燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板制造技术

本发明专利技术提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板具有一阴极板贴合侧、一阴极板自由侧、至少一散热通道以及至少一流体通道，其中所述阴极板贴合侧和所述阴极板自由侧相互对应，其中每个所述散热通道分别形成于所述阴极板的所述阴极板贴合侧，并且每个所述散热通道分别沿着所述阴极板的宽度方向延伸，其中每个所述流体通道分别自所述阴极板贴合侧向所述阴极板自由侧方向延伸，并且至少一个所述流体通道连通于至少一个所述散热通道。本发明专利技术的所述阴极板通过提供每个所述流体通道的方式能够实现所述阴极板的轻质化和显著地提高所述阴极板的散热效率。

Fuel cell stack, fuel cell monomer and cathode plate

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板
本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板。
技术介绍
燃料电池是一种清洁能量源，其能够提供清洁的电能，从而在近年来，燃料电池愈发引起人们的关注，例如，以氢气为燃料的燃料电池，其在将化学能转化为电能后的产物仅为水，能够实现零排放，从而受到了市场的认可和追捧。具体地说，以氢气为燃料的燃料电池包括阳极板、阴极板以及被夹持在阳极板和阴极板之间的质子交换膜，其中阳极板提供氢气通道，阴极板提供散热通道和连通于散热通道的进气通道，其中阴极板的每个散热通道在阴极板的外侧分别沿着阴极板的宽度方向延伸，每个进气通道在阴极板的内侧分别沿着阴极板的宽度方向延伸，并且每个散热通道和每个进气通道相互对齐和相互连通，以使每个散热通道和每个进气通道分别形成一个贯穿型通道。燃料电池在工作时，氢气自阳极板的氢气通道到达质子交换膜，空气在沿着阴极板的每个散热通道流动时自每个进气通道达到质子交换膜，其中质子交换膜实现氢气和空气中的氧气的化学反应，而将一部分化学能转化为电能，同时，另一部分化学能转化为热能，并且在空气在阴极板的每个散热通道内流动时将热量带走，以起到降低燃料电池的温度的作用。然而，燃料电池的热效率非常高，甚至可以达到55％左右。尤其是在多个燃料电池单体组成一个燃料电池电堆时，燃料电池电堆的温度上升的更快。换言之，在燃料电池电堆处于工作状态时，相当大比例的化学能回转化为热量，如果燃料电池电堆在工作的过程中产生的热量不能够被及时地散热，会导致燃料电池电堆的温度非常高，并会进一步导致质子交换膜出现缺水的不良现象，而一旦质子交换膜出现了缺水的不良现象，则势必会对质子交换膜的质子导电率产生不良影响，进而影响燃料电池电堆的性能。为了提高燃料电池电堆的散热效率，通常在燃料电池电堆的侧部设置一个通风机，通风机以鼓风的方式加快空气在阴极板的每个散热通道内的流动速度，从而将燃料电池电堆产生的热量带走。尽管这种方式对于提高散热电池电堆的散热效率有一定的帮助，但是这种方式对阴极板的每个散热通道的宽度尺寸的要求比较苛刻，例如，若阴极板的每个散热通道的宽度尺寸过于狭窄，则在空气通过阴极板的每个散热通道时，过于狭窄的散热通道会产生较大的阻力，不利于空气进入。若空气进入到阴极板的每个散热通道的进入量比较少，不仅不利于燃料电池电堆散热，而且还会对通风机等燃料电池电堆的附件的静电、流量以及功率都会提出更为苛刻的要求，以至于增加了通风机等燃料电池电堆的附件的耗损，并且当燃料电池电堆的温度较高的环境中被使用时，不利于燃料电池电堆的温度的控制，极大地降低了燃料电池电堆的环境适应能力。更为重要的是，若空气进入阴极板的每个散热通道的进入量比较少，则势必导致自阴极板的每个散热通道进入每个进气通道的空气量比较少，进而导致到达质子交换膜的氧气量比较少，这不利于氢气和氧气的充分反应，以至于进一步导致燃料电池电堆的工作效率比较低。阴极板的每个散热通道和每个进气通道均沿着阴极板的宽度方向延伸，当空气在阴极板的每个散热通道内流动时，只有很少一部分空气会自阴极板的每个散热通道进入每个空气通道而达到质子交换膜，这导致达到质子交换膜的空气量比较少，进而导致到达质子交换膜的氧气的量比较少。并且，由于阴极板的每个进气通道呈长条形，且每个进气通道的延伸方向和每个散热通道的延伸方向一致，并均沿着阴极板的宽度方向延伸，这种结构导致自每个进气通道到达质子交换膜的空气会快速地流走，这不利于氢气和氧气的充分反应，以至于进一步导致燃料电池的工作效率比较低。另外，阳极板和阴极板是燃料电池的不可或缺的关键部件，但是，现有的燃料电池的阳极板和阴极板的重量都比较大，并且阳极板和阴极板在燃料电池中所占的比例非常大，甚至可以达到80％左右，这导致燃料电池非常的笨重，并且不利于提高燃料电池的功率密度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板能够被轻质化，以有利于降低所述燃料电池单体的重量，并且通过这样的方式，能够提高所述燃料电池电堆的功率密度。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板具有良好的散热能力，以在所述燃料电池电堆工作时，能够显著地降低所述燃料电池电堆的温度。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板具有良好的散热能力，以在所述燃料电池电堆工作时，有利于控制所述燃料电池电堆的温度。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中通过对所述阴极板的结构进行改进，即便是配合所述燃料电池电堆的燃料电池系统的通风机的功率被减小，所述燃料电池电堆的散热效率也能够被保证，通过这样的方式，能够保证所述燃料电池电堆的可靠性和稳定性。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述通风机允许被选择更小的功率，从而有利于减轻所述燃料电池电堆的重量，和进一步提高所述燃料电池电堆的功率密度。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中在不增加所述阴极板的尺寸的基础上，所述阴极板的散热面积能够被有效地增加，通过这样的方式，有利于提高所述阴极板的散热能力，和提高所述燃料电池电堆的散热效率。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板能够增加到达所述燃料电池单体的膜电极组合体的反应流体的滞留时间，从而使得燃料和反应流体在到达所述膜电极组合体之后能够充分反应，以提高所述燃料电池电堆的电效率。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板能够通过形成流体旋涡的方式增加到达所述膜电极组合体的反应流体的滞留时间，从而使得燃料和反应流体在到达所述膜电极组合体之后能够充分反应，以提高所述燃料电池电堆的电效率。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板能够通过形成流体旋涡的方式增加到达所述膜电极组合体的反应流体的量，从而使得燃料和反应流体在到达所述膜电极组合体之后能够充分进行反映，以提高所述燃料电池电堆的电效率。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板能够防止燃料泄露，以避免浪费，并且所述阴极板通过防止燃料泄露的方式可以提高所述燃料电池电堆的安全性和可靠性。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板具有一组散热通道和一组流体通道，至少一个所述散热通道和至少一个所述流体通道相连通，并且所述散热通道的延伸方向和所述流体通道的延伸方向不一致，通过这样的方式，自所述散热通道进入所述流体通道的反应流体不容易从所述流体通道内逃逸出来，从而增加反应流体在所述流体通道内滞留的时间，以有利于燃料和反应流体在到达所述膜电极组合体之后充分进行反映，进而提高所述燃料电池电堆的电效率。本专利技术的一个目的在于提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中相对于传统的直通式流体通道来说，本专利技术的所述阴极板通过提供孔状的所述流体通道的方式能够大幅度地降低所述阴极板的重量，并保证所述阴极板的强度，以实现所述阴极板的轻质化。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于燃料电池的阴极板，其特征在于，所述阴极板具有一阴极板贴合侧、一阴极板自由侧、至少一散热通道以及至少一流体通道，其中所述阴极板贴合侧和所述阴极板自由侧相互对应，其中每个所述散热通道分别形成于所述阴极板的所述阴极板贴合侧，并且每个所述散热通道分别沿着所述阴极板的宽度方向延伸，其中每个所述流体通道分别自所述阴极板贴合侧向所述阴极板自由侧方向延伸，并且至少一个所述流体通道连通于至少一个所述散热通道。

【技术特征摘要】
2018.02.02 CN 20181010651391.用于燃料电池的阴极板，其特征在于，所述阴极板具有一阴极板贴合侧、一阴极板自由侧、至少一散热通道以及至少一流体通道，其中所述阴极板贴合侧和所述阴极板自由侧相互对应，其中每个所述散热通道分别形成于所述阴极板的所述阴极板贴合侧，并且每个所述散热通道分别沿着所述阴极板的宽度方向延伸，其中每个所述流体通道分别自所述阴极板贴合侧向所述阴极板自由侧方向延伸，并且至少一个所述流体通道连通于至少一个所述散热通道。2.根据权利要求1所述的阴极板，其中所述阴极板包括一阴极板主体和至少一引导元件，其中所述阴极板主体具有一板主体、两流道端以及一凹槽，每个所述流道端分别形成于所述板主体的两个端部，其中每个所述流道端的一侧和所述板主体的一侧对齐以形成所述阴极板的所述阴极板贴合侧，每个所述流道端的另一侧凸出于所述板主体的另一侧以形成所述阴极板的所述阴极板自由侧，并且在所述板主体对应的位置形成所述凹槽，其中每个所述引导元件分别一体地且相互间隔地延伸于所述板主体，并被保持在所述凹槽内，以藉由每个所述引导元件分隔所述凹槽而形成每个所述散热通道，其中每个所述流体通道分别形成于所述板主体。3.根据权利要求2所述的阴极板，其中所述引导元件具有至少一缺口，其中所述缺口自所述阴极板的所述阴极板自由侧向所述阴极板贴合侧延伸，并且所述缺口对应和连通所述流体通道。4.根据权利要求3所述的阴极板，其中所述引导元件的所述缺口被定义为一第一缺口，所述第一缺口具有一个开口以连通于一个所述散热通道，其中所述流体通道被定义为一第一流体通道，所述第一流体通道连通于一个所述散热通道，其中所述第一缺口和所述第一流体通道相互对应和连通，并且所述第一缺口和所述第一流体通道连通同一个所述散热通道。5.根据权利要求3所述的阴极板，其中所述引导元件的所述缺口被定义为一第二缺口，所述第二缺口具有两个开口以连通相邻两个所述散热通道，其中所述流体通道被定义为一第二流体通道，所述第二流体通道连通相邻两个所述散热通道，其中所述第二缺口和所述第二流体通道相互对应和连通，并且所述第二缺口和所述第二流体通道分别连通相邻两个所述流体通道。6.根据权利要求3所述的阴极板，其中所述引导元件的一部分所述缺口被定义为一第一缺口，另一部分所述缺口被定义为一第二缺口，并且所述第一缺口具有一个开口以连通于一个所述散热通道，所述第二缺口具有两个开口以连通相邻两个所述散热通道，其中一部分所述流体通道被定义为一第一流体通道，另一部分所述流体通道被定义为一第二流体通道，并且所述第一流体通道连通于一个所述散热通道，所述第二流体通道连通于相邻两个所述散热通道，其中所述第一缺口和所述第一流体通道相互对应和连通，并且所述第一缺口和所述第一流体通道连通同一个所述散热通道，其中所述第二缺口和所述第二流体通道相互对应和连通，并且所述第二缺口和所述第二流体通道分别连通相邻两个所述流体通道。7.根据权利要求6所述的阴极板，其中两个以上的所述第一缺口形成一第一缺口组，两个以上的所述第二缺口形成一第二缺口组，两个以上的所述第一流体通道形成一第一流体通道组，两个以上的所述第二流体通道形成一第二流体通道组，其中所述第一缺口组的延伸方向和所述第二缺口组的延伸方向均与所述引导元件的延伸方向一致，其中所述第一流体通道组的延伸方向和所述第二流体通道组的延伸方向均与所述散热通道的延伸方向一致。8.根据权利要求6所述的阴极板，其中所述第二缺口的两个开口的尺寸不同。9.根据权利要求8所述的阴极板，其中所述第二缺口的尺寸稍大的开口与所述第一缺口的开口连通于同一个所述散热通道。10.根据权利要求2至9中任一所述的阴极板，其中所述阴极板的用于形成所述流体通道的区域的面积与所述阴极板的所述阴极板贴合侧的面积之比为0.3:1～0.95:1。11.根据权利要求2至9中任一所述的阴极板，其中所述流体通道的形状选自圆孔、方孔、多变形孔和不规则弧形孔中的一个。12.根据权利要求2至9中任一所述的阴极板，其中所述流体通道形成于所述阴极板本体的所述板主体的中部，从而在所述板主体的两侧分别形成一平整的贴合部。13.根据权利要求2至9中任一所述的阴极板，其中所述流体通道形成于所述阴极板本体的所述板主体的全部区域。14.根据权利要求12所述的阴极板，其中所述阴极板进一步具有至少一组凹腔，其中所述凹腔设于所述阴极板本体的至少一个所述贴合部，并且所述凹腔自所述阴极板自由侧向所述阴极板贴合侧方向延伸。15.根据权利要求2至9中任一所述的阴极板，其中所述阴极板具有至少一凹腔，其中所述凹腔设于所述阴极板本体的至少一个所述流道端。16.根据权利要求12所述的阴极板，其中所述阴极板具有至少一凹腔，其中所述凹腔设于所述阴极板本体的至少一个所述流道端。17.根据权利要求13所述的阴极板，其中所述阴极板具有至少一凹腔，其中所述凹腔设于所述阴极板本体的至少一个所述流道端。18.根据权利要求14所述的阴极板，其中所述凹腔进一步设于所述阴极板本体的至少一个所述流道端。19.根据权利要求15至17中任一所述的阴极板，其中所述凹腔为盲孔；或者所述凹腔为穿孔；或者一部分所述凹腔为盲孔，另一部分所述凹腔为穿孔。20.根据权利要求1至19中任一所述的阴极板，其中所述阴极板由金属材料或者碳基材料制成。21.一燃料电池单体，其特征在于，包括：至少一膜电极组合体；一阳极板，其中所述阳极板具有一阳极板贴合侧、一阳极板自由侧以及至少一燃料流道，其中所述阳极板贴合侧和所述阳极板自由侧相互对应，所述燃料流道形成于所述阳极板贴合侧；以及一阴极板，其中所述阴极板具有一阴极板贴合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵锋，李骁，李名剑，
申请(专利权)人：武汉众宇动力系统科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42