[發明專利]一種背向進氣燃料電池堆

在審

• 申請號: 201510839819.1
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105375051A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 蔣永偉;張偉;劉向;孫毅;朱榮杰;王麗娜;王濤
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M8/241
• 分類號: H01M8/241;H01M8/2484;H01M8/249;H01M8/1007;H01M8/04089
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術領域

本發明涉及一種電池制造及能量存儲裝置，具體地，涉及一種具有背向進氣功能的燃料電池堆結構。

背景技術

燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。這種裝置的最大特點是由于反應過程中不涉及到燃燒，可以長時間不間斷地工作，同時兼具普通化學電源能量轉換效率高和常規發電機組連續工作時間長的兩種優勢。

質子交換膜燃料電池（Protonexchangemembranefuelcell,PEMFC）是燃料電池中的一種，其電解質由固態聚合物膜制成，所以又叫作固態聚合物電解質燃料電池（SPEFC）或固態聚合物燃料電池（SPFC），具有功率密度高、工作溫度低（＜100℃）、壽命長等優點，是目前研究最廣泛的燃料電池。

質子交換膜燃料電池堆由膜電極組件（MEA）和電池極板組件重復堆疊而成，其中電池極板組件包括氧氣流場板、冷卻板和氫氣流場板。目前，氫、氧氣自氣源進入電堆進氣支管，經過氣體通孔到達流場板，通常在流場板的進出口區域布有引流流道，流道直接延伸到氣體通孔以便于氣體進入流場發生反應。這樣的設計將進氣路支管和活性反應區域兩者直接相通，存在以下問題：（1）進口區域布有引流流道，無法很好支撐對應該區域的膜電極組件及密封件，密封存在一定風險；（2）反應區域一旦發生過熱燃燒等現象，煙霧或火焰會直接進入氣體管路可能會引起更大范圍的危害。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于燃料電池電堆結構的設計，實現了電堆背向進氣功能，提高電堆密封可靠性的同時可以降低電池過熱燃燒后引發安全事故的可能性。

為了達到上述目的，本發明提供了一種背向進氣燃料電池堆，其中，該燃料電池堆包含平板形的膜電極組件和極板組件；所述的極板組件包含氧氣流場板、氫氣流場板和冷卻流場板，所述的氧氣流場板和氫氣流場板結構相同；所述的燃料電池堆由膜電極組件和極板組件重復堆疊而成。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的氧氣流場板和氫氣流場板，其正面分別設有兩個氣體進出口封閉區域以及一個活性反應封閉區域；所述的氣體進出口封閉區域分別設置在氧氣流場板或氫氣流場板的上方和下方，兩個氣體進出口封閉區域成中心對稱，每個氣體進出口封閉區域的周圍分別設有一圈凸出的氣體進出口封閉凸臺；所述的氣體進出口封閉凸臺內的區域即每個氣體進出口封閉區域內設有氣體通孔以及氣體引流點；所述的活性反應封閉區域設置在氧氣流場板或氫氣流場板的中間，位于兩個氣體進出口封閉凸臺之間，活性反應封閉區域周圍設有一圈凸出的活性反應封閉凸臺；所述的活性反應封閉凸臺內的活性反應封閉區域為氣體流場，流場形式不限。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的氧氣流場板，其被凸臺包圍的氣體通孔為氫氣通孔，兩個氣體進出口封閉區域分別連接氫氣進口管路和氫氣出口管路。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的氫氣流場板，其被凸臺包圍的氣體通孔為氧氣通孔，兩個氣體進出口封閉區域分別連接氧氣進口管路和氧氣出口管路。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的氧氣流場板和氫氣流場板，其正面相向，分別設置在膜電極組件的兩側；所述氧氣流場板的氣體進出口封閉區域在其面向的氫氣流場板上的對應位置在所述氫氣流場板的活性反應封閉區域內，所述氫氣流場板的氣體進出口封閉區域在其面向的氧氣流場板上的對應位置在所述氧氣流場板的活性反應封閉區域內。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的氧氣流場板、膜電極組件、氫氣流場板與下一組氧氣流場板、膜電極組件、氫氣流場板之間設有冷卻流場板。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的膜電極組件包含位于中間的活性反應區以及設置在活性反應區外圍的邊框區；所述的邊框區設有四組背向進出氣通孔。所述的活性反應區的位置與氧氣流場板和氫氣流場板上的活性反應封閉區域對應。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的背向進出氣通孔，其兩組的位置與氧氣流場板的氣體進出口封閉區域對應，即其在氫氣流場板上的對應位置在所述氫氣流場板的活性反應封閉區域內；另兩組的位置與氫氣流場板氣體進出口封閉區域的位置對應，即其在氧氣流場板上的對應位置在所述氧氣流場板的活性反應封閉區域內。

上述的背向進氣燃料電池堆，其中，所述的膜電極組件，其邊框區由多層薄片疊加而成，每層之間通過熱熔膠粘合形成一體，疊加的薄片材料一致。