[发明专利]一种膜电极边框、膜电极组件及其制备方法以及燃料电池

说明书

本发明是关于一种膜电极边框、膜电极组件及其制备方法以及燃料电池。主要采用的技术方案为：一种膜电极边框包括边框主体；其中，边框主体上设置有用于连通发电区域的燃料流道和氧化剂流道；其中，当边框主体封装在膜电极上时：边框主体具有相对设置的第一侧和第二侧，燃料流道位于边框主体的第一侧上、氧化剂流道位于边框主体的第二侧上。一种膜电极组件包括膜电极和上述的膜电极边框。本发明主要用于通过将用于连通发电区域的燃料流道、氧化剂流道设置在用于封装膜电极的膜电极边框上，以克服将燃料和氧化剂流道设置在石墨双极板上存在的加工耗时长的问题、设置在金属双极板上导致双极板两侧不同流体的流道不能同时满足需求的问题。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种膜电极边框、膜电极组件及其制备方法以及燃料电池。

背景技术

燃料电池是将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。燃料电池通常由多个电池单元构成；每个电池单元包括质子交换膜与它两侧的阴极和阳极构成膜电极组件(MEA)，通过与双极板串联组装，形成燃料电池电堆。

在燃料电池工作时，燃料(即，氢气)和氧化剂(即，空气或氧气)分别通过双极板上的入口、入口连接通道、入口分配区进入膜两侧的电极反应活性区(即，发电区域)，然后通过出口汇合区、出口连接通道到双极板上的出口。为了保证燃料电池的高效率、长期地正常工作，需要合理地设置好燃料和氧化剂的流场，使得在发电区域的气体流量分布均匀。

现有技术中，燃料和氧化剂的流场，包括入口、入口连接通道、进口分配区、发电区域、出口汇合区、出口连接通道及出口均设置在双极板上。

但是，本发明的发明人发现现有这种将燃料和氧化剂的流道均设置在双极板上的技术至少存在如下问题：

对于石墨双极板，需要在石墨双极板的两面精雕加工出燃料和氧化剂两种不同流体的流场，需要耗费大量的工时。

对于金属双极板，采用冲压成形的金属双极板一面凹下去另一面必凸出，导致金属双极板两侧不同流体的入出口连接通道和分配区流场不能同时满足需求；例如，为了使得流体的流量分布均匀，通常在一侧冲压出多个凸起的小圆柱体构成分配区，则会在另一侧出现凹进的小圆柱体，这样另一侧流体就会有部分滞留在凹进的小圆柱体内，不利于另一侧流体的流动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种膜电极边框、膜电极组件及其制备方法以及燃料电池，主要目的在于通过将用于连通发电区域的燃料流道、氧化剂流道设置在用于封装膜电极的膜电极边框上，以克服将燃料流道、氧化剂流道设置在双极板上存在的上述问题。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种膜电极边框，其中，所述膜电极边框包括：

边框主体，所述边框主体上设置有用于连通发电区域的燃料流道和氧化剂流道；

其中，当所述边框主体封装在膜电极上时：所述边框主体具有相对设置的第一侧和第二侧，所述燃料流道位于所述边框主体的第一侧上、所述氧化剂流道位于所述边框主体的第二侧上。

优选的，所述边框主体包括：

第一边框，所述燃料流道设置在所述第一边框上；

第二边框，所述氧化剂流道设置在所述第二边框上；

其中，所述第一边框和第二边框为分体式结构；或

所述第一边框和第二边框为一体式边框结构；优选的，所述第一边框为靠近所述一体式边框结构的一端设置，所述第二边框靠近所述一体式边框结构的另一端设置。

优选的，所述燃料流道包括燃料入口流道和燃料出口流道；其中，所述燃料入口流道和燃料出口流道分别与发电区域连通；