[实用新型]一种质子交换膜燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池，特别适合于氢/空质子交换膜燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、适应不同功率要求、低温起动快、以及对环境没有污染和无噪声等优点，所以能很好地应用于电动汽车、潜艇和可移动电源。质子交换膜燃料电池工作过程中H₂由阳极极板流场通道进入扩散层，然后通过阳极扩散层到达阳极催化层。在阳极催化剂作用下，H₂解离为H⁺和带负电的电子。H⁺穿过质子交换膜到达阴极，电子则通过外电路到达阴极。O₂由阴极极板通道进入扩散层，再通过阴极扩散层到达阴极催化层。在阴极催化剂作用下O₂分解为氧离子并与H⁺和电子反应生成水。

质子在膜中的传导需要水的存在。膜中的水含量下降造成它的电导率线性下降，就会导致电池性能下降。这种情况在电池组中更严重。当电池组中某个单电池的膜失水干涸，膜失去传导质子的能力，这样失水面积就向旁边扩散，最后导致整个单电池的失效。但剩下的单电池还在工作，就会有电流继续流过这层电池，它就相当于一个电阻发热使临近层的膜失水，最后导致整个电池组失效。

为了解决质子交换膜燃料电池组中膜的失水难题，一般通过增湿系统给反应气体增湿，如采用直接液态水注射增湿，增湿水随着反应气体进入电池组。由于电池组采用公共的供气通道给所有单电池供气，这很难保证每层气体的流速是一样，以至于增湿水在电池组的内部不均匀分布。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有电池组内部的水分布不均匀的缺点，提供一种对阴极流场结构进行改进的、质子交换膜燃料电池组采用附加增湿系统、阴极能够对增湿水进行均匀分布的、适应范围广、工作稳定可靠、效率高、使用寿命长的质子交换膜燃料电池。

本实用新型的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池，它包括若干单电池，每个单电池包括阳极板、阳极扩散层，阴极板，阴极扩散层，膜电极；所述的阴极板上包括：a、用于实现氧化剂气体导通的具有氧化剂进气口和氧化剂出气口的导通槽道；b、用于给质子交换膜增湿的具有进口而无出口的封闭槽道；c、用于还原剂进出的还原剂进口和还原剂出口；d、用于冷却的冷却剂进口和冷却剂出口。

在上述技术方案的基础上具有附加技术特征的进一步的技术方案是：

所述封闭槽道的进口是导通槽道的氧化剂进气口。

所述的封闭槽道均匀分布于阴极板上，且与导通槽道间隔均匀分布，其首端在氧化剂入口处，终端为封闭端，位置相对于导通槽道的尾部或者中部，该封闭槽道用于使液态水蒸发为气态水通过多孔的扩散层向膜进行扩散。

所述封闭槽道的终端封闭位置相对于导通槽道的尾部的氧化剂出口之前相隔一段距离。

所述封闭槽道的终端封闭位置相对于导通槽道的尾部的氧化剂出口之前相隔的距离为3～10毫米。

所述的封闭槽道的终端封闭位置相对于氧化剂入口与氧化剂出口的中部。

所述的氧化剂气体是空气，还原剂气体是氢气，冷却剂为去离子水。

所述的导通槽道和封闭槽道形状为蛇形或平行直线形。

所述的封闭槽道横截面几何尺寸小于导通槽道横截面几何尺寸。

所述的封闭槽道横截面几何尺寸为导通槽道横截面几何尺寸的一半。

本实用新型的效果在于：本实用新型燃料电池适应范围广、工作稳定可靠、效率高、使用寿命长。具体表现在：a、燃料电池工作时候，封闭槽道聚集的增湿水通过扩散层给质子交换膜增湿，实现对增湿水的二次分配，均匀分布；b、负载功率变化时候，电池对增湿水量也在变化，封闭槽道相当于一个蓄水池起到一个调节增湿水量；c、封闭流槽中增湿水在电池中均匀分布；d、电池在高温工作时，增湿水的蒸发实现电池组温度的均匀分布和冷却功能。

附图说明

图1为本实用新型阴极板的主视图

图2为图1的A-A剖视图

图3为单电池横截面示意图

具体实施方式