一种采用双层空气呼吸的微型燃料电池制造技术

本实用新型专利技术公开一种采用双层空气呼吸的微型燃料电池，它由以下三部分组成：燃料制氢装置、电能发生装置和电子稳压回路；燃料制氢装置和电能发生装置通过导管相连，电能发生装置的输出与电子稳压回路相连；电能发生装置由空气极板、燃料极板、膜三一包装体三部分组成；燃料极板位中间，燃料极板的两面是膜三合一包装体，膜三合一包装体靠近空气的一面是空气极板；膜三合一压制有若干个单电池结构，每个单电池在电路上相互串联，单电池组的电流引线和空气极板上的输出端相连；它制造费用低，极板原料来源丰富，整体运行可靠，易于实现。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种能源产品，特别是一种质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置，是21世纪的绿色能源技术。在大功率质子交换膜燃料电池一般采用金属板或石墨板作双极板，但其一般价格比较贵。质子交换膜燃料电池堆中的流场板主要包括双极板、冷却板和增湿板，它们是电池组中体积最大和质量最重的组成部件，高质量的流场板可以有效降低电池堆的尺寸和重量。目前应用最多的石墨流场板，由于需要精密的机械加工且造价较高，约占电池堆成本的60％左右。为了降低电池成本和减轻重量，常用金属薄板和复合碳板取代石墨流场板。Ballard公司设计出一个当前比较流行的电池堆，其采用35个电池单元，其中19个电池进行了热管理，14个电池进行了反应气增湿处理；其三合一组件由Nafion 117制备，双极板为石墨流场板，整个电池堆的体积为0.5立方英尺，燃料采用纯氢和纯氧，压力分别为0.2atm和0.3atm，电池堆的功率为3KW。但是为了保持电池堆结构整凑以及反应气不相互串通，石墨流场板必须保持适当的厚度，这样极板的制造费用高，电池堆的尺寸比较大。目前Los Alamos国家实验室、瑞典的ECN均采用过薄金属流场板，可以降低电池的欧姆过电位，提高电池堆的电功率性能；国际燃料电池公司和Ballard公司正在探索使用碳黑和聚合物浇铸成型的复合碳板。而在小功率质子交换膜燃料电池，由于要求获得较高的输出功率和，假如采用金属板或石墨板作双极板，其需要串联4对以上的单电池，尤其在直接甲醇燃料电池更是如此。当采用串联方式组装电池堆的时候，必须采用压缩空气或特殊的双极板。在美国专利5，364，711和5，432，023中描述用于办公自动化电子产品、摄相机、收音机的微型燃料电池。在这些专利中介绍了使用微型燃料电池的优点和制造燃料电池的整个技术。这两个专利实质上是用灯芯向燃料电池注入液体燃料和电解质，然后将过多的水排出。由于采用灯芯向燃料电池注入液体燃料和电解质，因而在一块膜上不能做多个电池，使整个电池组的输出电压较低；由于整个电池组的功率较小，为了保持低的湿度环境和避免电解质流失，其主要是水的保持和重新利用而不是水的排除，这样在低功率输出的情况下，整个电池的水平衡获得非常困难。此外，水如何从灯芯排出没有进行描述。实际上一个单独的灯芯是不可能将水排出，除非灯芯中直接和液态水接触或通过其它水蒸汽排送机理使水从电池传送到灯芯。在电池的氢源方面，H-Power公司和Analytic Power公司合作开发一个25瓦的燃料电池驱动摄相机，其采用高压储氢罐为燃料电池提供燃料。采用高压储氢罐为燃料电池提供燃料，高压储氢罐存在重量和体积较大、使用不方便和不安全等缺点。上面所述的燃料电池都采用双极板，电池极板比较贵，电池密封很多，例如在每个单电池4个密封区，每个双极板有2个气室。如果这样的小电池用于需要3.5V电压的手机，而每个单电池的平均电压为0.5V，这就需要28个密封，这就提高电池技术难度和成本。在电池的氢源方面，采用高压储氢罐电池的燃料供应不方便，价格贵，提高了整个电池系统的成本。本技术的目的是提供一种可以有效克服上述问题发生的新型燃料电池，它结构简单、加工技术简单、生产成本低，且体积小使用方便。本技术的目的是这样实现的，它由以下三部分组成燃料制氢装置、电能发生装置和电子稳压回路；燃料制氢装置和电能发生装置通过导管相连，电能发生装置的输出与电子稳压回路相连；电能发生装置由空气极板、燃料极板、膜三合一包装体三部分组成；燃料极板位于中间，燃料极板的两面是膜三合一包装体，膜三合一包装体靠近空气的一面是空气极板；膜三合一包装体压制有若干单电池结构，每个单电池在电路上相互串联，单电池组的电流引线和空气极板上的输出端相连；空气极板、燃料极板、膜三合一包装体被密封为一体，三部分上分别开有相互连通的燃料进气口和燃料出气口。此外，为了对电能发生装置排出的尾气的进行流量控制，电能发生装置的出气口设有反应废气控制开关。本技术的燃料制氢装置可以采用如下结构由燃料罐、压力平衡阀和催化制氢室组成，燃料罐与催化制氢室通过管道相连，管道上安装有压力平衡阀；燃料罐，包括外壳、储液囊、气体恒压源；外壳为一封闭结构，其内设气体恒压源和储液囊，储液囊用来存储液体燃料，储液囊开放端与管道相通；催化制氢室，其燃料入口与储液囊的出口管道相连，气体出口和电能发生装置的氢气入口相连；它由壳体、制氢催化剂和气液分离膜三部分组成，壳体的表面开有小孔，制氢催化剂位于壳体内部的中部，在壳体的外围四周包有气液分离膜。本技术的电子稳压回路可以采用DC-DC电子回路，其输入端与电能发生装置相连，输出端和外回路相连。本技术的电能发生装置两端为空气极板，空气极板可直接面对空气呼吸和对外排水。中间为燃料极板，燃料极板的两面都可收集电池的阳极端电流。膜三合一包装体，其内有多个单电池，位于燃料极板和空气极板之间。这种电池技术制造费用低，极板原料来源丰富，整体运行可靠，易于实现，且可以相同体积情况下可以提供较高电压。另外本技术电能发生装置的输出上设有电子稳压回路，因此使电池在工作时能达到稳定的输出电压。以下结合附图和具体实施例详述本技术。附图说明图1为本技术结构示意图。图2为图1A部局部放大示意图。图3为图1B部局部放大示意图。图4为图1C部局部放大示意图。图5为本技术空气极板结构图图6为本技术燃料极板结构图图7为本技术膜三合一包装体结构图图8放大的电能发生装置组装示意图。图中序号说明A压力平衡阀B燃料罐11自锁装置C反应废气控制开关1、燃料罐外壳 2、燃料制氢装置 3、气体恒压源4、燃料储存囊 5、制氢反应室 6、废气出口7、电能发生装置8、气液分离膜 9、电子稳压回路10、氢气室 11、燃料罐 12、制氢催化剂13、空气极板 14、排水灯芯15、空气导气孔16、吸水膜 17、氢气进气导管及燃料入口18、燃料极板 19、燃料出口20、铆钉孔21、燃料气入 22、导气槽 23、燃料气出口24、燃料气入 25、单电池电极 26、Nafion 112膜27、燃料气出 28、银导电膜29、膜三合一包装体30、密封环 31、单电池阴极 32、单电池阳极33、氢气导管出口如图所示，微型燃料电池由以下三部分组成燃料制氢装置2、电能发生装置7和电子稳压回路9；燃料制氢装置2和电能发生装置7通过导管相连，电能发生装置7的输出与电子稳压回路9相连；电能发生装置7由空气极板13、燃料极板18、膜三合一包装体29三部分组成；燃料极板18位于中间，燃料极板18的两面是膜三合一包装体29，膜三合一包装体29靠近空气的一面是空气极板13；膜三合一包装体29压制有若干单电池结构，每个单电池在电路上相互串联，单电池组的电流引线和空气极板13上的输出端相连；空气极板13、燃料极板18、膜三合一包装体29被密封为一体，三部分上分别开有相互连通的燃料气入口17、21、24和燃料气出口19、23、27。燃料制氢装置2用于储存液体燃料如肼和制取氢气，并向电能发生装置7提供氢燃料；电能发生装置7是发生电化学反应的地方，氢气和空气中的氧在这里发生反应，并向外界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用双层空气呼吸的微型燃料电池，其特征是：它由以下三部分组成：燃料制氢装置、电能发生装置和电子稳压回路；燃料制氢装置和电能发生装置通过导管相连，电能发生装置的输出与电子稳压回路相连；电能发生装置由空气极板、燃料极板、膜三合一多组件包装体三部分组成；燃料极板位中间，燃料极板的两面是膜三合一包装体，膜三合一多组件包装体靠近空气的一面是空气极板；膜三合一多组件包装体压制有若干个单电池结构，每个单电池在电路上相互串联，单电池组的电流引线和空气极板上的输出端相连；空气极板、燃料极板、膜三合一多组件包装体被密封为一体，三部分上分别开有相互连通的燃料进气口和燃料出气口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张义煌，董辉，田丙伦，王书文，王瑞杰，闫晋州，庄宇洋，
申请(专利权)人：沈阳东宇企业集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]