[实用新型]一种燃料电池装置

说明书

本实用新型提供一种燃料电池装置，包括封装壳体和设置在封装壳体内的燃料电池堆叠体；封装壳体顶部为圆弧面，顶部朝向燃料电池堆叠体的一面为向上凸起的圆弧面，顶部设置有气体出口；封装壳体侧壁底端设置有气体吹扫口；封装壳体底部边缘设置有排水渠，排水渠远离燃料电池堆叠体的一侧与排水管相连通；阴极流场包括间隔平行设置的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道都为直线形且垂直于流场板边缘设置，第一流道两端分别设置有第一流道进口和出口，第二流道一端设置有第二流道进口另一端封闭。本实用新型通过封装壳体以及双极板的结构设置，避免由于催化剂水淹或质子传导速度下降导致能量转化效率降低，提高燃料电池的安全性和能量转化效率。

技术领域

本实用新型涉及新能源电池领域，具体涉及一种燃料电池装置。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置，具有清洁无污染、能量转化效率高、能量密度高等优点，在交通运输、信号基站等领域具有广阔的应用前景。在交通运输、信号基站等领域应用的燃料电池通常包括多个堆叠在一起的单元燃料电池形成的燃料电池堆叠体(电堆)和包覆在电堆外部的封装壳体，封装壳体可防止空气中的水和灰尘进入电堆，起到保护电堆的作用。为了避免从电堆内泄露的少量氢气在封装壳体内累积而发生危险，需要用空气对封装壳体内部进行吹扫，但空气中的水蒸气也会随着吹扫进入封装壳体内部，加上电堆中反应生成的水，会使得封装壳体内累积大量水蒸气，导致电堆零件腐蚀，造成安全隐患。

燃料电池的核心零部件主要包括膜电极组件(MEA)、气体扩散层和双极板，其中膜电极组件由两侧装配有阳极和阴极的聚合物电解质膜组成，气体扩散层设置在膜电极组件两侧。双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板分别设置有流道，且阳极板和阴极板分别与气体扩散层接触。氢气从阳极一侧进入单元燃料电池，在催化剂的作用下分离为质子和电子，质子穿过聚合物电解质膜到达阴极并与氧气结合，在催化剂的作用下生成水；无法穿过质子交换膜的电子会通过气体扩散层、双极板流出进入外电路，产生电能。由于燃料电池内的电化学反应需要在三相反应界面(反应气体、催化剂和传导质子的水)进行，且燃料电池本身的电化学反应一直在产生水，这就容易导致燃料电池内部由于含水量过多而造成催化剂水淹，堵塞反应气体的扩散传质通路，使得能量转化效率降低。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种能够合理地将自身内部多余水蒸气和液态水排出，避免由于催化剂水淹或质子传导速度下降导致能量转化效率降低的燃料电池。

技术方案：本实用新型提供一种燃料电池装置，包括封装壳体和设置在封装壳体内的燃料电池堆叠体，封装壳体包括顶部、侧壁和底部，燃料电池堆叠体包括堆叠在一起的单元燃料电池，单元燃料电池包括膜电极组件、气体扩散层和双极板，双极板包括阳极板和阴极板；封装壳体顶部朝向燃料电池堆叠体的一面为向上凸起的圆弧面，顶部设置有气体出口；封装壳体侧壁底端设置有气体吹扫口；封装壳体底部边缘设置有排水渠，排水渠远离燃料电池堆叠体的一侧与排水管相连通；阴极板包括间隔平行设置的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道都为直线形且垂直于流场板边缘设置，第一流道两端分别设置有第一流道进口和出口，第二流道一端设置有第二流道进口另一端封闭。

由于氢气密度较小，容易聚集在封装壳体内顶部，在顶部上设置气体出口，在封装壳体侧壁底端设置有气体吹扫口，可以方便聚集在封装壳体内顶部的氢气排出；将封装壳体顶部朝向燃料电池堆叠体的一面设置为向上凸起的圆弧面可以促使圆弧面上的冷凝水从圆弧面的高位滑至低位(即顶部边缘，顶部边缘在底部边缘正上方)，进而直接滴入底部边缘的排水渠。上述圆弧面的弧度rad取值范围为3/2π≤rad＜2π。

第一流道和第二流道的间隔设置可以使第二流道内多余的水在从进口进入的气体(空气)吹扫驱动下渗透进入第一流道，并通过第一流道的出口排出燃料电池，由于第二流道没有出口，因此在第二流道内可以残余少量水，从而实现在避免催化剂水淹的同时防止水排出速度过快造成燃料电池内含水量不足导致质子传导速率过慢。