专利名称：酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于新能源领域，具体涉及酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统。
背景技术：
燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为低压直流电的装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和水。燃料电池装置从本质上说是水电解的一个 “逆”装置。在电解水过程中，外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。燃料电池单体主要由四部分组成，即阳极、阴极、 电解质(离子交换膜)和外电路。燃料电池的基本单元包括阳极为氢电极，阴极为氧电极， 阳极和阴极上都含有一定量的催化剂(目的是用来加速电极上发生的电化学反应)，两极之间是电解质。对于质子交换膜燃料电池来说其工作原理为氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂的作用下，氢气发生氧化，释放出电子。氢离子穿过电解质到达阴极，而在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，电子通过外电路也到达阴极。在阴极侧，氧气与氢离子和电子在阴极催化剂的作用下反应生成水，如反应(2)所示。 与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，可以向负载输出电能。燃料电池总的化学反应
如式(3)所示。阳极反应H2 — 2H++ 2e-E0=O. OOV(1)阴极反应1/202+ 2H++ 2e- — H2OE0=L 23V(2)电池总反应H2+ 1/202 — H2OEcell=L 23V(3)对于阴离子交换膜燃料电池来说，电极反应变成阳极反应H2+ 20H_ — 2H20 + 2e_(4)阴极反应02+ 2H20 + 4e" — 40F(5)电池总反应2H2+ O2 — 2H20(6)其与酸性膜燃料电池的差异是产生的水不从阴极排出，而是从阳极排出。这样两种电池串联连接后，一阴离子交换膜燃料电池阳极排出的水可供应给另一质子交换膜燃料电池的阳极增湿；而一质子交换膜燃料电池阴极排出的水可供应给另一阴离子交换膜燃料电池的阴极增湿。由于燃料电池可以同时获得高的功率密度和能量密度，低温起动，没有环境污染， 因此在分散电源、交通运输和便携电源等方面均可以代替传统的柴油、汽油发电机，柴油、 汽油发动机和蓄电池，实现高效、零排放地工作。但目前对于燃料电池的发电系统还存在材料成本高等问题，有待改进。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下
3[0014]一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，由氢气发生器、燃料电池组和负载电路组成，氢气发生器的出气口与燃料电池组的进气口连通，所述燃料电池组由酸性电池和碱性电池串联组成，所述负载电路分别连接燃料电池组的两极。上述技术方案中，所述氢气发生器为一个上盖带有出气口的容器，该容器内装有水以及含氢化学品。所述燃料电池组的酸性电池采用质子交换膜燃料电池，碱性电池采用阴离子交换膜燃料电池。所述质子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和质子交换膜热压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。所述质子交换膜为全氟磺酸树脂膜。所述阴离子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和阴离子交换膜夹压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。所述阴离子交换膜为Tokuyama膜。本实用新型还可以包括多组串联或并联的燃料电池组，通过该结构可根基实际情况扩大组装大功率的电池堆。所述负载电路包括风扇和电流、电压表，所述风扇包括电机和扇叶，所述燃料电池组的电极经导线与所述电机的输入电极相连接，然后并联接电压表、串联接电流表。本实用新型还包括底座，所述氢气发生器、燃料电池组和负载电路均放置在底座上。本实用新型的有益效果在于大幅度节省鉑金属的用量、减少材料；具有节省资源、节省能耗、节省成本的重要价值；由酸性电池质子交换膜燃料电池和碱性阴离子交换膜燃料电池串联共同构成，共用一个燃料室，减少了体积，实现了水自循环、膜组装电极的自增湿；方便扩大组装大功率的电池堆供实际应用。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的电路接线图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。本实用新型的结构如附图1所示，由氢气发生器、燃料电池组和负载电路组成，氢气发生器501为一个上盖带有出气口的容器，在容器内装有水，使用时加入含氢化学品，如硼氢化钠、硼氢化钾、氢化镁和NH3BH3等，含氢化学品与水反应产生氢气，含氢化学品和水能够在常温常压下稳定可控地向燃料电池提供氢气，避免了钢瓶供氢带来的高压易爆、体积重量大和氢气补充困难等问题。燃料电池组主要由质子交换膜燃料电池601和阴离子交换膜燃料电池602串联组成。燃料电池组中的质子交换膜燃料电池的膜电极组件由碳纸和质子交换膜热压而成，而阴离子交换膜燃料电池由碳纸和阴离子交换膜夹压而成，碳纸上的气体扩散层为聚四氟乙烯在350 °(加热熔融而成。阴离子交换膜燃料电池602的进气口经气管502与氢气发生器501的出气口连通。[0029]作为具体的实施方案，本实用新型由质子交换膜燃料电池601、阴离子交换膜燃料电池602、风扇701、电压表702、电流表703、氢气发生器501、导气管502和底座901组成。而本实用新型的电路接线图如附图2所示，氢气发生器501的出气口通过导气管 502与阴离子交换膜燃料电池602的进气口接通，由质子交换膜燃料电池601和阴离子交换膜燃料电池602串联组成的燃料电池组所引出的负载电路包括并联的两路，其中一路连接电流表703和风扇701的串联，另一路连接电压表702。本实用新型使用时，在氢气发生器501中加入0. 1-1克含氢化学品，加入去离子水充分溶解含氢化学品，然后加盖旋紧，产生的氢气经导气管502进入燃料电池组602和601 ； 燃料电池组开始工作，产生的电能带动风扇701转动。同时，燃料电池组在一定负载条件下工作的电流和电压可以分别在电流表703和电压表702上显示。
权利要求1.一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于由氢气发生器、燃料电池组和负载电路组成，所述氢气发生器的出气口与燃料电池组的进气口连通，所述燃料电池组由酸性电池和碱性电池串联组成，所述负载电路分别连接燃料电池组的两极。
2.根据权利要求1所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述氢气发生器为一个上盖带有出气口的容器，该容器内装有水以及含氢化学品。
3.根据权利要求1所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述燃料电池组的酸性电池采用质子交换膜燃料电池，碱性电池采用阴离子交换膜燃料电池。
4.根据权利要求3所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述质子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和质子交换膜热压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。
5.根据权利要求4所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述质子交换膜为全氟磺酸树脂膜。
6.根据权利要求3所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述阴离子交换膜燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件由碳纸和阴离子交换膜夹压而成，所述碳纸包含有扩散层和催化剂层。
7.根据权利要求6所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述阴离子交换膜为Tokuyama膜。
8.根据权利要求1所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于包括多组串联或并联的燃料电池组。
9.根据权利要求1所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于所述负载电路包括风扇和电流、电压表，所述风扇包括电机和扇叶，所述燃料电池组的电极经导线与所述电机的输入电极相连接，然后并联接电压表、串联接电流表。
10.根据权利要求1所述的酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，其特征在于还包括底座，所述氢气发生器、燃料电池组和负载电路均放置在底座上。
专利摘要本实用新型提供一种酸碱混合水循环式新结构燃料电池发电系统，由氢气发生器、燃料电池组和负载电路组成，氢气发生器的出气口与燃料电池组的进气口连通，所述燃料电池组由酸性电池和碱性电池串联组成，所述负载电路分别连接燃料电池组的两极。本实用新型的有益效果在于大幅度节省鉑金属的用量、减少材料；具有节省资源、节省能耗、节省成本的重要价值；由酸性电池质子交换膜燃料电池和碱性阴离子交换膜燃料电池串联共同构成，共用一个燃料室，减少了体积，实现了水自循环、膜组装电极的自增湿；方便扩大组装大功率的电池堆供实际应用。
文档编号H01M8/10GK202067865SQ201120129920
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者林炜程 申请人:林炜程