[发明专利]燃料电池的极板结构、电池单体、电池电堆及电池单元

说明书

本发明公开了一种燃料电池的极板结构，包括多孔导电介质层，具有输送反应气体、传导电流、传导反应生成热、排出反应生成水的基本功能；集流板，支撑并配合在所述多孔导电介质层的上面和/或下面，在其与多孔导电介质层配合的一面分布有多个集流槽。本发明在极板结构的基础上对其进行变形还公开了另外一种极板结构，并利用两种极板结构获得了电池单体、电池电堆和电池单元。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池的极板结构、电池单体、电池电堆及电池单元。

背景技术

质子交换膜燃料电池(以下简称燃料电池)以氧化还原反应为基本工作原理，能够直接将反应气体的化学能转化为直流电流，同时释放出一定的热量。燃料电池的基本结构包括质子交换膜、催化层、扩散层和集流板，在实际组装过程中，质子交换膜、阴阳极催化层和阴阳极扩散层共同构成了膜电极，膜电极的两侧紧接集流板，集流板上有气体通道，为膜电极上的化学反应提供气体，同时能够将反应生成水及时排出燃料电池。对于较大功率的燃料电池电堆，集流板上还包含冷却水通道，用于及时带走燃料电池反应产生的热量。

为了实现导电、集流、导热、送气、排水的目的，一般是在极板上刻蚀一定的流场结构，目前的极板材料包括石墨极板、金属极板和复合极板。良好的流场板设计，还需要在满足基本物质输运的基础上尽可能的提高反应气体的均匀性，从而有利于电流产生的均匀性以及产热的均匀性，最终有利于提高燃料电池膜电极的利用率、延长其使用寿命。本发明提出了一种燃料电池的极板结构，用于实现上述目的，进一步提供了基于此极板结构、电池单体、电池电堆及电池单元。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种燃料电池的极板结构、电池单体、电池电堆及电池单元，以解决上述问题。具体地：

本发明第一方面公开了一种燃料电池的极板结构，包括

多孔导电介质层，具有输送反应气体、传导电流、传导反应生成热、排出反应生成水的基本功能；

集流板，支撑并配合在所述多孔导电介质层的上面和/或下面，在其与多孔导电介质层配合的一面分布有多个集流槽。

同时还公开了另外一种燃料电池的极板结构，包括

多孔导电介质层，具有输送反应气体、传导电流、传导反应生成热、排出反应生成水的基本功能；

集流板，支撑并配合在所述多孔导电介质层的内部，在其与多孔导电介质层配合的两面均分布有多个集流槽。

进一步的，所述多个集流槽和多孔导电介质层接触的表面形成多个空腔。

进一步的，集流板具有凸凹相间的板结构。

进一步的，所述集流板还在所述多个集流槽之间间隔的设有多个冷却介质通道。

进一步的，所述多个冷却介质通道和多个集流槽间隔交错地设置。

进一步的,所述多个冷却介质通道具有与多孔导电介质层平面接触的凸起部。

进一步的，所述集流板具有上下对称的结构。

进一步的，所述多孔导电介质层为多孔金属介质层。

进一步的，采用由不锈钢金属丝与PTFE溶液混合后热压形成。

本发明第二方面公开了一种燃料电池单体，包括一极板，所述极板具有如上所述的极板结构。

本发明第三方面公开了一种燃料电池电堆：设有如上所述的燃料电池单体。

进一步的，当两个或多个叠置的电池单体串联在一起组成电堆时，相邻的两个电池单体之间只保留一个集流板。

进一步的，当两个或多个叠置的电池单体串联在一起组成电堆时，相邻的两个电池单体之间不设置所述集流板，而只设置分隔板。