[发明专利]再生燃料电池装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池装置，特别涉及一种再生燃料电池装置。本发明还涉及一种再生燃料电池系统。

背景技术

近年来，随着便携式电子产品市场的快速增长，对具有轻便、容量高的优良性能电源的需求也增加了。这样电源必须同时满足下述一些条件：容量高、体积小、质量轻、充电迅速。目前采用较多的是锂离子电池，但是其安全性、比容量、循环寿命以及充电时间等方面亟待改进提高。

再生燃料电池(Regenerative Fuel Cell，简称RFC)是一种将氢氧燃料电池技术与水电解技术相结合的、以氢气作为能量载体的新型储能装置，它的主要功能部分——电池组具有两种运行模式：水电解(WE)模式(即充电模式)和燃料电池(FC)模式(即放电模式)。在水电解模式下，向电池组的正极供给纯水，通过水电解反应在正极室(即氧电极室)和负极室(即氢电极室)分别产生氧气和氢气，以氢气作为能量载体把电能储存起来；在燃料电池模式下，将储存的氢气供给电池组的氢电极室，空气供给到氧电极室，进行燃料电池发电反应。

再生燃料电池不受放电深度及电池容量的限制，储能容量仅与储氢容量即容器大小和储氢材料有关，安全性好；没有自放电问题，不工作时无能量损失，不带电；寿命长，可达几万小时；其排放只有水，因此对环境无污染。目前再生燃料电池是比能量最高的储能系统，比能量可高达400-1000Wh/kg，是性能最好的锂电池二次电池比能量的几倍，与传统的Li离子电池、Ni-Cd电池等二次电池相比优势十分突出，是一种具有广阔发展前途的新型储能电池，应用领域广泛。

再生燃料电池以储氢的形式储存能量，通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中，其能量密度高且安全性好。储氢合金是固态储氢材料的一种，一般由吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)和吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)共同组成。目前开发出的储氢合金活性物质材料有稀土系、钛系和镁系等，其中镁基储氢合金研究最多并逐渐被应用于储氢中，镁基储氢合金具有储氢容量高、资源丰富、价格低廉以及环境友好等一系列的优点。

燃料电池作为便携式储能电源，也得到了广泛的关注。美国专利USP 5,595,834中描述了一种便携式燃料电池堆，单元电池相互集成从而形成多个单元电池堆叠起来构成整体结构的电池堆，这些燃料电池堆叠物适用于低功率的燃料电池。采用这些燃料电池作为便携式储能电池，缺点是氢的补充和携带麻烦，不能满足便携、体积轻巧等要求。为了解决这些问题，中国专利公开号CN 101330145A，名称为“便携式燃料电池系统”公开了一种便携式燃料电池系统，提供了一种可用于便携式移动电源的燃料电池系统，采用了硼氢化钠氢发生系统、直流稳压器、直流交流逆变器、离子交换膜燃料电池电堆、风机以及开关、管道和阀门。采用这种形式的便携式储能电池，不能像常用的二次电池那样方便地充电，需要一次性使用的制氢化学药剂，体积和质量较大，成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种新的再生燃料电池装置，该再生燃料电池装置兼顾了燃料电池模式和水电解模式的特点，并具有很好的便携性，不需要额外的制氢化学药剂。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

一种再生燃料电池装置，包括依次紧密叠放设置的第一绝缘板、氧电极集电板、氧电极流场板、膜电极、氢电极集电板、储氢材料室、第二绝缘板；所述再生燃料电池还包括空气进气管和空气排出管，所述空气进气管和空气排出管的一端与所述氧电极流场板的气体流通通道连通，另一端与外界空气连通；所述再生燃料电池装置还包括风扇，所述风扇被配置成面向所述空气进气管的与外界空气连通的一端。

本发明所提供的再生燃料电池装置可以分别以水电解模式或者燃料电池模式进行工作。

所述的水电解模式是这样进行充电运行的，外部220V交流电通过交流直流转换器与再生燃料电池相连，通过向再生燃料电池通入水，在电催化剂的作用下，产生氢气，氢气直接储存在储氢材料室中；风扇在储氢的过程中起到冷却散热的作用。

所述的燃料电池模式是这样进行放电运行的，辅助电源启动风扇，通过风扇吹入空气；氢气从储氢材料中释放出来，储氢材料室常温平衡的氢气与空气中氧气在电催化剂的作用下发生电化学反应，产生电能和热能，经过单向二极管向外部输出直流电，供负载使用；储氢材料吸收燃料电池释放产生的热量，加快释放氢气，从而加快产生电能(即电流增加)，直至达到外部负载所需。