一种超声波燃料电池的制作方法

本发明涉及新能源利用技术领域，特别是一种燃料电池。

背景技术：

燃料电池，是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种新型发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因而效率十分高。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少，几乎忽略不计。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池，目前已成功地在航天、船舶、汽车、家用电源和充电设备等领域得到了广泛的应用。然而，在燃料电池运用过程中，电池中双极板上的流体通道、以及贴服流体通道上的碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等，在燃料反应过程中，由于杂质产生及沉淀的原因，容易给流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等造成一定堵塞与逐渐钝化，致使其电能转化效率降低，甚至失效。因此，解决燃料反应过程中杂质的沉淀，是延长燃料电池使用寿命的必经手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题和不足，提供一种超声波燃料电池，该超声波燃料电池采用在单体电池中的双极板背面布置有超声波换能器，利用超声波换能器工作时产生高频超声振动，来避免燃料反应过程产生的杂质沉淀在流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等上面对它们造成堵塞，极大地延缓流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等钝化，提升了电能转化效率，大大延长了燃料电池的使用寿命与可靠性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超声波燃料电池，包括前端板、后端板、由若干单体电池以串联方式层叠组合而成的电堆、螺杆，其中所述电堆设置于前端板与后端板之间并由螺杆紧固拴牢，所述单体电池依序由双极板、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜、催化剂片层、碳纸/碳布、双极板层叠构成，其特点在于所述单体电池的外侧位于双极板的背面上还布置有若干个超声波换能器，各个超声波换能器连接有电线，该电线从单体电池的其中一侧边伸出并形成有电气连接端。

进一步地，在单体电池的双极板背面与单体电池的双极板背面之间还形成有供超声波换能器容置的空腔，所述各超声波换能器布置于该空腔中。

又进一步地，在单体电池的双极板背面四周侧边与单体电池的双极板背面四周侧边之间还设有密封垫圈，以将空腔构建一个密闭的空腔室。或者是，在单体电池的双极板背面四周侧边与单体电池的双极板背面四周侧边之间采取焊接工艺连接一起，以将空腔构建一个密闭的空腔室。

本发明的有益效果：本发明通过采用在单体电池中的双极板背面布置有超声波换能器，利用超声波换能器工作时产生高频超声振动，来避免燃料反应过程产生的杂质沉淀在流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等上面对它们造成堵塞，使燃料反应过程中产生的杂质不会沉淀于其中，而是随着反应后的物质流出燃料电池，极大地延缓流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等钝化，提升了电能转化效率，大大延长了燃料电池的使用寿命与可靠性。本发明由于将超声波换能器藏嵌于燃料电池中，直接对双极板产生高频超声波振动作用，超声波换能器的振动能量损耗小，作用效果大，能彻底地解决燃料电池的钝化问题，延长燃料电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明在分解状态下的立体结构示意图。

图3为本发明的双极板的正侧面结构示意图。

图4为本发明的双极板的背侧面结构示意图。

图5为本发明的两块双极板夹装超声波换能器的剖视结构示意图之一。

图6为本发明的两块双极板夹装超声波换能器的剖视结构示意图之二。

具体实施方式

如图1与图2所示，本发明所述的一种超声波燃料电池，包括前端板1、后端板2、由若干单体电池3以串联方式层叠组合而成的电堆4、螺杆5，其中所述电堆4设置于前端板1与后端板2之间并由螺杆5紧固拴牢，所述单体电池3依序由双极板31、碳纸/碳布32、催化剂片层33、质子交换膜34、催化剂片层33、碳纸/碳布32、双极板31层叠构成。这部分的结构原理，与现有的燃料电池基本一致，在此不作详细描述。为了实现本发明提出的目的，如图2、图4所示，所述单体电池3的外侧位于双极板31的背面上还布置有若干个超声波换能器6，各个超声波换能器6连接有电线7，该电线7从单体电池3的其中一侧边伸出并形成有电气连接端71。应用时，电气连接端71还连接有超声波发生器或超声波发生驱动电路，以驱动各超声波换能器6工作。本发明利用超声波换能器6工作时产生高频超声振动，来避免燃料反应过程产生的杂质沉淀在流体通道311、碳纸/碳布32、催化剂片层33、质子交换膜34等上面对它们造成堵塞，使燃料反应过程中产生的杂质不会沉淀于其中，而是随着反应后的物质流出燃料电池。

为了进一步优化本发明的超声波换能器6在电池中的装配结构，如图2的左侧端所示、或图4所示，位于最外侧的单体电池3的外侧面（即电堆4的两端外侧端面位置），即前端板1或后端板2要封盖的双极板31背面布置有若干个超声波换能器6，这是位于最外侧的单体电池3的外侧面的双极板31的超声换能器6安装方式，此时前端板1或后端板2，是盖置在该双板板31上，以此来将超声换能器6隐藏于单体电池3中。而位于电堆4中间的每个单体电池3，所述超声波换能器6可以这样嵌藏在电堆4当中,即如图2中a所合指的位置，在单体电池3的双极板31背面与单体电池3的双极板31背面之间还形成有供超声波换能器6容置的空腔8，所述各超声波换能器6布置于该空腔8中，即如图5或图6所示。

在此基础上，单体电池3的双极板31背面与单体电池3的双极板31背面之间的四周侧边封边方式，有二种实现形式：一是，如图5所示，在单体电池3的双极板31背面四周侧边与单体电池3的双极板31背面四周侧边之间还设有密封垫圈9，以将空腔8构建一个密闭的空腔室。二是，如图6所示，在单体电池3的双极板31背面四周侧边与单体电池3的双极板31背面四周侧边之间采取焊接工艺连接一起，以将空腔8构建一个密闭的空腔室。

为了减小整个燃料电池的体积，本发明所述超声波换能器6为贴片式构造的超声波换能器元件。所述超声波换能器元件在双极板31背面上的运用数量，可以根据超声波换能器元件的功率，和结合双极板31的面积进行计算得到。例如，当双极板31的长宽面积为25厘米×20厘米=500平方厘米，布置的贴片式超声波换能器数量为3个，每个贴片式超声波换能器的频率为5khz。

此外，本领域的技术人员须知的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种超声波燃料电池，包括前端板、后端板、由若干单体电池以串联方式层叠组合而成的电堆、螺杆，其中所述电堆设置于前端板与后端板之间并由螺杆紧固拴牢，所述单体电池依序由双极板、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜、催化剂片层、碳纸/碳布、双极板层叠构成。所述单体电池的外侧位于双极板的背面上还布置有若干个超声波换能器，各个超声波换能器连接有电线。利用超声波换能器工作时产生高频超声振动，来避免燃料反应过程产生的杂质沉淀在流体通道、碳纸/碳布、催化剂片层、质子交换膜等上面对它们造成堵塞，极大地延缓了燃料电池的钝化，提升了燃料电池电能转化效率，大大延长了燃料电池的使用寿命与可靠性。

技术研发人员：彭志军
受保护的技术使用者：彭志军
技术研发日：2018.12.13
技术公布日：2019.04.23