池，包括一个或多个单电池，所述单电池包括阳极、阴极和设置在所述阳极和阴极之间的质子交换膜，阳极和阴极都含有加速电极电化学反应的催化剂，其特征在于：它还包括与所述单电池相并联的二极管，其中二极管正极与所述阳极相联接，二极管负极与所述阴极相联接。

按上述方案，所述的每个单电池均并联一个二极管，所述阳极和阴极上分别设置有焊接二极管的金属片。

按上述方案，所述的二极管为锗型二极管。

本实用新型的工作过程为：质子交换膜燃料电池由多个单电池组成，单电池包括阳极、阴极和设置在所述阳极和阴极之间的质子交换膜，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质，工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。当质子交换膜燃料电池遇到汽车启动、停止和路况动态变化需要瞬时大电流时，电池内一些单电池由于突然的变化而出现反极时二极管就会被导通，由于二极管的电阻远远小于单电池的电阻，出现反极的燃料电池电堆会被二极管自动屏蔽；同样当燃料电池某个单电池由于气体流道被水堵塞或单电池出现故障无法发电等情况时，单电池会由于消耗大于产生的电能而发生反极，出现反极的单电池也会被二极管瞬间屏蔽。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：1、有效避免单电池因发生反极而导致的电极腐蚀以及催化剂中毒；2、大大增加电池的使用寿命；3、降低了电池系统的复杂性；4、减少了电池的重量、体积和成本。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图

图2为阳极(阴极)的结构示意图

具体实施方式