[发明专利]一种基于水气分离结构的单板三腔式燃料电池

说明书

本发明涉及一种基于水气分离结构的单板三腔式燃料电池，包括串联堆叠的单板三腔式燃料电池双极板和膜电极组件，还包括两组氧化气体接口、燃料气体及冷却液一体接口，用于燃料电池中气体、液体的通入和导出，所述的氧化气体接口、燃料气体及冷却液一体接口设置在燃料电池的同一侧端板上，所述的氧化气体接口通过端板上的氧化气体通道连通双极板上的氧化气体流道，所述的燃料气体及冷却液一体接口通过水气分离结构将燃料气体和冷却液分流后分别连通至双极板上的燃料气体流道和冷却液流道。与现有技术相比，本发明减小了燃料电池的整体体积，同时与汽车本身的内部结构相配置协调，方便在车上的布置与安装。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种基于水气分离结构的单板三腔式燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种由外部供给燃料发电的能量转换装置。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前的研究热点，也是发展前景广阔的一种新能源发电装置。其使用氢气作为能量来源。外部供给的氢气在阳极失电子变成氢离子，即质子。质子通过质子交换膜到达阴极，与供给的氧气发生反应，与外电路提供的电子结合，生成水。电子流经外电路产生电流供给能量。PEMFC目前正向着更高功率密度、体积/质量能量密度的要求进发，这就要从提高发电性能与减少体积两方面着手。前者可以通过降低活化极化、欧姆极化、传质极化等方面，这就需要改进催化剂、膜、双极板等关键材料的性能，需要保障电堆的一致性等；而在体积方面，需要降低极板等硬件的厚度，提高集成度等。

传统的燃料电池双极板是由氢极板和氧极板构成，氢气流道和空气(氧气)流道分别在两块极板上，两块极板间通过冷却液(水)来进行冷却。

本课题组公开的中国专利CN112768720A提出了一种一板三场式超薄燃料电池双极板及燃料电池堆，本申请采用一张极板，极板一侧为阳极侧，另一侧为阴极侧。阳极侧设置燃料气体流道和冷却液流道，阴极侧设置氧化气体流道，此外还包括置于阳极侧用于将位于活性区的冷却液流道与燃料气体流道分隔开的盖板。通过这种集成方案减少了一块极板，相同条件下大大减少了燃料电池电堆的体积，提高了集成度，从而有益于功率密度的提高。

但是这种燃料电池氢气与冷却液的接头与共用通道中的流路分支相互干涉，因此氢气和冷却液分别由燃料电池的两侧通入及导出。而空气接头的布置与氢气、冷却液互相不干涉。使得这种燃料电池在实际发电过程中，氢气管道与冷却液管道会占据较大空间，与汽车内部结构不协调，也不便于在车上的布置与安装，因此必须解决此问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于水气分离结构的单板三腔式燃料电池，能够使得燃料电池整体占据空间减小，与汽车内部结构协调，方便在车上的布置与安装。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于水气分离结构的单板三腔式燃料电池，包括串联堆叠的单板三腔式燃料电池双极板和膜电极组件，燃料电池两端分别设有端板，还包括氧化气体接口、燃料气体及冷却液一体接口，所述的氧化气体接口、燃料气体及冷却液一体接口分别设置两组，用于燃料电池中气体、液体的通入和导出，所述的氧化气体接口、燃料气体及冷却液一体接口设置在燃料电池的同一侧端板上，所述的氧化气体接口通过端板上的氧化气体通道连通双极板上的氧化气体流道，所述的燃料气体及冷却液一体接口通过水气分离结构将燃料气体和冷却液分流后分别连通至双极板上的燃料气体流道和冷却液流道。

优选地，所述的水气分离结构包括独立于端板外部的水气分流装置，所述的端板上设置交替分布的燃料气体通道和冷却液通道，所述的燃料气体通道和冷却液通道与双极板上交替分布的燃料气体流道和冷却液流道一一对应连通。