一种质子交换膜燃料电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池，属于燃料电池技术领域。为了解决燃料电池内部流场气体稳定性差和分布不均的问题，提供一种质子交换膜燃料电池，包括供氢结构、阳极单极板、阴极单极板和供氧结构，阳极单极板具有若干平行且间隔设置的阳极隔板，阴极单极板具有一一对应阴极隔板；阳极隔板与阴极隔板之间具有单体电池单元，阴极单极板内设有氧气通道，氧气通道分别与供氧结构和单体电池单元的阴极隔板侧相连通；阳极单极板内设有氢气通道，氢气通道分别与供氢结构和单体电池单元的阳极隔板侧相连通。能够有效缓解流场内部气体分布不均匀的现象，提高内部气体分布的均匀性与稳定性。

A proton exchange membrane fuel cell

The utility model relates to a proton exchange membrane fuel cell, which belongs to the technical field of fuel cells. In order to solve the problem of poor gas stability and uneven distribution in the flow field of fuel cell, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is provided, which includes hydrogen supply structure, anode monopole plate, cathode monopole plate and oxygen supply structure. The anode monopole plate has several parallel and spaced anode partitions, and the cathode monopole plate has one-to-one corresponding negative. There is a single battery unit between the anode separator and the cathode separator, and there is an oxygen channel in the cathode monopole plate, which is connected with the oxygen supply structure and the cathode separator side of the monomer battery unit respectively; there is a hydrogen channel in the anode monopole plate, and the hydrogen channel is connected with the anode of the hydrogen supply structure and the monomer battery unit respectively. The side of the separator is connected. It can effectively alleviate the phenomenon of non-uniform gas distribution in the flow field and improve the uniformity and stability of gas distribution in the flow field.

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池
本技术涉及一种质子交换膜燃料电池，属于燃料电池

技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是最近几十年里备受青睐的燃料电池。它具备燃料电池的谱表特征同时兼具在低温状态下可快速启动与工作、无电解液流失、寿命长、比功率与比能量高等特点。由于质子交换膜燃料电池具有这些优异性，被视为汽车动力电源最理想替代者，其能被应用于多种场合：小至代步车电源、移动充电装置，大至兆瓦级发电站。如笔记本电脑、手机、收音机及电动汽车等。质子交换膜燃料电池在膜电极两侧分布金属双极板，包括阳极与阴极单极板结构主要起到电流收集与传送、气体分布等作用。还需要设置气体通道、气体扩散层、催化剂层以及电解质层。但是，现有技术中双极板的气体流场区结构大多是采用有点状、蛇形、弧形等。如中国专利申请(公开号：CN103779595A)公开了一种质子交换燃料电池，包括一个或多个单体电池；所述单体电池包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间由质子交换膜分隔，阳极板和质子交换膜之间形成氢气通道，阴极板和质子交换膜之间形成氧气通道。该质子交换燃料电池的流场设计容易导致流道中间部位气体分布不均匀、气体稳定性差以及气体属性的变化等问题的产生。
技术实现思路
本技术针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种质子交换膜燃料电池，解决的问题是如何实现提高流道内部气体分布均匀性和稳定性。本技术的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种质子交换膜燃料电池，包括供氢结构、阳极单极板、阴极单极板和供氧结构，所述阳极单极板具有若干平行且间隔设置的阳极隔板，所述阴极单极板具有与阳极隔板一一对应的阴极隔板；对应的阳极隔板与阴极隔板之间具有单体电池单元，所述阴极单极板内设有氧气通道，所述氧气通道分别与供氧结构和单体电池单元的阴极隔板侧相连通；所述阳极单极板内设有氢气通道，所述氢气通道分别供氢结构和单体电池单元的阳极隔板侧相连通。通过分别在阴极单极板和阳极单极板上设有相应的氧气通道和氢气通道，避免外部供气装置中的气体直接通过单体电池单元产生气体属性的变化，确保流入每个单体电池内的气体属性保持良好的一致性，使单体电池单元内的气体具有较好的稳定性与分布效果；同时，也有助于实现阴阳极侧气体流量的调控，充分利用流入的气体，提高资源的利用率以及改善燃料电池电堆的稳定性和使用寿命；此外，将氧气通道和氢气通道直接设在阴、阳电极单极板上还具有结构紧凑的优点，减少了电池内部空间的占有。在上述质子交换膜燃料电池中，作为优选，每个阳极隔板和阴极隔板位于单体电池单元侧具有相对设置的凹凸槽结构，所述阴极单极板靠近每个阴极隔板具有凹凸槽结构侧开设有通气孔一，所述氧气通道通过通气孔一与单体电池单元位于阴极隔板侧相通；所述阳极单极板靠近每个阳极隔板具有凹凸槽结构侧开设有通气孔二；所述氢气通道能够通过通气孔二与单体电池单元位于阳极隔板侧相通。通过在阳极隔板和阴极隔板上设有呈相对设置的凹凸槽结构可在内部形成匀压腔，形成的匀压腔有助于平衡流道内部气压与氢气及氧气流量，起到较好的匀压作用，从氧气通道和氢气通道内流入的相应气体具有更好的平稳性，且能够缓解内部气体分布不均的现象，实现内部气体均匀分布，也解决了现有流场中采用平行流道与蛇形流道导致的内部气压分布不均的现象；同时，通气孔一和通气孔二分别靠近阳极隔板和阳极隔板具有凹凸槽结构侧的位置，能够使从氧气通道和氢气通道流入的气体在凹凸槽结构形成的匀压腔作用下具有更好的稳定性和均匀性。在上述质子交换膜燃料电池中，所述阳极单极板内还设有氢气回流通道，所述氢气回流通道与氢气通道相通处设有滤膜，所述氢气回流通道的出气口与供氢结构相通。通过滤膜过滤处理之后，实现氢气的回收循环利用，避免氢气资源的浪费，且将氢气通道和氢气回流通道均设在阳极单极板上，减少内部空间占用率，达到结构紧凑的效果。在上述质子交换膜燃料电池中，作为优选，所述凹凸槽结构呈梯形状交替设置，此结构可调控气体流动的稳定性，具有良好的匀压作用，从而实现单体电池单元内部气体均匀分布。在上述质子交换膜燃料电池中，所述阳极隔板的外侧设有阳极散热板，所述阴极隔板的外侧设有阴极散热板。能够起到较好的冷却效果，提高电池的使用寿命。作为进一步的优选，所述阴极散热板和阳极散热板内均设有呈Z字型排列设置的散热管道，所述散热管道内填充有冷却剂。有利于提高冷却的效率。在上述质子交换膜燃料电池中，所述单体电池单元从阳极隔板到阴极隔板方向依次包括阳极气体流道、阳极气体扩散层、阳极催化剂层、质子交换膜层、阴极催化剂层、阴极气体扩散层和阴极气体流道。所述质子交换膜层采用磺化聚合物材料制成。综上所述，本技术与现有技术相比，具有以下优点：1.通过在阴、阳极单极板上设置氧气通道和氢气通道，能够避免外部气体直接通入单体电池单元内部，能够实现均匀供气和提高气体稳定性的效果。2.通过在对应的阳极隔板和阴极隔板上设有凹凸槽结构，相当于在内部形成匀压腔的结构，形成的匀压腔有助于平衡流道内部气压与氢气及氧气流量，能够起到较好的匀压作用，从而缓解内部气体分布不均的现象，达到内部气体分布均匀的效果。3.通过设置氢气回流通道和氢气过滤膜结构，实现氢气的回收利用，提高资源的利用率。附图说明图1是本质子交换膜燃料电池的结构示意图。图2是本质子交换膜燃料电池中阴极单极板的结构示意图。图3是本质子交换膜燃料电池中阳极单极板的结构示意图。图4是本质子交换膜燃料电池中阳极单极板和阴极单极板组合后的结构示意图。图5是本质子交换膜燃料电池中单个单体电池的局部结构原理示意图。图6是本质子交换膜燃料电池中单个单体电池的另一种局部结构原理示意图。图7是图6中阴板散热板和阳极散热板采用一体式结构的放大结构示意图。图中，1、供氢结构；2、阳极单极板；21、阳极隔板；22、氢气通道；221、进气口二；23、通气孔二；24、氢气回道通道；241、出气口；3、阴极单极板；31、阴极隔板；32、氧气通道；321、进气口一；33、通气孔一；4、供氧结构；5、单体电池单元；51、阳极气体流道；52、阳极气体扩散层；53、阳极催化剂层；54、质子交换膜层；55、阴极催化剂层；56、阴极气体扩散层；57、阴极气体流道；6、滤膜；7、阳极散热板；8、阴极散热板；9、散热管道；10、外壳。具体实施方式下面通过具体实施例和附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明，但是本技术并不限于这些实施例。如图1-图5所示，一种质子交换膜燃料电池，包括供氢结构1、阳极单极板2、阴极单极板3和供氧结构4，这里的电池还具体外壳10，更重要的是，其中，阳极单极板2具有若干呈平行且间隔设置的阳极隔板21，即阳极隔板21与阳极单极板3之间相互垂直，阴极单极板3具有与阳极隔板21一一相对应的阴极隔板31；这里的阳极隔板21和阴极隔板31的数量相对应即可，对于具体的数量可以根据实际情况进行调整，同样，阴极隔板31与阴极单极板3之间相互垂直，对应的阳极隔板21与阴极隔板31之间具有单体电池单元5，阴极单极板3内设有氧气通道32，最好使氧气通道32沿着单体电池单元5的排列方向沿伸，这样可以保证每个单体电池单元5与其相连通，氧气通道32分别与供氧结构4和单体电池单元5的阴极隔板31侧相连通；阳极单极板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池，包括供氢结构(1)、阳极单极板(2)、阴极单极板(3)和供氧结构(4)，其特征在于，所述阳极单极板(2)具有若干平行且间隔设置的阳极隔板(21)，所述阴极单极板(3)具有与阳极隔板(21)一一对应的阴极隔板(31)；对应的阳极隔板(21)与阴极隔板(31)之间具有单体电池单元(5)，所述阴极单极板(3)内设有氧气通道(32)，所述氧气通道(32)分别与供氧结构(4)和单体电池单元(5)的阴极隔板(31)侧相连通；所述阳极单极板(2)内设有氢气通道(22)，所述氢气通道(22)分别与供氢结构(1)和单体电池单元(5)的阳极隔板(21)侧相连通。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池，包括供氢结构(1)、阳极单极板(2)、阴极单极板(3)和供氧结构(4)，其特征在于，所述阳极单极板(2)具有若干平行且间隔设置的阳极隔板(21)，所述阴极单极板(3)具有与阳极隔板(21)一一对应的阴极隔板(31)；对应的阳极隔板(21)与阴极隔板(31)之间具有单体电池单元(5)，所述阴极单极板(3)内设有氧气通道(32)，所述氧气通道(32)分别与供氧结构(4)和单体电池单元(5)的阴极隔板(31)侧相连通；所述阳极单极板(2)内设有氢气通道(22)，所述氢气通道(22)分别与供氢结构(1)和单体电池单元(5)的阳极隔板(21)侧相连通。2.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池，其特征在于，每个阳极隔板(21)和阴极隔板(31)位于单体电池单元(5)两侧具有相对设置的凹凸槽结构；所述阴极单极板(3)靠近每个阴极隔板(31)具有凹凸槽结构侧开设有通气孔一(33)，所述氧气通道(32)通过通气孔一(33)与单体电池单元(5)位于阴极隔板(31)侧相通；所述阳极单极板(2)靠近每个阳极隔板(21)具有凹凸槽结构侧开设有通气孔二(23)；所述氢气通道(22)通过通气...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩彬，童路攸，刘雷，陈丽鲜，尹佳，
申请(专利权)人：浙江衡远新能源科技有限公司，山东衡远新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33