本發(fā)明涉及燃料電池及水電解，具體涉及一種具有水氣管理中島的可再生燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、燃料電池將氫氣和氧氣的化學能通過電化學反應轉(zhuǎn)換為電能并產(chǎn)生水，水電解池通過加載電流將水電解為氫氣和氧氣，兩者互為逆過程?？稍偕剂想姵赝瑫r具備發(fā)電和水電解功能，可分為一體式可再生燃料電池和分體式可再生燃料電池。可再生燃料電池在儲能發(fā)電及熱電聯(lián)供、環(huán)控生保等領(lǐng)域相比蓄電池具有顯著的能量密度及能質(zhì)綜合利用優(yōu)勢。

2、可再生燃料電池面臨多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。質(zhì)子交換膜燃料電池電化學反應過程中面臨產(chǎn)物水排出不及時導致水淹，阻礙反應進一步進行的問題，質(zhì)子交換膜水電解池面臨產(chǎn)物氧氣在液態(tài)水中形成大量氣泡甚至段塞流，導致反應位點減少，電解效率下降的問題。因此氣液兩相的分離是燃料電池和水電解池共同面臨的關(guān)鍵問題。此外，將燃料電池和水電解池組成可再生燃料電池系統(tǒng)，雖然避免了一體式可再生燃料電池壽命短、功率無法解耦的問題，但存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、水氣管理可靠性差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種將燃料電池與水電解池進行模塊化串聯(lián)，集中進行氣水分離與供給管理，具有發(fā)電與電解功率解耦、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、水氣管理高效可靠、壽命長的可再生燃料電池及系統(tǒng)。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有水氣管理中島的可再生燃料電池系統(tǒng)，包含：可再生燃料電池模塊及外部輔助模塊；

3、所述可再生燃料電池模塊包括依次串聯(lián)堆疊而成的高效排水燃料電池、水氣管理中島、高效排氣水電解池；

4、所述外部輔助模塊包括氫氣/氧氣循環(huán)部組件、水泵、氫氣/氧氣儲罐、儲水罐。

5、可選地，所述高效排水燃料電池包含：端板、絕緣板、集流板、若干燃料電池單元；所述燃料電池單元包含依次堆疊設置的燃料電池分區(qū)式陰極板、燃料電池膜電極組件、燃料電池分區(qū)式陽極板。

6、可選地，所述燃料電池分區(qū)式陰極板具有分區(qū)不互通的平行流道。

7、可選地，所述高效排氣水電解池包含：端板、絕緣板、集流板、若干水電解池單元；所述水電解池單元包括水電解池分區(qū)式陽極板、水電解池膜電極組件、水電解池陰極板。

8、可選地，所述水電解池分區(qū)式陽極板具有分區(qū)不互通的平行流道。

9、可選地，所述水氣管理中島包含：若干氣體板、液體板、阻氣透水組件，所述氣體板中的液態(tài)水能夠通過所述阻氣透水組件分離至所述液體板中。

10、可選地，所述氣體板中包含氣體腔，所述氣體腔將所述燃料電池分區(qū)式陰極板中的平行流道首尾串聯(lián)連通。

11、可選地，所述液體板包含氣液分離腔室、擋板、液體腔，在液態(tài)水循環(huán)的過程中將氣泡收集通過排氣孔排入氧氣通道。

12、可選地，所述氣體板和所述液體板的材質(zhì)均為絕緣材質(zhì)。

13、可選地，所述外部輔助模塊還包含水儲罐。

14、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果至少包含：

15、(1)本發(fā)明將高效排水燃料電池、水氣管理中島、高效排氣水電解池模塊化集成于一體形成可再生燃料電池模塊，減少了燃料電池和水電解池之間的一組端板、絕緣板等輔助部件，也減少了可再生燃料電池外部的兩套氣水分離部件和相關(guān)管路，大大提升了系統(tǒng)的集成度、減小了系統(tǒng)體積重量。

16、(2)本發(fā)明采用氣液循環(huán)的主動式水氣管理方式，產(chǎn)物水或氧氣能夠快速離開反應界面，保障反應持續(xù)穩(wěn)定進行，避免了被動式水氣管理方式易造成的水淹或氣泡覆蓋導致反應位點減少、運行效率降低甚至停機的風險；另外，采用氣液循環(huán)的主動式水氣管理方式，在小電流密度和大電流密度下均能穩(wěn)定運行，相比被動式水氣管理方式的可再生燃料電池，具有更寬的功率運行范圍。

17、(3)本發(fā)明采用了分體式燃料電池和水電解池，在高集成度小體積的前提下，燃料電池和水電解池可解耦設計，根據(jù)發(fā)電和水電解功率需求的不同，靈活配置燃料電池單元和水電解池單元數(shù)量，避免了一體式可再生燃料電池發(fā)電和水電解受限于同一組單元數(shù)量無法解耦的問題；另外，分體式燃料電池和水電解池，兩者各自工作在單模式下，對催化劑、質(zhì)子膜等材料的耐受性要求較低，使得本發(fā)明的可再生燃料電池系統(tǒng)的運行壽命相比一體式可再生燃料電池更長、效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種具有水氣管理中島的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包含：可再生燃料電池模塊及外部輔助模塊；

2.如權(quán)利要求1所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述高效排水燃料電池包含：端板、絕緣板、集流板、若干燃料電池單元；所述燃料電池單元包含依次堆疊設置的燃料電池分區(qū)式陰極板、燃料電池膜電極組件、燃料電池分區(qū)式陽極板。

3.如權(quán)利要求2所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池分區(qū)式陰極板具有分區(qū)不互通的平行流道。

4.如權(quán)利要求1所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述高效排氣水電解池包含：端板、絕緣板、集流板、若干水電解池單元；所述水電解池單元包括水電解池分區(qū)式陽極板、水電解池膜電極組件、水電解池陰極板。

5.如權(quán)利要求4所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水電解池分區(qū)式陽極板具有分區(qū)不互通的平行流道。

6.如權(quán)利要求1所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水氣管理中島包含：若干氣體板、液體板、阻氣透水組件，所述氣體板中的液態(tài)水能夠通過所述阻氣透水組件分離至所述液體板中。

7.如權(quán)利要求6所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體板中包含氣體腔，所述氣體腔將所述燃料電池分區(qū)式陰極板中的平行流道首尾串聯(lián)連通。

8.如權(quán)利要求6所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述液體板包含氣液分離腔室、擋板、液體腔，在液態(tài)水循環(huán)的過程中將氣泡收集通過排氣孔排入氧氣通道。

9.如權(quán)利要求6所述的可再生燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體板和所述液體板的材質(zhì)均為絕緣材質(zhì)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有水氣管理中島的可再生燃料電池系統(tǒng)，包含：可再生燃料電池模塊及外部輔助模塊；所述可再生燃料電池模塊包括依次串聯(lián)堆疊而成的高效排水燃料電池、水氣管理中島、高效排氣水電解池；所述外部輔助模塊包括氫氣/氧氣循環(huán)部組件、水泵、氫氣/氧氣儲罐、儲水罐。本發(fā)明的具有水氣管理中島的可再生燃料電池系統(tǒng)集成度高、運行可靠、功率范圍廣、配置靈活、壽命長，適用于微型及中大型可再生燃料電池能源系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：杜瑋,鄧呈維,周世豪,姬峰,王騰飛,劉勇
受保護的技術(shù)使用者：上?？臻g電源研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10