具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的燃料电池堆1。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的燃料电池堆1包括基座、CO消除模块和发电模块。

在一些实施例中，基座上具有原料氢气入口101、第一空气入口102，原料氢气入口101用于通入原料氢气，这里需要理解的是，原料氢气为非纯氢气，原料氢气中至少包括H₂和CO，例如原料氢气包括H2、CO和CO₂。第一空气入口102用于通入空气，基座内具有处理腔，处理腔分别与原料氢气入口101、第一空气入口102连通。这样原料氢气和空气可以根据需要分别进入基座内的发电模块的阴极侧和阳极侧进行发电。

CO消除模块的至少一部分设于处理腔内，发电模块的至少一部分设于处理腔内，在原料氢气的流动方向上，CO消除模块位于发电模块的上游。也就是说，CO消除模块和发电模块在非纯的原料氢气的流动关系上是串联的，原料氢气先流经CO消除模块消除CO，再流经发电模块进行反应发电。这样原料氢气中含有的CO气体可以在流经CO消除模块时发生反应被消除，降低非纯氢中的CO浓度，之后再进入发电模块中进行正常发电。

根据本发明实施例的燃料电池堆1，通过设置CO消除模块和发电模块，利用前置的CO消除模块集中消除原料氢气中的CO，使得原本不耐受CO的燃料电池堆1具有了容忍一定浓度CO的能力，可以降低对原料氢气纯度的要求，解决CO毒化的问题，有助于氢燃料电池的推广。

并且，集中式的处理CO有助于减少消除CO催化剂的用量，便于降低燃料电池堆1的用氢成本，从而降低燃料电池堆1的运行成本。在原料氢气流动过程中，还可以利用空气侧产生的水对原料氢气进行増湿，可以取消发电模块氢气侧(阳极侧)的增湿器。同时，CO消除模块和发电模块易于集成，对原有的燃料电池堆1结构上改动不大。

因此，根据本发明实施例的燃料电池堆1具有容忍一定浓度CO的能力、CO消除模块和发电模块易于集成、降低燃料电池堆1用氢成本等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的燃料电池堆1。

在本发明的一些具体实施例中，如图1-图2所示，根据本发明实施例的燃料电池堆1包括基座、CO消除模块和发电模块。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，CO消除模块包括CO消除膜电极210，CO消除膜电极210的阳极侧涂覆有氧化CO的催化剂。在工作过程中，原料氢气入口101通入的原料氢气可以流向CO消除膜电极210的阳极侧，原料氢气中的CO在CO消除膜电极210的阳极侧发生氧化反应而被去除掉，从而降低原料氢气中CO浓度。同时，燃料电池堆1的发电模块的空气侧(阴极侧)反应产生的水可以汇集到CO消除膜电极210的阴极侧，经过去除CO处理后的原料氢气能够利用从CO消除膜电极210的阴极侧渗透的水进行増湿，可以取消氢气侧的增湿器。

这里需要理解的是，发电模块可以包括发电膜电极310，发电膜电极310具有阴极侧(正极侧)和阳极侧(负极侧)。阳极侧通入除去CO处理后的原料氢气，以氢气为原料。阴极侧通入空气，以氧气为原料。发电膜电极310在发生反应后可以发电，同时生成水。

并且，CO消除模块包括CO消除膜电极210，CO消除膜电极210具有阴极侧(正极侧)和阳极侧(负极侧)。CO消除膜电极210的阳极侧通入原料氢气，以原料氢气为原料发生反应，除去其中的CO。发电膜电极310产生的水可以汇集到CO消除膜电极210的阴极侧(正极侧)，经过去除CO处理后的原料氢气能够通过CO消除膜电极210的阴极侧渗透过来的水进行増湿。

在一些可选实施例中，氧化CO的催化剂为PtRu/C、Ru/C、Pt/C、PtM/C二元合金催化剂、PtMN/C三元合金催化剂中的至少一种，其中M、N为其他种类金属元素。这样通过催化剂的催化作用，可以使CO与空气中的氧气发生反应，以便于去除原料氢气中的CO。

可选地，CO消除膜电极210至少设有一个，CO消除膜电极210的数量与原料氢气中CO的浓度正相关。也就是说，CO消除膜电极210为一个或多个，CO消除膜电极210的片数由原料氢气中CO的浓度确定。

在本发明的一些实施例中，基座上还具有第二空气入口，第二空气入口内的空气来源于燃料电池堆1的空气供给端，第二空气入口邻近原料氢气入口101设置。原料氢气入口101内进入的原料氢气与第二空气入口内进入的空气混合后流向CO消除模块的进口。这样在CO消除模块的催化剂的作用下，CO可以与空气中的氧气发生反应，以除去原料氢气中的CO。

在一些具体实施例中，第二空气入口内空气的进气量与原料氢气中CO的浓度正相关，也就是说，第二空气入口内空气的进气量由原料氢气中CO的浓度确定。进一步地，第二空气入口内空气的进气量与原料氢气入口101内原料氢气的进气量的比值大于0.5％且小于5％。这里需要理解的是，进气量是指气体的体积流量。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，发电模块包括至少一个发电膜电极310，发电膜电极310的阳极侧与CO消除模块的出口连通，发电膜电极310的阴极侧与第一空气入口102连通。这样除去CO处理后的原料氢气可以流向发电膜电极310并在发电膜电极310的阳极侧发生反应，第一空气入口102进入的空气可以流向发电膜电极310的阴极侧并在发电膜电极310的阴极侧发生反应，由此发电膜电极310可以发电。

在一些可选实施例中，CO消除模块的工作温度低于发电模块的工作温度。这样在CO消除模块去除CO时可以抑制原料氢气中的H₂发生反应。

可选地，如图1所示，基座还具有冷却液入口103和冷却液出口，基座内具有与冷却液入口103和冷却液出口连通的冷却液流路，冷却液流路先流经CO消除模块后流经发电模块。也就是说，冷却液由冷却液入口103流入冷却液流路，然后冷却液先流到CO消除模块，对CO消除模块进行冷却降温，之后冷却液再流到发电模块，对发电模块进行冷却降温，最后再从冷却液出口流出。

在一些具体实施例中，如图1所示，基座包括第一端板110、第二端板120和多个双极板130，原料氢气入口101和冷却液入口103设于第一端板110，第一空气入口102和冷却液出口设于第二端板120。多个双极板130设于第一端板110与第二端板120之间，第一端板110、第二端板120和多个双极板130限定出处理腔和冷却液流路。具体而言，多个双极板130夹持在第一端板110和第二端板120之间，第一端板110、第二端板120和多个双极板130夹紧固定设置。这样可以利用基座支撑和固定CO消除模块和发电模块，还便于在基座内形成CO消除模块、发电模块的安装空间、以及气体流道和冷却液流路，以便于燃料电池堆1工作发电。

可选地，第一端板110、第二端板120和多个双极板130可以分别加工有沿厚度方向贯通的通孔，第一端板110、第二端板120和多个双极板130贴紧配合在一起后，通孔可以形成气体流道和冷却液流路。

具体地，CO消除模块包括多个CO消除膜电极210，发电模块包括多个发电膜电极310，每个CO消除膜电极210夹持在相邻的两个双极板130或双极板130和第一端板110之间，每个发电膜电极310夹持在相邻的两个双极板130或双极板130和第二端板120之间。这样可以对CO消除膜电极210和发电膜电极310进行可靠的支撑和固定，还便于气体在CO消除膜电极210和发电膜电极310处进行反应。

在一些具体实施例中，基座还包括紧固件，紧固件分别与第一端板110、第二端板120和多个双极板130相连。可选地，紧固件可以为紧固螺栓，紧固螺栓依次穿过第一端板110、多个双极板130和第二端板120，紧固螺栓与螺母配合将第一端板110、多个双极板130和第二端板120压紧连接。

可选地，如图1所示，基座还设有第一集电板141和第二集电板142。具体而言，第一集电板141可以具有与外部输电结构连接的负极耳，第二集电板142可以具有与外部输电结构连接的正极耳。

本发明的燃料电池堆1，将原料氢气入口101附近若干片发电膜电极310替换为CO消除膜电极210，并改动气路结构，使非纯的原料氢气经过CO消除膜电极210，将CO转化为对燃料电池催化剂无毒害作用的气体，经纯化后的气体再送入后面的发电膜电极310中发电。这种燃料电池堆1构型利用前置的若干片CO消除膜电极210集中消除CO，使得原本不耐受CO的燃料电池堆1具有了容忍一定浓度CO的能力，具有消除CO模块和发电模块易于集成，对原有的燃料电池堆1结构上改动不大，并能降低燃料电池用氢成本的优势。

根据本发明实施例的燃料电池堆1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。