[实用新型]一种燃料电池电堆活化系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种活化系统，尤其涉及一种大功率燃料电池电堆活化系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，简称FC)是一种将持续供给的燃料和氧化剂通过电化学反应连续不断地转化成电能的发电装置。燃料电池有多种类型。按电解质的不同可分为：碱性燃料电池(AFC：Alkaline Fuel Cell)，质子交换膜燃料电池(PEMFC：Proton Exchange MembraneFuel Cell)，磷酸型燃料电池(PAFC：Phosphoric Acid Fuel Cell)；熔融碳酸盐燃料电池(MCFC：Molten Carbonate Fuel Cell)，和固体氧化物燃料电池(SOFC：Solid OxideFuel Cell)。其中，质子交换膜燃料电池具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、环境友好等优点，受到研究机构和企业的广泛关注，被认为是最有商业应用前景的一种燃料电池。

由于单片的质子交换膜燃料电池输出电压较低，一般在1V以下，所以在实际应用中为了得到较高的输出电压，必须将一定数量的单电池串联起来组成电堆，在电堆的两端可以得到较高功率。对于输出功率在10KW以上的大功率质子交换膜燃料电池堆来说，主要应用于电动汽车、舰艇等运载工具的动力源以及小型热电联供电站。

质子交换膜燃料电池的核心部分是膜电极，电池性能的高低以及使用寿命的长短在很大程度上取决于膜电极本身性能的发挥。膜电极主要由气体扩散层、整平层、催化层以及质子交换膜组成，其性能固然受其制备工艺的影响较大，然而对于已经制备出的膜电极，为了使质子交换膜燃料电池工作时能快速达到它的最佳状态和工作性能，提高膜电极中催化剂的利用效率，在使用刚制备的MEA组装成电堆后，正常运行前，通常都要对MEA进行活化处理。膜电极活化机理就是通过某种特定的活化方法使质子交换膜获得加湿并建立起电子、质子、气体及水四种物质传输通道。对于质子交换膜燃料电池堆的活化过程来说，需要有能提供足够反应气体(氢气、氧气和空气)流量的供气系统，始终提供恒温水的冷却水系统，提供反应气体加湿的加湿系统以及稳定控制电堆进出口压力的压力控制系统，需要在此基础上开发出能同时包容上述功能的针对质子交换膜燃料电池堆的活化装置，目前国内还没有公开报导，尤其是没有针对大功率质子交换膜燃料电池堆进行活化的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种燃料电池电堆活化系统，用于实现大功率燃料电池电堆在较高温度、较高湿度、较高压力环境下强制变电流活化过程的需要；其具有操作简单、安全可靠、各单元独立分开且安装于可移动的柜式机体内，工作时各单元相互配合等特点，并且整个装置便于安装与检修、成本低廉。

为实现上述目的，本实用新型提供一种燃料电池电堆活化系统，其采用下述技术方案：

一种燃料电池电堆活化系统，包括电堆、阳极供气及排放单元、阴极供气及排放单元、加湿单元、冷却单元及外电路负载单元；其中，

所述的加湿单元包括与电堆的阳极和阴极进口相连的加湿堆以及与加湿堆相连的恒温储水箱，二者通过磁力驱动泵相连，在所述的恒温储水箱上设有加热元件，其通过温度控制器进行控制；

所述的冷却单元包括恒温储水箱，其分别通过磁力驱动泵和换热器与电堆的两端相连，在所述的恒温储水箱上设有加热元件，其通过温度控制器进行控制。所述温度控制器的测温点设在电堆冷却水进口处，其可以避免冷却水输送过程中由于沿程热损失而导致的温度偏差。

所述的恒温储水箱与换热器之间以及换热器与电堆之间分别设有温度传感器，用来监测冷却水进入换热器前后的温度，可根据温度表示值随时调整冷凝水流量，使冷却水温度在进入恒温储水箱之前能恢复到初始值或允许的温度范围内。

所述的阳极供气及排放单元以及阴极供气与排放单元分别包括气体进口，在气体进口处设有质量流量计，其通过三通阀与加湿堆相连接，所述加湿堆的另一端分别与电堆的阳极进口以及阴极进口相连，在所述的电堆出口处还设有气液分离器和背压调节阀。

所述的加湿堆与电堆的阳极进口以及阴极进口之间分别设有保温段，其上设有温度控制器，用来对保温段进行控温调节，从而使输送的反应气体始终保持设定温度，其采用在不锈钢管外设置加热带的方式构成。

所述的阳极供气及排放单元通过三通阀同时连接氢气和氮气两路气源，通过操作三通阀可方便进行输气调整。

所述的阴极供气及排放单元通过三通阀同时连接氧气和空气两路气源，通过操作三通阀可方便进行输气调整。