[发明专利]一种质子交换燃料电池

说明书

本发明涉及了一种质子交换燃料电池，包括多个单体电池。单体电池包括阳极板、阴极板以及质子交换膜。阳极板和质子交换膜之间形成氢气通道，阴极板和质子交换膜之间形成氧气通道。阳极板和阴极板相对反转贴合，且在阳极板和阴极板的背面贴合处形式多个空腔，以形成供冷却剂流通的冷却剂通道。在阳极板以及阴极板上设置有多个相互平行布置的流通。在各流道的底部、沿其长度方向设置有多个交错布置的压形扰流凸起。这样一来，可使得氢气、燃气以及冷却剂在流动过程中进行上下翻滚，从而促使各自的流动状态由层流转化了紊流，从而提高了流体燃料的反应速度以及充分性，另外，还增强了冷却剂的作用效果，从而降低了电池在产电过程中的温升速度。

技术领域

本发明涉及动力电池制造技术领域，尤其是一种质子交换燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极板、阴极板和质子交换膜组成，阳极板为氢燃料发生氧化的场所，阴极板为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过。

上述阳极板、阴极板以及质子交换膜三者之间相互扣合以形成氢气通道、氧气通道和冷却剂通道，上述三种通道的具体形状结构以及走向对电池的产电效率有着至关重要的影响。为此，中国发明专利 CN107834086A公开了一种燃料电池双极板(如图1、2中所示)，反应流场设计采用了漩涡式流道设计，每条反应流道从双极板一端的阳极反应物进口或阴极反应物进口处沿长度方向延伸，至双极板另一端后向宽度方向转向再延伸，再向长度方向转向再延伸，如此历经多次转向后，沿长度方向延伸至双极板的一端或另一端的阳极反应物出口或阴极反应物出口，多条反应流道构成漩涡式反应流场。此技术方案虽说在一定程度上提升了流体燃料在双极板反应流场的分布均匀性，提升了电池产电效率。然而，流体燃料在流动过程中始终处于层流状态，从而在一定程度上影响了流体燃料的反应速度以及反应充分性，另外还影响了冷却剂的热交换效率，因而上述技术方案对电池产电效率的提升极为有限。因而，亟待技术人员解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计简单，使得流体燃料反应速度快，且反应较为充分的质子交换燃料电池。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种质子交换燃料电池，包括多个相互连接的单体电池。单体电池包括阳极板、阴极板以及设置于该阳极板和阴极板之间的质子交换膜。阳极板通过导线并联连接于电池的负极，阴极板通过导线并联连接于电池的正极。阳极板和质子交换膜之间形成氢气通道，阴极板和质子交换膜之间形成氧气通道。在阳极板上设置有氢气进口和氢气出口。在阴极板上设置有氧气进口和氧气出口。阳极板和阴极板相对反转贴合，且在上述阳极板和阴极板的背面贴合处形式多个空腔，以形成供冷却剂流通的冷却剂通道。在阳极板以及阴极板上设置有多个相互平行布置的流道。在各流道的底部、沿其长度方向设置有多个交错布置的压形扰流凸起。

作为上述技术方案的进一步改进，上述流道的截面形状呈梯形，且其包括脊顶与谷底。脊顶相对于谷底呈180°中心对称设计。

作为上述技术方案的更进一步改进，扰流凸起呈矩形，且其长度不小于2mm，宽度不小于0.5mm。

作为上述技术方案的更进一步改进，阳极板和阴极板均由不锈钢钢板冲压而成。

作为上述技术方案的更进一步改进，阳极板和阴极板的厚度均设置为0.02-0.3mm。上述压形扰流凸起的深度控制在1/3-1/2阳极板或阴极板的厚度，且不小于0.05mm。

作为上述技术方案的更进一步改进，在阳极板和阴极板的表面均设置有石墨浸渍层或金属镀层。

当然，作为上述技术方案的另一种改型，上述阳极板上、相对于质子交换膜的一侧以及阴极板上、相对于质子交换膜的一侧均设置有铂碳催化剂层。