[发明专利]用于燃料电池的单电池及燃料电池

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的单电池，单电池具有反应区以及围绕反应区设置的氧化气体供应歧管孔、氧化气体排出歧管孔、燃料气体供应歧管孔、燃料气体排出歧管孔，反应区在第一水平方向上位于氧化气体供应歧管孔和氧化气体排出歧管孔之间及位于燃料气体供应歧管孔和燃料气体排出歧管孔之间，其中，氧化气体供应歧管孔的下沿位于氧化气体排出歧管孔的下沿的上方，燃料气体供应歧管孔的下沿位于燃料气体排出歧管孔的下沿的上方。一种燃料电池，包括堆叠在一起的多个前述的单电池。本发明具有防止单电池和燃料电池水淹、使燃料电池输出功率稳定、增加单电池和燃料电池使用寿命等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的单电池及燃料电池。

背景技术

燃料电池通过燃料气体和氧化气体发生电化学反应产生电能，以其工作温度低、无污染、无腐蚀、能源转化率高、比功率大、启动迅速等诸多优点，己经成为能源领域研究的热点。

燃料电池电堆是由多个单电池堆叠形成的堆叠体。单电池一般由阴极板和阳极板中间夹着一片MEA构成。阴极板和阳极板沿单电池厚度方向两侧分别设置反应气体流动区域和冷却液流动区域。单电池的功能区一般划分为反应区、配流区、歧管区和密封结构区等。燃料电池的反应气体和冷却液流经入口歧管区、入口配流区进入电池反应区，然后流经出口配流区和出口歧管流出电池内部。参与反应的氧化气体、燃料气体和冷却液通过密封结构、极板结构或者MEA阻隔，保证各腔独立。

为满足大功率电堆的大流量需求，保证电堆节间流量分配的一致性，大功率电堆各流体工质的歧管区尺寸增大，给电池的功能区划分带来较大困难。而传统的电池设计，多采用燃料气体、氧化气体和冷却液歧管区布置在电池两端(图11)或者氧化气体歧管布置在一侧，燃料气体和冷却液布置在另一侧(图12)的布置方式，反应区在中间，配流区位于歧管区和反应区中间。对于第一种布置方式，燃料气体、氧化气体和冷却液的歧管区受到单电池空间的限制，氧化气体、燃料气体尤其是冷却液侧的配流限制较多，难度加大且很难保证配流均匀，使得电池反应区内反应气体和冷却液流量分布不均匀，冷却液在电池反应区可能存在滞止区，导致电池温度分布不均匀，影响电池性能。另一方面，冷却液沿单电池长度方向流动，流程长，冷却侧阻力偏大，增加水泵耗功，降低系统效率。对于第二种布置方式，氧化气体、燃料气体和冷却腔歧管区的布置空间增加，但是在反应区内氧化气体和燃料气体交叉流动，燃料气体入口歧管与氧化气体出口相邻，氧化气体或者燃料气体侧为逆重力方向流动，电池内部排水困难，加剧电堆水淹的风险。冷却液从电池左侧上部流动到右侧下方，电池反应区内冷却液流量分配不均匀，电池温度分布不均匀，将会对电池性能、寿命和安全产生重要影响。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

相关技术中大功率燃料电池电堆单电池歧管区布置困难，氧化气体或者燃料气体为逆重力方向流动，电池内部排水困难，存在加剧电堆水淹的风险。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种用于燃料电池的单电池，包括阳极板、阴极板和膜电极组件；

所述单电池具有反应区以及围绕所述反应区设置的氧化气体供应歧管孔、氧化气体排出歧管孔、燃料气体供应歧管孔、燃料气体排出歧管孔、冷却液供应歧管孔、冷却液排出歧管孔、氧化气体排出缝隙、燃料气体排出缝隙、氧化气体供应配流区、燃料气体供应配流区、氧化气体排出配流区和燃料气体排出配流区，所述氧化气体排出歧管孔通过氧化气体排出缝隙与所述氧化气体排出配流区连通，所述燃料气体排出歧管孔通过所述燃料气体排出缝隙与所述燃料气体排出配流区连通；