[发明专利]用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构

说明书

技术领域

本发明涉及空铁驱动领域，具体涉及用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构。

背景技术

空铁，即悬挂式空中单轨交通系统，与地铁和有轨电车不同，空铁的轨道在上方，是悬挂在空中轨道上运行的一种轨道交通。空铁是一种新型新能源公共交通，集城市快速公交(BRT)与地铁的优点于一身，具有缓解交通拥堵、载客效率高、成本低、建设周期短、不占用停车场、节能环保等众多优点。人类对新能源的广泛运用，导致了二次电池市场的急速扩大。当前新能源体系中对二次电池的要求无处不在。无论是电动汽车，风能，太阳能并网还是电网调峰，都急需一种廉价，可靠，安全和寿命长的二次电池。目前所发展的二次电池主要集中在锂离子电池，高温钠硫电池，钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点，比如锂离子电池和高温钠硫电池寿命长以及能量密度高，钒液流电池更是理论上具备无限的寿命等。但无论哪种电池，都无法同时满足廉价，可靠，安全和寿命长的要求。传统的锂离子电池过于昂贵，且有安全隐患；高温钠硫电池制造技术门槛高，售价昂贵；钒液流电池多项技术瓶颈目前都未能获得突破等。

特别是对于空铁而言，动力蓄电池包需要安装在轨道箱梁内，由于空间限制、加上单体蓄电池的性能有限，一个电池包的电量只能运行100公里左右，远远不能满足长距离运行的要求，极大的限制了空铁技术的大规模推广。针对上述问题，现有技术只能够采用换电池包的方法，但是每天更换3-4次电池包不仅流程复杂，还要配置专门的充电站，成本居高，严重影响运行效率和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构，以解决现有技术中蓄电池单体性能不佳导致空铁不便长距离运行的问题，实现为空铁持续稳定的提供能源的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构，包括壳体、位于壳体内的电池本体，所述壳体上设置氢气入口、空气入口，所述电池本体位于氢气入口和空气入口之间，所述电池本体包括依次设置的阴极、氢气催化层、氢离子扩散腔、质子交换膜、反应腔、阳极，所述阴极与氢气入口相连通，所述阳极与空气入口相连通，所述壳体内还设置有均压腔，所述均压腔位于氢气入口与阴极之间，所述均压腔分别与氢气入口、阴极相连通。

针对现有技术中蓄电池单体性能不佳导致空铁不便长距离运行的问题，本发明提出一种用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构，通过氢气入口向阴极上供入氢气，阴极上的氢气在氢气催化层的催化作用下发生氧化反应被解离成带正电的氢离子和电子，其中，产生的电子在电势的作用下经外电路流向阴极形成电流，氢离子则穿过氢离子扩散腔、经质子交换膜到达贴近阳极的反应腔处、向着阳极方向进行扩散，阳极与空气入口相连，因此空气中的氧气会附着在阳极上，氧气在阳极上被拆分成带负电的氧离子和电子，电子在电极板之间形成电流，从而实现能够持续供电的氢燃料电池。本发明装配在空铁的电池包内即可，仅需提供稳定的氢气供给即可长期工作，随着空铁的高速运行，空气能够自动进入阳极方向，从而源源不断的产生电力对空铁仅需牵引，不需要建设高压电、变电站、充电站等额外基础设备，减少大量建设和备用锂电池成本。在有高压电地区能够节省建设成本，而在较为落后的没有高压电的野外等，也能够提供足够的动力，使得大规模、远距离建设空铁成为可能。所述壳体内还设置有均压腔，所述均压腔位于氢气入口与阴极之间，所述均压腔分别与氢气入口、阴极相连通。通过均压腔使得从氢气入口进入的氢气气压快速的与电池本体内部相平衡，确保反应自然流畅的进行。

优选的，所述均压腔包括若干层并排的格栅板，相邻两层格栅板之间的距离为3～5mm，相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布。处于高压状态下的氢气具有非常大的流速，直接与阴极接触会导致利用率十分低下、同时非常容易对电池本体内部结构造成冲蚀损伤，而本方案中氢气进入均压腔后需要通过多层格栅板才能够接触到阴极部分，由于相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布，因此对进入电池本体的氢气进行产生极大的摩阻与动能损耗，使得氢气得到充分的压降后才能够与阴极接触，使得氢气在均压腔内能够充分的进行压力平衡，确保氢气的充分利用与反应。相邻两层格栅板之间的距离为3～5mm，能够避免距离过近氢气受阻过分严重流动滞塞、也能够避免距离过大降压均压效果不足，具有最佳的使用效果。

优选的，所述均压腔的出气端通过供氢通道与阴极连通。即是从均压腔出来的氢气经过供氢通道后再与阴极接触，进一步确保氢气气流的平稳供给。