【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，特别是涉及一种自增湿燃料电池电堆。
技术介绍
1、燃料电池是通过电化学反应将化学能转换成电能的装置，具有效率高、噪声低、无污染等特点，是一项非常具备发展前景的发电技术。
2、燃料电池系统由燃料电池电堆、氢气供给子系统、空气供给子系统、水热管理子系统及电控子系统组成。其中，燃料电池电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联叠合组合组成。单体由双极板与膜电极组成，气口端板和盲端端板通过封装结构，将串联电池的三腔密闭，从而构成燃料电池电堆。氢气、空气和冷却液分别由进口引入，经过电堆进口的公用管道分配至各单体电池氢腔、空腔和冷却腔，并在双极板的流场结构中均匀分配。
3、氢气供给子系统的主要作用是调节燃料电池电堆入口氢气的流量和压力，在燃料电池电堆中与氧气发生反应产生电能，同时将未参与反应的氢气进行回收，提高氢气利用率，在燃料电池中起作用重要。
4、氢气循环系统主要包括氢气循环泵、氢气引射器两大类产品。氢气循环系统在保证燃料电池稳定运行、提高氢气利用率、提升燃料电池经济性等方面发挥重要作用。从主要产品来看，氢气循环泵与氢气引射器各有优缺点，氢气循环泵易于控制，可实现转速调节、流量调节，且氢气利用率高、适用范围宽，但其噪声较大、功耗大、体积大、成本较高；氢气引射器结构简单、体积小、成本低、无寄生功率，但控制难度较大、怠速时氢气利用率较低、适应性较差、应用范围较窄。对于大功率燃料电池系统，其特点是流量大、压力大和流阻大，这对氢循环系统的设计提出很大
5、空气供给子系统主要是为了燃料电池提供运行时所需要的空气，以满足燃料电池的空气流量及空气压力。一个典型的空气子系统一般包含空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器等。其中增湿器起到的阴极加湿作用，保证入堆空气湿度以及质子膜始终处于湿润状态。但是增湿器的体积较大，对燃料电池系统体积功率密度产生负面影响。
6、上述燃料电池系统至少存在以下缺陷：
7、质子交换膜燃料电池需要一定的含水量保证质子膜的电导率，降低欧姆电阻，提高输出功率，所以需要对阳极气体和阴极增湿以保证质子膜的含水量。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种自增湿燃料电池电堆，通过设计一种双极板、膜电极及匹配胶线，实现燃料电池电堆的自增湿。
2、为此，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术公开了一种自增湿燃料电池电堆，所述电池电堆包括的单池结构中包括阳极板；所述阳极板呈长方形，包括：位于第一侧边的氢腔第二进口、氢腔第一进口和空气出口；位于第二侧边的氢腔第一出口、氢腔第二出口和空气进口；还包括：位于第一长边的第一冷却液腔；位于第二长边的第二冷却液腔；
4、所述第一侧边、所述第二侧边、所述第一长边和所述第二长边包围形成的中央区域由阳极板密封胶线槽以及位于所述阳极板密封胶线槽内的阳极胶线分隔为两个或多个反应区，至少包括：第一反应区和第二反应区；所述第一反应区和所述第二反应区进出口位置分别设置有阳极进出气通道；所述第一反应区从所述氢腔第一进口通入干燥氢气，经过所述第一反应区在阴极侧生成水，反渗到阳极侧后通过所述氢腔第一出口，利用辅件结构回到所述氢腔第二进口，从所述氢腔第二进口再经过所述第二反应区，最终反应完成，从所述氢腔第二出口排出。
5、进一步地，所述单池结构中还包括：阴极板；所述阴极板呈长方形，包括：阴极进出气通道和极板流场区下沉区域；所述阴极进出气通道在阴极板的位置与所述阳极板上阳极进出气通道的位置相对应。
6、进一步地，所述单池结构中还包括：膜电极；所述膜电极依次包括：阴极gdl、质子交换膜、膜电极边框、对应第一反应区域的阳极gdl和对应第二反应区域的阳极gdl，流场中间边框，将整个流场反应区域一分为二。
7、进一步地，阴阳极腔口的密封通过胶线与过桥结构实现。
8、本专利技术的优点和积极效果：
9、本专利技术中，燃料电池电化学反应后在阴极生成水，同时会气态水通过质子交换膜反渗到阳极，即可保障质子膜的含水量。将阳极板分成两个区间，第一反应区的燃料气体(干燥氢气)与空气充分反应后具有一定的湿度，剩余的燃料气体进入阳极板的第二反应区(湿氢气)，与空气继续充分反应。在空间结构上，燃料气体与空气对流布置，且空气先与第二反应区的燃料气体反应，当阴极空气到达第一反应区的膜电极对面时，已经具备一定的湿度，因此，通过双极板的空间结构，即可保障阳极和阴极的湿度，不需要燃料电池系统设置外增湿结构。
10、另外，本专利技术中的燃料电池电堆还能提高燃料气体的使用效率，较低的计量比即可获得较高的性能；电堆单池的气体分配、湿度分配均匀，使得电堆性能更加平衡，提高了电堆的使用寿命；由于燃料气体实现了充分反应，可以减少燃料电池氢气子系统的部件，不仅节省了空间、成本，还能更加有效的监控氢气路的流量、压力、温度和湿度的监控。
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1.一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，所述电池电堆包括的单池结构中包括阳极板；所述阳极板呈长方形，包括：位于第一侧边的氢腔第二进口、氢腔第一进口和空气出口；位于第二侧边的氢腔第一出口、氢腔第二出口和空气进口；还包括：位于第一长边的第一冷却液腔；位于第二长边的第二冷却液腔；
2.根据权利要求1所述的一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，所述单池结构中还包括：阴极板；所述阴极板呈长方形，包括：阴极进出气通道和极板流场区下沉区域；所述阴极进出气通道在阴极板的位置与所述阳极板上阳极进出气通道的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，所述单池结构中还包括：膜电极；所述膜电极依次包括：阴极GDL、质子交换膜、膜电极边框、对应第一反应区域的阳极GDL和对应第二反应区域的阳极GDL，流场中间边框，将整个流场反应区域一分为二。
4.根据权利要求1所述的一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，阴阳极腔口的密封通过胶线与过桥结构实现。
【技术特征摘要】
1.一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，所述电池电堆包括的单池结构中包括阳极板；所述阳极板呈长方形，包括：位于第一侧边的氢腔第二进口、氢腔第一进口和空气出口；位于第二侧边的氢腔第一出口、氢腔第二出口和空气进口；还包括：位于第一长边的第一冷却液腔；位于第二长边的第二冷却液腔；
2.根据权利要求1所述的一种自增湿燃料电池电堆，其特征在于，所述单池结构中还包括：阴极板；所述阴极板呈长方形，包括：阴极进出气通道和极板流场区下沉区域；所述阴...
【专利技术属性】
技术研发人员：王锡龙，付宇，于湉琪，
申请(专利权)人：上海骥翀氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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