[发明专利]燃料电池极板及使用该极板的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池极板，特别是一种质子交换膜燃料电池的极板及使用该极板的燃料电池。

背景技术

近年来，燃料电池技术有了许多重大突破，其中质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)受到相当大的关注，世界各国政府以及企业界无不投入相当大的研发能量。

质子交换膜燃料电池除了具有无污染，能量转换效率高等一般燃料电池的优点外，更具备接近常温操作以及激活迅速的特性，特别适合运输动力，可携式电力以及家用发电。

构成质子交换膜燃料电池的关键组件包括电极(electrode)，质子交换膜(electrolyte membrane)与极板(polar plate)等。在采用氢气为燃料，空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化剂作用下发生电化学反应产生质子。质子交换膜帮助质子从阳极区迁移到阴极区。在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成氧负离子，并与阳极区迁移过来的质子反应，生成产物水。阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

阳极反应：H₂2H⁺+2e

阴极反应：1/2O₂+2H⁺+2eH₂O

在反应过程中，燃料电池中的质子交换膜需要有水份存在以保持一定的湿度，使得质子可以自由地穿过质子交换膜，从电极的阳极区到达阴极区参加电化学反应。否则当大量干燥的空气或燃料氢气向燃料电池供应并离开燃料电池时，容易将质子交换膜中的水份带走，这样质子交换膜就会处于一种干燥失水状态，质子无法自由地穿过质子交换膜，从而导致电极内阻急剧增加，电池性能急剧下降。所以向燃料电池供应的空气或燃料氢气一般来说需要经过增湿，即提高进入燃料电池的气体的湿度，以避免质子交换膜失水。

因此，适当的水管理对于质子交换膜燃料电池的性能具有关键性的影响。在现有技术中，一般通过在燃料电池外设置一增湿装置对进入燃料电池的气体预先进行增湿。然而该单独设置的增湿装置不仅会增加燃料电池的制造成本，而且会增加燃料电池所占据的体积。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有增湿功能并且结构简单的燃料电池极板及使用该极板的燃料电池。

一种燃料电池极板，该极板的其中一表面上设有流道，所述流道包括至少一组进气流道及至少一组出气流道，所述进气流道与出气流道中部分流道通过增湿膜间隔相邻设置，所述增湿膜具有隔气透水性，将出气流道中的水分透过所述增湿膜传递至进气流道中。

一种燃料电池，包括至少一极板及与所述极板相邻的气体扩散层，该极板于邻接气体扩散层的表面上设有流道，所述流道包括至少一组进气流道及至少一组出气流道，所述进气流道与出气流道之间设有呈蛇形弯折的隔板及与隔板相连接的增湿膜，所述增湿膜具有隔气透水性，将出气流道中的水分传递至进气流道中。

与现有技术相比，该燃料电池通过所述隔板及增湿膜的设置，迫使极板上的气流以强制对流方式进入与隔板相邻的气体扩散层，该强制对流效应产生的强大剪应力可带走气体扩散层中电化学反应产生的过多的水份，使得出气流道中的气流具有较高湿度。通过所述增湿膜的设置，可有效增加进入极板的气流的湿度，提高该燃料电池的工作性能。由于不需单独在燃料电池外设置增湿装置，该极板还具有结构简单的优点。

附图说明

下面参照附图结合实施例作进一步的描述：

图1为本发明燃料电池其中一实施例的结构示意图。

图2为图1所示燃料电池中极板的立体图。

图3为图1所示燃料电池中极板的俯视图。

图4为本发明燃料电池中极板第二实施例的俯视图。

具体实施方式

图1所示为本发明燃料电池其中一实施例的结构示意图。该燃料电池100包括一下极板10、一膜电极组20及一上极板30，该膜电极组20夹设于该下极板10与该上极板30之间。该膜电极组20包括一质子交换膜21、两催化剂层22、23及两气体扩散层24、25，该两催化剂层22、23分别夹设于该质子交换膜21与该两气体扩散层24、25之间。该上极板30与该下极板10在燃料电池100中主要起导气、导电和导水的作用。该两气体扩散层24、25由多孔性材料制成。由上极板30和下极板10进入的气体(如氢气或者空气)通过扩散作用进入该两气体扩散层24、25及该两催化剂层22、23，分别参与该燃料电池100的电化学反应。该下极板10及上极板30可由导电金属制成，例如铜金属；亦可由导电非金属制成，例如石墨。