一种燃料电池单元模块和燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池单元模块和燃料电池，燃料电池单元模块包括依次层叠设置的阴极板、阴极注塑密封件、膜电极、阳极注塑密封件和阳极板；阴极板和膜电极之间具有阴极气体流道，所述阳极板和膜电极之间具有阳极气体流道，多个单元模块层叠设置，相邻两个单元模块的阴极板和阳极板之间形成冷却剂流道；冷却剂流道和阳极气体流道的布局相同，其中冷却剂和阳极气体的流向相同；所述阴极气体流道和阳极气体流道的布局相同或局部相同，其中阴极气体和阳极气体的流向相反或局部相反。与现有技术相比，本发明专利技术具有使内部气体反应高效，整体电池性能提高等优点。池性能提高等优点。池性能提高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池单元模块和燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其是涉及一种燃料电池单元模块和燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种兼具环境友好、工作高效、使用寿命长等特点的发电装置。以氢燃料电池(质子交换膜燃料电池)为例，氢气从电池的阳极侧进入电池内部，氢原子在阳极失去电子后变成质子，质子穿过电池内部的质子交换膜到达电池阴极，同时电子经由外部回路也到达电池的阴极。在电池的阴极侧，质子、电子与氧气结合生成水，由此产生电流。传统的燃料电池堆芯结构为简单交错层叠安装的膜电极和双极板，在双极板的顶面和底面分别设有阴极气体流道和阳极气体流道，在双极板的中间设有冷却剂流道。这种传统的结构目前具有以下问题：阴极气体流道、阳极气体流道和冷却剂流道没有统一、合理的规划和布局，导致反应气体的温度、湿度、浓度在不同区域差异较大，导致局部气体反应效率低，整体电池性能下降。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池单元模块和燃料电池。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种燃料电池单元模块，包括依次层叠设置的阴极板、阴极注塑密封件、膜电极、阳极注塑密封件和阳极板；
[0006]所述阴极板和膜电极之间具有阴极气体流道，所述阳极板和膜电极之间具有阳极气体流道，多个单元模块层叠设置，相邻两个单元模块的阴极板和阳极板之间形成冷却剂流道；
[0007]所述单元模块上设有阴极气体入口、阴极气体出口、阳极气体入口、阳极气体出口、冷却剂入口和冷却剂出口，所述阴极气体入口和阴极气体出口连接阴极气体流道，所述阳极气体入口和阳极气体出口连通阳极气体流道，所述冷却剂入口和冷却剂出口连接冷却剂流道；
[0008]所述冷却剂流道和阳极气体流道的布局相同，其中冷却剂和阳极气体的流向相同；所述阴极气体流道和阳极气体流道的布局相同或局部相同，其中阴极气体和阳极气体的流向相反或局部相反。
[0009]进一步地，包括两个阳极气体入口和两个阳极气体出口，两个阳极气体入口分布在单元模块的一侧两角，两个阳极气体出口分布在单元模块的另一侧两角，所述阳极气体流道包括两个对称设置的多排“U”型阳极子流道，“U”型的两个端点分别连接一个阳极气体入口和一个阳极气体出口。
[0010]进一步地，所述阴极气体流道为多排直线子流道，每条直线子流道的两端分别连接阴极气体入口和阴极气体出口，所述阴极气体入口位于设有两个阳极气体出口的单元模
块侧边上，所述阴极气体出口位于设有两个阳极气体入口的单元模块侧边上。
[0011]进一步地，包括数量相同的多个阴极气体入口和多个阴极气体出口，对称分布在单元模块的两侧。
[0012]进一步地，所述阴极注塑密封件和阳极注塑密封件为一体注塑成型的结构。
[0013]进一步地，包括两个冷却剂入口和两个冷却剂出口，一个冷却剂入口和一个冷却剂出口设置在具有阳极气体入口和阳极气体出口的单元模块侧边上，另一个冷却剂入口和一个冷却剂出口设置在另一个具有阳极气体入口和阳极气体出口的单元模块侧边上，所述冷却剂入口靠近阳极气体入口，所述冷却剂出口靠近阳极气体出口；所述冷却剂流道包括两个对称设置的多排“U”型冷却剂子流道，“U”型的两个端点分别连接一个冷却剂入口和一个冷却剂出口。
[0014]进一步地，所述阴极注塑密封件为环状矩形板，包括外圈的第一嵌合边缘和内圈的第一夹持边缘，所述阳极注塑密封件同样为环状矩形板，包括外圈的第二嵌合边缘和内圈的第二夹持边缘，所述第一嵌合边缘和的第二嵌合边缘互相贴合，所述膜电极的四周侧边被夹持在第一夹持边缘和第二夹持边缘之间。
[0015]进一步地，所述第一嵌合边缘和第二嵌合边缘互相粘接，所述膜电极的四周侧边和第一夹持边缘，以及第二夹持边缘互相粘接。
[0016]进一步地，所述阴极注塑密封件或阳极注塑密封件上设有预嵌槽，所述膜电极的端部设有凸起边，所述凸起边卡入预嵌槽中。
[0017]一种燃料电池，包括电堆堆芯和端板，所述电堆堆芯由多个如上任一所述的燃料电池单元模块层叠而成。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1‑
本专利技术将阴极气体流道和阳极气体流道设置为相同或局部相同，并且其中阴极气体和阳极气体的流向相反或局部相反。该布局可以均衡匹配阳极气体和阴极气体的反应浓度，使得整个流场进口、出口和中间端气体都进行较为均一的反应。
[0020]2‑
本专利技术使冷却剂流道和阳极气体流道的布局相同，并且其中冷却剂和阳极气体的流向相同。该结构可以充分利用冷却剂的温度梯度来平衡阴极的水蒸发和冷凝，使反应在全段都维持合适的温度和湿度范围，有利于增强传质，提高电池性能。
[0021]3‑
本专利技术设计了两个对称设置的多排“U”型阳极子流道，并且具有两个阳极气体入口和两个阳极气体出口，该结构可以明显减小流阻，增加极板反应面积上气体的均匀性；同时，阴极气体流道采用多个入口和出口设置多排直线子流道，可以减小阴极气体的沿程阻力，使极板反应面积上的气体浓度比较均匀；阴极气体流道和阳极气体流道由此共同作用，提高反应效率。
[0022]4‑
冷却剂流道采用两个多排“U”型冷却剂子流道，增强了传热效率，能够及时将电池产生的热量带走，使换热更充分。
[0023]5‑
本专利技术通过设计阴极注塑密封件和阳极注塑密封件，重新规划了堆芯的最小单元模块，通过注塑工艺实现单片阴极板、单片阳极板和膜电极的直接封装。在燃料电池的整体安装过程中，只需要单元模块重新叠加即可完成组装，降低了传统安装的精度要求，且不会因为安装导致膜电极和极板发生贴合问题，提高燃料电池的整体稳定性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的结构示意图。
[0025]图2为本专利技术的俯视结构示意图。
[0026]图3为图2中的A
‑
A剖视图。
[0027]图4为阳极板的底面结构示意图。
[0028]图5为阳极板中阳极气体流向示意图。
[0029]图6为阴极板的顶面结构示意图。
[0030]图7为阴极板中阴极气体流向示意图。
[0031]图8为阳极板的顶面结构示意图。
[0032]图9为阳极板中的冷却剂流向示意图。
[0033]图10为单元模块的层叠安装示意图。
[0034]附图标记：1
‑
阴极板；2
‑
阴极注塑密封件；21
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第一嵌合边缘；22
‑
第一夹持边缘；3
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膜电极；31
‑
凸起边；4
‑
阳极注塑密封件；41
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第二嵌合边缘；42
‑
第二夹持边缘；5
‑
阳极板；6
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阴极气体流道；61
‑
直线子流道；7<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池单元模块，其特征在于，包括依次层叠设置的阴极板(1)、阴极注塑密封件(2)、膜电极(3)、阳极注塑密封件(4)和阳极板(6)；所述阴极板(1)和膜电极(3)之间具有阴极气体流道(6)，所述阳极板(6)和膜电极(3)之间具有阳极气体流道(7)，多个单元模块层叠设置，相邻两个单元模块的阴极板(1)和阳极板(6)之间形成冷却剂流道(8)；所述单元模块上设有阴极气体入口(9)、阴极气体出口(10)、阳极气体入口(11)、阳极气体出口(12)、冷却剂入口(13)和冷却剂出口(14)，所述阴极气体入口(9)和阴极气体出口(10)连接阴极气体流道(6)，所述阳极气体入口(11)和阳极气体出口(12)连通阳极气体流道(7)，所述冷却剂入口(13)和冷却剂出口(14)连接冷却剂流道(8)；所述冷却剂流道(8)和阳极气体流道(7)的布局相同，其中冷却剂和阳极气体的流向相同；所述阴极气体流道(6)和阳极气体流道(7)的布局相同或局部相同，其中阴极气体和阳极气体的流向相反或局部相反。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池单元模块，其特征在于，包括两个阳极气体入口(11)和两个阳极气体出口(12)，两个阳极气体入口(11)分布在单元模块的一侧两角，两个阳极气体出口(12)分布在单元模块的另一侧两角，所述阳极气体流道(7)包括两个对称设置的多排“U”型阳极子流道(71)，“U”型的两个端点分别连接一个阳极气体入口(11)和一个阳极气体出口(12)。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池单元模块，其特征在于，所述阴极气体流道(6)为多排直线子流道(61)，每条直线子流道(61)的两端分别连接阴极气体入口(9)和阴极气体出口(10)，所述阴极气体入口(9)位于设有两个阳极气体出口(12)的单元模块侧边上，所述阴极气体出口(10)位于设有两个阳极气体入口(11)的单元模块侧边上。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池单元模块，其特征在于，包括数量相同的多个阴极气体入口(9)和多个阴极气体出口(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟桂珍，程旌德，徐一凡，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：