[发明专利]燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板

说明书

本发明提供一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板，其中所述阴极板具有一阴极板贴合侧、一阴极板自由侧、至少一散热通道以及至少一流体通道，其中所述阴极板贴合侧和所述阴极板自由侧相互对应，其中每个所述散热通道分别形成于所述阴极板的所述阴极板贴合侧，并且每个所述散热通道分别沿着所述阴极板的宽度方向延伸，其中每个所述流体通道分别自所述阴极板贴合侧向所述阴极板自由侧方向延伸，并且至少一个所述流体通道连通于至少一个所述散热通道。本发明的所述阴极板通过提供每个所述流体通道的方式能够实现所述阴极板的轻质化和显著地提高所述阴极板的散热效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一燃料电池电堆以及燃料电池单体及其阴极板。

背景技术

燃料电池是一种清洁能量源，其能够提供清洁的电能，从而在近年来，燃料电池愈发引起人们的关注，例如，以氢气为燃料的燃料电池，其在将化学能转化为电能后的产物仅为水，能够实现零排放，从而受到了市场的认可和追捧。具体地说，以氢气为燃料的燃料电池包括阳极板、阴极板以及被夹持在阳极板和阴极板之间的质子交换膜，其中阳极板提供氢气通道，阴极板提供散热通道和连通于散热通道的进气通道，其中阴极板的每个散热通道在阴极板的外侧分别沿着阴极板的宽度方向延伸，每个进气通道在阴极板的内侧分别沿着阴极板的宽度方向延伸，并且每个散热通道和每个进气通道相互对齐和相互连通，以使每个散热通道和每个进气通道分别形成一个贯穿型通道。燃料电池在工作时，氢气自阳极板的氢气通道到达质子交换膜，空气在沿着阴极板的每个散热通道流动时自每个进气通道达到质子交换膜，其中质子交换膜实现氢气和空气中的氧气的化学反应，而将一部分化学能转化为电能，同时，另一部分化学能转化为热能，并且在空气在阴极板的每个散热通道内流动时将热量带走，以起到降低燃料电池的温度的作用。然而，燃料电池的热效率非常高，甚至可以达到55％左右。尤其是在多个燃料电池单体组成一个燃料电池电堆时，燃料电池电堆的温度上升的更快。换言之，在燃料电池电堆处于工作状态时，相当大比例的化学能回转化为热量，如果燃料电池电堆在工作的过程中产生的热量不能够被及时地散热，会导致燃料电池电堆的温度非常高，并会进一步导致质子交换膜出现缺水的不良现象，而一旦质子交换膜出现了缺水的不良现象，则势必会对质子交换膜的质子导电率产生不良影响，进而影响燃料电池电堆的性能。

为了提高燃料电池电堆的散热效率，通常在燃料电池电堆的侧部设置一个通风机，通风机以鼓风的方式加快空气在阴极板的每个散热通道内的流动速度，从而将燃料电池电堆产生的热量带走。尽管这种方式对于提高散热电池电堆的散热效率有一定的帮助，但是这种方式对阴极板的每个散热通道的宽度尺寸的要求比较苛刻，例如，若阴极板的每个散热通道的宽度尺寸过于狭窄，则在空气通过阴极板的每个散热通道时，过于狭窄的散热通道会产生较大的阻力，不利于空气进入。若空气进入到阴极板的每个散热通道的进入量比较少，不仅不利于燃料电池电堆散热，而且还会对通风机等燃料电池电堆的附件的静电、流量以及功率都会提出更为苛刻的要求，以至于增加了通风机等燃料电池电堆的附件的耗损，并且当燃料电池电堆的温度较高的环境中被使用时，不利于燃料电池电堆的温度的控制，极大地降低了燃料电池电堆的环境适应能力。更为重要的是，若空气进入阴极板的每个散热通道的进入量比较少，则势必导致自阴极板的每个散热通道进入每个进气通道的空气量比较少，进而导致到达质子交换膜的氧气量比较少，这不利于氢气和氧气的充分反应，以至于进一步导致燃料电池电堆的工作效率比较低。

阴极板的每个散热通道和每个进气通道均沿着阴极板的宽度方向延伸，当空气在阴极板的每个散热通道内流动时，只有很少一部分空气会自阴极板的每个散热通道进入每个空气通道而达到质子交换膜，这导致达到质子交换膜的空气量比较少，进而导致到达质子交换膜的氧气的量比较少。并且，由于阴极板的每个进气通道呈长条形，且每个进气通道的延伸方向和每个散热通道的延伸方向一致，并均沿着阴极板的宽度方向延伸，这种结构导致自每个进气通道到达质子交换膜的空气会快速地流走，这不利于氢气和氧气的充分反应，以至于进一步导致燃料电池的工作效率比较低。