[发明专利]电化学堆压缩系统

说明书

技术领域

本公开的实施例涉及电化学电池，更具体地，涉及用于向高差压电化学电池堆施加压缩力的系统。

背景技术

电化学电池用于从化学反应中产生电流。对于包括例如运输车辆、便携式电源、和固定动力生产在内的一定范围的技术来说，电化学电池技术（如，燃料电池和氢气压缩机）提供了一种传统动力源（诸如化石燃料）的颇具前景的替代品。电化学电池通过与氧或另一氧化剂的化学反应将质子源（例如，氢、天然气、甲醇、汽油等）的化学能转化成电力。化学反应通常产生电、热以及水。

基本高差压电化学电池包括带负电的阳极、带正电的阴极、和称为电解质的离子传导材料。不同的电化学电池技术利用不同的电解质材料。例如，质子交换膜（PEM）电池使用聚合物离子传导膜作为电解质。

为了产生电力，诸如氢气之类的燃料例如可以被递送到电化学电池的阳极侧。这里，氢气可以被分解成带正电的质子和带负电的电子。然后，质子可以穿过诸如PEM之类的电解质膜达到电池的阴极侧。PEM可以被配置成仅允许带正电的质子穿过到达电池的阴极侧，带负电的电子可能被迫通过外部电负载电路到达电池的阴极侧，并且在这样做时，可以产生可用电流。氧气可以被递送到电池的阴极侧，其中，它可以与质子和电子反应以形成废产物（水分子和热）。

单独的电化学电池的阴极、电解质膜、和阳极可以共同形成“膜电极组件”（MEA），其可以通过双极板支撑在两侧上。诸如氢气和氧气之类的气体可以通过在双极板中形成的通道或凹槽被供应到MEA的电极。

单个电池通常根据电流可以产生较低的电势，约0.2～1伏。为了增加总的电压输出，单独的电化学电池通常可以串联堆叠在一起，以形成电化学电池堆。堆中的单独的电池的数量可以取决于用途和对于该用途该堆所需的输出量。

电化学电池堆可以接收氢气和氧气流，它们可以被分配到单独的电池。电池堆的正确操作会要求维持单独的电池、电池部件、和流动管道之间的有效密封。因此，堆中的电化学电池可能需要彼此压缩以维持每个电池的内部部件之间的充分电接触。电池之间的压缩量会影响接触电阻、电导、和膜孔隙度，并且因此会影响电化学电池的整体性能。因此，为了维持电池之间的接触并且提高性能，通常均匀压缩分布在电化学电池堆上。

通常，系杆、带、和/或弹簧可以用于向电池堆施加压缩力。通常，这些压缩机构需要使用位于电化学电池堆的两端的端板。例如，端板可以覆盖电池堆的每一端，并且系杆可以从一个端板延伸到另一个，或者沿着外周延伸到堆的外部，或者通过穿过堆的电池中的开口延伸到堆内。系杆可以拉紧或松开来使端板朝向或远离彼此移动以调整施加在堆上的压缩量。在一些情况下，带还可以包裹在堆周围，从端板拉伸到端板，以维持压缩。为了承受杆或带的压缩力，可能需要较厚的端板和杆来防止弯曲或破裂。这会增加电池堆的尺寸和重量，以及电化学电池系统的成本。因为高压操作可能导致电池的分离增加，所以高压电化学电池堆的堆压缩的问题可能会进一步复杂化。因此，需要一种价格低廉、紧凑的和重量轻的压缩系统。进一步地，需要一种能够在多个操作条件下和一延长的时间段内维持电化学电池堆的压缩的系统。

发明内容

本公开的目的在于设计与电化学电池一起使用的改进的压缩系统。具体地，本公开的目的在于设计与电化学电池一起使用的可调整的压缩结构。这种设备可以用于在高差压下操作的电化学电池，包括但不限于氢气压缩机、燃料电池、电解电池、氢气净化器以及氢膨胀器。

本公开的实施例涉及一种用于向电化学电池堆施加压缩力的系统。

根据一个实施例，电化学电池堆压缩系统可以包括整体的中空框架，该中空框架被配置成容纳沿着堆配置中的轴线排列的多个电化学电池，其中，该框架具有限定形状并且当插入时，在电化学电池堆的外周周围形成连续边界，并且其中，该框架由多种纤维形成。