CN207021340U - 用于燃料电池实验的供水储气装置 - Google Patents

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CN207021340U CN201720426418.8U CN201720426418U CN207021340U CN 207021340 U CN207021340 U CN 207021340U CN 201720426418 U CN201720426418 U CN 201720426418U CN 207021340 U CN207021340 U CN 207021340U
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李福新
张晏玮
杨宇迪
王子琛
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Abstract

本实用新型涉及燃料电池实验装置技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池实验的供水储气装置，其特征在于：包括水箱、储氢罐以及储氧罐，所述储氢罐以及储氧罐的高度相同并分别置于所述水箱中，储氢罐以及储氧罐和上面分别开一个出气孔，出气孔由阀门控制，出气孔分别接燃料电池的氢和氧供气孔；所述储氢罐和储氧罐侧壁靠近底部分别开有侧孔，两个侧孔分别接电解池的氢和氧出气孔，用于储存电解池产生的氢和氧；所述储氢罐和储氧罐的底部分别开有连通孔，与水箱构成连通器；所述水箱的底部开有底孔，为电解池提供水源，以供反应和散热循环之需要。本装置结构简单，在水箱的上部设置一个打的注水孔，注水便捷，水箱底部的底孔能够将水完全排出。

Description

用于燃料电池实验的供水储气装置
技术领域
本实用新型涉及燃料电池实验装置技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池实验的供水储气装置。
背景技术
1、燃料电池
质子交换膜(PEM，Proton Exchange Membrane)制备的燃料电池今年来发展迅速，由于该类型电池具备体积小、能量转换快速的特点，而且能够在常温下使用，比较适合为汽车及其他移动的设备提供电能。质子交换膜燃料电池的结构示意图如图2所示。
当前最常见的质子交换膜是材料为全氟璜酸制备的厚度最低仅有0.05mm固体聚合物薄膜，薄膜具备选择性，氢离子可以从阳极到达阴极，却阻止电气或气体通过。
利用化学工艺手段将纳米量级铂粒子附在质子交换膜的表面制备成厚度在0.03mm左右的催化层，能够促进阳极氢的氧化作用以及阴极氧的还原作用。将厚度为0.3mm左右的石墨化的碳膜作为膜两侧的阳极和阴极，具备较高的导电性，碳膜表面存在的微孔成为扩散层，作为气体进入催化层的路径[6]。
燃料电池作为电源时需要保证电压和输出功率的稳定，这就需要利用串联或并联的方法将若干电池整合在一起，为了增强单体电池间阳极阴极的良好导电性，采用石墨或导电性能良好的金属制作流场板，并在其表面开孔方便气体的流通。本次实验为了方便教学直观，采用有机玻璃材料(PMMA)制作流场板。
氢气到达阳极后可以从扩散层扩散至质子交换膜，阳极的催化剂可以使氢气分子发生解离，变成2个氢离子形态的质子，解离的同时会有2个电子释放出来，阳极端的反应式为：。
H2＝2H++2e (1)
解离后的氢离子以水合质子的形式存在，在质子交换膜中的璜酸基间转移，直至到达阴极，质子成功导电，同时由于质子的移动使得阳极带负点。
氧气从扩散层到达电池的阴极后，通过催化层的作用促使氧与质子、电子反应生成水分子，反应式为：
O2+4H++4e＝2H2O (2)
阴极由于发生反应失去电子从而带正电，阳极由于得到电子带负电，因此两级间产生电压，将外电路接通接至阴阳极间就可以对外提供电能。化学反应式如下：
2H2+O2＝2H2O (3)
2、水的电解
电解过程中水可以分解成氢气和氧气，燃料电池工作过程中氢气和氧气可以反应生成水，这两个反应相互成为可逆过程。
电解质的种类有很多，碱性溶液和质子交换膜是应用比较广泛的电解质。如果将质子交换膜作为电解质，在图2中可以将右侧电极接到电源正极作为电解池的阳极，阳极发生氧化反应2H2O＝O2+4H++4e；左侧电极接到电源负极作为电解池的阴极，阴极在获得阳极产生的氢离子后发生还原反应2H++2e＝H2，两侧电极电解的产物为氢气和氧气。
电极的实际制备工艺取决于其作为燃料电池或者电解器，作为燃料电池的电极需要方便吸收气体，而电解器的电极则需要快速释放气体。在工作中燃料电池的阴极反应生成的水需要及时排除，否则会阻碍气体的流通；而电解器的阳极需要保证被水淹没。
燃料电池实验仪器部分(以下设备还包括太阳能电池，此处略掉)由以下几部分组成：
(1)燃料电池(功率：30～100mW，输出电压：800～1000mV)；
(2)电解池(电压<6.0V电流<300mA)；
(3)恒流源(0-300mA)；
(4)供水储气装置(气水塔)。
这种设计，在实验中主要的问题是：
1.注水时不方便，容易过少(空气无法尽量排净)或者过多(水会溢出进去燃料电池，这是实验中不允许的)；
2.实验中如果储气过多，会造成水从气水塔顶溢出；
3.实验后如果想把水排出，需要用针管去吸，且很难吸干净。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种用于燃料电池实验的供水储气装置。
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种用于燃料电池实验的供水储气装置，其特征在于：包括水箱、储氢罐以及储氧罐，所述储氢罐以及储氧罐的高度相同并分别置于所述水箱中，储氢罐以及储氧罐和上面分别开一个出气孔，出气孔由阀门控制，出气孔分别接燃料电池的氢和氧供气孔；所述储氢罐和储氧罐侧壁靠近底部分别开有侧孔，两个侧孔分别接电解池的氢和氧出气孔，用于储存电解池产生的氢和氧；所述储氢罐和储氧罐的底部分别开有连通孔，与水箱构成连通器；所述水箱的底部开有底孔，为电解池提供水源，以供反应和散热循环之需要。
本实用新型的有益效果是:相对于现有技术，本装置结构简单，在水箱的上部设置一个打的注水孔，注水便捷，水箱底部的底孔能够将水完全排出。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1- 图2所示，一种用于燃料电池实验的供水储气装置，包括水箱1、储氢罐2以及储氧罐3，所述储氢罐以及储氧罐的高度相同并分别置于所述水箱中，储氢罐以及储氧罐和上面分别开一个出气孔4，出气孔由阀门5控制，出气孔分别接燃料电池的氢和氧供气孔；所述储氢罐和储氧罐侧壁靠近底部分别开有侧孔6，两个侧孔分别接电解池的氢和氧出气孔，用于储存电解池产生的氢和氧；所述储氢罐和储氧罐的底部分别开有连通孔7，与水箱构成连通器；所述水箱的底部开有底孔8，为电解池提供水源，以供反应和散热循环之需要。
实验中的具体操作步骤
1.接好实验装置各个连接点；打开出气孔的阀门5；
2.向水箱中注水，注水高度至两个储气罐中气被完全排除，但水不可没过出气孔的最高点，以避免水进入排气管，关闭阀门；
3.打开电源，让电解池开始工作，产生氢气和氧气，两种气体通过排气管分别进入两个储气罐，并将水逐步排出储气罐，此时储气罐上部为纯净的氢气和氧气；
4.适时打开出气孔的阀门，为燃料电池提供氢气和氧气，燃料电池逐渐进入工作状态，产生电能，带动负载运作；
5.实验完成后，拔出供水孔的排水管，将水箱中的水放干净，结束实验。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于燃料电池实验的供水储气装置，其特征在于：包括水箱、储氢罐以及储氧罐，所述储氢罐以及储氧罐的高度相同并分别置于所述水箱中，储氢罐以及储氧罐和上面分别开一个出气孔，出气孔由阀门控制，出气孔分别接燃料电池的氢和氧供气孔；所述储氢罐和储氧罐侧壁靠近底部分别开有侧孔，两个侧孔分别接电解池的氢和氧出气孔，用于储存电解池产生的氢和氧；所述储氢罐和储氧罐的底部分别开有连通孔，与水箱构成连通器；所述水箱的底部开有底孔，为电解池提供水源，以供反应和散热循环之需要。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116613358A (zh) * 2023-05-08 2023-08-18 清华大学 一种封闭式高压电解水制氢储能***

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