CN111697257B - 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法 - Google Patents

一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111697257B
CN111697257B CN202010414085.3A CN202010414085A CN111697257B CN 111697257 B CN111697257 B CN 111697257B CN 202010414085 A CN202010414085 A CN 202010414085A CN 111697257 B CN111697257 B CN 111697257B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
power generation
hydrogen production
fuel
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010414085.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111697257A (zh
Inventor
闵小滕
张兄文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010414085.3A priority Critical patent/CN111697257B/zh
Priority to PCT/CN2020/104471 priority patent/WO2021227256A1/zh
Publication of CN111697257A publication Critical patent/CN111697257A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111697257B publication Critical patent/CN111697257B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法，包括燃料电池组件、燃料盒、产氢盒、进水接头、水泵及电磁安全阀；产氢盒的顶部开口处设置有腔盖，燃料电池组件设置于产氢盒的壁面上，燃料盒位于产氢盒内，腔盖上设有进水接头，进水接头的入口与水泵的出水端相连通，进水接头的出口与燃料盒的进水口相连通，产氢盒的壁面上设有压力传感器及出气接头，其中，出气接头与电磁安全阀相连通，燃料盒的氢气出口与燃料电池组件相连通，该装置及方法具备安全高效、制氢稳定、燃料更换便捷、体积小、重量轻及成本低廉的优点。

Description

一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法
技术领域
本发明属于便携式电源技术领域，涉及一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法。
背景技术
现代社会，小型化和移动式的电气电子设备不断普及，移动式、便携式电源的需求量迅速增加，需要一种安全、高效、环保、轻便的电源装置。
燃料电池是一种高效、环保、低噪声、高比能的发电装置，而氢能是一种清洁、高效、安全和可持续的二次能源，以氢气作为发电燃料的氢燃料电池在移动式、便携式电源领域具有广阔前景。
自然界中的氢通常与其他元素结合成化合物，需要通过化学、电解和生物等方式制取氢气，并将制备的氢气进行转运和储存。然而，上述制氢方式往往依赖于庞大复杂的设备，且存在有害副产物，很难直接供氢燃料电池使用；氢气储运过程中往往需要高压或超低温环境，从而造成相当大的能量损失、时间消耗和投资成本。
相较于大型电源，小型移动式电源的流动性更强，使用环境更加多样，更易出现不规范操作，使用传统高压氢气瓶时更易发生危险。例如士兵使用单兵电源时，高压氢气瓶被猛烈冲击很容易发生剧烈***。
近年来，碱性金属氢化物和硼氢化物现场水解制氢方式因储氢密度高、安全性高、氢气纯度高、对反应条件要求低等特点，受到越来越多的关注，被认为十分适合作为小型移动式电源的氢源。
目前，一些长期在室外活动的士兵、警察和工人等对能长时间稳定发电、按需供电、快速补电的移动/便携式电源的需求强烈。需要制氢装置能全天候稳定运转、按需定量制氢，电源操作简单，体积和重量尽量降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法，该装置及方法具备安全高效、制氢稳定、燃料更换便捷、体积小、重量轻及成本低廉的优点。
为达到上述目的，本发明所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置包括燃料电池组件、燃料盒、产氢盒、进水接头、水泵及电磁安全阀；
产氢盒的顶部开口处设置有腔盖，燃料电池组件设置于产氢盒的壁面上，燃料盒位于产氢盒内，腔盖上设有进水接头，进水接头的入口与水泵的出水端相连通，进水接头的出口与燃料盒的进水口相连通，产氢盒的壁面上设有压力传感器及出气接头，其中，出气接头与电磁安全阀相连通，燃料盒的氢气出口与燃料电池组件相连通。
所述燃料电池组件包括依次叠层分布的支撑板、中间板及盖板，中间板上设置有若干电池卡槽通孔，其中，各电池卡槽通孔内均设置有发电单元，其中，发电单元包括阳极气体扩散层、阴极气体扩散层以及设置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之间的燃料电池膜电极组件。
支撑板的上表面设有若干阳极集电层，其中一个阳极集电层对应一个发电单元，阳极集电层包括阳极透气区以及围绕阳极透气区的阳极延展区，发电单元中的阳极气体扩散层与对应阳极集电层中的阳极透气区相接触，阳极透气区内设有若干氢气孔，氢气通过氢气孔进入对应发电单元中的阳极气体扩散层；
盖板的下表面设有若干阴极集电层，其中，一个阴极集电层对应一个发电单元，阴极集电层包括阴极透气区以及围绕阴极透气区的阴极延展区，发电单元中的阴极气体扩散层与对应阴极集电层中的阴极透气区相接触，阴极透气区内设有若干空/氧气孔，空/氧气通过空/氧气孔进入对应发电单元中的阴极气体扩散层。
相邻电池卡槽通孔之间设置有垂直贯穿中间板的串联集电器；
相邻电池卡槽通孔与其之间的串联集电器中，串联集电器的一端与一个电池卡槽通孔内的发电单元对应的阳极集电层中的阳极延展区相接触，串联集电器的另一端与另一个电池卡槽通孔内的发电单元对应的阴极集电层中的阴极延展区相接触。
燃料电池膜电极组件包括活性区域以及围绕活性区域的封边，封边的一侧与对应阳极集电层中的阳极延展区相粘接，封边的另一侧与对应阴极集电层中的阴极延展区相粘接。
所述盖板上设置有与第一个发电单元中的阳极集电层相连接的阳极终端以及与最后一个发电单元中的阴极集电层相连接的阴极终端，其中，阴极终端连接用电设备的正极接头，阳极终端连接用电设备的负极接头；
阴极集电层上引出有检测线。
所述串联集电器包括设置于中间板内部且垂直贯穿中间板的连通区以及敷设于中间板表面并与阳极集电层及阴极集电层相接触的接触区，连通区与接触区相连接。
所述燃料盒包括反应室、配水板、竖直导液网兜、竖直导液纤维布、燃料片、水平导液纤维布、防水透气布及反应腔盖；
所述反应室为顶部开口的腔体，反应室顶部的内侧为阶梯状的环形凹槽，反应室的侧壁上设置有若干出氢孔，出氢孔位于环形凹槽的下方且靠近环形凹槽底部的位置处；
配水板嵌于所述环形凹槽内，配水板上设有若干条形缝隙孔；
所述竖直导液网兜为上部开口的倒几字形腔体，竖直导液网兜的侧面上设置有耳片，耳片垂直穿过配水板上最外侧的条形缝隙孔后弯折紧贴配水板上表面沿水平分布；
竖直导液网兜的腔体内设有若干竖直导液纤维布，竖直导液纤维布的上端垂直穿过配水板上中间的条形缝隙孔后弯折紧贴配水板上表面沿水平分布，竖直导液纤维布将竖直导液网兜的腔体分隔为若干燃料腔，各燃料腔内均放有若干燃料片；
水平导液纤维布平铺于配水板上并与耳片及竖直导液纤维布相接触；
所述防水透气布包裹于反应室的底面和外周面上，且防水透气布沿反应室的顶部开口向内延伸至环形凹槽内；
所述反应腔盖位于反应室的顶部，反应腔盖的底部设有与环形凹槽相配合的环形凸台，其中，环形凸台内嵌于环形凹槽内，在反应腔盖上部压力作用下，环形凸台紧压防水透气布、水平导液纤维布及耳片，反应腔盖的中心位置处设有进水口，进水口与进水接头相连通。
产氢盒包括产氢室及产氢腔盖，其中，产氢室为顶部开口的腔体，产氢腔盖安装于产氢室顶部开口处，燃料电池组件位于产氢室的壁面上，燃料盒位于产氢室内，产氢腔盖的内侧面上设有弹性元件，产氢腔盖闭合时，弹性元件与反应腔盖的上表面接触并发生变形产生弹性力，以限制燃料盒在竖直方向的位移，进水接头位于产氢腔盖上，当产氢腔盖闭合时，进水接头***反应腔盖的进水口内。
本发明所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电方法包括以下步骤：
外部水源由水泵输送至进水接头中，然后进入到燃料盒的反应室内，以接触水平导液纤维布并沿水平导液纤维布向四周扩散，通过竖直导液网兜和竖直导液纤维布的引导穿过配水板扩散至燃料片周围并与燃料片发生水解反应产生氢气，氢气经反应室的出氢孔进入反应室的外壁面与防水透气布之间的间隙空腔中，再透过防水透气布进入防水透气布与产氢室内壁面之间的间隙空腔中，然后经支撑板上的氢气孔扩散至发电单元的阳极气体扩散层内，同时外部的空/氧气经由空/氧气孔进入发电单元的阴极气体扩散层，各发电单元产生电能，燃料盒内部的燃料片反应完后，打开产氢盒的产氢腔盖，整体更换燃料盒并闭合产氢腔盖，即可恢复正常产氢和发电。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法在具体操作时，将制取氢气的燃料盒置于产氢盒内，并将燃料电池组件安装在产氢盒的壁面上使燃料电池组件作为产氢盒壁面的一部分，水泵输送的外部水源通过进水接头进入燃料盒内，并在燃料盒内部水解产生氢气，燃料盒内产生的氢气经燃料盒与产氢盒之间的间隙进入到燃料电池组件中，以取消燃料盒与燃料电池组件之间的输氢管道，实现水解反应制取的氢气直接提供给与燃料电池组件，使整体结构更加简单紧凑，安全高效，制氢稳定，体积小，重量轻，成本低廉，同时当需要更换燃料时，直接将燃料盒整体进行更换，燃料更换便捷。
附图说明
图1为本发明的分解图；
图2为燃料电池组件1的分解图；
图3为燃料电池组件1中各部件的对应关系图；
图4为燃料电池组件1的局部截面图；
图5为燃料盒2的分解示意图；
图6a为燃料盒2内部的分解图；
图6b为燃料盒2内部的组装图；
图7a为耳片231、燃料片25与竖直导液纤维布24的位置关系图；
图7b为燃料片25与竖直导液纤维布24的位置关系图。
其中，1为燃料电池组件、2为燃料盒、3为产氢盒、4为进水接头、5为水泵、6为压力传感器、7为出气接头、8为电磁安全阀、11为支撑板、12为中间板、13为盖板、14为发电单元、21为反应室、22为配水板、23为竖直导液网兜、24为竖直导液纤维布、25为燃料片、26为水平导液纤维布、27为防水透气布、28为反应腔盖、31为产氢室、32为产氢腔盖、33为弹性元件、111为阳极集电层、112为氢气孔、121为串联集电器、122为电池卡槽通孔、131为阴极集电层、132为空/氧气孔、133为阳极终端、134为阴极终端、141为活性区域、142为封边、211为环形凹槽、212为出氢孔、221为条形缝隙孔、231为耳片、281为环形凸台、282为进水口、1111为阳极透气区、1112为阳极延展区、1211为连通区、1212为接触区、1311为阴极透气区、1312为阴极延展区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明的核心是现场制水解制氢装置和氢燃料电池发电装置的一体化设计方式，将氢燃料电池发电装置作为现场制水解制氢装置外壳的一部分，现场制水解制氢装置制备的氢气直接供应给氢燃料电池发电装置。
具体的，参考图1，本发明所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置包括燃料电池组件1、燃料盒2、产氢盒3、进水接头4、水泵5及电磁安全阀8；产氢盒3的顶部开口处设置有腔盖，燃料电池组件1设置于产氢盒3的壁面上，燃料盒2位于产氢盒3内，腔盖上设有进水接头4，进水接头4的入口与水泵5的出水端相连通，进水接头4的出口与燃料盒2的进水口相连通，产氢盒3的壁面上设有压力传感器6及出气接头7，其中，出气接头7与电磁安全阀8相连通，燃料盒2的氢气出口与燃料电池组件1相连通。
需要指出的是，图1中未展示出产氢盒3的产氢室31和产氢腔盖32之间、产氢盒3与其上的各安装部件之间的密封和紧固装置，也未展示出产氢盒3腔体内部的用于限制燃料盒2沿水平方向移动的装置，在实际使用中，本发明应被认为包括上述装置。
参考图2至图4，所述燃料电池组件1包括依次叠层分布的支撑板11、中间板12及盖板13，中间板12上设置有若干电池卡槽通孔122，其中，各电池卡槽通孔122内均设置有发电单元14，其中，发电单元14包括阳极气体扩散层、阴极气体扩散层以及设置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之间的燃料电池膜电极组件。
具体的，支撑板11的上表面设有若干阳极集电层111，其中一个阳极集电层111对应一个发电单元14，阳极集电层111包括阳极透气区1111以及围绕阳极透气区1111的阳极延展区1112，发电单元14中的阳极气体扩散层与对应阳极集电层111中的阳极透气区1111相接触，阳极透气区1111内设有若干氢气孔112，氢气通过氢气孔112进入对应发电单元14中的阳极气体扩散层。
盖板13的下表面设有若干阴极集电层131，其中，一个阴极集电层131对应一个发电单元14，阴极集电层131包括阴极透气区1311以及围绕阴极透气区1311的阴极延展区1312，发电单元14中的阴极气体扩散层与对应阴极集电层131中的阴极透气区1311相接触，阴极透气区1311内设有若干空/氧气孔132，空/氧气通过空/氧气孔132进入对应发电单元14中的阴极气体扩散层。
相邻电池卡槽通孔122之间设置有垂直贯穿中间板12的串联集电器121；相邻电池卡槽通孔122与其之间的串联集电器121中，串联集电器121的一端与一个电池卡槽通孔122内的发电单元14对应的阳极集电层111中的阳极延展区1112相接触，串联集电器121的另一端与另一个电池卡槽通孔122内的发电单元14对应的阴极集电层131中的阴极延展区1312相接触，以实现相邻发电单元之间的串联连接。
燃料电池膜电极组件包括活性区域141以及围绕活性区域141的封边142，所述封边142为绝缘薄膜，封边142的一侧与对应阳极集电层111中的阳极延展区1112相粘接，封边142的另一侧与对应阴极集电层131中的阴极延展区1312相粘接，以隔离发电单元14阴阳极两侧的气体。
所述盖板13上设置有与第一个发电单元14中的阳极集电层111相连接的阳极终端133以及与最后一个发电单元14中的阴极集电层131相连接的阴极终端134，其中，阴极终端134连接用电设备的正极接头，阳极终端133连接用电设备的负极接头；阴极集电层131上引出有检测线。
所述串联集电器121包括设置于中间板12内部且垂直贯穿中间板12的连通区1211以及敷设于中间板12表面并与阳极集电层111及阴极集电层131相接触的接触区1212，连通区1211与接触区1212相连接。
另外，需要说明的是，所述发电单元14的厚度大于中间板12的厚度，封边142的厚度小于等于气体扩散层的厚度；所述支撑板11、中间板12和盖板13为由绝缘不透气材料制成的平板、弯板或弯曲的壳体，所述发电单元14能够随支撑板11、中间板12和盖板13进行弯曲。本发明还包括用于夹紧发电单元14的紧固装置。
参考图5至图7b，所述燃料盒2包括反应室21、配水板22、竖直导液网兜23、竖直导液纤维布24、燃料片25、水平导液纤维布26、防水透气布27及反应腔盖28；所述反应室21为顶部开口的腔体，反应室21顶部的内侧为阶梯状的环形凹槽211，反应室21的侧壁上设置有若干出氢孔212，出氢孔212位于环形凹槽211的下方且靠近环形凹槽211底部的位置处，在应用时，出氢孔212应避免直接朝向燃料电池组件1和压力传感器6；配水板22嵌于所述环形凹槽211内，配水板22上设有若干条形缝隙孔221；所述竖直导液网兜23为上部开口的倒几字形腔体，竖直导液网兜23的侧面上设置有耳片231，耳片231垂直穿过配水板22上最外侧的条形缝隙孔221后弯折紧贴配水板22上表面沿水平分布；竖直导液网兜23的腔体内设有若干竖直导液纤维布24，竖直导液纤维布24的上端垂直穿过配水板22上中间的条形缝隙孔221后弯折紧贴配水板22上表面沿水平分布，竖直导液纤维布24将竖直导液网兜23的腔体分隔为若干燃料腔，各燃料腔内均放有若干燃料片25；水平导液纤维布26平铺于配水板22上并与耳片231及竖直导液纤维布24相接触；所述防水透气布27包裹于反应室21的底面和外周面上，且防水透气布27沿反应室21的顶部开口向内延伸至环形凹槽211内；所述反应腔盖28位于反应室21的顶部，反应腔盖28的底部设有与环形凹槽211相配合的环形凸台281，其中，环形凸台281内嵌于环形凹槽211内，在反应腔盖28上部压力作用下，环形凸台281紧压防水透气布27、水平导液纤维布26及耳片231，反应腔盖28的中心位置处设有进水口282，进水口282与进水接头4相连通。
所述燃料片25为由制氢材料及其水解催化剂制成的片状或粉状固态燃料，所述制氢材料为金属氢化物或金属硼氢化物，竖直导液网兜23、竖直导液纤维布24及水平导液纤维布26为毛细多孔布料结构，竖直导液网兜23、竖直导液纤维布24及水平导液纤维布26中纤维材料成分为天然纤维、人工合成纤维及金属纤维中的一种或几种。所述防水透气布27的材质为高分子防水透气材料、高分子防水透气材料与布料的复合材料或者高分子防水透气材料与固体多孔结构的复合材料。
需要指出的是，本发明的燃料盒2不仅限于图5所示出的方盒，本发明中的燃料片25不仅限于图7a及图7b所示出的方形板状，实际上，燃料盒2的外壳可根据使用需求进行弯曲，燃料片25可根据使用需求制成任意形状，配水板22、竖直导液网兜23、竖直导液纤维布24、水平导液纤维布26、防水透气布27和反应腔盖28的可进行相应地调整，本发明应被认为包括上述实施方式。
图5至图7b中未展示出反应室21和反应腔盖28之间、反应腔盖28和进水接头4之间的密封和紧固装置，在实际使用中，本发明应被认为包括上述装置。
参考图1，产氢盒3包括产氢室31及产氢腔盖32，其中，产氢室31为顶部开口的腔体，产氢腔盖32安装于产氢室31顶部开口处，燃料电池组件1位于产氢室31的壁面上，燃料盒2位于产氢室31内，产氢腔盖32的内侧面上设有弹性元件33，产氢腔盖32闭合时，弹性元件33与反应腔盖28的上表面接触并发生变形产生弹性力，以限制燃料盒2在竖直方向的位移，进水接头4位于产氢腔盖32上，当产氢腔盖32闭合时，进水接头4***反应腔盖28的进水口282内。
本发明所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电方法包括以下步骤：外部水源由水泵5输送至进水接头4中，然后进入到燃料盒2的反应室21内，以接触水平导液纤维布26并沿水平导液纤维布26向四周扩散，通过竖直导液网兜23和竖直导液纤维布24的引导穿过配水板22扩散至燃料片25周围并与燃料片25发生水解反应产生氢气，氢气经反应室21的出氢孔212进入反应室21的外壁面与防水透气布27之间的间隙空腔中，再透过防水透气布27进入防水透气布27与产氢室31内壁面之间的间隙空腔中，然后经支撑板11上的氢气孔112扩散至发电单元14的阳极气体扩散层内，同时外部的空/氧气经由空/氧气孔132进入发电单元14的阴极气体扩散层，各发电单元14产生电能，燃料盒2内部的燃料片25反应完后，打开产氢盒3的产氢腔盖32，整体更换燃料盒2并闭合产氢腔盖32，即可恢复正常产氢和发电。

Claims (9)

1.一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，包括燃料电池组件(1)、燃料盒(2)、产氢盒(3)、进水接头(4)、水泵(5)及电磁安全阀(8)；
产氢盒(3)的顶部开口处设置有腔盖，燃料电池组件(1)设置于产氢盒(3)的壁面上，燃料盒(2)位于产氢盒(3)内，腔盖上设有进水接头(4)，进水接头(4)的入口与水泵(5)的出水端相连通，进水接头(4)的出口与燃料盒(2)的进水口相连通，产氢盒(3)的壁面上设有压力传感器(6)及出气接头(7)，其中，出气接头(7)与电磁安全阀(8)相连通，燃料盒(2)的氢气出口与燃料电池组件(1)相连通；
所述燃料盒(2)包括反应室(21)、配水板(22)、竖直导液网兜(23)、竖直导液纤维布(24)、燃料片(25)、水平导液纤维布(26)、防水透气布(27)及反应腔盖(28)；
所述反应室(21)为顶部开口的腔体，反应室(21)顶部的内侧为阶梯状的环形凹槽(211)，反应室(21)的侧壁上设置有若干出氢孔(212)，出氢孔(212)位于环形凹槽(211)的下方且靠近环形凹槽(211)底部的位置处；
配水板(22)嵌于所述环形凹槽(211)内，配水板(22)上设有若干条形缝隙孔(221)；
所述竖直导液网兜(23)为上部开口的倒几字形腔体，竖直导液网兜(23)的侧面上设置有耳片(231)，耳片(231)垂直穿过配水板(22)上最外侧的条形缝隙孔(221)后弯折紧贴配水板(22)上表面沿水平分布；
竖直导液网兜(23)的腔体内设有若干竖直导液纤维布(24)，竖直导液纤维布(24)的上端垂直穿过配水板(22)上中间的条形缝隙孔(221)后弯折紧贴配水板(22)上表面沿水平分布，竖直导液纤维布(24)将竖直导液网兜(23)的腔体分隔为若干燃料腔，各燃料腔内均放有若干燃料片(25)；
水平导液纤维布(26)平铺于配水板(22)上并与耳片(231)及竖直导液纤维布(24)相接触；
所述防水透气布(27)包裹于反应室(21)的底面和外周面上，且防水透气布(27)沿反应室(21)的顶部开口向内延伸至环形凹槽(211)内；
所述反应腔盖(28)位于反应室(21)的顶部，反应腔盖(28)的底部设有与环形凹槽(211)相配合的环形凸台(281)，其中，环形凸台(281)内嵌于环形凹槽(211)内，在反应腔盖(28)上部压力作用下，环形凸台(281)紧压防水透气布(27)、水平导液纤维布(26)及耳片(231)，反应腔盖(28)的中心位置处设有进水口(282)，进水口(282)与进水接头(4)相连通。
2.根据权利要求1所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述燃料电池组件(1)包括依次叠层分布的支撑板(11)、中间板(12)及盖板(13)，中间板(12)上设置有若干电池卡槽通孔(122)，其中，各电池卡槽通孔(122)内均设置有发电单元(14)，其中，发电单元(14)包括阳极气体扩散层、阴极气体扩散层以及设置于阳极气体扩散层与阴极气体扩散层之间的燃料电池膜电极组件。
3.根据权利要求2所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，支撑板(11)的上表面设有若干阳极集电层(111)，其中一个阳极集电层(111)对应一个发电单元(14)，阳极集电层(111)包括阳极透气区(1111)以及围绕阳极透气区(1111)的阳极延展区(1112)，发电单元(14)中的阳极气体扩散层与对应阳极集电层(111)中的阳极透气区(1111)相接触，阳极透气区(1111)内设有若干氢气孔(112)，氢气通过氢气孔(112)进入对应发电单元(14)中的阳极气体扩散层；
盖板(13)的下表面设有若干阴极集电层(131)，其中一个阴极集电层(131)对应一个发电单元(14)，阴极集电层(131)包括阴极透气区(1311)以及围绕阴极透气区(1311)的阴极延展区(1312)，发电单元(14)中的阴极气体扩散层与对应阴极集电层(131)中的阴极透气区(1311)相接触，阴极透气区(1311)内设有若干空/氧气孔(132)，空/氧气通过空/氧气孔(132)进入对应发电单元(14)中的阴极气体扩散层。
4.根据权利要求3所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，相邻电池卡槽通孔(122)之间设置有垂直贯穿中间板(12)的串联集电器(121)；
相邻电池卡槽通孔(122)与其之间的串联集电器(121)中，串联集电器(121)的一端与一个电池卡槽通孔(122)内的发电单元(14)对应的阳极集电层(111)中的阳极延展区(1112)相接触，串联集电器(121)的另一端与另一个电池卡槽通孔(122)内的发电单元(14)对应的阴极集电层(131)中的阴极延展区(1312)相接触。
5.根据权利要求3所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，燃料电池膜电极组件包括活性区域(141)以及围绕活性区域(141)的封边(142)，封边(142)的一侧与对应阳极集电层(111)中的阳极延展区(1112)相粘接，封边(142)的另一侧与对应阴极集电层(131)中的阴极延展区(1312)相粘接。
6.根据权利要求3所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述盖板(13)上设置有与第一个发电单元(14)中的阳极集电层(111)相连接的阳极终端(133)以及与最后一个发电单元(14)中的阴极集电层(131)相连接的阴极终端(134)，其中，阴极终端(134)连接用电设备的正极接头，阳极终端(133)连接用电设备的负极接头；
阴极集电层(131)上引出有检测线。
7.根据权利要求4所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述串联集电器(121)包括设置于中间板(12)内部且垂直贯穿中间板(12)的连通区(1211)以及敷设于中间板(12)表面并与阳极集电层(111)及阴极集电层(131)相接触的接触区(1212)，连通区(1211)与接触区(1212)相连接。
8.根据权利要求3所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置，其特征在于，产氢盒(3)包括产氢室(31)及产氢腔盖(32)，其中，产氢室(31)为顶部开口的腔体，产氢腔盖(32)安装于产氢室(31)顶部开口处，燃料电池组件(1)位于产氢室(31)的壁面上，燃料盒(2)位于产氢室(31)内，产氢腔盖(32)的内侧面上设有弹性元件(33)，产氢腔盖(32)闭合时，弹性元件(33)与反应腔盖(28)的上表面接触并发生变形产生弹性力，以限制燃料盒(2)在竖直方向的位移，进水接头(4)位于产氢腔盖(32)上，当产氢腔盖(32)闭合时，进水接头(4)***反应腔盖(28)的进水口(282)内。
9.一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电方法，其特征在于，基于权利要求8所述的一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电，包括以下步骤：
外部水源由水泵(5)输送至进水接头(4)中，然后进入到燃料盒(2)的反应室(21)内，以接触水平导液纤维布(26)并沿水平导液纤维布(26)向四周扩散，通过竖直导液网兜(23)和竖直导液纤维布(24)的引导穿过配水板(22)扩散至燃料片(25)周围并与燃料片(25)发生水解反应产生氢气，氢气经反应室(21)的出氢孔(212)进入反应室(21)的外壁面与防水透气布(27)之间的间隙空腔中，再透过防水透气布(27)进入防水透气布(27)与产氢室(31)内壁面之间的间隙空腔中，然后经支撑板(11)上的氢气孔(112)扩散至发电单元(14)的阳极气体扩散层内，同时外部的空/氧气经由空/氧气孔(132)进入发电单元(14)的阴极气体扩散层，各发电单元(14)产生电能，燃料盒(2)内部的燃料片(25)反应完后，打开产氢盒(3)的产氢腔盖(32)，整体更换燃料盒(2)并闭合产氢腔盖(32)，即可恢复正常产氢和发电。
CN202010414085.3A 2020-05-15 2020-05-15 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法 Active CN111697257B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010414085.3A CN111697257B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法
PCT/CN2020/104471 WO2021227256A1 (zh) 2020-05-15 2020-07-24 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010414085.3A CN111697257B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111697257A CN111697257A (zh) 2020-09-22
CN111697257B true CN111697257B (zh) 2022-02-22

Family

ID=72477795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010414085.3A Active CN111697257B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111697257B (zh)
WO (1) WO2021227256A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276926A (zh) * 2007-03-28 2008-10-01 南亚电路板股份有限公司 燃料电池模块结构
CN101295794A (zh) * 2007-04-24 2008-10-29 三星Sdi株式会社 燃料重整装置、其驱动方法及包括该装置的燃料电池***
CN102255093A (zh) * 2009-12-07 2011-11-23 财团法人工业技术研究院 燃料电池装置及其燃料电池模块
CN205354486U (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 西安科技大学 一种实验用可视液体燃料电池盒
CN106299438A (zh) * 2015-05-21 2017-01-04 中国科学院理化技术研究所 一种液态金属氢源燃料电池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050003247A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-06 Ai-Quoc Pham Co-production of hydrogen and electricity using pyrolysis and fuel cells
JP2005090856A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置
NL1029758C2 (nl) * 2005-08-17 2007-02-20 Univ Delft Tech Systeem en werkwijze voor integratie van duurzame energie en brandstofcel voor het produceren van elektriciteit en waterstof.
CN101499535A (zh) * 2008-02-02 2009-08-05 南亚电路板股份有限公司 燃料电池模块
US20100055518A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Idatech, Llc Hydrogen-producing assemblies, fuel cell systems including the same, methods of producing hydrogen gas, and methods of powering an energy-consuming device
CN102364740A (zh) * 2011-11-20 2012-02-29 江苏中靖新能源科技有限公司 一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池***
EP3054519B1 (en) * 2015-02-03 2017-11-08 Technische Universität München Reversible fuel cell system and method for operating a fuel cell system
CN205429075U (zh) * 2016-03-22 2016-08-03 云南省能源研究院有限公司 一种现场制氢一体化燃料电池备用电源***
CN108059127A (zh) * 2018-01-23 2018-05-22 湖北工业大学 一种水解制氢铝合金反应供氢装置及其使用方法
CN209418670U (zh) * 2018-10-29 2019-09-20 浙江氢谷新能源汽车有限公司 用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276926A (zh) * 2007-03-28 2008-10-01 南亚电路板股份有限公司 燃料电池模块结构
CN101295794A (zh) * 2007-04-24 2008-10-29 三星Sdi株式会社 燃料重整装置、其驱动方法及包括该装置的燃料电池***
CN102255093A (zh) * 2009-12-07 2011-11-23 财团法人工业技术研究院 燃料电池装置及其燃料电池模块
CN106299438A (zh) * 2015-05-21 2017-01-04 中国科学院理化技术研究所 一种液态金属氢源燃料电池
CN205354486U (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 西安科技大学 一种实验用可视液体燃料电池盒

Also Published As

Publication number Publication date
CN111697257A (zh) 2020-09-22
WO2021227256A1 (zh) 2021-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10141594B2 (en) Systems and methods for assembling redox flow battery reactor cells
US20060003196A1 (en) Fuel cell and electronic device equipped with the same
CN103985886A (zh) 一种燃料电池网状支撑双极板及其组成的电堆
CN102324533A (zh) 基于多孔金属纤维板的自呼吸直接甲醇燃料电池单体
CN101170197A (zh) 燃料电池堆固定结构
CN107546401A (zh) 一种双向可逆燃料电池***
CN112290054B (zh) 一种密闭空间燃料电池发电***
CN1855591B (zh) 燃料电池单元及电子机器
CN111697257B (zh) 一种一体化现场水解制氢及氢燃料电池发电装置及方法
CN103236554A (zh) 燃料电池备用电源供氢汇流排氮气吹扫***
CN100379070C (zh) 一种适合低压运行的燃料电池氢气循环利用装置
CN110112432A (zh) 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法
CN107275659A (zh) 具有参考压强室的发电机
US20080044707A1 (en) Flexible fuel cell
CN202308172U (zh) 基于多孔金属纤维板的甲醇燃料电池单体
TW201733193A (zh) 採用輕量化質子交換膜燃料電池的行動電源模組
CN204497316U (zh) 一种结构紧凑型氢燃料电池
KR100531824B1 (ko) 연료전지 시스템의 연료회수조절장치
CN210736904U (zh) 一种电解氨制氢***
CN203179987U (zh) 燃料电池备用电源供氢汇流排氮气吹扫***
CN111628189A (zh) 一种甲醇重整制氢高温燃料电池电堆的结构
CN100517825C (zh) 一种适合批量生产与装配的燃料电池堆
KR102358856B1 (ko) 전기 에너지를 생산하기 위한 충전가능한 전기화학 디바이스
CN101894961B (zh) 一种新型双核开放式氢空燃料电池
CN206301882U (zh) 一种微型燃料电池装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant