[发明专利]一种具有自排水功能的质子交换膜燃料电池

说明书

本发明提供一种具有自排水功能的质子交换膜燃料电池，此电池阳极侧或阴极侧至少一侧具有并串联结构，以膜电极平行地面的方式设置，且上部进气、下部排气。上述质子交换膜燃料电池运行时，电池内部的液态水能够在气流与重力作用下自行排出电池。本发明燃料电池结构简单，无需外置分水器、气泵等辅助部件，可有效简化燃料电池系统部件，从而有利于降低辅助系统质量、体积、功耗，并提升可靠性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，尤其涉及一种具有自排水功能的质子交换膜燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种电化学转化装置，能够将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，通常以氢气为燃料，以空气或氧气为氧化剂，具有启动速度快、工作温度低、工作效率高、对环境友好等特点，可应用于电动汽车、分散电站、无人机、水下潜艇等领域，是近年来国内外研究热点之一。

对于质子交换膜燃料电池，受其搭载环境的空间、质量载荷等限制，一般要求其比质量/功率、效率等指标越高越好，这就要求尽可能减小燃料电池本身和辅助系统的体积、质量以及功耗。

目前常见的质子交换膜燃料电池有两种结构：一种为并联结构，即采用并联进气方式，此结构电池通常需要气体循环泵或喷射泵等，利用气体循环将电池内部水带出，同时需安装气水分离器进行分水；另一种结构为并串联结构，此结构将电池分为多段，反应气在电池中逐级消耗，未反应的气体则累积至电池最后一段后排出，此结构有利于提高气体利用率，但通常需要将每一段子电池的反应气导出，经气水分离器分水后再导入下一段子电池进行反应。

无论是并联结构电池，还是并串联结构电池，均需要外部辅助部件，如泵/喷射器、气液分离器、管路或单向阀等；对于并串联结构电池，气体导入或导出还需要安装相应的气体导向装置。这些辅助部件一方面增加了燃料电池系统总体的体积、重量、功耗，另一方面也增加了系统的复杂性，降低了可靠性。

发明内容

根据上述提出现有燃料电池需要辅助排水部件的技术问题，而提供一种具有自排水功能的质子交换膜燃料电池，依靠气流和重力作用将电池内水排出。

本发明采用的技术手段如下：

一种具有自排水功能的质子交换膜燃料电池，所述燃料电池的阳极侧及阴极侧至少一侧为并串联结构，由此将电池分为多个电池组；且工作时，燃料电池被设置为膜电极或者双极板平行于地面。

进一步地，所述多个电池组根据各自所含单电池数量多少自上而下排列，其中含单电池数量多的电池组在上。

进一步地，所述燃料电池具有并串联结构的一侧，反应物为气态，且被设置为上部进气，下部排气。

进一步地，所述并串联结构包括使气体无法穿透从而改变流动方向的膜电极或双极板。

进一步地，所述膜电极或双极板的部分公共孔道封闭。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用并串联结构的燃料电池一侧，无需外接气泵/喷射器、分水器、导向装置、管路、阀件等辅助部件，可减少辅助部件带来的体积、重量、功耗，从而有利于提高燃料电池的效率、比能量/功率密度。

本发明简化系统工作流程，部件数量的减少有利于减少总体成本、提高可靠性。

综上，应用本发明依靠气流和重力作用将电池内水排出，可在燃料电池领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明并串联燃料电池氢侧结构示意图。