[发明专利]一种小功率的高温质子交换膜燃料电池电堆

说明书

本发明公开了一种小功率的高温质子交换膜燃料电池电堆。本发明的技术方案是：包括阳极端板和阴极端板，所述阳极端板和阴极端板之间设置有若干个集流板、双极板、MEA以及陶瓷绝缘板，所述双极板的一侧设置有阴极进气口和阳极进气口，另一侧设置有阴极出气口和阳极出气口，双极板中间设置有阴极气体流道以及MEA活性区域，所述阴极进气口的宽度大于阳极进气口的宽度，所述MEA活性区域的相邻两边长的比例大于1，所述阴极进气口和阳极进气口设置在MEA活性区域中长度较小的边的两侧，所述阴极流道为分形流道，所述电堆上不包含阴极进气口或阳极进气口的两个面为加热面。本发明提供的方案体积小巧，质量轻，加热迅速及寄生功耗低。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种小功率的高温质子交换膜燃料电池电堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池直接将化学能转换为电能，具有安静、高效、清洁特点，被认为是下一代的发电技术，是汽柴油发电机理想的替代产品。今天质子交换膜燃料电池也取得了长足的发展，是目前新能源领域中重要的发展方向之一。然而传统的低温质子交换膜燃料电池工作温度小于90℃，数十ppm的CO即可使Pt催化剂中毒，造成电堆无法工作。所以低温质子交换膜燃料电池对于燃料的要求非常苛刻，通常要求其H2的含量达到99.99%以上，并需要严格控制其中杂质的水平。

由于氢气来源受限，爆炸限范围非常大，单位体积携带能量较低等特点，人们尝试采用甲醇、甲烷、柴油等含碳燃料进行水蒸气重整反应获得富氢重整气，在由氢气进入燃料电池内发电，从而获得更高能效的发电设备。但是由于重整气中通常含有百分之几的CO，造成如果采用低温质子交换膜燃料电池，就必须对重整气进行提纯，不仅增加了系统复杂程度，同时降低了系统能效，不利于系统轻量化。

高温质子交换膜燃料电池工作温度达到160~180℃，其对CO的耐受度达到了2.5~3%，可以直接采用重整气发电，使与重整器的结合更为简洁，使小型化的重整发电系统成为可能。对于功率小于200W发电系统而言，其要求燃料电池电堆具有体积小、重量轻、加热迅速，使电堆尽快到达工作温度；对于小功率系统而言，其寄生功耗要求高，需要优化设计双极板流场，特别是阴极流场，从而降低风机传质阻力，降低系统能耗。

常规的高温质子膜燃料电池电堆功率大于300W，阴极进气口与阳极进气口相互垂直，需要在阴极进出口添加整流罩，造成电堆体积过大；且由于阴极进气占据双极板两侧，造成电堆加热面只有一面，需要大功率加热设备，且加热不均匀而造成电堆膨胀差异，长时使用后存在电堆双极板错位现象。而采用高温堆传统的蛇形流场不利于降低风阻，造成较大的进气压力。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种体积小巧，质量轻，加热迅速及寄生功耗低的小功率的高温质子交换膜燃料电池电堆。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种小功率的高温质子交换膜燃料电池电堆，包括阳极端板和阴极端板，所述阳极端板和阴极端板之间设置有若干个集流板、双极板、MEA以及陶瓷绝缘板，所述双极板的一侧设置有阴极进气口和阳极进气口，另一侧设置有阴极出气口和阳极出气口，双极板中间设置有阴极气体流道以及MEA活性区域，所述阴极进气口的宽度大于阳极进气口的宽度，所述MEA活性区域的相邻两边长的比例大于1，所述阴极进气口和阳极进气口设置在MEA活性区域中长度较小的边的两侧，所述阴极流道为分形流道，所述阴极进气口与阳极进气口并列设置在双极板的同一侧，所述电堆上不包含阴极进气口或阳极进气口的两个面为加热面。

优选的，所述阴极进口宽度与阳极进气口宽度的比例为1~5。

优选的，所述MEA活性区域中较长的边和较短的边的长度比为1~3。

优选的，所述阴极流道的深度与宽度的比例为0.8~1。

优选的，所述阴极流道的深度为0.8~1.6mm，宽度1~1.6mm。