[实用新型]酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统

说明书

技术领域

本实用新型属于新能源领域，具体涉及酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为低压直流电的装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和水。燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置。在电解水过程中，外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。燃料电池单体主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质（离子交换膜）和外电路。燃料电池的基本单元包括：阳极为氢电极，阴极为氧电极，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂（目的是用来加速电极上发生的电化学反应），两极之间是电解质。对于质子交换膜燃料电池来说其工作原理为：氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂的作用下，氢气发生氧化，释放出电子。氢离子穿过电解质到达阴极，而在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，同时，电子通过外电路也到达阴极。在阴极侧，氧气与氢离子和电子在阴极催化剂的作用下反应生成水，如反应（2）所示。与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，可以向负载输出电能。燃料电池总的化学反应如式（3）所示。

阳极反应：H₂ → 2H⁺ + 2e-                 E^o=0.00V             (1)

阴极反应：1/2O₂ + 2H⁺ + 2e- → H₂O           E^o=1.23V             (2)

电池总反应：H₂ + 1/2O₂ → H₂O                E_cell=1.23V           (3)

对于阴离子交换膜燃料电池来说，电极反应变成：

阳极反应：H₂ + 2OH^- → 2H₂O + 2e^-                              (4)

阴极反应：O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-                             (5)

电池总反应：2H₂ + O₂ → 2H₂O                                   (6)

其与酸性膜燃料电池的差异是产生的水不从阴极排出，而是从阳极排出。这样两种电池串联连接后，一阴离子交换膜燃料电池阳极排出的水可供应给另一质子交换膜燃料电池的阳极增湿；而一质子交换膜燃料电池阴极排出的水可供应给另一阴离子交换膜燃料电池的阴极增湿。

由于燃料电池可以同时获得高的功率密度和能量密度，低温起动，没有环境污染，因此在分散电源、交通运输和便携电源等方面均可以代替传统的柴油、汽油发电机，柴油、汽油发动机和蓄电池，实现高效、零排放地工作。但目前对于燃料电池的发电系统还存在材料成本高等问题，有待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，由氢气发生器、燃料电池组和负载电路组成，氢气发生器的出气口与燃料电池组的进气口连通，所述燃料电池组由酸性电池和碱性电池串联组成，所述负载电路分别连接燃料电池组的两极。

上述技术方案中，所述氢气发生器为一个上盖带有出气口的容器，该容器内装有水以及含氢化学品。

所述燃料电池组的酸性电池采用质子交换膜燃料电池，碱性电池采用阴离子交换膜燃料电池。

所述质子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和质子交换膜热压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。

所述质子交换膜为全氟磺酸树脂膜。

所述阴离子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和阴离子交换膜夹压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。

所述阴离子交换膜为Tokuyama膜。