[发明专利]燃料电池结构、燃料电池堆和车辆

说明书

本发明公开了一种燃料电池结构、燃料电池堆和车辆，燃料电池结构包括多个电池单体，每个电池单体在反应流道区包括：阴极极板、阳极极板和膜电极扩散层组件，阴极极板与膜电极扩散层组件之间形成多个第一凹槽，阴极介质阴极极板在每个第一凹槽的两侧分别形成第二凹槽，阳极极板与膜电极扩散层组件之间形成多个第三凹槽，阳极介质第一凹槽的底壁与相邻的电池单体的阳极极板贴合，第二凹槽的底壁与相邻的电池单体的第三凹槽的底壁贴合，且阴极极板与相邻的电池单体的阳极极板之间形成冷却液流动区。根据本发明的燃料电池结构，强度高且厚度薄，同时能保证燃料电池堆具有合适的工作温度。

技术领域

本发明涉及一种将化学能转化为电能的装置，具体而言，涉及一种燃料电池结构、燃料电池堆和车辆。

背景技术

相关技术中，在电化学电池、特别是燃料电池等部件中，堆叠有多个燃料电池单体(例如电池单体)，现有的多个燃料电池单体的堆叠厚度较大，影响了多个燃料电池单体的整体堆叠厚度，增大了整体体积和安装空间。

以现有技术中的第一种燃料电池结构100a为例，如图4所示，燃料电池结构100a的每个电池单体10a包括氢气侧极板(即阳极极板2a)、膜电极扩散层组件3a、空气侧极板(即阴极极板1a)，氢气侧极板2a与膜电极扩散层组件3a之间形成氢气流动区(即阳极介质流动区211a)，空气侧极板1a与膜电极扩散层组件3a之间形成空气流动区(即阴极介质流动区111a)。相邻的两个电池单体10a中，一个电池单体10a的氢气流动区211a的底壁与另一个电池单体10a的空气流动区111a的底壁一一对应且邻接贴合，相邻的两个氢气流动区211a之间的内凹区域与相邻的两个空气流动区111a之间的内凹区域共同形成冷却液流动区4a，以对电池单体10a进行换热。

为减小燃料电池单体的整体堆叠厚度，第一种燃料电池结构100a将氢气侧极板2a和空气侧极板1a的厚度减小，但进而氢气流动区211a和空气流动区111a的流道截面积会减小，导致压降损耗显著增大，其中最为突出的问题是，空气流动区111a流道截面积的减小，会要求空气泵的体积重量成本功耗严重增加。

以现有技术中的第二种燃料电池结构100b为例，如图5所示，每两个电池单体10b之间仅设有一层冷却液流动区4b。阳极极板2b与膜电极扩散层组件3b之间形成阳极介质流动区211b，阴极极板1b与膜电极扩散层组件3b之间形成阴极介质流动区111b。由于冷却液流动区4b采用的是错峰蜿蜒的流道，所以在图5示出的截面中，阳极极板2b和阴极极板2b之间没有接触，冷却液沿图5的左右方向流动，而在图5示出的截面的前移或后移的截面中，阳极极板2b和阴极极板1b之间有接触，从而保证垂直方向的电流流通并承受装堆压紧力。虽然第二种燃料电池结构100b的结构可以使整体厚度变薄，但是仅减小一块极板的厚度，电池单体10b之间的温度一致性略有下降，装配工艺略为复杂。

以现有技术中的第三种燃料电池结构100c为例，如图6所示，每个电池单体10c的阳极极板2c和阴极极板1c有着不同的高度，两者之间有一定的交叠。阳极极板2c与膜电极扩散层组件3c之间形成阳极介质流动区211c，阴极极板1c与膜电极扩散层组件3c之间形成阴极介质流动区111c。但是给第三种燃料电池结构100c给冷却液流动区4c分配的截面积及体积依然具有压缩潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种至少能在一定程度上提高强度和空间利用率的燃料电池结构。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：