一种燃料电池的制作方法

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。

背景技术

随着用电设施深入人们日常生活的每个角落，人们对电力稳定性的要求越来越高。燃料电池(fuelcell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池的类型主要包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。应用最广泛的是以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池。

但是，氢气主要来自于大型化工厂的天然气、甲醇、煤等石化燃料的重整制氢，将氢气从制氢工厂传输至应用终端需要庞大的运输、储存、加氢等基础设施。同时，各种储氢方式可以为高压储罐储氢、合金储氢。这些储氢的方式使得氢容量具有局限性。一旦氢气用完燃料电池无法产生电能。另外，采用上述储氢方式的燃料供给系统出现故障，也无法产生电能。

因此，如何有效地确保燃料电池持续产生电能，为待供电系统的正常运行提供保障，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种燃料电池，用于解决现有技术中，不能有效地确保燃料电池持续产生电能，为待供电系统的正常运行提供保障的问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

本申请的燃料电池，包括：燃料发电系统，用于将化学能转换成电能；能源发电系统，用于将自然能源转换成电能；蓄电系统，所述蓄电系统分别与所述燃料发电系统和所述能源发电系统连接，用于存储所述燃料发电系统和所述能源发电系统产生的电能。

可选的，所述燃料电池还包括：

控制器，所述控制器分别与所述燃料发电系统、所述能源发电系统和所述蓄电系统电连接，用于选择并控制所述燃料发电系统、所述能源发电系统和所述蓄电系统中之一供电。

可选的，燃料发电系统包括：

电池电堆，所述电池电堆包括阳极室；

至少两个燃料供给模块，每个所述燃料供给模块的燃料出口与所述阳极室的入口连通；

切换控制模块，所述切换控制模块与每个所述燃料供给模块连接，用于选择并控制所述至少两个燃料供给模块中之一提供燃料。

可选的，所述至少两个燃料供给模块包括第一燃料供给模块和第二燃料供给模块；

所述切换控制模块包括：

计时单元，所述计时单元用于对所述第一燃料供给模块向所述阳极室提供燃料的时间长度进行计时；

所述切换控制模块用于在所述计时单元计时预定时间后，控制所述第二燃料供给模块为所述阳极室提供燃料。

可选的，所述至少两个燃料供给模块包括第一燃料供给模块和第二燃料供给模块；

所述燃料发电系统还包括：

检测模块，所述检测模块的检测端位于所述阳极室内，用于检测所述阳极室内所述第一燃料供给模块提供的燃料的含量；

所述切换控制模块与所述检测模块电连接，用于当所述检测模块检测所述第一燃料供给模块提供的燃料的含量不满足预定值时，控制所述第二燃料供给模块为所述阳极室提供燃料。

可选的，所述第一燃料供给模块为氢燃料供给模块，所述第二燃料供给模块为煤气燃料供给模块。

可选的，所述燃料供给模块的燃料出口上设有电动阀门；

所述切换控制模块与每个所述燃料供给模块上的电动阀门电连接，用于控制每个所述燃料供给模块上的电动阀门的开启或关闭。

可选的，所述能源发电系统包括太阳能发电模块或风力发电模块。

可选的，所述太阳能发电模块包括：

多个太阳能板，用于接收阳光照射，以将太阳能转换成电能。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例采用的方案中通过设有燃料发电系统、能源发电系统和蓄电系统，将蓄电系统分别于燃料发电系统和能源发电系统连接，用于将燃料发电系统和能源发电系统产生的电能存储。若燃料发电系统出现故障，可以采用能源发电系统产生电能为待供电系统供电；若燃料发电系统和能源发电系统出现故障，可以采用蓄电系统存储的电能为待供电系统供电，可以灵活的选取发电系统，有效地确保燃料电池持续产生电能，为待供电系统的正常运行提供保障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的燃料电池的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的燃料电池中燃料发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的燃料电池的结构示意图，如图1所示，该燃料电池包括：燃料发电系统1、能源发电系统2和蓄电系统3。燃料发电系统1用于将化学能转换成电能。该燃料发电系统1可以为利用天然气的发电系统或利用煤炭的发电系统。能源发电系统2用于将自然能源转换成电能。该能源发电系统2可以为太阳能发电系统或风力发电系统。蓄电系统3分别与燃料发电系统1和能源发电系统2连接，用于存储燃料发电系统1和能源发电系统2产生的电能，以便于在指定时段内使用。该蓄电系统3可以为蓄电池，该蓄电池将燃料发电系统1和能源发电系统2产生的电能存储，后续根据实际需求选择性的直接使用燃料发电系统1产生的电能、能源发电系统2产生的电能或蓄电系统3存储的电能。

例如，在实际应用中，在指定时段内一度电的价位(简称电价)上涨时，可以使用蓄电系统3存储的电量，从而有效的避开电价上涨的时段，进而减少了经济成本。同时，通过能源发电系统2补给电量，使得在燃料发电系统1出现故障时仍能确保电量充足，确保了电能的持续性生产，提高了电能的使用效率。

优选的，本申请实施例提供的燃料电池还可以包括：控制器4。控制器4分别与燃料发电系统1、能源发电系统2和蓄电系统3电连接，用于选择并控制燃料发电系统1、能源发电系统2和蓄电系统3中的哪一个为待供电系统供电。具体实施时，控制器4内部可以设置定时程序，当控制器4控制燃料发电系统1为待供电系统供电达到预定时间时，控制器4控制能源发电系统2为待供电系统；当控制器4控制能源发电系统2为待供电系统为待供电系统供电达到预定时间时，控制器4控制蓄电系统3为待供电系统。当然，触发控制器4切换发电系统的触发方式还可以采用其他方式，本申请实施例不作具体限定。因此，本申请实施例提供的燃料电池可以在燃料发电系统1和能源发电系统2中任一个出现故障时，可以切换到另一个发电系统进行发电，确保了电能的持续性生产，使得电能的生产效率较佳。另外，若燃料发电系统1和能源发电系统2均出现故障，则可以使用蓄电系统3为待供电系统供电，确保了待供电系统的正常运行，灵活性较高。

在另一实施例中，如图2所示，所述燃料发电系统1可以包括：电池电堆11、至少两个燃料供给模块12和切换控制模块13。以下分别对电池电堆11、至少两个燃料供给模块12和切换控制模块13的结构、其连接关系、位置关系及工作关系进行介绍，具体如下所述：

电池电堆11包括阳极室、阴极室及位于阳极室和阴极室之间的膜电极。阳极室用于充入燃料，例如，氢气和/或一氧化碳。阴极室用于充入空气。膜电极(membraneelectrodeassemblies，mea)，是质子交换膜(pems)、催化剂和电极的组合。该质子交换膜是夹在两电极(阳极和阴极)之间。该催化剂嵌入在质子交换膜和电极之间，催化剂的常用材料可以为铂。电极相对质子交换膜是绝缘的，电极是热压在质子交换膜上的。电极的常用材料包括碳纤维、东丽(toray)碳纤维纸。碳纤维能最大化把气体中的水脱离，并将气体最大化的运输到质子交换膜。

当燃料(如氢气)充入阳极室，空气充入阴极室时，在催化剂的作用下，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达阴极室，与氧原子重新结合为水。而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子只能经外部电路，到达阴极室，从而在外部电路中产生电流。

当燃料为煤气时，首先将煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成h2、co和水蒸气的混合物，co和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成h2和co2；然后，将转化后的h2和co2充入阳极室，空气充入阴极室，在催化剂的作用下，生成氢离子(质子)和碳酸离子co3^2-穿过质子交换膜，到达阴极室，与氧原子重新结合为水和二氧化碳。而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子只能经外部电路，到达阴极室，从而在外部电路中产生电流。

每个燃料供给模块12的燃料出口与阳极室的入口连通。具体实施时，燃料供给模块12的燃料出口可以通过管道与阳极室的入口连通。为了便于控制燃料供给模块12的燃料流出量，可以在燃料供给模块12的燃料出口处设置阀门，该阀门可以为手动阀门，也可以为电动阀门。

切换控制模块13与每个燃料供给模块12连接，用于控制至少两个燃料供给模块12中的哪一个燃料供给模块12为阳极室提供燃料。该切换控制模块13可以通过控制每个燃料供给模块12工作，或者，该切换控制模块13也可以通过控制每个燃料供给模块12的燃料出口处设置电动阀门的开启或关闭，来实现控制至少两个燃料供给模块12中的哪一个燃料供给模块12为阳极室提供燃料。

其中，切换控制模块13的控制动作可以依据预先设定的条件(如，时间限定)，也可以依据其他部件的实时监测信息，具体如下所述：

第一种，切换控制模块13的控制动作依据预先设定的条件：假设两个燃料供给模块12可以包括但不限于第一燃料供给模块12和第二燃料供给模块12，切换控制模块13包括：计时单元。计时单元用于对第一燃料供给模块向阳极室提供燃料的时间长度进行计时。切换控制模块13用于在计时单元计时预定时间后，控制第二燃料供给模块12为阳极室提供燃料。其中，预定时间可以根据实际需求设定，本申请实施例不做具体限定。具体实施时，该预定时间可以为“10分钟”、“30分钟”或“2小时”。

该计时单元可以为计时电路，也可以为切换模块内部的计时程序。若计时单元为计时电路，则当切换控制模块13控制第一燃料供给模块12为阳极室提供燃料时，切换控制模块13控制计时电路闭合，计时电路开始计时，当计时至预定时间时，切换控制模块13控制第二燃料供给模块12为阳极室提供燃料。此时，切换控制模块13控制计时电路重新启动。若计时单元为切换模块内部的计时程序，则当切换控制模块13控制第一燃料供给模块12为阳极室提供燃料时，计时程序开始计时，当计时至预定时间m时，切换控制模块13控制第二燃料供给模块12为阳极室提供燃料，计时程序继续计时，当计时至2m时，切换控制模块13控制第一燃料供给模块12为阳极室提供燃料，以此类推。

因此，本申请实施例提供的燃料电池可以使不同的燃料供给模块12定时交替工作，提高了燃料供给模块12的使用效率。同时，有效避免了同一种燃料供应过足，致使燃料不能充分反应的现象发生，为燃料的化学反应提供了充足的时间，提高了燃料的利用率。另外，在某一燃料供给模块12出现故障的时候，可以切换到其他的燃料供给模块12提供燃料，确保了电能的持续性生产，使得电能的生产效率较佳。

第二种，切换控制模块13的控制动作依据其他部件的实时监测信息：假设两个燃料供给模块12可以包括但不限于第一燃料供给模块12和第二燃料供给模块12，燃料电池还包括：检测模块。检测模块的检测端位于阳极室内，用于检测阳极室内第一燃料供给模块12提供的燃料的含量。切换控制模块13与检测模块电连接，用于当检测模块检测第一燃料供给模块12提供的燃料的含量不满足预定值时，控制第二燃料供给模块12为阳极室提供燃料。该预定值可以指某一特定的数值，也可以指一定的数值范围。若预定值指某一特定的数值，则“不满足预定值”包含：大于某一特定的数值，或，小于某一特定的数值，或，大于等于某一特定的数值，或，小于等于某一特定的数值。

其中，检测模块可以采用红外线感应器或密度传感器。若检测模块为密度传感器，密度传感器的检测端位于阳极室内用于检测阳极室内第一燃料供给模块12提供的燃料的含量，当密度传感器检测阳极室内第一燃料供给模块12提供的燃料的含量不满足预定值时，密度传感器将检测信息发送给切换控制模块13，切换控制模块13根据检测信息控制第二燃料供给模块12为阳极室提供燃料。同理，当密度传感器检测阳极室内第二燃料供给模块12提供的燃料的含量不满足预定值时，密度传感器将检测信息发送给切换控制模块13，切换控制模块13根据检测信息控制第一燃料供给模块12为阳极室提供燃料。

因此，本申请实施例提供的燃料电池，通过切换控制模块13根据检测模块检测阳极室内燃料供给模块12提供的燃料的含量情况，实时切换为阳极室内提供燃料的燃料供给模块12，使不同的燃料供给模块12交替工作，有效避免了同一种燃料供应过足，致使燃料不能充分反应的现象发生，为燃料的化学反应提供了充足的时间，提高了燃料的利用率。另外，在某一燃料供给模块12出现故障的时候，可以切换到其他的燃料供给模块12提供燃料，确保了电能的持续性生产，使得电能的生产效率较佳。

在实际应用中，本申请实施例中所述的第一燃料供给模块12可以为氢燃料供给模块12，第二燃料供给模块12可以为煤气燃料供给模块12。

在另一实施例中，所述能源发电系统2可以包括太阳能发电模块或风力发电模块。若能源发电系统2为太阳能发电模块，则该太阳能发电模块可以包括：多个太阳能板，用于接收阳光照射以将太阳能转换成电能。太阳能板可以包括：钢化玻璃、发电主体(如电池片)、背板、铝合金、接线盒和硅胶。以下分别对各个结构进行介绍：

钢化玻璃用于为保护发电主体(如电池片)。钢化玻璃需要满足透光率必须高于91％，且需要做超白钢化处理。钢化玻璃与电池片通过乙烯-醋酸乙烯共聚物eva粘结。eva材质的优劣直接影响到太阳能板的寿命，暴露在空气中的eva易老化发黄，从而影响太阳能板的透光率，进而影响太阳能板的发电质量。

电池片用于发电，电池片通常为晶体硅太阳电池片或薄膜太阳能电池片。晶体硅太阳能电池片的成本相对较低，但光电转换效率较高，在室外阳光下发电比较适宜。薄膜太阳能电池的成本较高，但光电转化效率相对晶体硅电池片较低、弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。

背板用于密封、绝缘和防水。背板通常采用聚氟乙烯复合膜tpt、1,1,2,2-四苯乙烯tpe等耐老化的材质。

铝合金用于密封和支撑作用，支撑太阳能板。

接线盒起到电流中转站的作用，如果出现短路，接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统。接线盒中二极管的选用，需要根据电池片的类型不同进行选取。

硅胶用于密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。硅胶的工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

本申请实施例采用的方案中通过设有燃料发电系统、能源发电系统和蓄电系统，将蓄电系统分别于燃料发电系统和能源发电系统连接，用于将燃料发电系统和能源发电系统产生的电能存储。若燃料发电系统出现故障，可以采用能源发电系统产生电能为待供电系统供电；若燃料发电系统和能源发电系统出现故障，可以采用蓄电系统存储的电能为待供电系统供电，可以灵活的选取发电系统，有效地确保燃料电池持续产生电能，为待供电系统的正常运行提供保障。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。