[发明专利]燃料电池堆

说明书

本发明提供燃料电池堆，包括散热风扇和多节串联的、由层叠设置的双极板、膜电极及密封圈构成的空冷燃料电池单元；双极板为方形或半圆形，氢气进气口和氢气出气口设置于对应双极板外部同一侧或外部直径一侧的两端；双极板的阳极侧，密封圈沿着双极板、氢气进气口和氢气出气口的边缘设置，阳极流道设置于阳极侧密封圈所围区域，为并行蛇形流道；双极板的阴极侧，密封圈分别沿着氢气进气口和氢气出气口的边缘设置，阴极流道设置于阳极流道对应于阴极侧的区域，由阵列排布的凸起之间的间隙构成；散热风扇设置于氢气进气口和氢气出气口之间。本发明在满足电堆散热需求的同时，提高活化反应区域空间占比，简化电堆结构。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及燃料电池堆。

背景技术

随着化石燃料等传统能源使用的日益增加，人们试图寻求一种可以替代传统能源的新能源技术，以减轻环境污染和对生物的危害。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效、清洁的新能源技术逐渐出现在人们的视野中，其采用非燃烧的手段将化学能转换为电能，因不受卡诺循环的约束，其直接发电效率可达45％。PEMFC因其具有优异的性能而受到各个国家的关注与重视，成为各国家研究的热点，目前已被广泛应用。其中，空冷燃料电池电堆因其体积小、结构简洁，在无人机、备用电源领域，以及多风地带有着广泛的应用前景。

空冷燃料电池电堆由散热风扇和多节串联的空冷燃料电池单元构成，每一节电池均由层叠设置的方形双极板和膜电极，及用于密封双极板和膜电极的密封圈构成。双极板的阳极侧设有阳极流道，如图1所示，以供氢气流通，氢气进气口和氢气出气口设置于双极板内部；阴极侧设有阴极流道，如图2所示，以供空气流通；设方形双极板总长为Y+2X，其中X为氢气进气口或氢气出气口所占空间的尺寸，Y为反应区域的尺寸，进而得到空气导流区域(即空气通入量)的尺寸为Y。氢气和空气作为燃料，在膜电极反应生成水，空气同时还作为冷却介质，带走电池反应产热，因而空气流量大小与空冷燃料电池电堆的性能好坏息息相关，空气流量越大效果越好。空气流量不够，空冷燃料电池电堆无法充分散热，使得质子交换膜内的含水量降低，增加膜内阻，导致空冷燃料电池电堆的电压的下降，造成更高的能量损失与反应余热，最终导致空冷燃料电池电堆的输出电压降至安全值以下，引发安全问题。

除此之外，由于氢气和空气的进出口均设置在双极板上，阳极流道和阴极流道在双极板的空间占比有限，无法充分利用双极板空间。并且为了增强空冷燃料电池电堆内的空气流通，必须在空冷燃料电池电堆外部设置散热风扇和导流罩，占有一定的体积，造成空间浪费，使得活化反应区域不能达到最大值。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了燃料电池堆，在满足燃料电池堆散热需求的同时，提高活化反应区域的空间占比，简化燃料电池堆结构。

本发明具体技术方案如下：

燃料电池堆，包括散热风扇和多节串联的空冷燃料电池单元，所述空冷燃料电池单元由层叠设置的双极板、膜电极，及用于密封双极板和膜电极的密封圈构成；其特征在于，所述双极板为方形或半圆形，双极板的氢气进气口和氢气出气口设置于对应双极板的外部同一侧或外部直径一侧的两端；

在双极板的阳极侧，密封圈沿着双极板、氢气进气口和氢气出气口的边缘设置，供氢气流通的阳极流道设置于双极板中阳极侧密封圈所围区域，阳极流道为从氢气进气口至氢气出气口的并行蛇形流道；

在双极板的阴极侧，密封圈分别沿着氢气进气口和氢气出气口的边缘设置，供空气流通的阴极流道设置于双极板中阳极流道对应于阴极侧的区域，阴极流道由阵列排布的凸起之间的间隙构成；

所述散热风扇设置于多节串联的空冷燃料电池单元的氢气进气口和氢气出气口之间，并与双极板之间存在间隔，用于空气导流。

进一步地，所述凸起为圆柱体。

进一步地，当双极板为半圆形时，将阳极流道设置为从氢气进气口至氢气出气口的弧形流道，代替并行蛇形流道。