一种防钝化防堵塞提效率的超声波燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种超声波燃料电池。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.为此，本技术人在2018年12月13日向国家知识产权局提出申请了一份专利申请号为201811528683.2、名称为“一种超声波燃料电池”的技术方案，该方案包括前端板、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。然而，由于这个方案是将超声波换能器设置于极板之中，使超声波能量对质子交换膜、碳纸/碳布、催化剂片层的作用是间接的，有些损耗。因此，本技术人认为超声波在燃料电池中运用还具有一定提升空间，进而能更好地发挥燃料电池的性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决上述问题和不足，提供一种防钝化防堵塞提效率的超声波燃料电池，该超声波燃料电池通过给每个反应膜安装上一个膜边框，并将超声波元件安装于膜边框之中，使超声波元件工作时，能直接对反应膜起作用，有效地减少了超声波能量的损耗，使反应膜受超声波能量作用更直接、效果更佳；而且通过膜边框设计，使反应膜有了较大的抓拿体积，使超声波燃料电池能够便于实现机器人智能化组装与生产，有利于提高燃料电池生产效率，降低燃料电池的生产成本，使燃料电池能得快速推广应用。
6.本发明的技术方案是这样实现的：一种防钝化防堵塞提效率的超声波燃料电池，包括前端板、后端板、设置于前端板与后端板之间的若干个电极板、夹装于电极板与电极板之间的反应膜、将前端板、若干个电极板、后端板锁定组成电堆的螺杆螺母组件；其特点在于还包括膜边框、超声波元件；所述反应膜夹装于膜边框之中，所述超声波元件设置于膜边框中；所述电极板的侧面四周还设有供膜边框藏嵌的凹型环槽，所述反应膜通过膜边框与凹槽的相嵌装而夹装于电极板与电极板之间。
7.优选地，所述凹型环槽与膜边框之间还设有密封垫圈。
8.优选地，所述膜边框四周还设有容纳内腔，所述超声波元件安装于容纳内腔中。
9.优选地，所述电极板中部还设有内腔室，所述内腔室中还设有超声波元件。
10.本发明的有益效果：（1）本发明通过给每个反应膜安装上一个膜边框，并将超声波元件安装于膜边框之中，使超声波元件工作时，能直接对反应膜起作用，有效地减少了超声波能量的损耗，使反应膜受超声波能量作用更直接、效果更佳；而且通过膜边框设计，使反应膜有了较大的抓拿体积，使超声波燃料电池能够便于实现机器人智能化组装与生产，有利于提高燃料电池生产效率，降低燃料电池的生产成本，使燃料电池能得快速推广应用。（2）在极寒环境下，还可以对燃料电池电堆本体进行超声波升温，利用高频的超声波振动，可以使物质内部的分子产生剧烈振荡，产生超声空化效应，分子之相互摩擦运动而实现升温的目的，以防止电堆结冰，内部通道和结冰膜硬化，造成堵塞、影响氢气通过而无法正常启动的问题。同时，也避免了燃料电池在极寒环境下，无法正常工作或者能源转化效率较低的问题。（3）本发明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、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、堵塞于其中，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、堵塞，使得氢转电的转化效率得到大大提升，损耗更少，能源转化效率更高，大大延长了燃料电池的使用寿命与可靠性。
附图说明
11.图1为本发明的立体结构示意图。
12.图2为本发明在拆解状态下的结构示意图。
13.图3为本发明的反应膜与膜边框的结构示意图。
14.图4为本发明的电极板的剖视结构示意图。
具体实施方式
15.如图1至图4所示，本发明所述的一种防钝化防堵塞提效率的超声波燃料电池，包括前端板1、后端板2、设置于前端板1与后端板2之间的若干个电极板3、夹装于电极板3与电极板3之间的反应膜4、将前端板1、若干个电极板3、后端板2锁定组成电堆的螺杆螺母组件5。为了实现本发明提出的目的，本发明还包括膜边框6、超声波元件7；所述反应膜4夹装于膜边框6之中，所述超声波元件7设置于膜边框6中；所述电极板3的侧面四周还设有供膜边框6藏嵌的凹型环槽31，所述反应膜4通过膜边框6与凹槽31的相嵌装而夹装于电极板3与电极板3之间。本发明通过给每个反应膜安装上一个膜边框，并将超声波元件安装于膜边框之中，使超声波元件工作时，能直接对反应膜起作用，有效地减少了超声波能量的损耗，使反
应膜受超声波能量作用更直接、效果更佳；而且通过膜边框设计，使原本太薄膜片状的反应膜4，难以被机械手臂抓取而无法实现自动生产的问题，通过膜边框的运用，使反应膜有了较大的抓拿体积，使超声波燃料电池能够便于实现机器人智能化组装与生产，有利于提高燃料电池生产效率，降低燃料电池的生产成本，使燃料电池能得快速推广应用。
16.为了确保膜边框6与电极板3之间组装密封性，如图4所示，所述凹型环槽31与膜边框6之间还设有密封垫圈8。利用密封垫圈8和螺杆螺母组件5的配合锁定，使得膜边框6与电极板3之间能够、简单有效地密封组装一起。
17.为了使超声波元件7能够简单地安装于膜边框6中，如图3所示，所述膜边框6四周还设有容纳内腔61，所述超声波元件7安装于容纳内腔61中。如图2所示，所述膜边框6一般由边框盖601与底框602构成，在边框盖601与底框602之间形成有容纳内腔61，所述反应膜4夹装于边框盖601与底框602之间，并采用超声波封装机进行将边框盖601与底框602封装一起。
18.为了进一步提升超声波能量对流体通道、反应膜的全方面“空化”效应，以使燃料反应过程中产生的杂质不会沉淀、堵塞于流体通道中/反应膜上，如图4所示，所述电极板3中部还设有内腔室30，所述内腔室30中还设有超声波元件7。
19.如图2所示，所述反应膜4由质子交换膜41及覆盖于质子交换膜41两侧侧面的碳布42构成。
20.为了使本发明具有较佳超声波能量作用效果，所述超声波元件为1mhz或以上的超声波换能器、或者1万转速或以上的超声波振动马达。
21.以上结构方案的阐述，为本发明的优选实施方式的体现，但其并不代表对本发明技术方案保护范围的局限。在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些变形和改进均属于本发明的保护范围，均落入了本发明的保护范围。