[实用新型]自启动质子交换膜燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及自启动质子交换膜燃料电池技术。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有直接把储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能、可以获得高的能量效率，没有环境污染、设计简单，操作噪音低，经济独立等许多优点。因此，可以用在缺少电网基础设施的区域作为发电站、交通运输工具动力源和通讯设备便携电源。

现有技术中，质子交换膜燃料电池，只有小功率的可以自启动，即向燃料电池通入氢气燃料后，燃料电池利用敞开的空气通道存储的空气开始发电，发的电除向外输出外，还同时带动风扇工作，风扇为燃料电池提供氧化剂空气和排出燃料电池反应生成的废热。除此之外，其他封闭体系的燃料电池均需要一个辅助电源，用于启动空气供给系统，如空气压缩机和鼓风机等。没有自启动的大功率的质子交换膜燃料电池。另外，现有技术的质子交换膜燃料电池的氢气的尾排排量通常都很低，使阴极扩散到阳极内的水不能随氢气一起排出，从而在阳极流场内累计，易造成水淹电极或使阳极各节电池阻力不均一，使电池性能下降。

发明内容

为解决现有技术中存在的不能自启动和阳极排水不畅问题，本实用新型提出一种具有自启动功能质子交换膜燃料电池。本实用新型的技术解决方案是：自启动质子交换膜燃料电池，包括一个主燃料电池，其特征在于所述的自启动质子交换膜燃料电池还包括一个自启动小功率质子交换膜燃料电池，自启动小功率质子交换膜燃料电池的氢气供给部分串联在所述的主燃料电池的氢气尾排部分，自启动小功率质子交换膜燃料电池输出的电源与主燃料电池的冷却水部分和空气供给部分的动力装置连接。

本实用新型的积极效果在于：

1、由于主燃料电池堆和自启动小功率质子交换膜燃料电池之间，氢气是串联的，这样主燃料电池堆排出的氢气至少要满足辅助燃料电池堆对氢气的需要，因此，可以提高主燃料电池堆的氢气尾排的排量，有利于阳极排水和维持阳极气体分配均匀。

2、由于主燃料电池堆尾排出来的氢气通常含有一定量的水汽，有利于自启动质子交换膜燃料电池堆的增湿。

3、由于自启动质子交换膜燃料电池堆功率小，氢气尾排少，因此，可以有效的提高整个系统的氢气利用率。

本实用新型的工作流程是：氢气首先进入主燃料电池堆，再进入自启动小功率质子交换膜燃料电池堆，由于自启动小功率质子交换膜燃料电池堆是空气敞开系统，通入氢气以后，利用空气流场内的空气，就可以启动，自启动小功率质子交换膜燃料电池堆启动后输出的电源，一路连接自身风扇，启动自身风扇开始工作，另一路连接主燃料电池的空气供给系统的风机或压缩机控制系统和冷却水泵控制系统，启动风机或压缩机，向主燃料电池提供氧化剂空气，从而启动主燃料电池系统发电并向外输出电能；启动冷却水泵，对主燃料电池进行冷却。

附图说明

本实用新型有附图一幅，是本实用新型的自启动质子交换膜燃料电池示意图。

附图中，1、主燃料电池堆  2、主燃料电池电源输出端  3、主燃料电池风机  4、氢气源  5、主燃料电池水泵  6、自启动小功率燃料电池电源输出  7、氢气尾排口  8、自启动小功率燃料电池风扇9、自启动小功率燃料电池  10、空气尾排口。

图中表示氢气路---------表示冷却水路

————表示电路表示空气路

具体实施方式

如图1所示，主燃料电池堆是一个1KW的质子交换膜燃料电池，自启动燃料电池是一个200W的空气流场敞开的质子交换膜燃料电池。由鼓风机向主燃料电池堆提供空气，小风扇为自启动燃料电池堆提供空气，多余的空气把电池反应放出的热带出电池；氢气首先进入主燃料电池堆，再进入自启动燃料电池堆，间歇尾排；自启动燃料电池发出的电带动主燃料电池堆的空气供给风机和冷却水循环水泵，使主燃料电池堆启动发电，向外输出电能。

主燃料电池堆电极有效工作面积为300cm2，在电流密度为500mA/cm2时，平均单节电压为0.67V，共有10节；输出功率为1kW。自启动燃料电池堆电极有效工作面积为30cm2，在电流密度为300mA/cm2时，平均单节电压为0.62V；共有38节。输出功率200W左右，满足鼓风机和循环水泵以及控制系统用电要求。

主燃料电池堆每小时消耗氢气为627L，自启动燃料电池堆每小时消耗氢气为135L，自启动燃料电池堆氢气利用率为97％，尾排氢气量为每小时4L。这样主燃料电池堆的氢气利用率为627/(627+135+4)＝82％，总的氢气利用率为(627+135)/(627+135+4)＝99.5％。因此主燃料电池堆氢室内累计的水完全可以利用尾排带出，保证了主燃料电池堆运行的稳定。同时燃料电池整体具有非常高的氢气利用率。