一种具有中央歧管的燃料电池堆栈制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于包括固定在中央歧管和两侧端板之间的共享中央歧管并串联连接的两个燃料电池堆；每个燃料电池堆均包括层叠设置的多个电池单体，中央歧管内设有阳极和阴极分配腔体，分别用于同时向两侧燃料电池堆内电池单体的阳极和阴极供应阳极反应燃料和阴极反应燃料，还设有阳极和阴极汇流腔体，分别用于同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阳极和阴极收集阳极反应后物质和阴极反应后物质；而中央歧管上设有分别与上述各腔体连通的阳极、阴极入口接口和阳极、阴极出口接口。本实用新型专利技术允许通过共享中央歧管串联较小的燃料电池堆，在紧凑空间中创建尺寸和功率更大的电池堆栈，节省空间和生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有中央歧管的燃料电池堆栈
本技术涉及一种具有中央歧管的燃料电池堆栈。
技术介绍
燃料电池（FC）和普通电池一样，通过两个电化学反应提供直流电。这些反应发生在反应物连续供给的电极上。例如，在直接甲醇燃料电池（DMFC）中，负极（阳极）通过供应诸如甲醇的燃料来维持，而正极（阴极）通过供应氧气或空气来维持。当提供电流时，甲醇在阳极电催化剂处被电化学氧化以产生电子，电子通过外部电路传输到阴极电催化剂，在那里它们与氧一起在还原反应中被消耗。该电路通过电解质中的质子传导而维持在电池内。燃料电池堆通常由一系列电池单体组成。每个电池单体由一对阳极和阴极及位于阳极和阴极间的膜电极组件MEA组成。每个电池单体上的电压由电池中发生的电化学反应的类型决定。例如，对于典型的DMFC单电池，电压可根据产生的电流从0V变化到0.9V。电池中产生的电流取决于电池的操作条件和设计，包括但不限于膜电极组件（MEA）的电催化剂组成/分布和活性表面积、气体扩散层（GDL）的特性、阳极和阴极双极板的流场设计、电池温度、反应物浓度、反应物流量和压力分布、反应副产物去除等。电池的反应面积、串联电池的数量以及燃料电池堆中的电化学反应类型决定了电流并由此决定了燃料电池提供的功率。例如，DMFC系统的典型功率可以是几瓦到几千瓦。已有的燃料电池系统将燃料电池堆与不同的子系统集成，例如管理水、燃料、空气、加湿和热条件。这些子系统有时统称为BOP，包含诸如阳极流体泵、热管理系统、阴极鼓风机或压缩机，阴极热管理系统。燃料电池堆和BOP之间的接口称为堆栈歧管，已有技术中这种歧管通常与端板一同分设于燃料电池堆的两端，两者中间一同层叠串联的电池单体。堆栈歧管是BOP和燃料电池堆之间双向流动分配的管道。用于在堆栈歧管和电池单体之间双向流体流动的管道被称为集管，是阳极和阴极板设计的一部分。在传统设计中，增加功率需要增加燃料电池的数量和流体流量，这需要增加集管的尺寸，因此需要重新设计燃料电池组件（单极板、双极板及其上流场等）。已有的燃料电池中由于头部的歧管处理进出电池的流体，随着电池的数量增加，头部可能成为流动瓶颈。因此，在传统的燃料电池堆设计中，随着燃料电池堆大小的增加，需要更大的集管来处理流体。这导致单极板和双极板以及相关的垫圈、绝缘体和其他部件（称为电池组件）的尺寸增加。这些对单极板和双极板的要求改变使得在燃料电池堆中使用相同的电池硬件来获得更高的功率。此外，电池硬件的改变可能需要改变BOP和燃料电池堆安装接口，尺寸规格增大无疑要加大规格，导致成本增高。
技术实现思路
本技术目的是：提供一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其允许通过共享中央歧管串联连接较小的燃料电池堆，在紧凑的空间中创建大功率的电池堆栈，节省空间和生产成本。本技术的技术方案是：一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于包括中央歧管、设于中央歧管两侧的端板及固定在中央歧管和每个端板之间的燃料电池堆，两个燃料电池堆共享中央歧管并串联连接；每个燃料电池堆均包括层叠设置的多个电池单体，中央歧管内分别设有同时向两侧燃料电池堆内的电池单体的阳极供应阳极反应燃料的阳极分配腔体、同时向两侧燃料电池堆内的电池单体的阴极供应阴极反应燃料的阴极分配腔体、同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阳极收集阳极反应后物质的阳极汇流腔体及同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阴极收集阴极反应后物质的阴极汇流腔体，而中央歧管上设有分别与阳极分配腔体、阴极分配腔体、阳极汇流腔体和阴极汇流腔体连通的阳极入口接口、阴极入口接口、阳极出口接口和阴极出口接口。进一步的，本技术中每个燃料电池堆均包括固定在中央歧管上的连接集电板和固定在端板上的与连接集电板极性相反的输出集电板，连接集电板和输出集电板之间以串联方式层叠设置所述多个电池单体；两个燃料电池堆中与中央歧管固定的连接集电板之间通过导电金属桥串联连接，且这两个连接集电板的极性相反，而两个燃料电池堆中与端板固定的输出集电板极性也相反，且作为整个电池堆栈的阴极和阳极输出端；每个燃料电池堆还包括与各电池单体的阳极相连的若干阳极入口集管和阳极出口集管，以及与各电池单体的阴极相连的若干阴极入口集管和阴极出口集管，阳极入口集管均与阳极分配腔体相连，而阳极出口集管均与阳极汇流腔体相连，阴极入口集管均与阴极分配腔体相连，而阴极出口集管均与阴极汇流腔体相连。更进一步的，本技术中所述每个燃料电池堆包括设于所述连接集电板和输出集电板之间的两个单极板和若干双极板，两个单极板分别固定至连接集电板和输出集电板上，而双极板则设置在两个单极板之间，单极板和双极板之间以及相邻双极板之间均设有膜电极组件MEA；单极板表面设有阳极流场或者阴极流场，而双极板的两侧分别设有阳极流场和阴极流场，阳极流场均与阳极入口集管和阳极出口集管连接，而阴极流场则与阴极入口集管和阴极出口集管连接；所述电池单体由上述膜电极组件MEA和位于膜电极组件MEA两侧的阳极流场和阴极流场共同构成，阳极流场和阴极流场分别作为电池单体的所述阳极和所述阴极。更为优选的，本技术中所述中央歧管包括中心板和固定在中心板两侧的左盖和右盖，所述两个燃料电池堆中与中央歧管固定的连接集电板分别固定在左盖和右盖上，所述阳极入口接口和阴极入口接口一同设于中心板的前端或后端，且阳极入口接口位于阴极入口接口的下方，而所述阳极出口接口和阴极出口接口则一同设于中心板的顶端；每个燃料电池堆的所述阳极入口集管、阳极出口集管、阴极入口集管和阴极出口集管均为两根，并且其中：所述阳极分配腔体包括：第一阳极入口内孔、第二阳极入口内孔、第一阳极流体分配孔、第二阳极流体分配孔、阳极分配凹槽、第三阳极流体分配孔；第一阳极入口内孔和第二阳极入口内孔均与阳极入口接口连通，其中第一阳极入口内孔与中心板右壁面上的第一阳极流体分配孔和左壁面上的第二阳极流体分配孔连通，其中第一阳极流体分配孔与连至左盖上的左侧第一阳极入口集管相连，用于向左盖侧的燃料电池堆输送阳极反应燃料，而第二阳极流体分配孔则与连至右盖上的右侧第一阳极入口集管相连，用于向右盖侧的燃料电池堆输送阳极反应燃料；而第二阳极入口内孔与中心板右壁面上设有的阳极分配凹槽相连，该阳极分配凹槽通过中心板左壁面上的第三阳极流体分配孔同连至左盖上的左侧第二阳极入口集管相连，用于向左盖侧燃料电池堆输送阳极反应燃料，阳极分配凹槽同时再同连至右盖上的右侧第二阳极入口集管相连，用于向右盖侧燃料电池堆输送阳极反应燃料；所述阳极汇流腔体包括：第一阳极汇流凹槽、第二阳极汇流凹槽、第一阳极汇流孔、第二阳极汇流孔；其中第一阳极汇流凹槽设于中心板左壁面上，而第二阳极汇流凹槽设于左盖上，其与第一阳极汇流凹槽形状相同并扣合形成阳极汇流主腔，该阳极汇流主腔通过设于中心板右壁面上的第一阳极汇流孔和第二阳极汇流孔分别同连至右盖上的右侧第一阳极出口集管和右侧第二出口集管相连，用于从右盖侧燃料电池堆收集阳极反应后物质；同时该阳极汇流主腔同连至左盖上的左侧第一阳极出口集管和左侧第二阳极出口集管相连，用于从左盖侧燃料电池堆收集阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于包括中央歧管（1）、设于中央歧管（1）两侧的端板（2）及固定在中央歧管（1）和每个端板（2）之间的燃料电池堆（3），两个燃料电池堆（3）共享中央歧管（1）并串联连接；每个燃料电池堆（3）均包括层叠设置的多个电池单体，中央歧管（1）内分别设有同时向两侧燃料电池堆（3）内的电池单体的阳极供应阳极反应燃料的阳极分配腔体、同时向两侧燃料电池堆内的电池单体的阴极供应阴极反应燃料的阴极分配腔体、同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阳极收集阳极反应后物质的阳极汇流腔体及同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阴极收集阴极反应后物质的阴极汇流腔体，而中央歧管（1）上设有分别与阳极分配腔体、阴极分配腔体、阳极汇流腔体和阴极汇流腔体连通的阳极入口接口（101）、阴极入口接口（102）、阳极出口接口（103）和阴极出口接口（104）。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于包括中央歧管（1）、设于中央歧管（1）两侧的端板（2）及固定在中央歧管（1）和每个端板（2）之间的燃料电池堆（3），两个燃料电池堆（3）共享中央歧管（1）并串联连接；每个燃料电池堆（3）均包括层叠设置的多个电池单体，中央歧管（1）内分别设有同时向两侧燃料电池堆（3）内的电池单体的阳极供应阳极反应燃料的阳极分配腔体、同时向两侧燃料电池堆内的电池单体的阴极供应阴极反应燃料的阴极分配腔体、同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阳极收集阳极反应后物质的阳极汇流腔体及同时从两侧燃料电池堆内的电池单体阴极收集阴极反应后物质的阴极汇流腔体，而中央歧管（1）上设有分别与阳极分配腔体、阴极分配腔体、阳极汇流腔体和阴极汇流腔体连通的阳极入口接口（101）、阴极入口接口（102）、阳极出口接口（103）和阴极出口接口（104）。


2.根据权利要求1所述的一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于每个燃料电池堆（3）均包括固定在中央歧管（1）上的连接集电板（301）和固定在端板（2）上的与连接集电板（301）极性相反的输出集电板（302），连接集电板（301）和输出集电板（302）之间以串联方式层叠设置所述多个电池单体；两个燃料电池堆（3）中与中央歧管（1）固定的连接集电板（301）之间通过导电金属桥（4）串联连接，且这两个连接集电板（301）的极性相反；而两个燃料电池堆（3）中与端板（2）固定的输出集电板（302）极性也相反，且作为整个电池堆栈的阴极和阳极输出端；每个燃料电池堆（3）还包括与各电池单体的阳极相连的若干阳极入口集管和阳极出口集管，以及与各电池单体的阴极相连的若干阴极入口集管和阴极出口集管，阳极入口集管均与阳极分配腔体相连，而阳极出口集管均与阳极汇流腔体相连，阴极入口集管均与阴极分配腔体相连，而阴极出口集管均与阴极汇流腔体相连。


3.根据权利要求2所述的一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于所述每个燃料电池堆（3）包括设于所述连接集电板（301）和输出集电板（302）之间的两个单极板（303）和若干双极板（304），两个单极板（303）分别固定至连接集电板（301）和输出集电板（302）上，而双极板（304）则设置在两个单极板（303）之间，单极板（303）和双极板（304）之间以及相邻双极板（304）之间均设有膜电极组件MEA；单极板（303）表面设有阳极流场或者阴极流场，而双极板（304）的两侧分别设有阳极流场和阴极流场，阳极流场均与阳极入口集管和阳极出口集管连接，而阴极流场则与阴极入口集管和阴极出口集管连接；所述电池单体由上述膜电极组件MEA和位于膜电极组件MEA两侧的阳极流场和阴极流场共同构成，阳极流场和阴极流场分别作为电池单体的所述阳极和所述阴极。


4.根据权利要求2或3所述的一种具有中央歧管的燃料电池堆栈，其特征在于所述中央歧管（1）包括中心板（5）和固定在中心板（5）两侧的左盖（6）和右盖（7），所述两个燃料电池堆（3）中与中央歧管（1）固定的连接集电板（301）分别固定在左盖（6）和右盖（7）上，所述阳极入口接口（101）和阴极入口接口（102）一同设于中心板（5）的前端或后端，且阳极入口接口（101）位于阴极入口接口（102）的下方，而所述阳极出口接口（103）和阴极出口接口（104）则一同设于中心板（5）的顶端；每个燃料电池堆（3）的所述阳极入口集管、阳极出口集管、阴极入口集管和阴极出口集管均为两根，并且其中：
所述阳极分配腔体包括：第一阳极入口内孔、第二阳极入口内孔、第一阳极流体分配孔（501）、第二阳极流体分配孔（502）、阳极分配凹槽（503）、第三阳极流体分配孔（504）；第一阳极入口内孔和第二阳极入口内孔均与阳极入口接口（101）连通，
其中第一阳极入口内孔与中心板（5）右壁面上的第一阳极流体分配孔（501）和左壁面上的第二阳极流体分配孔（502）连通，其中第一阳极流体分配孔（501）与连至左盖（6）上的左侧第一阳极入口集管（601）相连，用于向左盖（6）侧的燃料电池堆（3）输送阳极反应燃料，而第二阳极流体分配孔（502）则与连至右盖（7）上的右侧第一阳极入口集管（701）相连，用于向右盖（7）侧的燃料电池堆（3）输送阳极反应燃料；
而第二阳极入口内孔与中心板（5）右壁面上设有的阳极分配凹槽（503）相连，该阳极分配凹槽（503）通过中心板（5）左壁面上的第三阳极流体分配孔（504）同连至左盖（6）上的左侧第二阳极入口集管（602）相连，用于向左盖（6）侧燃料电池堆（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝向齐，刘绍华，
申请(专利权)人：苏州奥加华新能源有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32