[发明专利]质子交换膜燃料电池单体及其密封装置

说明书

本发明提供一种PEM燃料电池单体，其包括一阴极板、一膜电极组件、一阳极板和一阳极密封件，其中该膜电极组件被设置在该阴极板和该阳极板之间，该阳极密封件被设置在该膜电极组件和该阳极板之间，其中该阳极板形成至少一个第一通孔和至少一个燃料扩散通道，该阴极板形成至少一个第二通孔，该阳极密封件形成至少一个阳极通孔，其中该阳极板的该第一通孔被设置与该阳极板的该燃料扩散通道相连通，该阳极密封件的该阳极通孔被设置分别与该阴极板的该第二通孔和该阳极板的该第一通孔相连通。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更详而言之，涉及用于质子交换膜燃料电池的密封装置。

背景技术

燃料电池是将燃料中的化学能通过氧化还原反应的形式转化为电能的一种能源转换装置。燃料电池的种类很多，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。氢燃料电池是能够以氢作为燃料，通过电化学反应将氢气的化学能转化为电能的燃料电池，其电化学反应产物是水，且在整个反应过程不会给环境带来污染。氢燃料电池中最具有代表性的就是质子交换膜(PEM)燃料电池。一般地，氢燃料电池包括多个PEM燃料电池单体，每个PEM燃料电池单体至少包括阳极板、阴极板和被设置在该阳极板和该阴极板之间的膜电极组(MEA)。多个燃料电池单体堆叠形成一个燃料电池单元。在燃料电池中，在电化学反应之前，氧化剂，如氧气，和燃料，如氢气，需要被分隔开，以避免直接接触。此外，为了保证电化学反应的效率和性能，供氧通路和/或供氢通路均需保持气密性，以防止氢气和氧气向外泄漏。

附图之图1A所示的是一种现有PEM燃料电池及其密封装置。该燃料电池(或燃料电池堆)包括多个燃料电池单体堆叠而成，其中每个燃料电池单体包括阴极板1P、膜电极组件3P、阳极板5P、阴极密封件2P、阳极密封件4P和被设置在相邻两个燃料电池单体的一个燃料电池单体的阳极板5P和另一个燃料电池单体的阴极板1P之间的密封圈6P。尤其是，在该燃料电池的燃料电池单体中，其阳极密封件4P被设置该膜电极组件3P的阳极侧，以用于防止氢气在该膜电极组件 3P的阳极侧发生泄漏，该阴极密封件2P被设置该膜电极组件3P的阴极侧，以用于防止氢气在该膜电极组件3P的阴极侧发生泄漏，该密封圈4P被设置防止氢气泄漏和与氧气(或空气)发生串流。本领域技术人员可以理解，图1所示的现有燃料电池的阴阳极板之间的密封通过阴阳极板之间的压力实现。然而，供氢通道与阳极板5P的燃料通道的连接处是多个沟槽形成的凸凹结构7P。因此，阳极板5P与阳极密封件4P之间的接触和对阳极密封件4P的支撑是不连续的。在燃料电池单体的阴阳极板之间的压力过大时，阳极密封件4P有可能会发生变形和被挤压进连接处的沟槽，影响燃料的流动和供应。此外，阳极密封件4P受力不均，也会影响到膜电极组件3P的阳极侧的密封。

附图之图1B所示的燃料电池是针对图1A所示的燃料电池的一种改进，其中该燃料电池进一步包括一个支撑片(或支撑板)8P，其中该支撑片8P被设置在该阳极密封件4P和该阳极板5P之间，其中该支撑片8P被设置正对该阳极板 5P的凸凹结构7P，以防止阳极密封件4P的变形和影响燃料供应。然而，为了满足密封需要，该支撑片8P的厚度必须足够小，且该支撑片8P的刚性必须足够大。此外，在燃料电池装配中，还需要对支撑片8P进行精确定位。在实际应用中，支撑片8P本身会导致燃料电池的制造工艺更加复杂和制造成本上升，效果并不理想。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种PEM燃料电池单体，其中该PEM燃料电池单体的密封装置适于被设置在该燃料电池的阳极板和阴极板之间，且该密封装置受力均匀，从而能够更好地防止燃料电池中的燃料发生泄漏。

本发明的另一目的是提供一种PEM燃料电池单体，其中该PEM燃料电池单体的密封装置被设置于该燃料电池的阴阳极板之间，以防止，燃料，如氢气发生泄漏，和防止燃料和氧化剂，如氧气(或空气)之间的串流。

本发明的另一目的是提供一种PEM燃料电池单体，其中该PEM燃料电池单体的密封装置使燃料电池具有更好的气密性和能够承受更高的工作压力，从而使燃料电池能够提供更大输出功率。