[发明专利]一种采用分室结构的燃料电池组

说明书

本发明涉及燃料电池技术，特别提供了一种工作更为可靠的采用分室结构的燃料电池组。

燃料电池组由若干个电池单元串联而成。在两片极板间插入三合一组件(阳极、膜和阴极)即构成一个电池单元。以前的工作中一个电池单元就是一个单电池。燃料电池组在运行过程中，有时会出现某一个电池无法工作，输出电压变负，最后导致整个电池组＂死亡＂(即不能工作)的现象。为解决这一问题，文献Jpn.Kokai Tokky Koho Jp 63,226,884采用的方法是，当某一个电池不能工作时，立即将这个电池两个电极的极板短路。这样做的结果是永久性地切除了这一个电池，即使造成它不能工作的故障因素得以排除，电池也无法恢复工作，就整个电池组而言，造成了输出功率的损失。

本发明的目的在于提供一种采用分室结构的燃料电池组，其整体运行更为可靠，并且可获得较高的输出功率。

本发明提供了一种采用分室结构的燃料电池组，由两个极板、电极和膜构成的电池单元相互叠合串接而成，其特征在于：每个电池单元被相应地分割成2～20个小电池，每个小电池均有各自独立的进、出气口；各电池单元中相应的小电池在气路上相互串联再并接到总气管上；每个电池单元中的小电池在电路上通过同一对极板相互并联，再与其它电池单元串联。

在本发明中，每单元电池分割的电池数最好为2～4个。

具体结构如下：

1.电池组极板采用多气室结构，即阳极和阴极的两片极板都分割成数目相同排布一致的若干个部分，每部分即为一个独立的气室。

2.和极板的气室分割相对应，三合一组件也分成若干部分。可以分成若干个独立的三合一组件，也可以采用密封材料将一个大的三合一组件进行分割。

3.采用气室分割的极板和与之对应的三合一组件等，在组装后就形成了一个多气室结构的燃料电池组。同一电池单元中所分割形成的几个并联电池的燃料和氧化剂都有独立的进出口，并和各自的气路管道相连通。

4.分割成的气室数可以是2、3、…、20，最佳值为2～4。

5.同一对极板分割而成的多个气室对应多个电池，组成一个电池单元，它们通过极板在电路上并联，各个电池单元又相互串联，从而形成整个电池组在电路上的并一串联结构。

在本发明的上述电路并一串联的燃料电池组中，相互并联的一个电池单元中若有一个电池不能工作，同一单元中其余几个电池将承担全部负荷。分室数越多，一个电池不工作对电池组的影响越小，甚至多于一个电池不能工作，整个电池组仍能正常运行。

实验表明该方案可行。以两室结构为例，当第i单元中的一个电池不工作，与之并联的另一个相同面积的电池则以双倍负荷工作。这种情况可采用图1的模拟电路，用电池组中第i个电池负荷加倍的条件进行模拟。表1的实验结果说明第i个电池负荷加倍后工作稳定，这间接证明了该方案可行。

总之，本发明可以保证：

1.在燃料电池组中某一个电池不工作时，整个电池组仍能正常运行。

2.不需要切除(短路)不工作的单电池，在同样情况下能比采用文献的方法获得较高的输出功率。

3.不工作的单池如果在运行过程中排除了故障，可自行并入电池组继续工作。

4.本发明的技术适用于各种类型的燃料电池组。

下面结合附图通过实施例详述本发明。

附图1为实验模拟电路。

附图2为两室结构的燃料电池组结构示意图。

附图3为三室结构的燃料电池组结构示意图。

实施例1

(1)电池结构：31个电池单元串联成一个电池组，每个单元由两个电池并联而成，即采用两室结构，电极总面积143cm²。图2为电池组装和分室结构的示意图。1端板，2单极板，分割出两个氢气室，3氢电极，4膜，5氧电极，3、4、5组成一个三合一组件，6为双极板，图中示出的是氢气室，与上部的相邻极板、三合一组件构成另一电池单元，6的背面分割为两个氧气室(未示出)，8和9为氢气进出口，10和11为氧气进出口，12和13为氢气供气和尾气排放通道，14和15为氧气供气和尾气排放通道。

(2)实验条件：燃料气为N₂H₄分解气(H₂：65～66％)，氧化剂为空分氧(99.5％)；氢压力＝氧压力＝0.15～0.20MPa；电池工作温度＝91±1℃；真空排水的真空度＝140mmHg。