一种燃料电池电芯模块单元及燃料电池堆制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池电芯模块单元，包括阴极板、阳极板、膜电极、气封板和水封板；阴极板的内侧面设有氧化气体流道，且氧化气体流道的路径上采用分流结构设计并存在至少两处呈钝角的折弯转角；阳极板的内侧面设有由燃料气体流道，且燃料气体流道的路径上采用分流结构设计并存在至少一处呈钝角的折弯转角；氧化气体流道与燃料气体流道完全错开；氧化气体流道与膜电极之间形成的氧化气体流动通道及燃料气体流道与膜电极之间形成的燃料气体流动通道均通过气封板密封；在本块阴极板与前一块阳极板贴合后，两者之间形成的冷却液体流动通道由水封板密封。本发明专利技术可以答复提升整块阴极板上的氧化气体流速的一致性，从而使得反应更加均匀。更加均匀。更加均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电芯模块单元及燃料电池堆


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池电芯单元模块及燃料电池堆。

技术介绍

[0002]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，因此转化效率高; 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，故反应产物无污染，排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，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。
[0003]随着燃料电池技术的发展，目前燃料电池已经趋向于单元化、模块化的结构设计，由一片片的燃料电池单元串联或并联堆叠后封装而成，因而也被称之为燃料电池堆或燃料电池组。每个单片的燃料电池组又是主要由双极板和膜电极组成，以氢
‑
氧燃料电池为例，双极板中的阴极板与膜电极之间走空气（反应气体是空气中的氧气），双极板的阳极板与膜电极之间走氢气，阴极板与阳极板之间走冷却流体。氢
‑
氧燃料电池中所发生的反应为：阳极（燃料极）：H
2 == 2H
+ + 2e
‑
；阴极（空气极）：2H
+ + 1/2O
2 + 2e
‑ == H2O；电池反应：H
2 + 1/2O
2 == H2O。
[0004]双极板中氢气和空气的流量会直接影响到燃料电池的反应效率，尤其是空气的流速，与燃料电池的性能呈正相关。但如现有技术“一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆（公开号CN112164810A）”中，其公开的气体流道在气体出入口至主反应区之间会经过2次大幅度（呈90度或几乎接近90度）的转向，阻抗较大，因此会降低反应气体的流速，并且位于气体分配区的气体流道的宽度均一致，位于主反应区的气体流道也均是呈一分为三或一分为四的分流设计，这使得反应气体在通过上下两侧路径较远的气体流道时流速会进一步降低，从而导致整块阴极板（或阳极板）上气体流速的不一致，进而最终造成燃料电池反应的不均匀。
[0005]燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，作为一种理想的交通领域用新能源载体，需要具备大的发电功率、高效的能量转化效率，因此对其电池性能的要求必定较高。而燃料电池整体反应的不均匀，会对燃料电池的性能产生一定影响，甚至影响燃料电池的使用寿命，形成了行业内的技术瓶颈，在一定程度上限制了燃料电池的应用。

技术实现思路

[0006]针对现有现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种燃料电池电芯模块单元及燃料电池堆，通过对阴阳双极极板的结构改进，以提升阴阳极板上整体气体流速的一致性，从而确保电池反应更加均匀。
[0007]为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种燃料电池电芯模块单元，包括阴极板、阳极板、膜电极、气封板和水封板；所述阴极板的内侧面设置有由氧化气体进出区流道、氧化气体分配区流道和氧化气体活性区流道组成的氧化气体流道，所述氧化气体分配区流道在连通所述氧化气体进出区流道和所述氧化气体活性区流道的路径上采用分流结构设计，并存在至少两处呈钝角的折弯转角；所述阳极板的内侧面设置有由燃料气体进出区流道、燃料气体分配区流道和燃料气体活性区流道组成的燃料气体流道，所述燃料气体分配区流道在连通所述燃料气体进出区流道和所述燃料气体活性区流道的路径上采用分流结构设计，并存在至少一处呈钝角的折弯转角；所述膜电极夹在所述阴极板和所述阳极板之间，所述氧化气体流道与所述燃料气体流道完全错开；所述氧化气体流道与所述膜电极之间形成的空腔，作为氧化气体流动通道，所述燃料气体流道与所述膜电极之间形成的空腔，作为燃料气体流动通道，并通过所述气封板分别对所述氧化气体流动通道和所述燃料气体流动通道实现边界密封；在本块所述阴极板与前一块所述阳极板贴合后，或在本块所述阳极板与后一块所述阴极板贴合后，两者之间形成的空腔，作为冷却液体流动通道，并通过所述水封板对所述冷却液体流动通道实现边界密封。
[0008]进一步的，所述阴极板的内侧面设置有第一下沉平面，所述第一下沉平面的其中一对左右斜对角分别向外缘延伸后形成所述氧化气体进出区流道，其中一个所述氧化气体进出区流道用于氧化气体的进入，另一个所述氧化气体进出区流道用于氧化气体的排出；所述第一下沉平面的中部由上至下并排设置有若干根间距相等的直线凸起肋条，相邻所述直线凸起肋条之间所构成的直线沟槽形成所述氧化气体活性区流道；所述第一下沉平面的左右两侧分别设置有若干根间距不完全相等的第一折弯凸起肋条，相邻所述第一折弯凸起肋条之间所构成的折弯沟槽形成所述氧化气体分配区流道，每根所述第一折弯凸起肋条的内端均与所述直线凸起肋条的外端间隔相连，从而在所述氧化气体分配区流道与所述氧化气体活性区流道形成分流结构。
[0009]进一步的，所述氧化气体分配区流道按区域分为用于与靠近所述氧化气体进出区流道一侧的所述氧化气体活性区流道连通的氧化气体近程分配流道，以及用于与远离所述氧化气体进出区流道一侧的所述氧化气体活性区流道连通的氧化气体远程分配流道；其中，所述氧化气体近程分配流道的路径呈“横
‑
斜
‑
横”形式，其路径上两处折弯转角的角度均为钝角；构成所述氧化气体近程分配流道的所述第一折弯凸起肋条，其结构均由一段与所述氧化气体进出区流道对接的横向直线段肋条和一段与所述氧化气体活性区流道对接的斜线段肋条连接而成；所述氧化气体远程分配流道的路径呈“斜
‑
竖
‑
斜
‑
横”形式；其路径上三处折弯转角的角度均为钝角；构成所述氧化气体远程分配流道的所述第一折弯凸起肋条，其结构均由一段与所述氧化气体进出区流道对接的长斜线段肋条、一段竖向直线段肋条、一段与所述氧化气体活性区流道对接的短斜线段肋条连接而成。
[0010]进一步的，在构成所述氧化气体近程分配流道的所述第一折弯凸起肋条中，其所有所述横向直线段的外端均与所述氧化气体进出区流道对接，其所有所述斜线段肋条的内端分别以“一隔一”、“一隔二”、“一隔三”、“一隔四”或“一隔五”的形式与构成所述氧化气体
活性区流道的所述直线凸起肋条间隔相连，从而在所述氧化气体近程分配流道与所述氧化气体活性区流道的交界处形成“一分为二”、“一分为三”、“一分为四”、“一分为五”或“一分六”的分流结构；最靠近所述阴极板长边的三组相邻两根所述斜线段肋条之间均设置有一根与所述斜线段肋条相平行的近程分流辅助线段肋条，每根所述近程分流辅助线段肋条的内端均与位于各自所属的相邻两根所述斜线段肋条之间中的一根所述直线凸起肋条的端部连接，从而在所述氧化气体近程分配流道与所述氧化气体活性区流道的交界处进一步形成“一分为三”或“一分为二”的分流结构。
[0011]进一步的，在构成所述氧化气体远程分配流道的所述第一折弯凸起肋条中，其所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电芯模块单元，包括阴极板（1）、阳极板（2）、膜电极（3）、气封板（4）和水封板（5），其特征在于，所述阴极板（1）的内侧面设置有由氧化气体进出区流道（101）、氧化气体分配区流道（102）和氧化气体活性区流道（103）组成的氧化气体流道（10），所述氧化气体分配区流道（102）在连通所述氧化气体进出区流道（101）和所述氧化气体活性区流道（103）的路径上采用分流结构设计，并存在至少两处呈钝角的折弯转角；所述阳极板（2）的内侧面设置有由燃料气体进出区流道（201）、燃料气体分配区流道（202）和燃料气体活性区流道（203）组成的燃料气体流道（20），所述燃料气体分配区流道（202）在连通所述燃料气体进出区流道（201）和所述燃料气体活性区流道（203）的路径上采用分流结构设计，并存在至少一处呈钝角的折弯转角；所述膜电极（3）夹在所述阴极板（1）和所述阳极板（2）之间，所述氧化气体流道（10）与所述燃料气体流道（20）完全错开；所述氧化气体流道（10）与所述膜电极（3）之间形成的空腔，作为氧化气体流动通道，所述燃料气体流道（20）与所述膜电极（3）之间形成的空腔，作为燃料气体流动通道，并通过所述气封板（4）分别对所述氧化气体流动通道和所述燃料气体流动通道实现边界密封；在本块所述阴极板（1）与前一块所述阳极板（2）贴合后，或在本块所述阳极板（2）与后一块所述阴极板（1）贴合后，两者之间形成的空腔，作为冷却液体流动通道，并通过所述水封板（5）对所述冷却液体流动通道实现边界密封。2.根据权利要求1所述的燃料电池电芯模块单元，其特征在于，所述阴极板（1）的内侧面设置有第一下沉平面，所述第一下沉平面的其中一对左右斜对角分别向外缘延伸后形成所述氧化气体进出区流道（101），其中一个所述氧化气体进出区流道（101）用于氧化气体的进入，另一个所述氧化气体进出区流道（101）用于氧化气体的排出；所述第一下沉平面的中部由上至下并排设置有若干根间距相等的直线凸起肋条（104），相邻所述直线凸起肋条（104）之间所构成的直线沟槽形成所述氧化气体活性区流道（103）；所述第一下沉平面的左右两侧分别设置有若干根间距不完全相等的第一折弯凸起肋条（105），相邻所述第一折弯凸起肋条（105）之间所构成的折弯沟槽形成所述氧化气体分配区流道（102），每根所述第一折弯凸起肋条（105）的内端均与所述直线凸起肋条（104）的外端间隔相连，从而在所述氧化气体分配区流道（102）与所述氧化气体活性区流道（103）形成分流结构。3.根据权利要求2所述的燃料电池电芯模块单元，其特征在于，所述氧化气体分配区流道（102）按区域分为用于与靠近所述氧化气体进出区流道（101）一侧的所述氧化气体活性区流道（103）连通的氧化气体近程分配流道，以及用于与远离所述氧化气体进出区流道（101）一侧的所述氧化气体活性区流道（103）连通的氧化气体远程分配流道；其中，所述氧化气体近程分配流道的路径呈“横
‑
斜
‑
横”形式，其路径上两处折弯转角的角度均为钝角；构成所述氧化气体近程分配流道的所述第一折弯凸起肋条（105），其结构均由一段与所述氧化气体进出区流道（101）对接的横向直线段肋条和一段与所述氧化气体活性区流道（103）对接的斜线段肋条连接而成；所述氧化气体远程分配流道的路径呈“斜
‑
竖
‑
斜
‑
横”形式；其路径上三处折弯转角的角度均为钝角；构成所述氧化气体远程分配流道的所述第一折弯凸起肋条（105），其结构均由一段与所述氧化气体进出区流道（101）对接的长斜线段肋条、一段竖向直线段肋条、一段
与所述氧化气体活性区流道（103）对接的短斜线段肋条连接而成。4.根据权利要求3所述的燃料电池电芯模块单元，其特征在于，在构成所述氧化气体近程分配流道的所述第一折弯凸起肋条（105）中，其所有所述横向直线段的外端均与所述氧化气体进出区流道（101）对接，其所有所述斜线段肋条的内端分别以“一隔一”、“一隔二”、“一隔三”、“一隔四”或“一隔五”的形式与构成所述氧化气体活性区流道（103）的所述直线凸起肋条（104）间隔相连，从而在所述氧化气体近程分配流道与所述氧化气体活性区流道（103）的交界处形成“一分为二”、“一分为三”、“一分为四”、“一分为五”或“一分六”的分流结构；最靠近所述阴极板（1）长边的三组相邻两根所述斜线段肋条之间均设置有一根与所述斜线段肋条相平行的近程分流辅助线段肋条（105c），每根所述近程分流辅助线段肋条（105c）的内端均与位于各自所属的相邻两根所述斜线段肋条之间中的一根所述直线凸起肋条（104）的端部连接，从而在所述氧化气体近程分配流道与所述氧化气体活性区流道（103）的交界处进一步形成“一分为三”或“一分为二”的分流结构。5.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄镇江，张嶒，陈镇昌，
申请(专利权)人：常熟联华新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：