CN208923288U - 一种自增湿的电化学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自增湿的电化学装置，涉及燃料电池结构技术领域，其包括反应器外壳，所述反应器外壳内设置有氢气流道，氢气流道的一端穿过反应器外壳下表面卡接的第一密封套并延伸至反应器外壳的下方，氢气流道的另一端穿过反应器外壳上表面卡接的第二密封套并延伸至反应器外壳的上方。该自增湿的电化学装置，通过设置氢气流道、氢气侧毛细管、氢气侧加湿水路、氧气流道、氧气侧毛细管和氧气侧加湿水路，由于氧气侧毛细管两端存在压差，在氧气流道的抽吸作用下，氧气侧加湿水路内的部分冷却水进入到氧气流道，进而能够通过氧气的扩散对阴离子电解质膜层增湿，因此便能够保证阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层的自增湿效果。

Description

一种自增湿的电化学装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池结构技术领域，具体为一种自增湿的电化学装置。

背景技术

电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其所发生变化的科学，电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学，由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指电池的科学。

采用氢气为燃料，氧气为氧化剂的质子交换膜电化学反应中，需要对阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层进行保湿，然而现有自增湿往往是利用氧气侧反应生成的水来实现，水的流向为阴极到阳极，较为单一，并且当参加反应地气体较少时，反应生成的水少，不能起到加湿的效果，因此亟需一种自增湿的电化学装置来解决上述问题。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种自增湿的电化学装置，解决了现有自增湿往往是利用氧气侧反应生成的水来实现，水的流向为阴极到阳极，较为单一，并且当参加反应地气体较少时，反应生成的水少，不能起到加湿效果的问题。

(二)技术方案

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种自增湿的电化学装置，包括反应器外壳，所述反应器外壳内设置有氢气流道，所述氢气流道的一端穿过反应器外壳下表面卡接的第一密封套并延伸至反应器外壳的下方，所述氢气流道的另一端穿过反应器外壳上表面卡接的第二密封套并延伸至反应器外壳的上方，所述氢气流道的一侧面分别与若干个氢气侧毛细管的一端相连通，且若干个氢气侧毛细管的另一端分别穿过反应器外壳内壁右侧面开设的若干个第一过管孔并分别与氢气侧加湿水路的左侧面相连通。

所述氢气流道的另一侧设置有氢气扩散层、氢气解离催化层和阳离子电解质膜层，所述反应器外壳内设置有氧气流道，所述氧气流道的一端穿过反应器外壳下表面卡接的第三密封套并延伸至反应器外壳的下方，所述氧气流道的另一端穿过反应器外壳上表面卡接的第四密封套并延伸至反应器外壳的上方。

所述氧气流道的一侧面分别与若干个氧气侧毛细管的一端相连通，且若干个氧气侧毛细管的另一端分别穿过反应器外壳内壁左侧面开设的第二过管孔并分别与氧气侧加湿水路的右侧面相连通，所述氧气流道的另一侧设置有氧气扩散层、氧气解离催化层和阳离子电解质膜层。

优选的，所述反应器外壳的背面设置有水冷管，并且水冷管的右侧面分别与氢气侧加湿水路的两端相连通，并且水冷管的左侧面分别与氧气侧加湿水路的两端相连通。

优选的，所述阳离子电解质膜层位于来自氢气解离催化层的氢质子传递至阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层的交界处，所述阳离子电解质膜层为聚丙烯。

优选的，所述阴离子电解质膜层位于来自氧气解离催化层的氢氧根离子传递至阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层的交界处，所述阴离子电解质膜层为聚四氟乙烯。

优选的，所述第一密封套和第二密封套的内径尺寸均与氢气流道的外径尺寸相同，所述第三密封套和第四密封套的内径尺寸均与氧气流道的外径尺寸相适配。

优选的，所述第一过管孔的内径尺寸与氢气侧毛细管的外径尺寸相同，所述第二过管孔的内径尺寸与氧气侧毛细管的外径尺寸相同。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果在于：

1、该自增湿的电化学装置，通过设置氢气流道、氢气侧毛细管、氢气侧加湿水路、氧气流道、氧气侧毛细管和氧气侧加湿水路，由于氢气侧毛细管两端存在压差，在氢气流道的抽吸作用下，氢气侧加湿水路内的部分冷却水进入到氢气流道，进而能够通过氢气的扩散对阳离子电解质膜层增湿，由于氧气侧毛细管两端存在压差，在氧气流道的抽吸作用下，氧气侧加湿水路内的部分冷却水进入到氧气流道，进而能够通过氧气的扩散对阴离子电解质膜层增湿，因此便能够保证阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层的自增湿效果。

2、该自增湿的电化学装置，通过设置第一密封套、第二密封套、第三密封套和第四密封套，使得反应器外壳能够形成一个封闭空间，从而可以防止氧气和氢气逸散到周围的空气中，进而可以降低氢气和氧气的消耗量，通过设置氢气侧毛细管和氧气侧毛细管，氢气侧毛细管和氧气侧毛细管均不会影响到电化学反应的工作性能，使得补水量能够与阳离子电解质膜层和阴离子电解质膜层的缺水量相匹配。

3、该自增湿的电化学装置，通过设置阳离子电解质膜层，阳离子电解质膜层能够阻隔阴离子，使得质子能够在电势差和浓度梯度作用下由氢气扩散层向氢气流道处传递，通过设置阴离子电解质膜层，阴离子电解质膜层能够阻隔阳离子，使氢氧根离子在电势差和浓度梯度作用下由氧气扩散层向氧气流道处传递。

附图说明

图1为本实用新型正视的剖面结构示意图；

图2为本实用新型后视的结构示意图；

图3为本实用新型图1中A处放大的结构示意图；

图4为本实用新型图2中B处放大的结构示意图。

图中：1反应器外壳、2氢气流道、3第一密封套、4第二密封套、5氢气侧毛细管、6第一过管孔、7氢气侧加湿水路、8氢气扩散层、9氢气解离催化层、10阳离子电解质膜层、11氧气流道、12第三密封套、13第四密封套、14氧气侧毛细管、15氧气侧加湿水路、16第二过管孔、17氧气扩散层、18氧气解离催化层、19阴离子电解质膜层、20水冷管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种自增湿的电化学装置，包括反应器外壳1，反应器外壳1内设置有氢气流道2，通过设置氢气流道2，氢气流道2能够将其内部流动的氢气均匀的引入到氢气扩散层8处，氢气流道2的一端穿过反应器外壳1下表面卡接的第一密封套3并延伸至反应器外壳1的下方，第一密封套3和第二密封套4的内径尺寸均与氢气流道2的外径尺寸相同，第三密封套12和第四密封套13的内径尺寸均与氧气流道11的外径尺寸相适配，通过设置第一密封套3、第二密封套4、第三密封套12和第四密封套13，使得反应器外壳1能够形成一个封闭空间，从而可以防止氧气和氢气逸散到周围的空气中，进而可以降低氢气和氧气的消耗量，氢气流道2的另一端穿过反应器外壳1上表面卡接的第二密封套4并延伸至反应器外壳1的上方，氢气流道2的一侧面分别与若干个氢气侧毛细管5的一端相连通，通过设置氢气侧毛细管5和氧气侧毛细管14，氢气侧毛细管5和氧气侧毛细管14均不会影响到电化学反应的工作性能，使得补水量能够与阳离子电解质膜层10和阴离子电解质膜层19的缺水量相匹配，且若干个氢气侧毛细管5的另一端分别穿过反应器外壳1内壁右侧面开设的若干个第一过管孔6并分别与氢气侧加湿水路7的左侧面相连通，第一过管孔6的内径尺寸与氢气侧毛细管5的外径尺寸相同，第二过管孔16的内径尺寸与氧气侧毛细管14的外径尺寸相同，通过设置第一过管孔6，便于氢气流道2通过氢气侧毛细管5与氢气侧加湿水路7之间的连接，又由于第一过管孔6的内径尺寸与氢气侧毛细管5的外径尺寸相同，进而可以减少氢气在反应器外壳1内的扩散空间。

氢气流道2的另一侧设置有氢气扩散层8、氢气解离催化层9和阳离子电解质膜层10，通过设置氢气扩散层8，氢气扩散层8能够进一步将氢气均匀分散至氢气解离催化层9内部存在的催化剂颗粒表面，导致氢气被分解为质子和电子，同时还能够释放电子，阳离子电解质膜层10位于来自氢气解离催化层9的氢质子传递至阳离子电解质膜层10和阴离子电解质膜层19的交界处，阳离子电解质膜层10为聚丙烯，通过设置阳离子电解质膜层10，阳离子电解质膜层10能够阻隔阴离子，使得质子能够在电势差和浓度梯度作用下由氢气扩散层8向氢气流道2处传递，反应器外壳1内设置有氧气流道11，氧气流道11的一端穿过反应器外壳1下表面卡接的第三密封套12并延伸至反应器外壳1的下方，通过设置氧气流道11，氧气流道11能够将其内部流动的氧气均匀的引入到氧气扩散层17处，氧气流道11的另一端穿过反应器外壳1上表面卡接的第四密封套13并延伸至反应器外壳1的上方。

氧气流道11的一侧面分别与若干个氧气侧毛细管14的一端相连通，且若干个氧气侧毛细管14的另一端分别穿过反应器外壳1内壁左侧面开设的第二过管孔16并分别与氧气侧加湿水路15的右侧面相连通，反应器外壳1的背面设置有水冷管20，并且水冷管20的右侧面分别与氢气侧加湿水路7的两端相连通，并且水冷管20的左侧面分别与氧气侧加湿水路15的两端相连通，通过设置氧气扩散层17，氧气扩散层17能够进一步将氧气均匀分散至氧气解离催化层18内部存在的催化剂颗粒表面，氧气流道11的另一侧设置有氧气扩散层17、氧气解离催化层18和阴离子电解质膜层19，阴离子电解质膜层19位于来自氧气解离催化层18的氢氧根离子传递至阳离子电解质膜层10和阴离子电解质膜层19的交界处，阴离子电解质膜层19为聚四氟乙烯，通过设置阴离子电解质膜层19，阴离子电解质膜层19能够阻隔阳离子，使氢氧根离子在电势差和浓度梯度作用下由氧气扩散层17向氧气流道11处传递。

本实用新型的操作步骤为：

S1、电化学反应发生的过程中，氢气流道2能够将其内部流动的氢气均匀的引入到氢气扩散层8处，且氢气扩散层8能够进一步将氢气均匀分散至氢气解离催化层9内部存在的催化剂颗粒表面，导致氢气被分解为质子和电子，同时还能够释放电子，且阳离子电解质膜层10能够阻隔阴离子，使得质子能够在电势差和浓度梯度作用下由氢气扩散层8向氢气流道2处传递，由于氢气侧毛细管5两端存在压差，在氢气流道2的抽吸作用下，氢气侧加湿水路7内的部分冷却水进入到氢气流道2，进而能够通过氢气的扩散对阳离子电解质膜层10增湿；

S2、氧气流道11能够将其内部流动的氧气均匀的引入到氧气扩散层17处，且氧气扩散层17能够进一步将氧气均匀分散至氧气解离催化层18内部存在的催化剂颗粒表面，导致氧气被分解为氢氧根离子和电子，且阴离子电解质膜层19能够阻隔阳离子，使氢氧根离子在电势差和浓度梯度作用下由氧气扩散层17向氧气流道11处传递，同时还能够释放氢氧根离子，由于氧气侧毛细管14两端存在压差，在氧气流道11的抽吸作用下，氧气侧加湿水路15内的部分冷却水进入到氧气流道11，进而能够通过氧气的扩散对阴离子电解质膜层19增湿。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自增湿的电化学装置，包括反应器外壳(1)，其特征在于：所述反应器外壳(1)内设置有氢气流道(2)，所述氢气流道(2)的一端穿过反应器外壳(1)下表面卡接的第一密封套(3)并延伸至反应器外壳(1)的下方，所述氢气流道(2)的另一端穿过反应器外壳(1)上表面卡接的第二密封套(4)并延伸至反应器外壳(1)的上方，所述氢气流道(2)的一侧面分别与若干个氢气侧毛细管(5)的一端相连通，且若干个氢气侧毛细管(5)的另一端分别穿过反应器外壳(1)内壁右侧面开设的若干个第一过管孔(6)并分别与氢气侧加湿水路(7)的左侧面相连通；

所述氢气流道(2)的另一侧设置有氢气扩散层(8)、氢气解离催化层(9)和阳离子电解质膜层(10)，所述反应器外壳(1)内设置有氧气流道(11)，所述氧气流道(11)的一端穿过反应器外壳(1)下表面卡接的第三密封套(12)并延伸至反应器外壳(1)的下方，所述氧气流道(11)的另一端穿过反应器外壳(1)上表面卡接的第四密封套(13)并延伸至反应器外壳(1)的上方；

所述氧气流道(11)的一侧面分别与若干个氧气侧毛细管(14)的一端相连通，且若干个氧气侧毛细管(14)的另一端分别穿过反应器外壳(1)内壁左侧面开设的第二过管孔(16)并分别与氧气侧加湿水路(15)的右侧面相连通，所述氧气流道(11)的另一侧设置有氧气扩散层(17)、氧气解离催化层(18)和阳离子电解质膜层(10)。

2.根据权利要求1所述的一种自增湿的电化学装置，其特征在于：所述反应器外壳(1)的背面设置有水冷管(20)，并且水冷管(20)的右侧面分别与氢气侧加湿水路(7)的两端相连通，并且水冷管(20)的左侧面分别与氧气侧加湿水路(15)的两端相连通。

3.根据权利要求1所述的一种自增湿的电化学装置，其特征在于：所述阳离子电解质膜层(10)位于来自氢气解离催化层(9)的氢质子传递至阳离子电解质膜层(10)和阴离子电解质膜层(19)的交界处，所述阳离子电解质膜层(10)为聚丙烯。

4.根据权利要求3所述的一种自增湿的电化学装置，其特征在于：所述阴离子电解质膜层(19)位于来自氧气解离催化层(18)的氢氧根离子传递至阳离子电解质膜层(10)和阴离子电解质膜层(19)的交界处，所述阴离子电解质膜层(19)为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种自增湿的电化学装置，其特征在于：所述第一密封套(3)和第二密封套(4)的内径尺寸均与氢气流道(2)的外径尺寸相同，所述第三密封套(12)和第四密封套(13)的内径尺寸均与氧气流道(11)的外径尺寸相适配。

6.根据权利要求1所述的一种自增湿的电化学装置，其特征在于：所述第一过管孔(6)的内径尺寸与氢气侧毛细管(5)的外径尺寸相同，所述第二过管孔(16)的内径尺寸与氧气侧毛细管(14)的外径尺寸相同。