[发明专利]一种燃料电池电芯模块单元及燃料电池堆

说明书

本发明公开了一种燃料电池电芯模块单元，包括阴极板、阳极板、膜电极、气封板和水封板；阴极板的内侧面设有氧化气体流道，且氧化气体流道的路径上采用分流结构设计并存在至少两处呈钝角的折弯转角；阳极板的内侧面设有由燃料气体流道，且燃料气体流道的路径上采用分流结构设计并存在至少一处呈钝角的折弯转角；氧化气体流道与燃料气体流道完全错开；氧化气体流道与膜电极之间形成的氧化气体流动通道及燃料气体流道与膜电极之间形成的燃料气体流动通道均通过气封板密封；在本块阴极板与前一块阳极板贴合后，两者之间形成的冷却液体流动通道由水封板密封。本发明可以答复提升整块阴极板上的氧化气体流速的一致性，从而使得反应更加均匀。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电芯单元模块及燃料电池堆。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此转化效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故反应产物无污染，排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

随着燃料电池技术的发展，目前燃料电池已经趋向于单元化、模块化的结构设计，由一片片的燃料电池单元串联或并联堆叠后封装而成，因而也被称之为燃料电池堆或燃料电池组。每个单片的燃料电池组又是主要由双极板和膜电极组成，以氢-氧燃料电池为例，双极板中的阴极板与膜电极之间走空气（反应气体是空气中的氧气），双极板的阳极板与膜电极之间走氢气，阴极板与阳极板之间走冷却流体。氢-氧燃料电池中所发生的反应为：

阳极（燃料极）：H₂ == 2H⁺ + 2e^-；

阴极（空气极）：2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^- == H₂O；

电池反应：H₂ + 1/2O₂ == H₂O。

双极板中氢气和空气的流量会直接影响到燃料电池的反应效率，尤其是空气的流速，与燃料电池的性能呈正相关。但如现有技术“一种燃料电池超薄双极板及燃料电池堆（公开号CN112164810A）”中，其公开的气体流道在气体出入口至主反应区之间会经过2次大幅度（呈90度或几乎接近90度）的转向，阻抗较大，因此会降低反应气体的流速，并且位于气体分配区的气体流道的宽度均一致，位于主反应区的气体流道也均是呈一分为三或一分为四的分流设计，这使得反应气体在通过上下两侧路径较远的气体流道时流速会进一步降低，从而导致整块阴极板（或阳极板）上气体流速的不一致，进而最终造成燃料电池反应的不均匀。

燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，作为一种理想的交通领域用新能源载体，需要具备大的发电功率、高效的能量转化效率，因此对其电池性能的要求必定较高。而燃料电池整体反应的不均匀，会对燃料电池的性能产生一定影响，甚至影响燃料电池的使用寿命，形成了行业内的技术瓶颈，在一定程度上限制了燃料电池的应用。

发明内容

针对现有现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池电芯模块单元及燃料电池堆，通过对阴阳双极极板的结构改进，以提升阴阳极板上整体气体流速的一致性，从而确保电池反应更加均匀。

为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：