本实用新型专利技术涉及一种适合低温启动的空气直接冷却型燃料电池，该燃料电池包括膜电极、双极板、集流引线板、端板，所述的双极板为复合式双极板，其流道为平直贯通型流道，复合式双极板与膜电极粘合构成一体化单电池，多块一体化单电池叠加成的端面四周设有密封胶层，端面外设有带腔体的端盖，多块端面同端盖相连构成电池燃料的气体共用流体腔。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有结构简单，成本较低，尤其适合燃料电池在低温下的冷启动等特点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种燃料电池，尤其涉及一种适合低温启动的空气直接冷 却型燃料电池。
技术介绍
燃料电池低温冷启动和低温下运行是国际上一项比较前沿的课题，因为燃 料电池冷启动性能直接影响燃料电池的实用化程度，影响其使用范围。对于常规燃料电池发电系统而言，燃料电池运行需要水增湿，而且燃料电 池堆的冷却都需要水冷却。因而在温度低于零度的情况下，燃料电池的低温冷 启动变得非常困难。如果燃料电池的水管理不好，在温度低于零度下启动，往 往会造成电池系统不能正常启动。零度下，电池系统内易结冰，有的情况下会 给系统造成永久性的损害。美国专利6699612中提出了一种电池系统，该系统中有一个循环的防冻液 乙二醇冷却燃料电池产生的热量。同时冷冻液还在热交换器中同燃料气混合， 移去燃料中的水分。系统中还有除水机构以及时除去冷冻液中的水，用来保证 冷冻液的浓度。不难看出，该系统非常复杂。美国专利6727013中提出了一种保持燃料电池温度的方法，该方法主要是 利用燃料电池设备在待机状态时的温度维持，该方法是利用外加热系统给燃料 电池堆加热的。主要采用电阻负载加热，然后通过风扇将热风吹到燃料电池堆 上面。可以看出，为了保证燃料电池堆的温度，系统中应不断消耗能量。美国专利6746789中提出了一种方案，主要是利用外接催化反应器，在低 温下，将氢气和空气直接冷燃烧产生热量和水分然后提供给燃料电池的空气阴 极或阳极。燃料电池系统采用空气做氧化剂和冷却剂，因而可以简化电池系统， 并提高燃料电池的低温启动性，不过系统也比较复杂。美国专利7014935中提出了一种解决燃料电池堆中的两个端电池存在的问题的方法。在电池运行过程中，尤其是低温启动运行过程中，燃料电池堆中的 两个端电池因为水热等因素的影响，容易出现水热不均问题。专利中提出对两 端的电池进行处理，提高电池的抗腐蚀性，从而提高电池堆的低温可操作性。美国专利6764786中提到了一种燃料电池堆特殊燃料引线板和端板。专利 中指出，燃料电池堆的端板常常是厚的金属板，比较笨重和比较昂贵，而且有 高的热容和容易散失热量。燃料电池堆在运行温度比较低或者在低温启动时， 端板处的电池散热容易，性能较差，影响燃料电池的低温启动速度，而且低温 下启动时容易反压，造成永久性损伤。专利中提出了一种高强度、低热容低散 热端板，部分解决了燃料电池堆在低温启动和低温运行时所产生的问题。美国专利6824901中提出了在燃料电池堆的端电池和端板之间加上多孔热 绝缘板的方法解决燃料电池低温快速冷启动所带来的问题。专利中提到的热绝 缘板为多孔石墨板，空隙率为50-75%。但毕竟采用多孔石墨板隔热效果有限， 只是部分阻隔了端电池向端板的传热，因而该方法只是部分解决了燃料电池系 统的低温快速启动。综上所述，可以看出燃料电池低温启动主要问题是结冰问题。解决方式主 要有换用抗冻介质；靠外部加热；采用吹扫等将系统中的水吹出，对电池堆 中的端电池进行特殊处理或提高整个电池堆的水热平衡等方式。但是这些方法 通常需要借助外在的辅助加热装置，工艺复杂，而且效果并不理想。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服了上述现有技术存在的缺陷而提供一种 工艺简单，成本较低的适合低温启动的空气直接冷却型燃料电池。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现 一种适合低温启动的空 气直接冷却型燃料电池，该燃料电池包括膜电极、双极板、集流引线板、端板，其特征在于所述的双极板为复合式双极板，其流道为平直贯通型流道，复合式双极板与膜电极粘合构成一体化单电池，多块一体化单电池叠加成的端面四 周设有密封胶层，端面外设有带腔体的端盖，多块端面同端盖相连构成电池燃 料的气体共用流体腔。所述的复合式双极板包括一面具有氢气燃料流场的柔性石墨板和一面具有空气流场的金属或石墨材料板，其一面板两端设有密封板条并与另一面板相 连，所述的氢气燃料流场的流道为多条贯通的直流道，空气流场的流道为多条 贯通的平行流道；氢气燃料流场的流道与空气流场的流道在方向上成垂直结 构。所述的一体化单电池为长方形，所述的复合式双极板为长方形，所述的膜 电极为长方形，该膜电极的氢气流场侧的碳纸长边长度比空气流场侧碳纸长 2mm-10 mm，氢气流场侧的碳纸短边长度比空气流场侧碳纸短2-10mm，所述 的膜电极的两条长边裸露部分直接或间接与双极板的氢气流场侧粘接相连，膜 电极的两条短边裸露部分上设有弹性密封材料并与双极板的空气流场侧相连。所述的气体共用流体腔为由多片长方形一体化单电池短边叠加成的端面 与端盖围成的腔，该端盖上设有燃料气进出口，所述的气体共用流体腔的周围 设有密封用弹性材料。所述的端板和气体共用流体腔的端盖材料为导热系数低于1 W/nrK的低导 热系数材料。所述的集流引线板与复合式双极板之间的接触电阻为30-300毫欧/平方厘米。与现有技术相比，本技术提供一种适合低温启动的空气直接冷却型燃 料电池，是将燃料氢气和空气直接加入到燃料电池系统中，电池在比较低的电 压下运行，使电池本身产生的热量迅速加热燃料电池堆，实现燃料电池堆的低 温冷启动，不必借助外在的辅助加热装置，结构简单，尤其适合燃料电池在低 温下的冷启动等特点。附图说明图1为本技术复合式双极板的结构示意图；图2为本技术膜电极的结构示意图；图3为本技术一体化单电池的结构示意图；图4为本技术端面的结构示意图；图5为本技术燃料电池堆的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，对本技术作进一步说明。 实施例如图1所示，燃料电池复合式双极板的一面为一片柔性石墨板2，该柔性 石墨板2与硬质石墨板1贴合相连构成复合式双极板，柔性石墨板2与硬质石 墨板1上的流场分别位于复合式双极板的两外侧面，其中柔性石墨板2上的流 场21为多条贯通流槽组成的氢气流场，硬质石墨板1上多条平行的贯通流槽 组成空气冷却流场11。密封板条4封盖在柔性石墨板的两侧边并与硬质石墨板 相连。如图2所示，其中一种膜电极MEA的结构示意图，其中51 (点状黑色部 分)为电池的阳极电极(可以包括催化剂和扩散层)，4 (黑色实体长条部分) 为电池的密封胶条，3为质子交换膜，52为电池的阴极(可以包括催化剂和扩 散层)，通常状况下，电池的阴极和膜还有阳极是紧密贴和在一起的，其中阳 极短边比膜短4mm，其中阴极长边比膜短4mm，密封胶条一般是流淌状硅胶 原位固化而成，其将碳纸扩散层需要密封的边缘密封并覆盖在膜的表面，其密 封厚度同碳纸厚度相同。51， 4， 3， 52结合在一起就构成了一个阴阳极边缘部 分密封MEA组件。如图3所示，为组合后的一体化单电池，图3中各数字代表的单电池的部 分在图1,图2中有说明，这主要是将图2的MEA组件同图1的复合式双极板 粘合在一起，粘合部分为电池的密封胶条图1中的4部分同图2阳极侧的4部 分，粘合常采用低稠度硅胶粘合固化而成。如图4所示，将多片上述一体化单电池叠在一起，在单电池的短边就构成 了一个端面6。图4中的椭圆区域内即是多片一体化单电池叠在一起构成的端 面。在该长方形端面四周涂密封胶，将电池带腔体的电池端盖盖在端面上就构 成了密封的燃料气体共用流体腔，该气体共用流体腔的端盖材料为导热系数低 于1 W/nvK的低本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适合低温启动的空气直接冷却型燃料电池，该燃料电池包括膜电极、双极板、集流引线板、端板，其特征在于：所述的双极板为复合式双极板，其流道为平直贯通型流道，复合式双极板与膜电极粘合构成一体化单电池，多块一体化单电池叠加成的端面四周设有密封胶层，端面外设有带腔体的端盖，多块端面同端盖相连构成电池燃料的气体共用流体腔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田丙伦，董辉，
申请(专利权)人：上海攀业氢能源科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]
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