[發明專利]單體燃料電池和燃料電池電堆

在審

• 申請號: 201811478514.2
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109524685A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 耿珺;柴茂榮;李鵬飛;宋耀穎;陸維
• 申請（專利權）人: 國家電投集團氫能科技發展有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0267;H01M8/1007;H01M8/248
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

本發明公開了一種單體燃料電池和燃料電池電堆，所述單體燃料電池，包括：陽極板，所述陽極板包括陽極反應區和環繞所述陽極反應區的陽極邊緣區；陰極板，所述陰極板包括陰極反應區和環繞所述陰極反應區的陰極邊緣區；膜電極組件，所述膜電極組件夾設在所述陽極板的第一側面與所述陰極板的第一側面之間；其中，所述陽極反應區的至少部分和所述陰極反應區的至少部分朝相互背離的方向凹陷，所述陽極邊緣區的至少部分和所述陰極邊緣區的至少部分朝相互靠近的方向凸出。可以限定出足夠大的反應區，使單體燃料電池的反應效率更高，且可以節省密封材料。

技術領域

本發明屬于燃料電池制造技術領域，具體而言，涉及一種單體燃料電池和具有該燃料電池分隔件的燃料電池電堆。

背景技術

燃料電池尤其氫燃料電池主要用于新能源汽車系列的燃料電池動力汽車、客車以及卡車、新能源燃料電池動力機車、飛行器、家庭用分散電源等領域。

燃料電池具有堆疊結構，通常是由單體燃料電池層疊多個而成的層疊體而構成。單體燃料電池一般來說包括發電體和隔板，發電體包含電解質膜和配置在電解質膜兩面上的電極催化層。在燃料電池組中，層疊體的兩端依次層疊集電板、絕緣板、端板，并使用連結裝置將分別處于層疊體兩側的一對端板連結，使其保持層疊狀態。

分隔件表面有供給反應氣體流動的流路，該流路的設置方式對燃料電池的效率影響較大。相關技術中，分隔件提供的還原劑氣體流路及氧化劑氣體流路的結構較為簡單，未考慮到氣體的實際走向。

燃料電池的特性要求氫氧側所需的反應空間不同，一般采用兩側流道設計寬度不同的方法解決該問題。但流道寬度增大的一側導致該側流道寬深比增大，從而導致反應效率降低或電池體積的增大。此外，也有可能增加沖壓加工的復雜程度。

燃料電池在發電過程中，會產生熱量。相關技術中，為了帶走熱量，通常是在分隔件的邊緣區設置冷卻流道，該方式的冷卻效果不好，長期使用會導致燃料電池的升溫嚴重，影響電化學反應的效率。

在堆疊燃料電池的層疊體時，層疊體的壓裝效果直接影響燃料電池的反應效率。相關技術中，需要設置獨立的壓裝邊框來實現層疊體的壓裝，零部件較多，工藝復雜。

燃料電池的堆疊結構是通過對置于對各單電池層疊體兩端的端板上施加緊固力而形成。相關技術中，需要設置獨立的壓裝邊框，用于施加緊固力的桿件穿過壓裝邊框。這種壓裝方式導致電池內部壓力不均勻，從而影響電池性能。

為了實現膜電極發電體的定位及固定，采用在膜電極四周設置與膜電極一體的絕緣絕緣框來實現。在承受電池工作的高壓力時，絕緣框本身與膜電極材料屬性的不同易導致絕緣框的變形及移位，進而影響電池性能。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

根據本發明實施例的單體燃料電池，包括：陽極板，所述陽極板包括陽極反應區和環繞所述陽極反應區的陽極邊緣區；陰極板，所述陰極板包括陰極反應區和環繞所述陰極反應區的陰極邊緣區；膜電極組件，所述膜電極組件夾設在所述陽極板的第一側面與所述陰極板的第一側面之間；其中，所述陽極反應區的至少部分和所述陰極反應區的至少部分朝相互背離的方向凹陷，所述陽極邊緣區的至少部分和所述陰極邊緣區的至少部分朝相互靠近的方向凸出。

根據本發明實施例的單體燃料電池，通過設置上述結構形式的陽極板和陰極板，可以限定出足夠大的反應區，使單體燃料電池的反應效率更高，且可以節省密封材料。

本發明還提出了一種燃料電池電堆，包括：如上述所述的單體燃料電池，多個所述單體燃料電池層疊設置，所述單體燃料電池的陰極板的第二側面與相鄰的一個單體燃料電池的陽極板的第二側面相對設置。

所述燃料電池電堆與上述的所述單體燃料電池相對于現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。