[发明专利]一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池内部水管理。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。其内部核心部件是膜电极(MembraneElectrode Assembly，简称MEA)。质子交换膜燃料电池膜内的水状态与工作性能密切相关。水的流进和流出管理不当，将出现水淹和干化现象。现有技术中，燃料电池内部水管理的方法为控制燃料进气湿度，控制阴极侧空气流速，阳极侧脉冲排放，阳极侧引入回流等方法。现有技术的方法都是控制进入燃料电池的反应气体湿度、流速和流量来进行电池内部水管理的，属于间接管理，易出现水淹和干化现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池内部水管理的装置，直接进行膜电极内的水管理，防止燃料电池内部出现水淹和干化的现象。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，包括膜电极和电渗泵，其特征在于所述基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置还包括多孔膜片，所述多孔膜片夹放在膜电极(MEA)和阴极侧极板之间，膜片的一边伸出阴极侧的极板外，多孔膜片伸出阴极侧极板外的部分与电渗泵多孔介质滤波器相连通，多孔膜片上的孔开在阴极侧极板与膜电极(MEA)不接触的位置，多孔膜片与膜电极接靠的部分镂空；所述电渗泵由多孔亲水介质滤波器、两侧夹板外壳、双电层、正电极、负电极和可调直流稳压电源组成，多孔亲水介质滤波器的下表面的前部与多孔膜片伸出阴极侧极板外的部分接靠，多孔亲水介质滤波器的下表面的后部与形成双电层的部件上端面接靠，多孔亲水介质滤波器的上表面与正电极的表面接靠，负电极的表面与形成双电层的部件下端面接靠，正、负电极与可调直流稳压电源电连接，两侧夹板外壳上开有排水孔，多孔亲水介质滤波器、多孔双电层、电极置于两侧夹板外壳内。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述多孔膜片由亲水的热、电的良导体材料制成。亲水的热、电的良导体材料是亲水碳纸、导电无纺布、亲水有机导电膜(如：聚苯胺复合膜)中的任意一种。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述多孔膜片上孔的孔径为0.1μm--1mm级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用。多孔膜片的厚度为10μm-300μm。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述电渗泵的双电层为多孔双电层。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述电渗泵的双电层为多孔玻璃双电层。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述多孔亲水介质滤波器是用半导体工艺中常用方法制作的具有足够机械强度和介电常数的多孔绝缘膜。

本发明所述一种基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置，其特征在于所述电渗泵的正、负电极是网状电极。

本发明的原理是：燃料电池内部液态水因多孔膜片的毛细作用聚集在多孔膜片上，多孔膜片与电渗泵的多孔亲水介质滤波器连通，多孔玻璃吸附阴离子，形成双电层，水携带阳离子，在电压的作用下，携带阳离子的水向电源负极移动，通过多孔玻璃双电层及电极排出燃料电池。

燃料电池系统内部生成的水随着电流密度增大而增大。对燃料电池内部的水管理，必须随燃料电池电流密度的变化进行调整，电渗泵的可调直流稳压电源具有电压可调的功能，通过调节电渗泵电源电压，就可对燃料电池内部进行有效的水管理。

本发明具有如下优点：

1、能有效的对燃料电池内部水进行管理，尤其在燃料电池高载运行时，可提高燃料电池工作的极限电流；

2、辅助功耗小，约占燃料电池的总输出的0.85-2％；

3、该系统简单，安全可靠，且无噪音。

附图说明

本发明共有附图三幅，其中：

图1是基于电渗泵的燃料电池内部水管理装置的结构示意图；

图2是图1的A-A向剖面图；

图3是图1的B-B向剖面图；

图4是伏安特性对比实验曲线图。

附图中，1、膜电极(MEA)，2、阴极侧极板，3、多孔膜片，4、水，5、多孔亲水介质滤波器，6、外壳，7、正电极，8、双电层，9、直流电源，10、负电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。