[发明专利]一种具有自加湿功能的燃料电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池制备领域，具体涉及一种具有自加湿功能的燃料电池结构。

背景技术

在燃料电池系统航天器应用中，纯氢、纯氧系统中存在的电驱动运动部件不但增加系统寄生能耗、额外重量和复杂性，还大大降低了系统可靠性，甚至会带来灾难性事故；系统中的主动式循环液冷散热等辅助系统重量大，也同样带来较高的寄生能耗、可靠性低等问题。简化系统结构、降低系统辅助能耗，是燃料电池发展的主要方向之一。

目前，简化燃料电池系统主要方向是简化增湿系统。PEMFC反应气体的增湿方式可分为外增湿和内增湿。外增湿是指在反应气体进入系统前通过外部装置进行加湿。通常采用升温增湿、喷淋增湿、循环增湿和注射增湿等增湿方式，但这些增湿方式均需要外部增湿装置并对其进行加热。为减小系统重量和体积，简化系统增湿，内增湿逐渐应用到燃料电池系统中。内增湿是指采用渗透膜对反应气体进行加湿，主要依靠膜的阻气透水功能实现干气的加湿。其实质是在电池外部增加一个假电池，用电池本身生成的热来加热水，并使之加湿干气，无需外部单独的加湿装置，减少了系统的外部辅助设备。但无论外加湿还是内加湿都增大了燃料电池的尺寸和重量。

具有自加湿功能燃料电池结构可以在不需要增加外部加湿器和循环泵的条件下实现燃料电池加湿，对于降低系统的能耗、减少系统组件和降低成本都有很大的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自加湿功能的燃料电池结构，该结构可以实现燃料电池不需要外部加湿设备和假电池加湿器等就可实现燃料电池内部加湿；同时，该结构可根据需要对单侧气体介质加湿。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有自加湿功能的燃料电池结构，该燃料电池结构包含若干燃料电池单元，其中，每个燃料电池单元包括：

设置在燃料电池单元两端的密封圈；

设置在燃料电池单元中间的膜电极；及

分别设置在膜电极两侧的氧极板、氢极板；

其中，所述的氢极板、氧极板至少一个具有自加湿结构，该自加湿结构选择微孔极板，或，多孔极板与膜的组合，具有阻气透水功能。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的氧极板为微孔水氧加湿极板，所述的氢极板为微孔单氢加湿极板，所述微孔水氧加湿极板、微孔单氢加湿极板的微孔的孔径控制在0.1um~1um之间。该电池结构能实现氢侧和氧侧自加湿功能。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的微孔水氧加湿极板、微孔单氢加湿极板具有阻气透水功能，其材料为具有良好导电性能的石墨板或碳板。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的氢极板为常规的单氢板，所述的氧极板为多孔单氧加湿极板与膜的组合，其中，多孔单氧加湿极板位于膜电极与膜之间；该电池结构中，按照单氢板、膜电极、多孔单氧加湿极板及膜的顺序依次重复排列组成，该电池结构能实现氧侧自加湿功能。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的氧极板为常规的水氧板，所述的氢极板为多孔单氢加湿极板与膜的组合，其中，多孔单氢加湿极板位于膜电极与膜之间；该电池结构中，按照水氧板、膜电极、多孔单氢加湿极板及膜的顺序依次重复排列组成，该电池结构能实现氢侧自加湿功能。 

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的多孔单氧加湿极板及多孔单氢加湿极板选择表面具有加工的细孔的导电性能良好的石墨板、不锈钢或钛板，其中，所述细孔的孔径为0.2mm~1mm，所述膜的孔径为0.1um~1um。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的氧极板为多孔单氧加湿极板与膜的组合；所述的氢极板为多孔单氢加湿极板与膜的组合；在该电池结构中，按照膜、多孔单氧加湿极板、膜电极、多孔单氢加湿极板及膜的顺序依次重复排列组成，该电池结构能实现氢侧和氧侧自加湿功能。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，在两个燃料电池单元之间还设置有多孔冷却水板；在该电池结构中，按照膜、多孔单氧加湿极板、膜电极、多孔单氢加湿极板、膜，及，多孔冷却水板的顺序依次重复排列组成，该电池结构能实现氢侧和氧侧自加湿功能。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的多孔单氧加湿极板、多孔单氢加湿极板及多孔冷却水板的表面具有加工的细孔，其材料选择导电性能良好的石墨板、不锈钢或钛板。

上述的具有自加湿功能的燃料电池结构，其中，所述的多孔单氧加湿极板、多孔单氢加湿极板及多孔冷却水板的表面的细孔的孔径为0.2mm~1mm，所述膜的孔径为0.1um~1um。