[发明专利]一种一体式可逆燃料电池系统

说明书

本发明涉及一体式可逆燃料电池系统，该系统包括由燃料电池电堆构成的制氢发电模块，氢气循环模块，氧气循环模块和水循环模块。所述的燃料电池电堆包括多个依次叠加的单电池以及氢气进出口、氧气进出口和冷却流体进出口，所述的单电池包括导电板和膜电极，所述的氢气循环模块连接燃料电池电堆的氢气进出口，所述的氧气循环模块连接燃料电池电堆的氧气进出口，所述的水循环模块连接燃料电池电堆的冷却流体进出口，所述的系统正向过程进行燃料电池发电，反向过程进行电解水制氢。与现有技术相比，本发明具有结构简单紧凑，降低成本，以及水、氢气和氧气原料循环利用，气水分离等一体化管理等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，尤其是涉及一种一体式可逆燃料电池系统。

背景技术

氢储能技术被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，并日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电机之间形成电位差，并且因此产生电能。

可逆燃料电池(RFC)是一种将电解水制氢技术与氢氧燃料电池发电技术相结合的可充放储能电池，即2H₂O+电能→2H₂+O₂的正、逆过程得以循环进行。氢氧燃料电池发电系统的活性物质纯氢和纯氧可通过电解水制氢技术得以“再生”，从而起到储能作用。可逆燃料电池与目前应用的二次蓄电池相比，具有更高的比能量及比功率，特别是可实现更高的储能容量，且使用中无自放电，也不受放电深度及电池容量的限制等，是一种具有广阔发展前景的新型大容量电力储能电池。

可逆燃料电池可实现燃料电池模式和电解模式的双模式工作，将水电解制氢系统和燃料电池发电系统整合为一个可逆燃料电池系统，简化了储能装置的系统结构，提高了系统的可靠性和系统比能量。可逆燃料电池按电解质特性可分为碱性氢氧可逆燃料电池、质子交换膜氢氧可逆燃料电池和固体氧化物氢氧可逆燃料电池。

中国专利CN 102185327 A公开了一种基于可逆燃料电池的大容量电力储能装置，该装置包括：AC/DC变换系统(III)，将需要储存的电能由交流转化为直流；可逆燃料电池系统(IV)，通过电解运行模式即充电过程将转化后的直流电能转换为化学能纯氢和纯氧，通过发电运行模式即放电过程将化学能转换为电能；DC/AC变换系统(VII)，将可逆燃料电池系统(IV)放电过程转换的电能转化为交流后并入电网；控制系统(X)，根据电网负荷控制可逆燃料电池系统(IV)的充放电；储氢系统(V)，储存充电过程中生成的氢气并供放电过程使用；储氧系统(VI)，储存充电过程中生成的氧气并供放电过程使用；储水系统(IX)，储存放电过程产生的水并供充电过程使用。但是该发明并没有涉及系统布局设置细节，具体实施还有待考虑。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一体式可逆燃料电池系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一体式可逆燃料电池系统，该系统包括单体双功能燃料电池制氢发电电堆，氢气循环模块，氧气循环模块和水循环模块，单体双功能燃料电池制氢发电电堆简称燃料电池电堆，所述的燃料电池电堆包括多个依次叠加的单电池以及氢气进出口、氧气进出口和冷却流体进出口，所述的单电池包括导电板和膜电极，所述的氢气循环模块连接燃料电池电堆的氢气进出口，所述的氧气循环模块连接燃料电池电堆的氧气进出口，所述的水循环模块连接燃料电池电堆的冷却流体进出口，所述的系统正向过程使用氢氧气体进行发电，反向过程进行电解水制氢；