[发明专利]一燃料电池电堆及其系统和应用

说明书

一燃料电池电堆及其系统和应用，其中所述燃料电池系统包括一燃料电池电堆和一气体分配装置，其所述燃料电池电堆包括第一堆叠部件和第二堆叠部件，其中所述第一堆叠部件具有第一流道，其中所述第二堆叠部件具有第二流道，其中所述气体分配装置被设置于所述燃料电池电堆，其中所述气体分配装置包括一气体分流模块，其中所述气体分流模块连通所述第一流道和所述第二流道，其中所述气体分流模块用于接收并分流反应气体至所述燃料电池电堆的所述第一流道和所述第二流道，有利于增加所述燃料电池系统的输出功率，而且不易出现流道中首、尾的气流分布不均匀的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，进一步涉及一燃料电池电堆及其系统和应用。

背景技术

当前，全世界正处于能源危机和环境污染问题的压力下，而氢能不约而同的成为众多国家所大力扶持的新型能源。氢能的广泛应用将促进我国能源转型升级，并成为我国能源战略的重要组成部分之一。燃料电池是一种利用氢能的电化学装置，可将氢能转化为电能，以提供所需的电量。在实际应用中，燃料电池在交通领域的应用是目前氢能发展的强劲动力之一，各种新材料、新工艺和新技术均随着燃料电池在这一领域技术的发展而发展。例如，燃料电池可做为电动汽车的动力来源，为电动汽车提供电能。

燃料电池系统一般包括由多片燃料电池串连叠加而成的燃料电池电堆，以提供所需的电量。例如，氢氧燃料电池电堆具有用于形成离子导电体的质子交换膜和被配置在该质子交换膜两侧的阳极侧和阴极侧，其中阳极侧适于通入氢气，其中阴极侧适于通入空气，其中所述氢氧燃料电池的负极反应式为：2H₂一4e^-＝4H⁺，其中正极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O，其中总反应方程式为：2H₂+O₂＝2H₂O。

为提升单个燃料电池电堆的输出电量，通常的做法是增加叠加的单个燃料电池的数量。但是，随着单个燃料电池叠加的数量的增加，该单个燃料电池电堆的流通反应气体的流道长度也会增加，当单个燃料电池叠加到一定的片数时，流通的反应气体随着流道长度的增加，会逐渐出现首、尾的气体分布不均匀的问题，从而影响到单个燃料电池电堆的性能。为了保证单个燃料电池电堆的性能，单个燃料电池叠加到一定的片数以后就会停止，不能再增加，达到了单个燃料电池电堆中的单个燃料电池所堆叠的最大片数，即达到了最大流道长度，此时如果燃料电池系统的输出功率仍不够，通常采用的方法是通过增加单个燃料电池电堆的数量的方法，以增加燃料电池系统的输出功率。

举例地，如图1A所示，传统的燃料电池系统的单个燃料电池电堆10A具有分别布置在两端的进气端部11A和排气端部12A，其中反应气体由该进气端部11A进入该燃料电池电堆10A进行反应，并由该排气端部12A排出。该单个燃料电池电堆的流道沿该单个燃料电池电堆10A中的单个燃料电池叠加的方向延伸，该流道长度为1L，若流道长度超过1L，该燃料电池电堆的性能就会下降。然而，根据实际功率需求，该流道长度为2L时，该燃料电池系统可达到所需的输出功率。

目前的做法是，在传统的燃料电池系统中设置两个独立运行的燃料电池电堆。例如，如图1B和1C所示，该燃料电池系统包括独立设置的两个燃料电池电堆10B、20B，其中该燃料电池电堆10B具有分别用于进气和排气的第一进气端部11B和第一排气端部12B，该燃料电池电堆20B具有分别用于进气和排气的第二进气端部21B和第二排气端部22B。可以看出的是，虽然该燃料电池系统的两个该燃料电池电堆10B、20B的流道长度之和可达到2L，但是每个该燃料电池电堆10B、20B均需设置独立的进气和排气结构，如进气管路、排气管路、进气阀和排气阀等，不仅占用了大量的空间，增加了该燃料电池系统的体积，而且增加了成本。

发明内容