CN102969512B - 具有一体化阴阳极双极板的燃料电池 - Google Patents

具有一体化阴阳极双极板的燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，包括交替排列的双极板和膜电极组件；所述双极板包括电化学反应部和非电化学反应部；所述非电化学反应部为一体结构的框体，所述电化学反应部嵌套在所述非电化学反应部内。本发明所提供的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，结构更加简单，使燃料电池的制造过程更为简便，增加了生产效率且降低了制造成本；本发明所提供的燃料电池双极板，由于阴阳极一体化的设计，减少了燃料电池的接触阻抗，降低了输出电量的内部消耗，极大程度的提高了发电效率。

Description

具有一体化阴阳极双极板的燃料电池
技术领域
本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃料电池的双极板。
背景技术
燃料电池是一种很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，用氢作为负极，用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，在飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面具有广阔的发展前景。
现有技术中的燃料电池，主要由二个以上的电池单元串联结合而成。图1描述了一个电池单元中各部件的结构和位置关系。如图1所示，所述每个电池单元都包括双极板110、120和膜电极组件100，所述双极板110、120包括分别独立设置的阳极板110和阴极板120，所述膜电极组件100夹设在所述阳极板110和所述阴极板120之间。所述阳极板110包括阳极电化学反应部117和阳极非电化学反应部118，所述阳极电化学反应部117靠近所述膜电极组件100的一面设有槽状结构的燃料流体通道由于图1为俯视图，所述燃料流体通道未示出。所述阴极板120包括阴极电化学反应部127和阴极非电化学反应部128，所述阴极电化学反应部127靠近所述膜电极组件100的一面设有槽状结构的氧化剂流体通道129；所述阳极非电化学反应部118上设有第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113，所述阴极非电化学反应部128上设有第四通孔图1中未示出、第五通孔125和第六通孔126，所述第一通孔111与所述第四通孔同轴连通，所述第二通孔112和所述第五通孔125同轴连通，所述第三通孔113和所述第六通孔126同轴连通；所述燃料流体通道与所述第一通孔111相连通；所述氧化剂流体通道129与所述第六通孔126相连通；另外，在所述阳极电化学反应部117及所述阴极电化学反应部127远离所述膜电极组件100的一面分别设有阳极冷却液通道119和阴极冷却液通道232图1中未示出，所述阳极冷却液通道119与所述第二通孔112相连通，所述阴极冷却液通道232与所述第五通孔125相连通。
现有技术中，采用粘合的方式将相邻两电池单元中的阳极板和阴极板粘接在一起，所述阳极电化学反应部和阴极电化学反应部之间，所述阳极非电化学反应部和阴极非电化学反应部之间均存在接缝。上述现有技术中所描述的双极板结构，由于阳极板和阴极板独立设置，结构较为复杂；阳极板与相邻阴极板之间具有较大的接触内阻，导致发电效率较低；另外，阳极板与阴极板需独立制造，分别组装，加工成本较高，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有一体化阴阳极双极板的燃料电池。
本发明提供一种具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，包括交替排列的双极板和膜电极组件；所述双极板包括电化学反应部和非电化学反应部；所述非电化学反应部为一体化结构的框体，所述电化学反应部嵌套在所述非电化学反应部内。
所述电化学反应部包括阳极电化学反应部和阴极电化学反应部。所述阳极电化学反应部和所述阴极电化学反应部均粘接在所述非电化学反应部内，所述阳极电化学反应部和阴极电化学反应部紧密排列在一起。所述电化学反应部还可以为导电材料制成的一体化结构。本发明所提供的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，结构更加简单，使燃料电池的制造过程更为简便，增加了生产效率且降低了制造成本；本发明所提供的燃料电池双极板，由于阴阳极一体化的设计，减少了燃料电池的接触阻抗，降低了输出电量的内部消耗，极大程度的提高了发电效率。
附图说明
图1本发明具有一体化阴阳极双极板的燃料电池立体结构示意图；
图2为图1沿方向A及方向B的剖视图，图2中部为折断表示，以省略其长度。
图3为双极板及膜电极组件的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1至图3所示，本实施例提供一种具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，包括交替排列的双极板和膜电极组件200；所述双极板包括电化学反应部和非电化学反应部210；其特征在于：所述非电化学反应部为一体化结构的框体，所述电化学反应部210嵌套在所述非电化学反应部框体内。这样，将现有技术中相邻两个电池单元中的一片阳极板的非电化学反应部210和一片阴极板的非电化学反应部210改进为一片整体结构，不但使燃料电池的内部结构更加紧密，有利于简化制造工艺，同时这种一体结构的二机板可减少结构间的接触内阻，减少电池发电量的损耗，从而可提高发电效率，进一步节省自造成本。
所述电化学反应部包括阳极电化学反应部2072和阴极电化学反应部2071。所述阳极电化学反应部2072远离所述阴极电化学反应部2071的一面设有槽状结构的燃料流体通道233；所述阴极电化学反应部2071远离所述阳极电化学反应部2072的一面设有槽状结构的氧化剂流体通道，这样便于燃料流体及氧化剂流体通过并进行电化学反应。图主要用于说明所述电化学反应部和所述非电化学反应部210的结构及位置关系，为了使附图更加清晰易懂，未示出所述燃料流体通道233和氧化剂流体通道。
所述阳极电化学反应部2072远离所述阴极电化学反应部2071的一面设有槽状结构的燃料流体通道231；所述阴极电化学反应部2071远离所述阳极电化学反应部2072的一面设有槽状结构的氧化剂流体通道233。
所述阳极电化学反应部2072和所述阴极电化学反应部均2071粘接在所述非电化学反应部210框体内，所述阳极电化学反应部2072和阴极电化学反应部2071紧密背靠背连接在一起。这样，所述阳极冷却液通道232和所述阴极冷却液通道232相连通成孔状结构，形成位于所述具有一体化阴阳极双极板中部的孔状的冷却液通道232。这样就使该具有一体化阴阳极双极板分别在两面及中部共具有个通道，分别用于通过燃料流、氧化剂流体和冷却液，便于燃料和氧化剂流体的通过及相互反应，可进一步提高发电效率，使燃料电池具有较高的保水性能及燃料电池的电化学反应的进行，有利于降低燃料电池的内部温度，保护燃料电池，增加燃料电池的使用寿命。
所述冷却流体通道232设在阳极电化学反应部2072和阴极电化学反应部2071之间；所述流体通道232可全部或部分制作在阴极电化学反应部靠近所述阳极电化学反应部的一面，所述流体通道232也可全部或部分加工在阳极电化学反应部靠近所述阴极电化学反应部的一面。当所述流体通道232制作在阴阳两极反应部上时，背靠背连接在一起的阴阳两反应部使所述阳极冷却液通道和所述阴极冷却液通道合并相连通成孔状结构。
所述非电化学反应部上设有用于流入和流出燃料流体的通孔221、用于流入和流出氧化剂流体的通孔223及用于流入和流出冷却液的通孔222，分别与所述制作在阴阳反应部上的燃料流体通道、氧化剂流体通道和冷却液通道相连通。由于所述非电化学反应部210为一整体化的结构，上述通孔、一次成型即可，无需在非电化学反应部210上分别开个通孔后再进行组合，加工工艺更加简单，可有效降低制造成本，提高生产效率。
实施例二
如图1至图3所示，本发明还提供了所述具有一体化阴阳极双极板的燃料电池的另一实施例，该燃料电池包括交替排列的双极板和膜电极组件200，所述双极板包括电化学反应部和非电化学反应部210，所述非电化学反应部210的结构与上述实施例一中所述的非电化学反应部210一致，但是其电化学反应部为导电材料制成的一体化结构，将上述实施例一中所述的阳极电化学反应部2072和阴极电化学反应部2071合二为一，同时兼具了上述实施例一中所述的阳极电化学反应部2072和阴极电化学反应部2071的功能。这样，就形成了电化学反应部及非电化学反应部210均为一体结构的双极板。这样，就在实施例一的基础上，进一步使燃料电池的内部结构更加紧密，装配更加容易，制造工艺更加简便，成本更低。
由于电化学反应部也为一体化的结构，阳极和阴极之间无接缝，可进一步降低了燃料电池内部的接触阻抗，进一步增加了发电效率。
所述电化学反应部的两面分别设有槽状结构的燃料流体通道233和槽状结构的氧化剂流体通道图中未示出，便于反应气体通过并进行电化学反应。
所述电化学反应部可采用开模的加工工艺制造出中部设有孔状冷却液通道232的一体化结构，进一步便于冷却液通过所述燃料电池，提高该燃料电池的性能。
如前述，所述非电化学反应部210的结构与上述实施例一中所介绍的燃料电池的非电化学反应部210的结构一致，因此，可在所述非电化学反应部210上一次成型的设三个通孔，分别与所述燃料流体通道233、冷却液通道232和氧化剂流体通道相连通，用于向该燃料电池流入燃料流体、冷却液和氧化剂流体。
需要说明的是，本说明书中只对用于流入燃料流体、流入氧化剂流体和流入冷却液的通孔进行了说明，相应的用于流出燃料流体、氧化剂流体和冷却液的通孔与上述用于流入燃料流体、流入氧化剂流体和流入冷却液的通孔同理且相对应，这里不做累述。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，包括交替排列的双极板和膜电极组件；所述双极板包括电化学反应部和非电化学反应部；其特征在于：所述非电化学反应部为一体化结构的框体，所述电化学反应部嵌套在所述非电化学反应部框体内；所述电化学反应部包括阳极电化学反应部和阴极电化学反应部，所述阳极电化学反应部和所述阴极电化学反应部均粘接在所述非电化学反应部框体内，所述阳极电化学反应部和阴极电化学反应部紧密背靠背连接在一起。
2.如权利要求1所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述阳极电化学反应部远离所述阴极电化学反应部的一面设有槽状结构的燃料流体通道；所述阴极电化学反应部远离所述阳极电化学反应部的一面设有槽状结构的氧化剂流体通道。
3.如权利要求2所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：冷却液流体通道设在阳极电化学反应部和阴极电化学反应部之间；所述流体通道可全部或部分制作在阴极电化学反应部靠近所述阳极电化学反应部的一面，所述流体通道也可全部或部分加工在阳极电化学反应部靠近所述阴极电化学反应部的一面，当所述流体通道制作在阴阳两极反应部上时，背靠背连接在一起的阴阳两反应部使所述阳极冷却液通道和所述阴极冷却液通道合并相连通成孔状结构。
4.如权利要求3所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述非电化学反应部上设有用于流入和流出燃料流体的通孔、用于流入和流出氧化剂流体的通孔及用于流入和流出冷却液的通孔，分别与所述制作在阴阳反应部上的燃料流体通道、氧化剂流体通道和冷却液流体通道相连通。
5.如权利要求1所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述电化学反应部为导电材料制成的一体化结构。
6.如权利要求5所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述电化学反应部的两面分别设有槽状结构的燃料流体通道和槽状结构的氧化剂流体通道。
7.如权利要求6所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述电化学反应部的中部设有孔状的冷却液流体通道。
8.如权利要求7所述的具有一体化阴阳极双极板的燃料电池，其特征在于：所述非电化学反应部上设有三个流入通孔和三个流出通孔，分别依次与所述燃料流体通道、冷却液流体通道和氧化剂流体通道相连通。
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