[发明专利]一种燃料自预热的燃料电池电堆

说明书

一种燃料自预热的燃料电池电堆，包括前端板、前极板、双极板、后极板、预热板和后端板；双极板是由第一极板和第二极板组成，极板与极板结构相同，极板和极板中设置有第一燃料预热流道，双极板中的预热流道是由两块极板中的第一燃料预热流道共同组成，此为第一预热部分；后极板正面为燃料气体反应流道，后极板背面设置第二燃料预热流道与第一面积预热流道；预热板设置有第三燃料预热流道、第二面积预热流道，当后极板与预热板拼接在一起后，第一面积预热流道与预热板中的第二面积预热流道呈对应设置，此为第二预热部分；燃料气体依次通过前端板、前极板、双极板、后极板,和预热板进行升温预热，最后进入燃料气体反应流道进行电化学反应发电。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料自预热的燃料电池双极板及电堆中添加燃料气体自预热板。

背景技术

从工业革命开始，清洁、廉价的能源逐渐成为了世界日益繁荣和经济发展的动力。石油、煤炭以及天然气等传统能源具有能量转化效率低、污染环境等缺点，不符合现代社会的可持续发展要求。随着传统能源的不断消耗以及环境的日益严峻，国内外政府、科研机构和各大公司均致力于开发太阳能、风能等新能源以及探索新的能源转化技术。

燃料电池(Fuel Cell,FC)作为不受卡诺循环的高效、清洁的能源转化技术，在国内外受到越来越广泛的关注。质子交换膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane FuelCell,PEMFC)是一种新型的燃料电池，具有巨大的发展潜力。

质子交换膜燃料电池具有较高的能量密度、零污染物排放、室温快速启动和对负载变化快速响应等独特的优点，因此其在航天领域、军用电源、交通运输、固定式电站、备用电源以及便捷式电源等方面均具有广阔的应用前景。

双极板是燃料电池的核心部件之一，占据了电池组质量的80％和成本的45％。双极板具有传导电流、支撑膜电极、均匀输送并隔离反应气体、流通冷却液、快速散热等多种重要功能。

燃料电池热量来源于反应的熵热、电化学反应的不可逆热、欧姆电阻的热以及水蒸气的冷凝产生的热量等。其中80％的热量取决于熵热与反应热，对这部分热的有效去除成为了冷却的重点。温度过高会使质子交换膜脱水，并中断质子传导与导电，导致阴极催化剂含水量降低，甚至会引起不可逆转的结果；同时其温度还具有不均匀性，它会降低PEMFC的稳定性和耐久性。因此，对PEMFC进行有效的热管理变得尤为重要。

燃料电池电堆的最佳工作温度在70℃～80℃之间，进气温度的高低也会影响反应效率，大部分实验中，进气温度是通过燃料电池电堆的外部升温装置对燃料气体进行升温，从而提高燃料电池的反应速率，但是会增加燃料电池的额外功耗。

同时，燃料电池电堆工作的过程中温度会一直升高，需要冷却液对燃料电池进行降温，温度控制在70℃～80℃之间，冷却液会带走部分热，其余热会通过双极板扩散到空气中，从而降低燃料电池电堆的能量利用率。

电堆在工作一定时间后，整体温度会高于进气温度，就会导致燃料气体在进入电堆的过程中由于温差所导致的冷凝现象，冷凝现象会导致在流道内部产生液态水，容易发生水淹现象，导致燃料电池性能减退。

发明内容

综上所述，有必要提出一种燃料自预热的燃料电池，该电池通过利用电堆工作时产生的热对燃料进行加热，提高燃料反应速率和电池性能，同时避免由于冷凝现象导致的通道堵塞。