[实用新型]一种具有中央歧管的燃料电池堆栈

说明书

本实用新型公开了一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于包括固定在中央歧管和两侧端板之间的共享中央歧管并串联连接的两个燃料电池堆；每个燃料电池堆均包括层叠设置的多个电池单体，中央歧管内设有阳极和阴极分配腔体，分别用于同时向两侧燃料电池堆内电池单体的阳极和阴极供应阳极反应燃料和阴极反应燃料，还设有阳极和阴极汇流腔体，分别用于同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阳极和阴极收集阳极反应后物质和阴极反应后物质；而中央歧管上设有分别与上述各腔体连通的阳极、阴极入口接口和阳极、阴极出口接口。本实用新型允许通过共享中央歧管串联较小的燃料电池堆，在紧凑空间中创建尺寸和功率更大的电池堆栈，节省空间和生产成本。

技术领域

本实用新型涉及一种具有中央歧管的燃料电池堆栈。

背景技术

燃料电池（FC）和普通电池一样，通过两个电化学反应提供直流电。这些反应发生在反应物连续供给的电极上。例如，在直接甲醇燃料电池（DMFC）中，负极（阳极）通过供应诸如甲醇的燃料来维持，而正极（阴极）通过供应氧气或空气来维持。当提供电流时，甲醇在阳极电催化剂处被电化学氧化以产生电子，电子通过外部电路传输到阴极电催化剂，在那里它们与氧一起在还原反应中被消耗。该电路通过电解质中的质子传导而维持在电池内。

燃料电池堆通常由一系列电池单体组成。每个电池单体由一对阳极和阴极及位于阳极和阴极间的膜电极组件MEA组成。每个电池单体上的电压由电池中发生的电化学反应的类型决定。例如，对于典型的DMFC单电池，电压可根据产生的电流从0V变化到0.9V。电池中产生的电流取决于电池的操作条件和设计，包括但不限于膜电极组件（MEA）的电催化剂组成/分布和活性表面积、气体扩散层（GDL）的特性、阳极和阴极双极板的流场设计、电池温度、反应物浓度、反应物流量和压力分布、反应副产物去除等。电池的反应面积、串联电池的数量以及燃料电池堆中的电化学反应类型决定了电流并由此决定了燃料电池提供的功率。例如，DMFC系统的典型功率可以是几瓦到几千瓦。

已有的燃料电池系统将燃料电池堆与不同的子系统集成，例如管理水、燃料、空气、加湿和热条件。这些子系统有时统称为BOP，包含诸如阳极流体泵、热管理系统、阴极鼓风机或压缩机，阴极热管理系统。燃料电池堆和BOP之间的接口称为堆栈歧管，已有技术中这种歧管通常与端板一同分设于燃料电池堆的两端，两者中间一同层叠串联的电池单体。堆栈歧管是BOP和燃料电池堆之间双向流动分配的管道。用于在堆栈歧管和电池单体之间双向流体流动的管道被称为集管，是阳极和阴极板设计的一部分。在传统设计中，增加功率需要增加燃料电池的数量和流体流量，这需要增加集管的尺寸，因此需要重新设计燃料电池组件（单极板、双极板及其上流场等）。

已有的燃料电池中由于头部的歧管处理进出电池的流体，随着电池的数量增加，头部可能成为流动瓶颈。因此，在传统的燃料电池堆设计中，随着燃料电池堆大小的增加，需要更大的集管来处理流体。这导致单极板和双极板以及相关的垫圈、绝缘体和其他部件（称为电池组件）的尺寸增加。这些对单极板和双极板的要求改变使得在燃料电池堆中使用相同的电池硬件来获得更高的功率。此外，电池硬件的改变可能需要改变BOP和燃料电池堆安装接口，尺寸规格增大无疑要加大规格，导致成本增高。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其允许通过共享中央歧管串联连接较小的燃料电池堆，在紧凑的空间中创建大功率的电池堆栈，节省空间和生产成本。