一种燃料电池单元及具有其的燃料电池电堆结构制造技术

本发明专利技术提供一种燃料电池单元，涉及电池领域，该燃料电池单元包括极板和膜电极，极板至少形成两个活性区域，两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，共用非活性区域至少具有一个共用阳极气体进口或共用阳极气体出口或共用阴极气体进口或共用阴极气体出口或共用冷却介质进口或共用冷却介质出口，提高了燃料电池中活性区域的占比，从而提高了具有其的燃料电池电堆结构的功率密度。

A fuel cell unit and its fuel cell stack structure

The invention provides a fuel cell unit, which relates to the battery field. The fuel cell unit comprises a polar plate and a membrane electrode. The polar plate forms at least two active regions, two active regions have at least one common inactive region, and the common inactive region has at least one common anode gas inlet or common anode gas outlet or common cathode gas inlet or common cathode gas At the same time, the proportion of active area in fuel cell is increased and the power density of fuel cell stack structure is increased.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池单元及具有其的燃料电池电堆结构
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种燃料电池单元及具有其的燃料电池电堆结构。
技术介绍
燃料电池是将“燃料气体”的化学能直接转化为直流电能的能量转换器。在乘用车等应用场景中，燃料电池的比功率(体功率密度)是关键参数之一。燃料电池的尺寸和结构取决于极板的尺寸和结构，极板一般包括活性区域和非活性区域，其中活性区域是燃料电池发电的区域。极板上的非活性区域包含反应气体进出口、冷却介质进出口，以及包裹工质进出口的边框区域，这些区域的存在也能够加强极板的结构强度。提高燃料电池比功率密度的手段有多种，但是在膜电极性能、流场基本结构确定的情况下，通过提高极板上活性区域利用率是唯一方法。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种燃料电池单元及具有其的燃料电池电堆结构，该燃料电池单元包括极板和膜电极，极板至少形成两个活性区域，两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，共用非活性区域至少具有一个共用阳极气体进口或共用阳极气体出口或共用阴极气体进口或共用阴极气体出口或共用冷却介质进口或共用冷却介质出口。通过提高极板上活性区域占比的方式增加了活性面积的占比，提高了燃料电池极板上非活性区域的利用率，从而提高燃料电池的比功率。本专利技术提供一种燃料电池单元，包括极板和膜电极，所述极板至少形成两个活性区域，所述两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，所述共用非活性区域至少具有一个共用阳极气体进口或共用阳极气体出口或共用阴极气体进口或共用阴极气体出口或共用冷却介质进口或共用冷却介质出口，该设计提高了极板上活性区域的占比，使得燃料电池结构更加紧凑。进一步可选的，所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用阴极气体进口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的入口均朝向所述共用阴极气体进口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的出口均背向所述共用阴极气体进口，提高了阴极气体通道的流通性，保证提供足够的阴极气体给燃料电池单元，同时有利于阴极生成的水的流通。进一步可选的，所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用阴极气体出口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的出口均朝向所述共用阴极气体出口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的入口均背向所述共用阴极气体出口，保证提供足够的阴极气体给燃料电池单元，同时有利于阴极生成的水的流通。进一步可选的，所述极板在宽度方向的上下两侧分别形成阳极气体出口和阳极气体进口。进一步可选的，所述极板在宽度方向的上下两侧还分别形成冷却介质出口和冷却介质进口。进一步可选的，所述阴极气体进、出口和冷却介质进出口在所述极板上形成交叉方向流动，使冷却介质在阴阳极板之间流动，及时带走燃料电池单元产生的热，保证电池工作的安全性。进一步可选的，所述极板为双极板，所述双极板包括第一极板和第二极板，两极板上下叠置在一起；所述第一极板形成有多个间隔设置的第一凹槽，所述每对相邻的第一凹槽之间均形成有第一凸起；所述第一凸起和第一凹槽间隔交错排列；所述第二单极板形成有多个间隔设置的第二凹槽，所述每对相邻的第二凹槽之间均形成有第二凸起；第二凸起和第二凹槽间隔交错排列；所述第一凹槽、第一凸起在所述双极板的长度方向延伸；所述第二凹槽、第二凸起在所述双极板的宽度方向延伸；所述第一极板、第二极板的上下分别设有第一膜电极、第二膜电极；所述第一极板的第一凹槽与其对应的第一膜电极形成阴极气体流道；所述第二极板的第二凹槽与其对应的膜电极形成阳极气体流道；所述阴极气体流道与阳极气体流道形成交叉流动；所述第一极板与第二极板之间形成冷却介质通道；所述冷却介质通道形成所述冷却介质在所述第一极板与第二极板之间流动；该结构设计使双极板上反应气体的流动分布趋于均匀。进一步可选的，所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用冷却介质进口，所述两个相邻活性区域的冷却介质通道的入口均朝向所述共用冷却介质进口，所述两个相邻活性区域的冷却介质通道的出口均背向所述共用冷却介质进口，该设计提高了极板上活性区域的占比，使得燃料电池结构更加紧凑。进一步可选的，所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在所述两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用冷却介质出口，所述两个相邻活性区域的冷却介质通道的出口均朝向所述共用冷却介质出口，所述两个相邻活性区域的冷却介质通道的进口均背向所述共用冷却介质出口，该设计提高了极板上活性区域的占比，使得燃料电池结构更加紧凑。进一步可选的，所述极板在宽度方向的上下两侧分别形成阴极气体出口和阴极气体进口。进一步可选的，所述极板在宽度方向的上下两侧还分别形成阳极气体出口和阳极气体进口。进一步可选的，所述阴阳极气体进、出口和冷却介质进出口交叉设置。进一步可选的，所述极板为双极板，所述双极板包括第一极板和第二极板；所述第一极板形成有多个间隔设置的第一凹槽，所述每对相邻的第一凹槽之间均形成有第一凸起；所述第一凸起和第一凹槽间隔交错排列；所述第二单极板形成有多个间隔设置的第二凹槽，所述每对相邻的第二凹槽之间均形成有第二凸起；所述第二凸起和第二凹槽间隔交错排列；所述第一凹槽、第一凸起在所述双极板的宽度方向延伸；所述第二凹槽、第二凸起在所述双极板的宽度方向延伸；所述第一极板和第二极板对向叠置在一起，且所述第一极板、第二极板的上下分别设有第一膜电极、第二膜电极；所述第一极板的第一凹槽与其对应的第一膜电极形成阴极气体流道；所述第二极板的第二凹槽与其对应的第二膜电极形成阳极气体流道；所述阴极气体流道与阳极气体流道形成阴极气体、阳极气体平行方向上的流动；所述第一极板与第二极板之间形成冷却介质通道；所述冷却介质通道形成所述冷却介质在所述第一极板与第二极板之间流动。进一步可选的，所述阴极气体流道、阳极气体流道和所述冷却介质通道为曲线型通道。本专利技术还提供一种燃料电池电堆结构，其上述任一项所述的燃料电池单元，所述燃料电池单元至少有两个，所述燃料电池单元之间紧密贴合有膜电极。进一步可选的，所述燃料电池单元上的进口和出口堆叠一起形成母管通道，即阳极气体进口母管通道、阳极气体出口母管通道、阴极气体进口母管通道、阴极气体出口母管通道、冷却介质进口母管通道、冷却介质出口母管通道。本专利技术还提供了一种新能源汽车，具有上述任一项所述的燃料电池单元和/或燃料电池电堆结构。本专利技术提供一种燃料电池单元，包括极板和膜电极，极板至少形成两个活性区域，两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，使得燃料电池结构更加紧凑，双极板上反应气体的流动分布趋于均匀，同时扩大活性区域即反应区域占比，提高了燃料电池的功率密度。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1燃料电池单元结构正面示意图；图2是本专利技术实施例1燃料电池单元结构反面面示意图；图3是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池单元，包括极板和膜电极，其特征在于：所述极板至少形成两个活性区域，所述两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，所述共用非活性区域至少具有一个共用阳极气体进口或共用阳极气体出口或共用阴极气体进口(11)或共用阴极气体出口或共用冷却介质进口(37)或共用冷却介质出口。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池单元，包括极板和膜电极，其特征在于：所述极板至少形成两个活性区域，所述两个活性区域至少具有一个共用非活性区域，所述共用非活性区域至少具有一个共用阳极气体进口或共用阳极气体出口或共用阴极气体进口(11)或共用阴极气体出口或共用冷却介质进口(37)或共用冷却介质出口。2.如权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用阴极气体进口(11)，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的入口均朝向所述共用阴极气体进口(11)，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的出口均背向所述共用阴极气体进口(11)。3.如权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共用阴极气体出口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的出口均朝向所述共用阴极气体出口，所述两个相邻活性区域的阴极气体流道的入口均背向所述共用阴极气体出口。4.如权利要求2或3所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板在宽度方向的上下两侧分别形成阳极气体出口和阳极气体进口。5.如权利要求4所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板在宽度方向的上下两侧还分别形成冷却介质出口和冷却介质进口。6.如权利要求5所述的燃料电池单元，其特征在于：所述阴极气体进、出口和冷却介质进出口在所述极板上形成阴极气体、冷却介质的交叉流动。7.如权利要求6所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板为双极板，所述双极板包括第一极板(5)和第二极板(6)；所述第一极板(5)形成有多个间隔设置的第一凹槽(51)，所述每对相邻的第一凹槽(51)之间均形成有第一凸起(52)；所述第一凸起(52)和第一凹槽(51)间隔交错排列；所述第二单极板形成有多个间隔设置的第二凹槽(61)，所述每对相邻的第二凹槽(61)之间均形成有第二凸起(62)；所述第二凸起(62)和第二凹槽(61)间隔交错排列；所述第一凹槽(51)、第一凸起(52)在所述双极板的长度方向延伸；所述第二凹槽(61)、第二凸起(62)在所述双极板的宽度方向延伸；所述第一极板(5)和第二极板(6)对向叠置在一起，且所述第一极板(5)、第二极板(6)的上下分别设有第一膜电极、第二膜电极；所述第一极板(5)的第一凹槽(51)与其对应的第一膜电极形成阴极气体流道；所述第二极板(6)的第二凹槽(61)与其对应的第二膜电极形成阳极气体流道；所述阴极气体流道与阳极气体流道形成阴极气体、阳极气体交叉方向上的流动；所述第一极板(5)与第二极板(6)之间形成冷却介质通道；所述冷却介质通道形成所述冷却介质在所述第一极板(5)与第二极板(6)之间流动。8.如权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述极板在长度方向形成两个相邻活性区域，在两个相邻活性区域之间具有一个共用非活性区域，在该共用非活性区域设置有一共...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，张威，肖彪，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44