[實用新型]一種質子交換膜燃料電池單體和質子交換膜燃料電池電堆

有效

• 申請號: 201921316828.2
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN210866380U
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉棟棟;王鵬;龔正偉;侯鵬勃;郝振宇;陶路鑫;汪昭
• 申請（專利權）人: 未勢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1006
• 分類號: H01M8/1006;H01M8/0263;H01M8/0267;H01M8/1007;H01M8/22;H01M8/2457;H01M8/2483
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 郝文博;韓煒

本公開涉及一種質子交換膜燃料電池單體及由至少兩個質子交換膜燃料電池單體疊加串聯而成的質子交換膜燃料電池電堆。其中質子交換膜燃料電池單體包括陰極板、陽極板和位于所述陰極板和所述陽極板之間的MEA組件，三者疊加，固定密封；所述陽極板具有多個凸起的脊，所述MEA組件與所述脊對應的部分為變形部，所述脊與所述變形部之間的縫隙形成多個氫氣流道。本公開通過將MEA組件對應流道部分設計成異于平直板的變形部，增大了與流道內氣體的反應面積，相對于傳統平板式MEA組件的燃料電池單體，提升了PEM燃料電池反應效率、反應均勻性以及電堆功率密度。

技術領域

本公開大致涉及一種質子交換膜燃料電池單體和由該燃料電池單體串聯的質子交換膜燃料電池電堆，屬于新能源氫燃料電池制造技術領域。

背景技術

燃料電池的類型有多種，其中質子交換膜燃料電池是一種以氫氣為最佳燃料不經過燃燒過程而直接以電化學反應的方式，將燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能的高效能量轉換發電裝置。它不經過熱機過程，不受卡諾循環的限制，實際能量轉換效率高達50％至80％。質子交換膜燃料電池，是繼堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池之后發展起來的第五代燃料電池，其具有無污染、啟動快、壽命長、比功率和比能量高、工作溫度低等優點，被公認為最有可能替代內燃機成為新能源汽車的理想動力源，能開發為各種便攜式電源和分布式獨立電源，市場極為廣泛。

質子交換膜(Proton Exchange Membrane，簡稱PEM)燃料電池單體主要包括膜電極組件(Membrane Electrode Assemblies，簡稱MEA組件)和兩個極板。MEA組件由質子交換膜、氣體擴散層、催化層組成，是燃料電池產生電能的核心部件，MEA組件兩側是陰極板、陽極板，陽極板上的導流孔和流場給MEA組件一側提供氫燃料，陰極板上的導流孔和流場給MEA組件另一側提供空氣作為氧化劑。在陽極，氫經催化反應產生質子(氫離子)和電子，質子透過質子交換膜遷移到陰極，而電子通過極板引出至外電路，電子流過外電路到達陰極。在陰極，空氣中的氧經催化反應得到電子形成負離子，與遷移過來的質子反應生成水。在整個電化學反應過程中，極板引出的電流正是燃料電池的發電結果。多個燃料電池單體根據需要串聯，組成不同功率的燃料電池組(電堆)。在燃料電池組中，極板疊加串聯，其中一面作為陽極導流面，另一面可作為相鄰單體燃料電池的陰極導流面，這種極板稱為雙極板。也有一種雙極板由兩塊陰、陽極板粘合而成，中間粘接處制成空氣或水或冷卻液的冷卻流槽。

圖1示出了傳統燃料電池電堆中極板與MEA組件的構成情況。在傳統燃料電池電堆中，MEA組件5是平整的，極板4(包括陰極板和陽極板)為帶有凸起的形狀，極板的凸起和MEA組件接觸，起到傳遞質子和支撐的作用，平整部分與MEA組件之間形成流道。由圖1可知，陽極板與MEA組件之間形成的流道1內流通的是氫燃料，形成的是燃料流場；陰極板與MEA組件之間形成的流道2內流通的是空氣，形成的是空氣流場；陰極板與陽極板之間形成的通道3內流通的是冷卻液，形成的是冷卻液流場。

如圖1所示，在傳統燃料電池結構中，膜電極組件與極板凸起處接觸的部分，因空間小使得反應氣濃度小，導致這部分對應的流場中氣體反應不充分，這部分膜電極組件的面積對整體性能的貢獻很小，影響燃料電池性能的有效提升。

背景技術部分的內容僅僅是公開人所知曉的技術，并不當然代表本領域的現有技術。

實用新型內容

有鑒于現有技術缺陷中的至少一個，本公開提供一種質子交換膜燃料電池單體，通過極板與MEA組件的板型的配合，提高反應面積利用率。

本公開通過如下技術方案實現上述目的：