專利名稱：一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池內部水管理。
背景技術：
質子交換膜燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它直接將貯存在燃料與 氧化劑中的化學能轉化為電能。其內部核心部件是膜電極(MembraneElectrode Assembly, 簡稱MEA)。質子交換膜燃料電池膜內的水狀態(tài)與工作性能密切相關。水的流進和流出管理 不當，將出現(xiàn)水淹和干化現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術中，燃料電池內部水管理的方法為控制燃料進氣濕 度，控制陰極側空氣流速，陽極側脈沖排放，陽極側引入回流等方法?，F(xiàn)有技術的方法都是 控制進入燃料電池的反應氣體濕度、流速和流量來進行電池內部水管理的，屬于間接管理， 易出現(xiàn)水淹和干化現(xiàn)象。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池內部水管理的裝置，直接進行膜電極內的水管 理，防止燃料電池內部出現(xiàn)水淹和干化的現(xiàn)象。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種基于電滲泵的燃料電池內部水 管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所述基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置 還包括多孔膜片，所述多孔膜片夾放在膜電極(MEA)和陰極側極板之間，膜片的一邊伸出 陰極側的極板外，多孔膜片伸出陰極側極板外的部分與電滲泵多孔介質濾波器相連通，多 孔膜片上的孔開在陰極側極板與膜電極(MEA)不接觸的位置，多孔膜片與膜電極接靠的部 分鏤空；所述電滲泵由多孔親水介質濾波器、兩側夾板外殼、雙電層、正電極、負電極和可調 直流穩(wěn)壓電源組成，多孔親水介質濾波器的下表面的前部與多孔膜片伸出陰極側極板外的 部分接靠，多孔親水介質濾波器的下表面的后部與形成雙電層的部件上端面接靠，多孔親 水介質濾波器的上表面與正電極的表面接靠，負電極的表面與形成雙電層的部件下端面接 靠，正、負電極與可調直流穩(wěn)壓電源電連接，兩側夾板外殼上開有排水孔，多孔親水介質濾 波器、多孔雙電層、電極置于兩側夾板外殼內。本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述多孔膜 片由親水的熱、電的良導體材料制成。親水的熱、電的良導體材料是親水碳紙、導電無紡布、 親水有機導電膜(如聚苯胺復合膜)中的任意一種。本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述多孔膜 片上孔的孔徑為0. Iym-Imm級的孔隙，這類孔隙對水具有強烈的毛細作用。多孔膜片的 厚度為 10μ -300μπ ο本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述電滲泵 的雙電層為多孔雙電層。本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述電滲泵 的雙電層為多孔玻璃雙電層。
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本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述多孔親 水介質濾波器是用半導體工藝中常用方法制作的具有足夠機械強度和介電常數(shù)的多孔絕緣膜。本發(fā)明所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述電滲泵 的正、負電極是網狀電極。本發(fā)明的原理是燃料電池內部液態(tài)水因多孔膜片的毛細作用聚集在多孔膜片 上，多孔膜片與電滲泵的多孔親水介質濾波器連通，多孔玻璃吸附陰離子，形成雙電層，水 攜帶陽離子，在電壓的作用下，攜帶陽離子的水向電源負極移動，通過多孔玻璃雙電層及電 極排出燃料電池。燃料電池系統(tǒng)內部生成的水隨著電流密度增大而增大。對燃料電池內部的水管 理，必須隨燃料電池電流密度的變化進行調整，電滲泵的可調直流穩(wěn)壓電源具有電壓可調 的功能，通過調節(jié)電滲泵電源電壓，就可對燃料電池內部進行有效的水管理。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、能有效的對燃料電池內部水進行管理，尤其在燃料電池高載運行時，可提高燃 料電池工作的極限電流；2、輔助功耗小，約占燃料電池的總輸出的0. 85-2% ；3、該系統(tǒng)簡單，安全可靠，且無噪音。


本發(fā)明共有附圖三幅，其中圖1是基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置的結構示意圖；圖2是圖1的A-A向剖面圖；圖3是圖1的B-B向剖面圖；圖4是伏安特性對比實驗曲線圖。附圖中，1、膜電極(MEA)，2、陰極側極板，3、多孔膜片，4、水，5、多孔親水介質濾波 器，6、外殼，7、正電極，8、雙電層，9、直流電源，10、負電極。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述。多孔膜片3是厚度0. 15mm的親水碳紙，多孔膜片3夾放在膜電極(MEA) 1和陰極 側極板2之間，多孔膜片3的一邊伸出陰極側極板2外，多孔膜片3伸出陰極側極板2外 的部分與電滲泵多孔介質濾波器5相連通，多孔膜片3上的孔開在陰極側極板2與膜電極 (MEA) 1不接觸的位置，多孔膜片3與膜電極1接靠的部分鏤空。電滲泵由多孔親水介質濾波器5、兩側夾板外殼6、雙電層8、電極7、10和可調直流 穩(wěn)壓電源9組成，雙電層8為多孔玻璃雙電層，多孔親水介質濾波器5是用半導體工藝中常 用方法制作的具有足夠機械強度和介電常數(shù)的多孔絕緣膜，多孔親水介質濾波器5的下表 面的前部與多孔膜片3伸出陰極側極板2外的部分接靠，多孔親水介質濾波器5的下表面 的后部與多孔玻璃雙電層8 —側接靠，多孔親水介質濾波器5的上表面與正電極7的表面 接靠，負電極10的表面與多孔玻璃雙電層8另一側接靠，正、負電極是銅絲網電極，正、負電
4極與可調直流穩(wěn)壓電源9電連接，兩側夾板外殼6上開有排水孔，多孔親水介質濾波器5、多 孔雙電層8、電極7、10置于兩側夾板外殼6內。外殼采用亞克里玻璃制作。將不加電滲泵與加電滲泵的燃料電池電堆進行伏安特性對比試驗。試驗結果表 明，加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲線優(yōu)于不加電滲泵的燃料電池電堆進行伏安特 性曲線，曲線如附圖4。附圖4中帶星點的曲線是加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲 線，帶方點的曲線是不加電滲泵的燃料電池電堆的伏安特性曲線。作為實施例，多孔膜片還可以是導電無紡布或聚苯胺復合膜；多孔雙電層還可以 是吸附陽離子的多孔材料構成的多孔雙電層；正負電極還可以是其他金屬制作的網狀電 極。
權利要求
一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所述基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置還包括多孔膜片(3)，所述多孔膜片(3)夾放在膜電極(MEA)(1)和陰極側極板(2)之間，多孔膜片(3)的一邊伸出陰極側極板(2)外，多孔膜片(3)伸出陰極側極板(2)外的部分與電滲泵多孔介質濾波器(5)相連通，多孔膜片(3)上的孔開在陰極側極板(2)與膜電極(MEA)(1)不接觸的位置，多孔膜片(3)與膜電極(1)接靠的部分鏤空；所述電滲泵由多孔親水介質濾波器(5)、兩側夾板外殼(6)、雙電層(8)、正電極(7)、負電極(10)和可調直流穩(wěn)壓電源(9)組成，多孔親水介質濾波器(5)的下表面的前部與多孔膜片(3)伸出陰極側極板(2)外的部分接靠，多孔親水介質濾波器(5)的下表面的后部與形成雙電層的部件上端面接靠，多孔親水介質濾波器(5)的上表面與正電極(7)的表面接靠，負電極(10)的表面與形成雙電層的部件下端面接靠，正、負電極與可調直流穩(wěn)壓電源(9)電連接，兩側夾板外殼(6)上開有排水孔，多孔親水介質濾波器(5)、雙電層(8)、電極(7、10)置于兩側夾板外殼(6)內。
2.根據權利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片⑶由親水的熱、電的良導體材料制成。
3.根據權利要求2所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 親水的熱、電的良導體材料是親水碳紙、導電無紡布、親水有機導電膜中的任意一種。
4.根據權利要求2所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片⑶上孔的孔徑為0. Ιμπι-lmm級的孔隙。
5.根據權利要求3所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 多孔膜片(3)的厚度為10 μ m-300 μ m0
6.根據權利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 電滲泵的雙電層(8)為多孔雙電層。
7.根據權利要求6所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 多孔雙電層是多孔玻璃雙電層。
8.根據權利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 多孔親水介質濾波器(5)是具有足夠機械強度和介電常數(shù)的多孔絕緣膜。
9.根據權利要求1所述一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，其特征在于所述 電滲泵的正、負電極是網狀電極。
全文摘要
一種基于電滲泵的燃料電池內部水管理裝置，包括膜電極和電滲泵，其特征在于所述基于電滲泵的燃料電池內部水管理的裝置還包括多孔膜片，所述多孔膜片夾放在膜電極(MEA)和陰極側的極板之間，膜片的一邊伸出陰極側的極板外，多孔膜片伸出陰極側的極板外的部分與電滲泵多孔介質濾波器相連通，多孔膜片上的孔開在陰極側極板與膜電極(MEA)不接觸的位置，多孔膜片與膜電極接靠的部分鏤空。本發(fā)明具有如下優(yōu)點能有效的對燃料電池內部水進行管理，尤其在燃料電池高載運行時，可提高燃料電池工作的極限電流；輔助功耗小，約占燃料電池的總輸出的0.85-2％；可提高燃料電池的壽命及可靠性，該裝置簡單，安全可靠，且無噪音。
文檔編號H01M8/04GK101969130SQ201010259578
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權日2010年8月16日
發(fā)明者侯中軍, 徐麗雙, 江洪春, 王仁芳, 秦連慶, 程月洲 申請人:新源動力股份有限公司