[发明专利]一种可再生燃料电池

说明书

本发明涉及一种可再生燃料电池，具体包括若干燃料电池单元和水电解池单元，通过水板叠合在一起，形成具有燃料电池功能和水电解池功能的再生燃料电池。其中，燃料电池具有无姿态排水能力，而水电解池具有无姿态供水能力。本发明的可再生燃料电池体积小、寿命长，适用于微重力环境的长期运行。

技术领域

本发明涉及可再生燃料电池(RFC)技术领域，主要是关于质子交换膜燃料电池和固体聚合物电解质水电解池的组合式结构。

背景技术

随着世界各国对空间技术的高度重视,空间电源技术获得了飞速发展。高度安全可靠的空间电源系统是保证卫星等空间飞行器正常运行的重要因素。电源系统一方面用于卫星等空间飞行器姿态的调控,同时又保证卫星等空间飞行器携带的仪器设备正常工作以及与地面的通信联络等等。提高空间电源的性能和性价比等指标,对增加有效载荷、提高卫星性能和效益都有非常重要的意义。

可再生燃料电池(RFC，Regenerative Fuel Cell)具有极高的比能量,可高达400～1000Wh/kg,是目前最轻的高能可充电池比能量的几倍,且具有使用中无自放电,无放电深度及电池容量限制等优点,产生的高压H₂、O₂不仅可用于空间站及卫星的姿态控制，还可以用于宇航员的生命保障。因此，美国等发达国家非常重视RFC技术的研究开发,并将RFC技术视为今后“空间可再生能源技术”的重要发展方向之一。RFC由水电解(WE,Waterelectrolysis)组件与燃料电池(FC,Fuelcell)组件组成，当执行不同功能时，相应的电池组件工作，即：执行FC功能时，燃料电池实现氢、氧电化学反应生成水，并对外输出电能；执行WE功能时，水电解池在外加电能的条件下将水电解成氢气和氧气达到储能的目的。

然而，为了适应太空微重力环境，需要避免再生燃料电池有复杂的转动部件、减小系统的复杂度、降低供给水的压强、提高燃料电池的气体利用率及排水能力、提高电解气体的压强及电池寿命等。因此，这就要求再生燃料电池从水电解池供水和燃料电池排水方式，到燃料电池和电解池的组合方式，都需要满足空间应用的各项要求。

ZL200720075001.8公开了一种流场板结构及半透膜组件，该流场板由板框和中间多孔导电板组合而成，一侧与燃料电池或水电解器的膜电极接触，一侧与半透膜组件接触，水透过半透膜组件迁移至膜电极一侧参与反应。该专利仅介绍了流场板及半透膜组件的结构。

发明内容

本发明提出了一种针对微重力环境使用的具有无姿态供水和排水功能的再生燃料电池。该电池可以根据实际需要自由组合燃料电池和电解池单元，且结构紧凑，确保电池具有较长的寿命。

本发明涉及一种可再生燃料电池，具体包括燃料电池单元和水电解池单元，通过水板叠合在一起，形成具有燃料电池功能和水电解池功能的再生燃料电池。其中，燃料电池具有无姿态排水能力，而水电解池具有无姿态供水能力，且可再生燃料电池具有较长的寿命。本发明的可再生燃料电池寿命长，适用于微重力环境的长期运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可再生燃料电池，由若干燃料电池单元、若干水电解池单元及水板组合而成，所述若干燃料电池单元与若干水电解池单元以任意方式并联连接；相邻单元之间共用一个具有水腔的水板。水板主要作用是水腔既可以收集燃料电池单元工作时的生成水，也可以为水电解池单元工作提供反应水；所述燃料电池单元包括燃料电池阳极板、燃料电池膜电极组件和燃料电池阴极板，所述水电解池单元包括水电解池阳极板、水电解池膜电极组件和水电解池阴极板；本发明所述的任意方式，是指可以为若干燃料电池单元并联后再与若干水电解池单元并联；或者燃料电池单元与水电解池单元交替并联；或者燃料电池单元与水电解池单元不连续并联。

作为优选的技术方案，燃料电池膜电极组件包括含Pt催化剂、电解质膜、扩散层，通入氢气、氧气可以输出电能；水电解池膜电极组件包括含Ir催化剂、电解质膜、含Pt催化剂、扩散层，通入水施加电压，可以生产氢气和氧气。