[发明专利]一种燃料电池的阳极极板结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池的阳极极板结构。

背景技术

燃料电池是一种将化学能不经过燃烧直接转化为电能的装置，由于不受到卡诺循环的限制，其转换效率可以很容易地达到50％以上，甚至70％以上。在使用氢气作为燃料的情况下，其反应产物是纯水，对环境无任何污染。

单个燃料电池的电压较低，并且功率也有限，所以一般采用几个，甚至几十个燃料电池堆叠串联的方式来提高其输出电压及功率。在这种情况下，为了顺畅地将燃料引入每一片单电池，一般采用一个纵向的总通道，垂直于每一片单电池的膜电极组件，将燃料引入燃料电池堆叠，然后从总通道引出水平的分通道，平行于每一片单电池的膜电极组件，将燃料引入每一片单电池的阳极区域。这种水平分通道往往是刻在燃料电池阳极极板上的流场，或者也可能从阳极扩散层内部横向通过。

图1为典型的燃料电池阳极极板示意图，包括本体1、密封圈2、穿透本体的纵向燃料总通道3、穿透本体的纵向冷却剂总通道4、穿透本体的纵向氧化剂总通道5、刻在本体上的并行蛇形流场6。图2为与图1相匹配的膜电极扩散层5合1组件示意图，包括组件11及围住组件的胶带12。图3为与图1相匹配的燃料电池阴极极板示意图，包括本体21，密封圈22、穿透本体的纵向燃料总通道23、穿透本体的纵向冷却剂总通道24、穿透本体的纵向氧化剂总通道25、刻在本体上的并行蛇形流场26。图3与图1的对应关系是上下翻转对合的。

在图1、图2、图3中，均可以看到密封结合点7，图4是对此密封结合点7沿水平方向观察的放大剖视图。可以看到，阳极极板密封圈2与阴极极板密封圈22在夹住膜电极扩散层5合1组件周围的胶带12的密封结合点7的位置，可能会出现燃料泄漏。

有一种改良方案如图5，在图1所示的两个7号点之间的位置，将阳极极板本体1加工出一个浅于燃料流场的槽，再将一个与此浅槽形状相同的薄片8粘合在浅槽内；密封圈2的形状有所变化，从薄片8上通过两条，一条连接两个7号点，另一条更靠近纵向燃料总通道3；同时，阴极极板的密封圈形状也可以作类似的变更，也就是说，在靠近纵向燃料总通道23处，增加一条。在这种情况下，燃料泄漏的问题虽然得到了克服，但是加工复杂，成本较高。而且，如果薄片8与阳极极板本体1尺寸匹配精度不良或者在接缝处粘合不良，仍然存在泄漏隐患。

另外，现有技术的流场一般采用数控铣床铣削而成，因此加工复杂，成本较高。

最后，现有技术的流场是二维布局，设计方案有限，设计灵活性较差。

发明内容

为了克服现有技术存在燃料泄漏隐患，加工复杂，成本较高及流场设计灵活性较差的问题，本发明提出了如下的技术方案。

一种燃料电池的阳极极板结构：

A，所述的阳极极板包括上半板及下半板，上半板与下半板之间密封连接；

B，上半板的上表面设有下述两项中的至少一项：贯穿或不贯穿上半板厚度的流场；开口于上半板的上表面的通孔或盲孔；

C，在上半板的下表面、或者下半板的上表面，至少有一个表面设有流槽，该流槽一端与所述的流场或孔连通，另一端与燃料总通道连通。

值得补充说明的是，上半板在燃料电池的装配结构中是面向燃料电池的阳极扩散层的，下半板在燃料电池的装配结构中是背向燃料电池的阳极扩散层的，其排列关系自下而上依次为下半板、上半板、阳极扩散层。

上述特征A中的通孔或盲孔，可以是圆的，也可以是方的，或者是其它不规则截面的。

所述的燃料总通道，可以纵向设置于所述的阳极极板之中。

如果所述上半板的上表面的流场是贯穿上半板厚度的，或者所述上半板的上表面的孔是通孔，则尤其适合采用冲床加工，优于现有技术采用数控铣床铣削流场，或者采用钻床铣床钻孔铣孔的方法，大批量生产成本极低。在现有技术阳极极板只有单层的情况下，这是不可想象的。

为了加大流场截面积，减小燃料流的阻力，优化的方案是：所述上半板的上表面的流场，是贯穿上半板厚度的；在所述下半板的上表面，与所述上半板流场对应的位置，也设置有形状相似，但是不贯穿下半板厚度的流场。

另外一个技术进步点是：所述上半板的上表面的流场，至少在局部是贯穿上半板厚度的；在所述下半板的上表面，设置有与所述上半板流场位置或形状不同，不贯穿下半板厚度的流场。这就产生了三维布局的流场，显著提高了流场设计的灵活性，可以更加自由地调整流场设计，优化燃料电池的性能。