硼化合物燃料電池的電池堆結構的製作方法

2023-05-17 13:39:56 3

專利名稱：硼化合物燃料電池的電池堆結構的製作方法
技術領域：
本發明是涉及燃料電池與處理殘物裝置的結合，更詳細地講就是關於把在各個電池之間利用負反應生成的氫氣清除，以便增加運轉效率的硼化合物燃料電池的電池堆結構。
背景技術：
通常，作為把燃料的能源直接轉換為電能源的裝置，即關於燃料電池的技術是眾所周知的。這種燃料電池以高分子電解質膜為中心，在兩邊上緊密附著多孔的正極和負極。正極(氧化電極或燃料極)上進行燃料中的氫的電化學氧化反應，並且，負極(還原電極或空氣極)上進行氧化劑中的氧的電化學還原反應，此時利用因生成的電子移動而產生電能的原理。
向燃料電池供應氫的如液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、甲醇(CH3OH)、汽油等碳化氫系列(CH系列)，燃料在重整器中經脫磺過程—重整過程—氫氣淨化提取過程，只對氫(H2)進行淨化提取作為氣態使用，或是使用把固態的硼H4轉變為液態，直接作為燃料使用的硼化合物燃料電池(BFC)方式。
上述BFC方式的燃料電池不使用重整器，因為用向電池堆的正極直接供應液態BH4-的方式，電極上產生的重整反應，所以不需要重整器，具有可以簡化整個過程的優點。
但是，以往技術中使用BH4-做燃料的燃料電池中，為穩定溶液所添加的Na，在正極上產生如2H2O+NaBH4-+4H2一樣的負反應，依據這樣的負反應，產生氫氣。因產生的氫氣在電池堆的內側沿著電解質膜進行流動，所以存在著妨礙燃料和空氣的反應，降低發電效率的問題。此外，因為生成的氫氣會導致產生壓力增大，所以應使用由多個電池疊加而構成的電池堆中，作為解決方法，須增大泵的容量，因此，存在製造成本增加及電池堆體積過大的問題。

發明內容
本發明的主要目的是提供能夠解決以上問題的硼化合物燃料電池的電池堆結構。
本發明的另一個目的是提供能夠清除流經電池堆內部的燃料中所包含的氫氣，以便提高發電效率的硼化合物燃料電池的電池堆結構。
此外，本發明第三個目的是提供能夠防止內部容量的增大及製造成本的提高的硼化合物燃料電池的電池堆結構。
為了實現如上構成的本發明而設計的一種硼化合物燃料電池的電池堆結構，包括把在燃料罐中儲藏的硼化合物供應給電池堆的正極，把空氣供應給電池堆的負極，以便從硼化合物和空氣的電化學反應中取得電的燃料電池；上述電池堆結構由各個電池疊加形成，電池之間上安置有燃料進行移動的燃料移動管，其燃料移動管上設置有為清除電池間移動燃料中氫氣的氣液分離器。
所述的電池堆結構，其上述的硼化合物為BH4-。
所述的電池堆結構，其上述氣液分離器內部形成有一空間部，一側形成有燃料入口，另一側形成有燃料出口，上面連接著把氫氣排出到外部的氫氣排出管。
如上所述，硼化合物燃料電池的電池堆結構，是在具有由多個電池疊加形成電池堆的燃料電池中，為使其它電池的燃料進行移動，用燃料移動管進行連接，其燃料移動管安置有分隔氫氣的氣液分離器，以便把燃料從電池向連接著的其它電池上移動，這樣，具有減少因氫氣導致的電池堆的壓力所造成損失的效果，此外，防止了不必要的增大泵的容量，具有顯著提高電池的整個運轉效率的效果。


圖1是本發明的構成原理示意圖。
圖2是本發明的電池堆的單一電池疊加結構的斷面示意圖。
圖3是本發明的氣液分離器的斷面示意圖。
以下是對圖面上主要部分符號的說明10電池堆、12正極、13負極、20燃料罐、100燃料移動管、101氣液分離器、C、C1單一電池、P泵。
具體實施例方式
以下參照附圖及實施例進行詳細地說明。
圖1是本發明的構成原理示意圖。如圖所示，燃料電池(1)的整體構成擁有在產生電的電池堆(10)的一側上的儲存液態的BH4-的燃料罐(20)。其燃料罐(20)和電池堆(10)的正極上的燃料供應管(30)和燃料回收管(40)連接在一起，其燃料供應管(30)上安裝有泵出燃料的燃料泵(50)。
並且，上述電池堆(10)的負極上安裝有空氣供應管(60)和空氣排出管(70)。空氣供應管(60)上安裝有泵出空氣的氣泵(80)上述電池堆(10)，進行電化學反應的單一電池可以疊加後用螺栓聯接。
參照圖2對單一電池結構進行說明，由電解質膜(11)的兩側擴散氣體的正極(12)和負極(13)結合在一起形成膜—電極集合(14)；緊密安裝在膜—電極集合(14)的兩側，在正極(12)和負極(13)上形成有燃料氣體及有氧氣體通道的雙極板(15)；安置在雙極板(15)的兩側上構成正極(12)和負極(13)集電板(16)構成的。
上述膜—電極集合(14)的電解質膜(11)是以高分子材料形成的離子交換膜，作為代表性的商品化電解質膜(11)有NAFION膜，在發揮離子的導體作用的同時，還起著防止氧氣和氫的接觸的作用，正極(12)和負極(13)作為支撐鉑(Pt)催化層的支撐體，其結構是用多孔的碳化紙或碳化布結合在電解質膜(11)的兩側。
上述雙極板(15)是用密質的碳板形成。內側面緊密附著在上述正極(12)和負極(13)上，為形成燃料和空氣流動的通道而形成有流路槽(15A)。
上述集電板(16)應具有電傳導性好，耐腐蝕性強，沒有氫臭味的特徵，具體就是能夠滿足以上條件的鋁、銅等中的任何材料都可以。
此外，為使與上述電池堆(10)電池(C)連接的其他電池(C1)的燃料可以移動，用燃料移動管(100)進行連接，其燃料移動管(100)安置為有清除包含在移動燃料中氫氣的氣液分離器(101)。
與圖3所示相同，上述氣液分離器(101)內部形成有一空間部(102)，一側上形成有燃料入口(101A)，另一側上形成有燃料出口(101硼)，上面連接著把氫氣排出到外部的氫氣排出管(103)。
下面，對具有如上構成的電池堆結構的燃料電池的作用及效果進行說明。
使用者如果操縱燃料電池(1)的開關，依據電子控制部(未圖示)已經設定的控制程序，運轉燃料泵(50)，使燃料罐(20)中儲存的液態的BH4-通過燃料供應管(30)，供應給電池堆(10)的正極，同時，運轉氣泵(80)，通過空氣供應管(60)，向電池堆(10)的負極供應空氣。
與前述相同，向電池堆(10)供應的液態的BH4-沿著流路槽(15A)流動，在膜—電極集合(14)的正極(12)的前面擴散，進行氫的電化學反應，空氣在沿著含有氧氣的流路槽(15A)流動，在膜—電極集合(14)的負極(13)的前面擴散，產生氧氣的電化學還原反應。此時，因生成的電子移動而產生電，發生的電在集電板(6)上被集電，用做電能源使用。
此時的反應式為正極E0＝1.24V負極E0＝0.4V
總式E0＝1.64V與前相同，在電池堆(10)的單一電池(C)上進行電化學反應後的燃料，會通過燃料移動管(100)，向連接著的其它單一電池(C1)移動。此時，燃料便通過氣液分離器(101)。同樣，通過氣液分離器(101)，只把清除了氫氣後的燃料供應到下一個電池，進行電化學反應，以此可防止因氫氣導致效率下降的問題。
權利要求
1.一種硼化合物燃料電池的電池堆結構，包括把燃料罐中儲藏的硼化合物供應給電池堆的正極，把空氣供應給電池堆的負極，以便從硼化合物和空氣的電化學反應中取得電的燃料電池，其特徵在於上述電池堆結構由各個電池疊加形成，電池之間安置有燃料進行移動的燃料移動管，其燃料移動管上設置有為清除電池間移動燃料中氫氣的氣液分離器。
2.根據權利要求1所述的電池堆結構，其特徵在於上述的硼化合物為BH4-。
3.根據權利要求1所述的電池堆結構，其特徵在於以上述氣液分離器內部形成有一空間部，一側形成有燃料入口，另一側形成有燃料出口，上面連接著把氫氣排出到外部的氫氣排出管。
全文摘要
本發明公開了一種硼化合物燃料電池的電池堆結構，屬於燃料電池與處理殘物裝置的結合。本發明包括把燃料罐中儲藏的硼化合物供應給電池堆的正極，把空氣供應給電池堆的負極，以便從硼化合物和空氣的電化學反應中取得電的燃料電池；其電池堆結構由各個電池疊加形成，電池之間上安置有燃料進行移動的燃料移動管，其燃料移動管上設置有為清除電池間的移動燃料中氫氣的氣液分離器。以此來減少氫氣在電池堆的壓力，減少發電效率降低所產生的損失。
文檔編號H01M8/00GK1549372SQ0312985
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月20日 優先權日2003年5月20日
發明者河三喆, 樸明碩, 曺泰熙, 李明浩, 黃龍俊, 金鐵煥, 許成根, 高承兌, 崔鴻, 河三 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司