[发明专利]一体式可再生燃料电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及再生燃料电池领域，具体涉及一体式质子交换膜可再生燃料电池结构。

背景技术

再生燃料电池(Regenerative Fuel Cell，简称RFC)，是在氢氧燃料电池基础上发展的，是一种将氢氧燃料电池技术与水电解技术相结合的一种新型氢能源动力装置。其工作原理为：

正极：2H₂O→O₂+4H⁺+4e                   (式1)

负极：4H⁺+4e→2H₂                       (式2)

电解总反应：电能+2H₂O→2H₂+O₂           (式3)

正极：2H₂O→O₂+4H⁺+4e                   (式4)

负极：4H⁺+4e→2H₂                       (式5)

发电总反应：2H₂+O₂→2H₂O+电能           (式6)

水电解器通过电解纯水制取氢气和氧气为燃料电池提供反应气体，具有电解耗电少，所制取的氢气和氧气纯度高，无需繁琐的后续净化处理技术便可直接应用的特点，因此整个体系无需要外部燃料和氧化剂的供应，只需在水充分供应的情况下，就能够长时间、持续高效、无污染地提供电能。

如果将燃料电池或水电解器的电极具有双效性，即燃料电池和水电解器都可以电池/电解功能合一，相当于一个燃料电池和一个水电解器用一个双效电池代替，就构成了一体式再生燃料电池(Unitized Regenerative Fuel Cell，URFC)。因此，从而可以有效简化系统结构和降低系统重量，提高系统比能量和比功率特性。

由于URFC既要满足燃料电池工作，又要满足水电解工作，需要具有双功能特性，所以电池的结构设计和关键部件的选材和制备方法是影响URFC性能的关键因素。目前，一体式可再生燃料电池存在的问题是：1)URFC电池的结构设计过于复杂化，装配工艺繁琐。2)URFC在水电解模式工作时，氧电极产生新生态的氧对膜电极和流场板产生很强的腐蚀性，导致URFC的FC/WE循环寿命差，电池性能不稳定。

发明内容

针对现有一体式可再生燃料电池存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提出一种新型的URFC电池结构。本发明简化了电池结构，解决了新生态氧对膜电极和流场板的腐蚀问题，提高URFC的FC/WE循环寿命和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：采用膜电极组件和流场组件的相互配合，在流场板和膜电极之间增加一层耐腐蚀平面薄型多孔金属板，这层耐腐蚀平面薄型多孔金属板即可以起扩散作用，又可以对膜电极起支撑作用，实现膜电极和流场板之间的充分面接触，增大了反应界面；同时采用耐腐蚀流场板和新型膜电极制备工艺，提高了膜电极的电性能和URFC的FC/WE循环寿命。

本发明提供的新型一体式可再生燃料电池，其装配结构包括：由阳极绝缘缓冲板、阳极导电板、前特殊板、阳极流场组件(水/氧双面流场板、平面限位金属环、平面薄型多孔金属板)、双效膜电极组件、阴极流场组件(平面薄型多孔金属板、平面限位金属环、氢单面流场板)、后特殊水板、阴极导电板和阴极绝缘缓冲板依次堆叠组成电池堆；电池堆的两端分别安装前端板和后端板；前端板和后端板的外缘大于上述电池堆的其它部件，其突出于电池堆部件的区域等距离设置4个边缘孔，分别安装螺杆，锁紧电池堆。

本发明上述URFC电池结构中，膜电极组件和氧流场板和氢流场板之间设置有耐腐蚀的平面薄型多孔金属板，即可以起扩散作用，又可以对膜电极起支撑作用，保证膜电极和流场板之间的充分面接触，提高膜电极的性能和循环寿命。