一种氢燃料电池及其排水方法与流程

本发明属于燃料电池，特别涉及一种氢燃料电池及其排水方法。

背景技术：

1、在当前能源和环境问题日益严峻的局面下，氢能作为一种清洁高效的能源，逐步受到人们的关注。作为氢能利用的手段之一，氢燃料电池因具有比功率高、能量转换效率高、操作温度低、耐久性好、环境友好等优点而备受青睐。氢燃料电池在运行过程中会产生水，且本身通入的空气具有一定湿度(通常为0.8左右)，为了避免氢燃料电池内的水过多而出现水淹现象，当前的一个研究重点便是氢燃料电池的排水问题。

2、cn103700870a提出了一种燃料电池水管理闭环控制方法，通过求解燃料电池阳极气体压力降的理论计算值，设定保证水管理状态良好的阳极气体压力降的控制区间，当阳极气体压力降的数值超过此控制区间时通过调节燃料电池温度使其重新进入控制区内以完成水管理的闭环控制。但该专利没有解决排水和水淹的问题。

3、cn113921832a制备了一种水/气分离传输的微孔层材料并设计了其应用办法，制得的材料为具有中空结构的纳米碳纤维，其内表面具有亲水性，其外表面具有疏水性，其上分布有连通内、外表面的微孔。该材料用于微孔层可以解决电池电极水淹问题，能够对膜电极中的产物水和反应物气体进行分离传输，但水会在扩散层堆积，同样造成液水堵塞gdl层孔隙，虽然可能不降低反应活性面积，但对反应物传输造成不利影响。

4、cn100413134c提出了一种质子交换膜燃料电池无增湿操作条件的遴选方法，通过氢燃料电池生成水达成润湿膜电极的效果，简化了氢燃料系统，避免了水淹，但设计、操作复杂，不利于推广。

5、综上，以往研究通常在结构、材料、系统和设计方案上进行革新，但没有在相同运行条件和结构条件下提升氢燃料电池的排水性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种氢燃料电池及其排水方法，在相同运行条件下，提升氢燃料电池的排水性能，避免水在氢燃料电池的内部堆积而导致出现水淹现象。

2、本发明通过下述技术方案实现：一种氢燃料电池，包括可供生成水流出的阴极流道，还包括：

3、加注组件，与所述阴极流道相连通，所述加注组件用于将减阻剂注入所述阴极流道，以降低所述生成水与所述阴极流道的壁面之间的摩擦力。

4、进一步地，为了更好的实现本发明，还包括：

5、供气系统，用于给所述阴极流道供气；

6、加湿器，连通设置在所述供气系统和所述阴极流道之间，以雾化水而对进入所述阴极流道的气体进行加湿；

7、所述加注组件连通设置于所述加湿器，以利用所述加湿器雾化所述减阻剂。

8、进一步地，为了更好的实现本发明，所述减阻剂为胀流性非牛顿液体。

9、进一步地，为了更好地实现本发明，回收组件，连通设置在所述阴极流道的出口和所述加湿器之间，以将所述阴极流道排出的混合液体回收至所述加湿器。

10、进一步地，为了更好地实现本发明，汽水分离器，底部形成集液腔，上部连通设置有排气系统，所述汽水分离器具有入口，所述入口通过第一管路与所述阴极流道的出口相连通；

11、泵体，具有进液口和出液口，所述进液口通过第二管路与所述集液腔相连通，所述出液口通过第三管路与所述加湿器相连通。

12、本发明提供的氢燃料电池的排水方法包括通过所述加注组件将所述减阻剂注入所述阴极流道。

13、进一步地，为了更好地实现本发明，所述通过所述加注组件将所述减阻剂注入所述阴极流道具体为：

14、利用所述加注组件将所述减阻剂注入所述加湿器中，使得所述减阻剂与所述加湿器中的水混合形成减阻剂水溶液；

15、启动所述加湿器，利用所述加湿器雾化所述水溶液，形成混合气体；

16、启动所述氢燃料电池，使得所述混合气体进入所述阴极流道。

17、进一步地，为了更好地实现本发明，在利用所述加注组件将所述减阻剂注入所述加湿器之前，还包括：

18、根据所述氢燃料电池的加湿水量来确定所述减阻剂的浓度。

19、进一步地，为了更好地实现本发明，在启动所述氢燃料电池，使得所述混合气体进入所述阴极流道之后，还包括：

20、检测所述阴极流道的出口的出水量；

21、根据所述出水量来判断是否增加朝所述加湿器加注所述减阻剂的浓度。

22、进一步地，为了更好地实现本发明，所述根据所述出水量来判断是否增加朝所述加湿器加注所述减阻剂的浓度具体为：

23、若所述出水量不为零，则增加朝所述加湿器加注的所述减阻剂的浓度；

24、若所述出水量为零，则不再改变减阻剂的浓度；

25、启动所述泵体，以将所述集液腔中的混合液体回收至所述加湿器。

26、本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

27、(1)本发明提供的氢燃料电池包括可供生成水流出的阴极流道，该阴极流道属于氢燃料电池的阴极侧，该阴极侧和阳极侧以及两者之间的膜共同组成电堆，氢燃料电池运行过程中，在上述阴极流道中将会产生生成水，该氢燃料电池还包括加注组件，该加注组件与阴极流道相连，并且该加注组件用于将减阻剂注入上述阴极流道，减阻剂混入生成水中而形成混合液体，减阻剂的作用可以降低生成水与阴极流道的壁面之间的摩擦力。

28、这样，借助上述减阻剂，使得阴极流道内的生成水与阴极流道的壁面之间的摩擦力更小，从而使得生成水在阴极流道中流动时受到的阻力更小，进而使得生成水能更加轻易地流出阴极流道，所以在阴极流道中形成生成水之后，生成水能够更加轻易且顺利地排出阴极流道，避免生成水在阴极流道中堆积而造成阴极流道出现水淹现象。减阻剂不会参加电堆中的化学反应，所以该氢燃料电池反应速度、生成水的量、湿度的梯度和梯度，也不会造成子交换膜水含量变化，不会影响膜电极的活化性能，故，该氢燃料电池在不改变其电性能的前提下，提高了排水性能，以使其安全性更高。

29、(2)本发明提供的氢燃料电池的排水方法包括通过加注组件将减阻剂注入阴极流道中，从而降低阴极流道中的生成水与其壁面之间的摩擦力，从而使得生成水在阴极流道中流动时受到的阻力更小，进而使得生成水能更加轻易地流出阴极流道，所以在阴极流道中形成生成水之后，生成水能够更加轻易且顺利地排出阴极流道，避免生成水在阴极流道中堆积而造成阴极流道出现水淹现象。减阻剂不会参加电堆中的化学反应，所以该氢燃料电池反应速度、生成水的量、湿度的梯度和梯度，也不会造成子交换膜水含量变化，不会影响膜电极的活化性能，故，采用该方法，在不改变氢燃料电池电性能的前提下，提高了排水性能，以使其安全性更高。

技术特征：

1.一种氢燃料电池，包括可供生成水流出的阴极流道，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的氢燃料电池，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池，其特征在于，所述回收组件包括：

6.一种如权利要求5所述的氢燃料电池的排水方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池的排水方法，其特征在于，所述通过所述加注组件将所述减阻剂注入所述阴极流道具体为：

8.根据权利要求7所述的氢燃料电池的排水方法，其特征在于，在利用所述加注组件将所述减阻剂注入所述加湿器之前，还包括：

9.根据权利要求7所述的氢燃料电池的排水方法，其特征在于，在启动所述氢燃料电池，使得所述混合气体进入所述阴极流道之后，还包括：

10.根据权利要求9所述的氢燃料电池的排水方法，其特征在于，所述根据所述出水量来判断是否增加朝所述加湿器加注所述减阻剂的浓度具体为：

技术总结
本发明涉及一种氢燃料电池及其排水方法，属于燃料电池技术领域，解决了目前的氢燃料电池排水性能有待进一步提升的技术问题。该氢燃料电池包括可供生成水流出的阴极流道，还包括加注组件，与阴极流道相连通，加注组件用于将减阻剂注入阴极流道，以降低生成水与阴极流道的壁面之间的摩擦力。上述氢燃料电池的排水方法包括通过所述加注组件将所述减阻剂注入所述阴极流道。这样，该氢燃料电池在不改变其自身电性能的前提下，阴极流道中的生成水能够更加轻易地流出阴极流道，从而有效地壁面阴极流道中出现生成水堆积的情况，快速且直接地解决氢燃料电池内部的水淹问题，所以该氢燃料电池的性能更加稳定，使用寿命也更长。

技术研发人员：王文雷,黄猛,张永,王思偲,黄振宇
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15