CN214254475U - 燃料电池及用于燃料电池的重复部件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了燃料电池及用于燃料电池的重复部件。该重复部件包括：多个双极板，所述多个双极板包括阳极极板、阴极极板以及位于所述阳极极板和所述阴极极板之间的共用极板；位于所述阳极极板和所述共用极板之间的第一膜电极组件；以及位于所述阴极极板和所述共用极板之间的第二膜电极组件，其中，所述第一膜电极组件和所述第二膜电极组件中的每一个膜电极组件包括边框和多层膜叠层，所述边框支撑所述多层膜叠层且与所述多个双极板形成密封接触。该重复部件不仅采用共用极板减少双极板的数量，而且在膜电极组件中采用边框以改善双极板的密封性能。

Description

燃料电池及用于燃料电池的重复部件

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，更具体地，涉及用于燃料电池的重复部件。

背景技术

燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获取电能的发电装置。在燃料电池中可以堆叠多个重复部件，重复部件包括电解质膜以及位于电解质膜两侧表面的催化剂层、扩散层以及双极板。多个重复部件连接在一起以提供额定功率，不仅可以提高燃料电池的面积比功率，而且有利于实现燃料电池的小型化。

在燃料电池工作期间，燃料流体通过双极板的阳极流场的流道被传递到膜电极组件表面，在膜电极组件内部的传递过程为燃料流体通过扩散层扩散到阳极催化层，并在催化剂层催化剂的作用下，放出电子形成阳离子。电子从催化剂表面经由扩散层传递到双极板，再从双极板传递到外部电路，再从外部电路传送到阴极双极板，从阴极双极板传递到扩散层，从扩散层传送至阴极催化剂层；阳离子则经由电解质膜传递到阴极侧催化剂层。氧化气体在阴极催化剂层上与从阳极传递过来的电子结合形成阴离子，阴离子与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成完整的电子回路和离子回路。电解质膜兼有离子通道和阻挡气体以及电子的作用。

在现有的燃料电池中，重复部件包括两个或三个双极板。在两个双极板的重复部件中，阳极极板和阴极极板之间夹有电解质膜，从而在堆叠方向上形成单个电池单元。在三个双极板的重复部件中，阳极极板、共用极板和阴极极板依次堆叠，共用极板包括阴极表面和阳极表面。在阳极极板和共用极板的阴极表面之间夹有第一电解质膜，在阴极极板和共用极板的阳极表面之间夹有第二电解质膜，从而在堆叠方向上形成两个电池单元。在燃料电池的堆叠方向上形成相同数量的电池单元的情形下，三个双极板的重复部件可以减少双极板的数量，成本更低、厚度更薄、重量更轻、比热容更小，提高功率密度的同时，使得装配时间降低，装配效率及精度一致性提高，从而使得电堆大电流放电能力、可靠性及稳定性等整体性能均得到提高。

在三个双极板的重复部件中，共用双极板的相对表面均接触电解质膜组件，不仅使得共用双极板的周边密封非常困难，而且在使用环境中，在温度变化的情形下双极板可能发生变形从而撕扯电解质膜。如果共用双极板的密封存在缺陷或者电解质膜破裂，那么在阳极极板和共用极板的阴极表面之间，以及在阴极极板和共用极板的阳极表面之间，可能出现燃料流体和氧化气体的“串气”，导致燃料电池的发电效率降低甚至损坏。

因此，产业界期望有更好的解决方案，能进一步改进燃料电池中双极板的密封从而提高大电流放电能力、可靠性及稳定性。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供燃料电池及用于燃料电池的重复部件，在重复部件中使用共用极板减少双极板的数量，以及采用膜电极组件的边框改善密封性能。

根据本实用新型的第一方面，提供一种用于燃料电池的重复部件，包括：多个双极板，所述多个双极板包括阳极极板、阴极极板以及位于所述阳极极板和所述阴极极板之间的共用极板；位于所述阳极极板和所述共用极板之间的第一膜电极组件；以及位于所述阴极极板和所述共用极板之间的第二膜电极组件，其中，所述第一膜电极组件和所述第二膜电极组件中的每一个膜电极组件包括边框和多层膜叠层，所述边框支撑所述多层膜叠层且与所述多个双极板形成密封接触。

优选地，所述多层膜叠层包括：电解质膜，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在所述电解质膜的第一表面上依次堆叠的阳极催化剂层和阳极扩散层；以及在所述电解质膜的第二表面上依次堆叠的阴极催化剂层和阴极扩散层。

优选地，所述边框包括第一子框和第二子框，所述第一子框和所述第二子框各自包括中间开口，所述多层膜叠层的至少一些薄膜边缘夹在所述第一子框和所述第二子框之间，并且在所述第一子框的中间开口暴露第一面积，在所述第二子框的中间开口暴露第二面积。

优选地，所述边框包括中间开口，所述多层膜叠层的至少一些薄膜边缘热压合在所述中间开口的边缘上，所述多层膜叠层的表面具有第一面积，在所述边框的中间开口暴露第二面积。

优选地，所述中间开口限定所述多层膜叠层的活性区域的面积，使得所述多层膜叠层中所述电解质膜第一表面的活性区域面积为第一面积，所述电解质膜的第二表面上的活性区域面积为第二面积，所述第一面积大于所述第二面积。

优选地，所述多个双极板分别包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述阳极极板的第一表面、所述阴极极板的第一表面、以及所述共用极板的第一表面和第二表面分别形成有反应物流场结构的多个流道。

优选地，所述阳极极板的第二表面、所述阴极极板的第二表面分别表面有冷却流场结构的多个流道。

优选地，还包括：多个密封框，所述多个密封框设置在所述多个双极板的周边部分的密封槽中。

优选地，所述多个双极板、所述多个密封框、以及所述膜电极组件分别包括位于侧边上的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔，所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔在堆叠方向上连接成用于输送燃料流体、氧化气体和冷却介质的主管路。

优选地，其中，所述密封框将所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔彼此隔开，以及将所述流场结构与所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔中的相应组贯穿孔连通且与其余组贯穿孔隔开。

根据本实用新型的第二方面，提供一种燃料电池，包括：上述的重复部件；在所述重复部件的第一表面依次堆叠的第一电流集流体和第一绝缘板；在所述重复部件的第二表面依次堆叠的第二电流集流体和第二绝缘板；以及第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板夹持所述重复部件、以及所述第一电流集流体、所述第二电流集流体、所述第一绝缘板、所述第二绝缘板。

根据本实用新型实施例的燃料电池，重复部件例如包括三个双极板、以及夹在相邻双极板之间的两个膜电极组件。膜电极组件包括边框和多层膜叠层，双极板的周边部分与膜电极组件的边框形成密封接触，双极板的流场结构邻近膜电极组件的多层膜叠层的表面以提供燃料流体和氧化气体。重复部件在堆叠方向形成两个电池单元。在燃料电池的堆叠方向上形成相同数量的电池单元的情形下，三个双极板的重复部件可以减少双极板的数量，成本更低、厚度更薄、重量更轻、比热容更小，提高功率密度的同时，使得装配时间降低，装配效率及精度一致性提高，从而使得电堆大电流放电能力、可靠性及稳定性等整体性能均得到提高。进一步地，在燃料电池的重复部件中，双极板的周边与膜电极组件的边框形成密封接触，可以防止相邻双极板之间的燃料流体和氧化气体的“串气”。在使用状态下，即使双极板因环境温度变化或受压不均产生变形，膜电极组件的边框也可以减少多层膜叠层受到的作用力，从而维持电解质膜的完整。因此，燃料电池中的重复部件的结构改进还可以提高大电流放电能力、可靠性及稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本实用新型实施例的燃料电池的分解状态的立体结构示意图。

图2示出根据本实用新型实施例的燃料电池中重复部件的示意性截面图。

图3示出根据本实用新型实施例的燃料电池中重复部件的分解状态的立体结构示意图。

图4a、4b和4c分别示出根据本实用新型实施例的燃料电池中膜电极组件的第一子框、第二子框、多层膜叠层的俯视图。

附图标记

100 燃料电池

110 第一端板

120 第二端板

140 张力板

150 接口板

131 第一绝缘板

132 第一电流集流体

133 重复部件

134 第二电流集流体

135 第二绝缘板

141 下凸缘

142 上凸缘

143 螺孔

11 阳极极板

21 阴极极板

31 共用极板

41 密封框

42 垫片

51 主管路

12,13,22,23,32,33 流道

14,24,34 密封槽

10 膜电极组件

20 多层膜叠层

1 电解质膜

2 阳极催化剂层

3 阴极催化剂层

4 阳极扩散层

5 阴极扩散层

6 边框

6a 第一子框

6b 第二子框

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

在本申请中，术语“双极板”表示燃料电池中与膜电极组件接触的导电板，主要作用包括利用表面的流场输送反应物质，以及收集和传导反应生成的电流、热量和水。双极板例如是阳极极板、阴极极板和共用极板中的任意一种。此外，本文所使用的所有术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

下面，参照附图对本实用新型进行详细说明。

图1示出根据本实用新型实施例的燃料电池的分解状态的立体结构示意图。燃料电池100包括彼此相对的第一端板110和第二端板120，在二者之间依次堆叠第一绝缘板131、第一电流集流体132、重复部件(repeat part)133、第二电流集流体134、第二绝缘板135。第一端板110兼用作配流装置，用于向重复部件133中的双极板分配燃料流体、氧化气体和冷却介质。

燃料流体包括气态的氢气，或者液态的甲醇或者甲醇溶液等燃料组成的流体。氧化气体可以是空气也可以是纯氧，冷却介质可以是液体也可以是气体。

重复部件133包括双极板(bipolar plate)以及夹在双极板之间的膜电极组件。重复部件133在垂直于堆叠方向的平面上大致为矩形形状，在矩形的侧边部分设置有沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路，用于分别向双极板中的相应流场提供燃料流体、氧化气体和冷却介质。

燃料电池的电池堆例如包括堆叠在一起且彼此电连接的多个重复部件133以提高输出电压。

第一电流集流体132与重复部件133的阴极极板彼此接触，二者均由导电材料组成，从而形成阴极侧的导电路径。第二电流集流体134与重复部件133的阳极极板彼此接触，二者均由导电材料组成，从而形成阳极侧的导电路径。第一电流集流体132和第二电流集流体134，可使用紫铜板、铝等导电性强的材料制成。在该实施例中，重复部件133的阳极极板和阴极极板兼有反应物流场装置、散热板、导电、支撑结构的作用，从而可以简化燃料电池的结构且减小燃料电池的体积。

第一绝缘板131位于第一电流集流体132和第一端板110之间，第二绝缘板135位于第二电流集流体134和第二端板120之间，从而将重复部件和电流集流体与第一端板110和第二端板120彼此隔离。在燃料电池100包括多个重复部件的情形下，多个重复部件堆叠在第一电流集流体132和第二电流集流体134之间。第一绝缘板131和第一电流集流体132的侧边部分分别形成有多个贯穿孔，与重复部件133的侧边部分的多个贯穿孔对齐，从而一起形成沿着堆叠方向延伸的多个主管路，例如，用于流入和流出燃料流体的第一组主管路，用于流入和流出氧化气体的第二组主管路，以及用于流入和流出冷却介质的第三组主管路。

燃料电池100进一步包括与第一端板110和第二端板120形成夹持装置的两个张力板140。两个张力板140位于燃料电池100的相对侧面，分别包括下凸缘141和上凸缘142。张力板140的下凸缘141与第一端板110的底面边缘接触，上凸缘142与第二端板120的顶面边缘接触，从而形成夹持装置，利用张力板140的上下凸缘向第一端板和第二端板施加压力，将第一绝缘板131、第一电流集流体132、重复部件133、第二电流集流体134、第二绝缘板135固定在一起。优选地，张力板140的上凸缘142具有多个螺孔143，采用穿过多个螺孔143的螺栓向第二端板120的表面施加附加的压力。优选地，在堆叠的各层之间设置密封框，从而在固定堆叠各层的同时形成堆叠各层的密封。

在该实施例中，第一端板110兼用作配流装置。在第一端板中形成用于提供燃料流体的流入和流出通道的第一对歧管、用于提供氧化气体的流入和流出通道的第二对歧管、以及用于提供冷却介质的流入和流出通道的第三对歧管。在第一端板110和第二端板120固定在一起的情形下，第一端板110中的第一对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件10中的第一组主管路对齐，第一端板110中的第二对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件10中的第二组主管路对齐，第一端板110中的第三对歧管的顶开口端与重复部件133中的膜电极组件10中的第三组主管路对齐。第一端板110的端面上形成第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管的侧开口端。

燃料电池100进一步与第一端板110的端面连接的两个接口板150。两个接口板150分别包括用于连接多个外部管路的多个管路接口。接口板150中的多个管路接口的开口端与第一端板110中的第一对歧管、第二对歧管和第三对歧管的开口端彼此对齐，从而实现彼此的连通。

根据实施例的燃料电池100，第一端板110不仅作为配流装置的部件，而且兼用作夹持装置的部件，张力板140不仅用于燃料电池100的侧面保护部件，而且兼用作夹持装置的部件，利用张力板的上下凸缘向第一端板110和第二端板120施加压力以固定燃料电池100的内部堆叠层，起到紧固作用。

根据实施例的燃料电池100，重复部件133包括三个双极板、以及夹在相邻双极板之间的两个膜电极组件。膜电极组件包括边框和多层膜叠层20，双极板的周边部分与膜电极组件的边框形成密封接触，双极板的流场结构邻近膜电极组件的多层膜叠层20的表面以提供燃料流体和氧化气体。重复部件133在堆叠方向形成两个电池单元。在燃料电池的堆叠方向上形成相同数量的电池单元的情形下，三个双极板的重复部件133可以减少双极板的数量，成本更低、厚度更薄、重量更轻、比热容更小，提高功率密度的同时，使得装配时间降低，装配效率及精度一致性提高，从而使得电堆大电流放电能力、可靠性及稳定性等整体性能均得到提高。

进一步地，在燃料电池100的重复部件中，双极板的周边与膜电极组件的边框形成密封接触，可以防止相邻双极板之间的燃料流体和氧化气体的“串气”。在使用状态下，即使双极板的环境温度变化产生变形，膜电极组件的边框也可以减少多层膜叠层20受到的作用力，从而维持电解质膜的完整。因此，燃料电池100中的重复部件133的结构改进还可以提高大电流放电能力、可靠性及稳定性。

图2示出根据本实用新型实施例的燃料电池中重复部件的示意性截面图。该重复部件例如用于图1所示的燃料电池100中。

重复部件133包括依次堆叠的三个双极板，即，阳极极板11、共用极板31和阴极极板21。双极板可以采用选自石墨板、硅、铝合金、钛合金、黄铜或不锈钢薄板中的至少一种制成，厚度范围为0.1-2um，双极板表面可以镀膜也可以不镀膜。双极板的成型工艺，可以是冲压、模压、精雕、蚀刻、或者印刷。

双极板包括彼此相对的第一表面和第二表面、以及位于彼此相对的侧边的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔。在双极板的第一表面和第二表面上分别形成流场结构，所述流场结构包括由脊(ridge)彼此隔开的多个流道。第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔分别作为沿堆叠方向延伸的第一主管路、第二组主管路和第三组主管路的一部分，用于向双极板中的相应流场结构提供燃料流体、氧化气体和冷却介质。阳极极板11的第一表面的反应物流场结构包括与第一组贯穿孔连通的多个流道12，第二表面的冷却流场结构包括与第三组贯穿孔连通的多个流道13。阴极极板21的第一表面的反应物流场结构包括与所述第二组贯穿孔连通的多个流道22，第二表面的冷却流场结构包括与第三组贯穿孔连通的多个流道23。共用极板31的第一表面的反应物流场结构包括与第二组贯穿孔连通的多个流道32，第二表面的反应物流场结构包括与第一组贯穿孔连通的多个流道33。

双极板的反应物流场结构采用超细密流场设计，例如，流道之间的脊宽为0.03-0.5mm，流道的槽宽为0.03-0.5mm，槽深为0.03-0.5mm。在冷却流场结构中，流道之间的脊宽为0.1-2mm，槽宽为0.1-2mm，槽深为0.03-0.5mm。在优选的流场结构中，氧化气体流道的截面积大于冷却介质流道的截面积，而冷却介质流道的截面积大于燃料流体流道的截面积。例如，氧化气体流道的截面积为冷却介质流道截面积的1.5-5倍且为燃料流体流道截面积的1.5-10倍，冷却介质流道的截面积为燃料流体流道截面积的1.5-4倍。

在阳极极板11的第一表面和共用极板31的第一表面之间，以及在阴极极板21的第一表面和共用极板31的第二表面之间，分别夹有膜电极组件10，因而在堆叠方向上形成两个电池单元。阳极极板11的流道12在第一表面上开口，燃料流体沿着流道12的方向传递，且输送到膜电极组件10的阳极侧。阴极极板21的流道22在第一表面上开口，氧化气体沿着流道22的方向传递，且输送到膜电极组件10的阴极侧。共用极板31的流道32在第一表面上开口，氧化气体沿着流道32的方向传递，且输送到膜电极组件10的阴极侧，流道33在第二表面上开口，燃料流体沿着流道33的方向传递，且输送到膜电极组件10的阳极侧。

膜电极组件10包括多层膜叠层20和边框6。参见图4a、4b和4c，边框6例如包括第一子框6a和第二子框6b，例如由聚苯硫醚(PPS)或聚萘酯(PEN)组成。

第一子框6a和第二子框6b分别包括中间开口，多层膜叠层20的至少一些薄膜边缘夹在第一子框6a和第二子框6b之间，并且在第一子框6a的中间开口暴露第一面积，在第二子框6b的中间开口暴露第二面积。进一步地，第一子框6a和第二子框6b分别包括位于彼此相对的侧边的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔。在膜电极组件10的组装状态下，第一子框6a和第二子框6b的各组贯穿孔分别连通以形成连续的主管路的一部分。

第一子框6a和第二子框6b的中间开口不仅支撑多层膜叠层20，而且还限定多层膜叠层20的活性区域的面积。优选地，多层膜叠层20的阳极侧活性区域的面积(即，第一面积)略大于阴极侧活性区域的面积(即，第二面积)，以减少因氧化气体穿过阴极催化层造成的严重质量问题，以提高电芯安全性及可靠性、稳定性等整体性能。

双极板的周边部分形成有用于设置密封框41的密封槽。例如，阳极极板11的第一表面和第二表面上形成密封槽14，阴极极板21的第一表面和第二表面上形成密封槽24，共用极板31的第一表面和第二表面上形成密封槽34。密封框41例如选自有机硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)中的至少一种组成。密封框41例如采用注塑成型或裁剪成型，并且可以与点胶工艺配合形成密封。密封框41包括位于彼此相对的侧边的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔。在重复部件的组装状态下，双极板的周边部件与膜电极组件的边框的周边部分形成密封接触。双极板的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔分别与密封框的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔、以及膜电极组件的边框的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔对齐形成连续的主管路51，用于输送燃料流体、氧化气体和冷却介质。

多层膜叠层20包括电解质膜1，以及在电解质膜1的第一表面(燃料流体侧)上依次堆叠的阳极催化剂层2、阳极扩散层4，在电解质膜1的第二表面(氧化气体侧)上依次堆叠的阴极催化剂层3、阴极扩散层5。

电解质膜1是输送质子且具有使电子绝缘功能的一种选择性渗透膜。电解质膜1通过构成材料即离子交换树脂的种类，大体分为氟系电解质膜1和烃系电解质膜1。其中，氟系电解质膜1因为具有C－F键(C－F结合)，所以耐热性或化学稳定性优异。例如，作为电解质膜1，广泛使用以Nafion(注册商标，杜邦有限公司)的商品名得知的全氟磺酸膜。

阳极催化剂层2含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进将氢解离成质子及电子的反应(氢氧反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阴极催化剂层3含有担载有催化剂成分的电极催化剂及聚合物。电极催化剂具有促进由质子和电子和氧生成水的反应(氧还原反应)的功能。电极催化剂例如具有在由碳等构成的导电性载体的表面担载有铂等催化剂成分的构造。

阳极扩散层4和阴极扩散层5分别由多孔疏松导电材料组成，例如多孔碳纸材料,阳极扩散层4和阴极扩散层5分别将燃料流体和氧化气体从流场的流道中均匀扩散到电解质膜1催化层的两侧表面上，使燃料流体和氧化气体分别与阳极催化剂层2和阴极催化剂层3接触。

在膜电极组件10的阳极侧，燃料流体通过膜电极组件10的阳极扩散层4扩散到阳极催化剂层2，燃料流体在膜电极组件10的阳极催化剂层2上通过电化学反应产生阳离子和电子，阳离子经由电解质膜迁移至阴极侧，电子则经由阳极扩散层4传导至阳极极板11。然后，电子经由外部电路从膜电极组件10的阳极侧传送至阴极侧。在膜电极组件10的阴极侧，电子经由阴极极板12传导至阴极扩散层5，然后传导至膜电极组件10的阴极催化剂层3，氧化气体通过膜电极组件10的阴极扩散层5扩散到阴极催化剂层3，氧化气体与电子结合形成阴离子，阴离子又与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成电流回路。

在上述的实施例中，描述了膜电极组件中的边框包括第一子框和第二子框，多层膜叠层夹在二者之间，采用第一子框和第二子框的中间开口限定多层膜叠层的活性区域的面积。在替代的实施例中，膜电极组件包括单个子框，多层膜叠层的至少一些薄膜边缘热压合在所述中间开口的边缘上，该多层膜叠层的表面具有第一面积，在边框的中间开口暴露第二面积。

图3示出根据本实用新型实施例的燃料电池中重复部件的分解状态的立体结构示意图。该重复部件例如用于图1所示的燃料电池100中，以下结合图3说明更详细和更优选的结构。

在该实施例中，重复单元133包括多个双极板，即，阳极极板11、阴极极板21和共用极板31。双极板包括彼此相对的第一表面和第二表面、以及位于彼此相对的侧边的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔。在双极板的第一表面和第二表面上分别形成流场结构，以及位于流场结构和相应一组贯穿孔之间的导流结构。该组贯穿孔包括横向开口。导流结构包括呈放射状分布的多个导流槽，从贯穿孔的横向开口延伸至流场结构的入口或出口，从而作为流入通道或流出通道。双极板的多个导流槽在表面上是开口的。优选地，采用垫片42进行封闭多个导流槽以形成上部封闭的导流管路，从而防止导流槽在燃料电池装配压紧时被受压变形的膜电极组件的边框所堵塞。

在双极板的周边部分形成有密封槽。密封框41设置在双极板的密封槽中，例如与点胶工艺配合形成密封。密封框41包括位于彼此相对的侧边的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔。密封框41不仅将第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔彼此隔开，而且将双极板表面的流场结构与相应一组贯穿孔连通且与另外两组贯穿孔隔开，以实现双极板与膜电极组件的周边密封。

在重复部件的组装状态下，双极板的周边部件与膜电极组件的边框的周边部分形成密封接触。双极板的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔分别与密封框的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔、以及膜电极组件的边框的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔、第三组贯穿孔对齐形成连续的主管路51，用于输送燃料流体、氧化气体和冷却介质。

应当说明的是，在本实用新型的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种用于燃料电池的重复部件，其特征在于，包括：

多个双极板，所述多个双极板包括阳极极板、阴极极板以及位于所述阳极极板和所述阴极极板之间的共用极板；

位于所述阳极极板和所述共用极板之间的第一膜电极组件；以及

位于所述阴极极板和所述共用极板之间的第二膜电极组件，

其中，所述第一膜电极组件和所述第二膜电极组件中的每一个膜电极组件包括边框和多层膜叠层，所述边框支撑所述多层膜叠层且与所述多个双极板形成密封接触。

2.根据权利要求1所述的重复部件，其中，所述多层膜叠层包括：

电解质膜，具有彼此相对的第一表面和第二表面；

在所述电解质膜的第一表面上依次堆叠的阳极催化剂层和阳极扩散层；以及

在所述电解质膜的第二表面上依次堆叠的阴极催化剂层和阴极扩散层。

3.根据权利要求2所述的重复部件，其中，所述边框包括第一子框和第二子框，所述第一子框和所述第二子框各自包括中间开口，所述多层膜叠层的至少一些薄膜边缘夹在所述第一子框和所述第二子框之间，并且在所述第一子框的中间开口暴露第一面积，在所述第二子框的中间开口暴露第二面积。

4.根据权利要求2所述的重复部件，其中，所述边框包括中间开口，所述多层膜叠层的至少一些薄膜边缘热压合在所述中间开口的边缘上，所述多层膜叠层的表面具有第一面积，在所述边框的中间开口暴露第二面积。

5.根据权利要求3或4所述的重复部件，其中，所述中间开口限定所述多层膜叠层的活性区域的面积，使得所述多层膜叠层中所述电解质膜第一表面的活性区域面积为第一面积，所述电解质膜的第二表面上的活性区域面积为第二面积，所述第一面积大于所述第二面积。

6.根据权利要求1所述的重复部件，其中，所述多个双极板分别包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述阳极极板的第一表面、所述阴极极板的第一表面、以及所述共用极板的第一表面和第二表面分别形成有反应物流场结构的多个流道。

7.根据权利要求6所述的重复部件，其中，所述阳极极板的第二表面、所述阴极极板的第二表面分别表面有冷却流场结构的多个流道。

8.根据权利要求6所述的重复部件，其中，还包括：多个密封框，所述多个密封框设置在所述多个双极板的周边部分的密封槽中。

9.根据权利要求8所述的重复部件，其中，所述多个双极板、所述多个密封框、以及所述膜电极组件分别包括位于侧边上的第一组贯穿孔、第二组贯穿孔和第三组贯穿孔，所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔在堆叠方向上连接成用于输送燃料流体、氧化气体和冷却介质的主管路。

10.根据权利要求9所述的重复部件，其中，所述密封框将所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔彼此隔开，以及将所述流场结构与所述第一组贯穿孔、所述第二组贯穿孔和所述第三组贯穿孔中的相应组贯穿孔连通且与其余组贯穿孔隔开。

11.一种燃料电池，其特征在于，包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的重复部件；

在所述重复部件的第一表面依次堆叠的第一电流集流体和第一绝缘板；

在所述重复部件的第二表面依次堆叠的第二电流集流体和第二绝缘板；以及

第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板夹持所述重复部件、以及所述第一电流集流体、所述第二电流集流体、所述第一绝缘板、所述第二绝缘板。

Images