CN109509890A - 燃料电池分隔件、单体燃料电池和燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池分隔件、单体燃料电池和燃料电池电堆，所述燃料电池分隔件包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区；换热件，所述换热件夹设在所述阳极反应区的第二侧面与所述阴极反应区的第二侧面之间；栅板，所述栅板夹设在所述阳极边缘区的第二侧面与所述阴极边缘区的第二侧面之间，且所述栅板与所述阳极边缘区及所述阴极边缘区均连接，所述栅板环绕所述换热件。通过在阴极板和阳极板之间设置换热件和栅板，可以有效地提升燃料电池分隔件的散热性能，有助于提升燃料电池的冷启动性能和冷却效果，使燃料电池的工作状态更稳定。

Description

燃料电池分隔件、单体燃料电池和燃料电池电堆

技术领域

本发明属于燃料电池制造技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池分隔件、具有该燃料电池分隔件的燃料电池电堆和一种单体燃料电池。

背景技术

燃料电池尤其氢燃料电池主要用于新能源汽车系列的燃料电池动力汽车、客车以及卡车、新能源燃料电池动力机车、飞行器、家庭用分散电源等领域。

燃料电池具有堆叠结构，通常是由单体燃料电池层叠多个而成的层叠体而构成。单体燃料电池一般来说包括发电体和隔板，发电体包含电解质膜和配置在电解质膜两面上的电极催化层。在燃料电池组中，层叠体的两端依次层叠集电板、绝缘板、端板，并使用连结装置将分别处于层叠体两侧的一对端板连结，使其保持层叠状态。

层叠状态的燃料电池在堆叠完成后，基板的背面之间会存在空腔，该空腔内的空气影响了各个单体电池之间的导热，导致电堆的冷启动速度慢。

分隔件表面有供给反应气体流动的流路，该流路的设置方式对燃料电池的效率影响较大。相关技术中，分隔件提供的还原剂气体流路及氧化剂气体流路的结构较为简单，未考虑到气体的实际走向。

燃料电池的特性要求氢氧侧所需的反应空间不同，一般采用两侧流道设计宽度不同的方法解决该问题。但流道宽度增大的一侧导致该侧流道宽深比增大，从而导致反应效率降低或电池体积的增大。此外，也有可能增加冲压加工的复杂程度。

燃料电池在发电过程中，会产生热量。相关技术中，为了带走热量，通常是在分隔件的边缘区设置冷却流道，该方式的冷却效果不好，长期使用会导致燃料电池的升温严重，影响电化学反应的效率。

在堆叠燃料电池的层叠体时，层叠体的压装效果直接影响燃料电池的反应效率。相关技术中，需要设置独立的压装边框来实现层叠体的压装，零部件较多，工艺复杂。

燃料电池的堆叠结构是通过对置于对各单电池层叠体两端的端板上施加紧固力而形成。相关技术中，需要设置独立的压装边框，用于施加紧固力的杆件穿过压装边框。这种压装方式导致电池内部压力不均匀，从而影响电池性能。

为了实现膜电极发电体的定位及固定，采用在膜电极四周设置与膜电极一体的绝缘绝缘框来实现。在承受电池工作的高压力时，绝缘框本身与膜电极材料属性的不同易导致绝缘框的变形及移位，进而影响电池性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阳极反应区的第一侧面和所述阴极反应区的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件；换热件，所述换热件夹设在所述阳极反应区的第二侧面与所述阴极反应区的第二侧面之间且与所述阳极反应区的第二侧面及所述阴极反应区的第二侧面贴合；栅板，所述栅板夹设在所述阳极边缘区的第二侧面与所述阴极边缘区的第二侧面之间，且所述栅板与所述阳极边缘区及所述阴极边缘区均连接，所述栅板环绕所述换热件。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过在阴极板和阳极板之间设置换热件和栅板，可以有效地提升燃料电池分隔件的散热性能，有助于提升燃料电池的冷启动性能和冷却效果，使燃料电池的工作状态更稳定。

本发明还提出了一种燃料电池电堆，包括多个如上述任一种所述的燃料电池分隔件和膜电极组件，多个所述燃料电池分隔件层叠设置，且所述燃料电池分隔件的阳极板与相邻的一个所述燃料电池分隔件的阴极板之间夹设有所述膜电极组件。

本发明还提出了一种单体燃料电池，包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区；膜电极组件，所述膜电极组件夹设在所述阳极板的第一侧面与所述阴极板的第一侧面之间；换热件，所述换热件与所述阴极反应区的第二侧面贴合；栅板，所述栅板与所述阴极边缘区连接，所述栅板环绕所述换热件。

所述燃料电池电堆、所述单体燃料电池与上述的燃料电池分隔件相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的燃料电池电堆的外部结构示意图；

图2是根据本发明实施例的单体燃料电池的各层结构爆炸图；

图3是根据本发明实施例的燃料电池分隔件的正视图；

图4是根据本发明实施例的燃料电池分隔件的正视图；

图5是图4中A处的局部放大图；

图6是图中M-M处的断面图；

图7是图中N-N处的断面图；

图8是根据本发明实施例的栅板的结构示意图；

图9是根据本发明第一个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图10为根据本发明第一个实施例的阴极板的横截面示意图；

图11是根据本发明第二个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图12为根据本发明第二个实施例的阴极板的横截面示意图；

图13是根据本发明第三个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图14为根据本发明第三个实施例的阴极板的横截面示意图；

图15是根据本发明第四个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图16为根据本发明第四个实施例的阴极板的横截面示意图；

图17是根据本发明第五个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图18是根据本发明第六个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；

图19为根据本发明第六个实施例的阴极板的横截面示意图；

图20为根据本发明第六个实施例的阳极板的横截面示意图；

图21为根据本发明实施例的阳极板的横截面示意图；

图22为根据本发明实施例的阴极板的横截面示意图。

附图标记：

阳极板10，阳极反应区11，阳极流道111，阳极边缘区12，阳极密封槽121，进气导流区123，出气导流区124，阳极密封凸台125，阳极夹持部126，阳极流道底面A1、阳极流道顶面A2，边缘凸起面A3，

阴极板20，阴极反应区21，阴极流道211，阴极边缘区22，阴极密封槽221，阴极密封凸台225，阴极流道底面C1，阴极流道顶面C2，阴极夹持部凸起面C3，阴极边缘区平面C4，密封件222，阶梯面223，阴极夹持部126，

膜电极组件30，阳极气路扩散层31，阴极气路扩散层32，膜电极33，绝缘框34，气路组件40，换热件50，栅板60，栅板流道61，

燃料气进口71，燃料气出口72，氧化剂进口73，氧化剂出口74，换热介质进口75，换热介质出口76，避让槽77，第一方向X，第二方向Y。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的燃料电池电堆可以为氢燃料电池，燃料电池电堆可以包括多个层叠设置的单体燃料电池，每个单体燃料电池包括层叠设置的阳极板10、膜电极组件30、阴极板20，燃料气体进入阳极板10处的气路，氧化剂气体进入阴极板20处的气路，燃料气体和氧化剂气体通过膜电极组件30发生电化学反应，将化学能转化为电能，比如氢燃料电池的燃料气体为氢气，氧化剂气体为氧气，当然，通常阴极供应的为空气。

或者燃料电池电堆可以包括燃料电池分隔件和膜电极组件30，燃料电池分隔件至少包括层叠设置的阳极板10和阴极板20，膜电极组件30夹设在一个燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的另一个燃料电池分隔件的阴极板20之间。

上述两种描述方式并未实质性的区别，仅为将燃料电池电堆的分割时的选取了不同的周期性模块，下面的各个实施例中，如对燃料电池分隔件作了详细描述，则在涉及到对应的单体燃料电池时仅作简单描述。

实施例一

下面参考图1-图22描述根据本发明实施例的燃料电池分隔件。

如图1-图22所示，根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件包括阳极板10和阴极板20。

其中，如图21所示，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阳极流道111的至少部分沿第一方向延伸，优选地，阳极流道111的主体部分沿第一方向延伸。

如图22所示，阴极板20的第一侧面设有阴极流道211，阴极流道211的至少部分沿第二方向延伸，阴极流道211的至少部分沿第二方向延伸，优选地，阴极流道211的主体部分沿第二方向延伸。

第一方向与第二方向垂直，第一方向可以为阳极板10的长度方向，第二方向可以为阴极板20的宽度方向，如图6所示，沿燃料电池分隔件的宽度方向切割燃料电池分隔件，该断面图可以看出，阴极流道211的延伸方向与阳极流道111的延伸方向垂直。

阳极板10与阴极板20层叠设置，且阳极板10的第二侧面与阴极板20的第二侧面相对设置。阳极板10的第一侧面和阴极板20的第一侧面用于夹持膜电极组件30，在一个燃料电池分隔件内，实质上包括一个单体燃料电池的阳极板10和相邻的另一个单体燃料电池的阴极板20。

该阳极板10的第二侧面与该阴极板20的第二侧面正对设置，该阳极板10的第二侧面与该阴极板20的第二侧面可以直接抵压贴合，或者该阳极板10的第二侧面与该阴极板20的第二侧面之间还可以夹设其他分隔件。

可以理解的是，通过上述相互垂直的流道的设计，使得燃料气体和氧化剂气体在工作时基本可以保持相互垂直流动，反应中生成的水和热量的分布更均匀，从而有助于提高燃料电池的性能和使用寿命。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，有利于平衡燃料电池的水热分布以及生产水快速排出，有利于膜的润湿，从而提高燃料电池的性能和使用寿命，且这种燃料电池分隔件的结构简单，无需特殊的高加工精度，加工成本低，利于工业化生产。

在一些实施例中，如图21所示，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极流道111设于阳极反应区11的第一侧面，比如阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极流道211设于阴极反应区21的第一侧面，比如阴极反应区21可以为矩形，阴极边缘区22可以为矩形框，需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图21所示的阳极板10中，阳极边缘区12的四个外角处可以设有缺口。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

阳极边缘区12包括：两个沿第一方向相对设置的第一边缘区、两个沿第二方向相对设置的第二边缘区，一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的一端相连，另一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的另一端相连。两个第一边缘区中的一个设有燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有燃料气出口72。

阴极边缘区22包括：两个沿第一方向相对设置的第一边缘区、两个沿第二方向相对设置的第二边缘区，一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的一端相连，另一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的另一端相连。

两个第一边缘区中的一个设有换热介质出口76和燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有换热介质进口75和燃料气出口72；两个第二边缘区中的一个设有氧化剂进口73，两个第二边缘区中的另一个设有氧化剂出口74。燃料气进口71设在下方，燃料气出口72设在上方，氢气从下到上，有利于膜的润湿。

阳极板10上的燃料气进口71与阴极板20上的燃料气进口71正对设置，阳极板10上的燃料气出口72与阴极板20上的燃料气出口72正对设置；阳极板10上的换热介质进口75与阴极板20上的换热介质进口75正对设置，阳极板10上的换热介质出口76与阴极板20上的换热介质出口76正对设置；阳极板10上的氧化剂进口73与阴极板20上的氧化剂进口73正对设置，阳极板10上的氧化剂出口74与阴极板20上的氧化剂出口74正对设置。

如图1、图21、图22所示，换热介质出口76和燃料气进口71沿第二方向间隔开分布，且燃料气进口71设在靠近氧化剂出口74的一端，换热介质出口76设在靠近氧化剂进口73的一端，换热介质进口75和燃料气出口72沿第二方向间隔开分布，且燃料气出口72设在靠近氧化剂进口73的一端，换热介质进口75设在靠近氧化剂出口74的一端。换言之，燃料气进口71和燃料气出口72在第二方向错开设置，这样，燃料气的行程较长，便于燃料气的充分反应，可以提高燃料气的反应率。

上述歧管口的设计方式，可以确保氧化剂进口73燃料气进口71远离，使燃料气进口71靠近氧化剂出口74，从而保证燃料气进口71湿度相对较高，并使燃料电池换热介质流路自下至上，形成满灌形式。

换热介质出口76和换热介质进口75均为多个，多个换热介质出口76沿第二方向间隔开分布，多个换热介质进口75沿第二方向间隔开分布，氧化剂出口74和氧化剂进口73均为多个，多个氧化剂出口74沿第一方向间隔开分布，多个氧化剂进口73沿第一方向间隔开分布。

可以理解的是，通过上述端口的设置方式，结合阳极流道111和阴极流道211的布置形式，使得氧化剂和燃料气的流动方向垂直交叉，进一步地平衡燃料电池的水热分布，且燃料气的行程较长，便于燃料气的充分反应，可以提高燃料气的反应率。

如图21所示，阳极流道111包括多个沿第一方向延伸的阳极子流道，多个阳极子流道沿第二方向间隔开布置；如图22所示，阴极流道211包括多个沿第二方向延伸的阴极子流道，多个阴极子流道沿第一方向间隔开布置。

需要说明的是，上述的阳极子流道沿第一方向延伸并非限定了阳极子流道一定为直线型，事实上，阳极子流道的大致延伸方向沿第一方向即可，比如阳极子流道还可以为弯曲形，阳极子流道包括多段弯曲的弧形段或直线段均可，阴极子流道类似。

阳极边缘区12的两个第一边缘区分别设有进气导流区123和出气导流区124，进气导流区123设在燃料气进口71与阳极流道111之间，出气导流区124设在燃料气出口72与阳极流道111之间，进气导流区123和出气导流区124均沿第二方向延伸。

可以理解的是，这种结构中阳极子流道的数目较多，且每个阳极子流道的进口和出口均一一对应，每个阳极子流道均可以通过进气导流区123与燃料气进口71连通，每个阳极子流道均可以通过出气导流区124与燃料气出口72连通，即燃料气进入燃料气进口71后先流经进气导流区123，在流入阳极子流道反应，再汇集到出气导流区124，然后从燃料气出口72导出。

当然，阳极流道111和阴极流道211的结构还可以为其他形式，比如阳极流道111包括多个沿第一方向延伸的阳极子流道，多个阳极子流道沿第二方向间隔开布置，阳极子流道的第一端与相邻的一个阳极子流道的第一端相连，阳极子流道的第二端与相邻的另一个阳极子流道的第二端相连。换言之，阳极流道111可以为蛇形，这样，燃料气可以在有限的阳极反应区11流过足够长的路程，反应更完全。

需要说明的是，上述的阳极子流道沿第一方向延伸并非限定了阳极子流道一定为直线型，事实上，阳极子流道的大致延伸方向沿第一方向即可，比如阳极子流道还可以为弯曲形，阳极子流道包括多段弯曲的弧形段或直线段均可，阴极子流道类似。

对于每个阳极反应区11，可以是所有的阳极子流道连接为一整条的阳极流道111，也可以为多个阳极子流道形成为一组，所有的阳极子流道分为多组，每组的多个阳极子流道连接为一整条蛇形的阳极流道111，每个阳极反应区11包括多条阳极流道111。

如图9-图20所示，本发明还公开了一种单体燃料电池，该单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30。

其中，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阳极流道111的至少部分沿第一方向延伸，阴极板20的第一侧面设有阴极流道211，阴极流道211的至少部分沿与第一方向垂直的第二方向延伸，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间。

其中阴极板20和阴极板20的结构可以参考燃料电池分隔件中的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的单体燃料电池，有利于平衡水热分布，且单体燃料电池的性能优、使用寿命长，加工成本低，利于工业化生产。

在一些实施例中，单体燃料电池的密封可以采取如下形式：阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221；膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222之间，从而实现单体燃料电池的密封。当然，单体燃料电池的密封还可以为其他结构，这些密封方式将在后面详细描述。

本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的燃料电池分隔件和膜电极组件30，多个燃料电池分隔件层叠设置，且燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的一个燃料电池分隔件的阴极板20之间夹设有膜电极组件30。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，有利于平衡水热分布，且燃料电池的性能优、使用寿命长，加工成本低，利于工业化生产。

实施例二

下面参考图2、图4-图20描述根据本发明实施例的燃料电池分隔件。

如图2、图4-图20所示，根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件包括阳极板10、阴极板20、换热件50、栅板60。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阳极反应区11的第一侧面和阴极反应区21的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件30。

换热件50夹设在阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50的两个侧面分别与阳极反应区11的第二侧面和阴极反应区21的第二侧面贴合，换热件50的两个侧面分别抵压阳极反应区11的第二侧面和阴极反应区21的第二侧面。

栅板60夹设在阳极边缘区12的第二侧面与阴极边缘区22的第二侧面之间，且栅板60与阳极边缘区12及阴极边缘区22均连接，栅板60可以环绕换热件50。

比如阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框，阴极反应区21可以为矩形，阴极边缘区22可以为矩形框，栅板60为矩形框。需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图21所示的阳极板10中，阳极边缘区12的四个外角处可以设有缺口。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

可以理解的是，阳极反应区11与阴极反应区21正对设置，电化学反应主要发生在阳极反应区11与阴极反应区21之间，这样阳极反应区11与阴极反应区21处的热量较多，通过设置换热件50可以减少燃料电池分隔件内部的空气体积，增大阳极反应区11与阴极反应区21的背面的热传导面积，进而显著增强燃料电池分隔件内部的导热效率。在冷启动的情况下，换热件50的加入可以有效地提高电堆升温速度，使电堆温度能在较短时间内升高至启动需求温度，在正常工作期间，换热件50还有助于平衡各个区域的温度。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过在阴极板20和阳极板10之间设置换热件50和栅板60，可以有效地提升燃料电池分隔件的散热性能，有助于提升燃料电池的冷启动性能和冷却效果，使燃料电池的工作状态更稳定。

在一些实施例中，换热件50可以为金属件，金属件的导热性能好且加工方便。换热件50的第一侧面与第二侧面均为平面形，阳极反应区的第二侧面、阴极反应区的第二侧面均为平面形，换热件50的第一侧面与阳极反应区的第二侧面贴合且形成面面接触，换热件50的第二侧面与阴极反应区的第二侧面贴合且形成面面接触。本公开的换热件主要用于均衡燃料电池分隔件内各个区域的温度，通过设置平板形的换热件50，可以最大程度上的提高热传导面积。换热件为板体，且换热件设有多个贯穿换热件的通孔，通孔在换热件的第一侧面与第二侧面敞开。也就是说，通孔可以沿换热件的厚度方向贯穿换热件，多个通孔可以成点阵型分布，通孔用于供换热介质流通。

在另一些实施例中，换热件为丝网状，丝网状的换热件夹持在阴阳极板之间，丝网状的换热件的换热流道多，有助于在有限的空间增大换热介质的流量，提高整个燃料电池分隔件的换热效果。丝网状的换热件包括平面形的丝网，即单层丝网编织形成，丝网状的换热件还可以为立体网状结构。

当然，换热件的结构不局限于上述的板体和丝网状这两种形式，还可以为其他结构，在此就不再一一赘述。

在一些实施例中，如图2、图4-图8、图9、图11、图13、图15、图17、图18所示，换热件50设有供换热介质流动的换热流道，换热介质通过换热件50流动，从而带走阳极反应区11与阴极反应区21的热量，有利于极板的散热和温度控制。

栅板60的两个侧面分别抵压阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面，栅板60的两个侧面分别与阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面密封连接，比如栅板60通过粘接、压合或焊接与阳极边缘区12及阴极边缘区22均密封连接，栅板60的连接方式可以根据材料来选择，比如栅板60为金属板时，栅板60通过粘接或焊接的方式与阳极边缘区12及阴极边缘区22密封连接；或者栅板60为塑料板时，栅板60通过粘接或压合的方式与阳极边缘区12及阴极边缘区22密封连接；或者栅板60为橡胶板时，栅板60通过粘接或压合的方式与阳极边缘区12及阴极边缘区22密封连接。

栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露，阳极边缘区12和阴极边缘区22设有被阳极反应区11及阴极反应区21隔开的换热介质进口75和换热介质出口76，如图4-图7所示，栅板60设有栅板流道61，换热介质进口75通过对应的栅板流道61与换热流道连通，换热介质出口76通过对应的栅板流道61与换热流道连通。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

栅板60可以为金属板，栅板流道61通过机加工或冲压形成；或者栅板60可以为塑料板，栅板流道61通过注塑成型或冲切成型；或者栅板60可以为橡胶板，栅板流道61通过模压成型或注射成型。换热件50为纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

栅板60的内周壁与换热件50的外周壁相连，换热件50的外轮廓可以为矩形，栅板60可以为矩形框。

如图8、图9、图11、图13、图15、图17、图18所示，栅板60的厚度可以与换热件50相等，也可以大于换热件50的厚度，具体地需要根据阳极板10和阴极板20的形状来确认。

当然，栅板60的厚度可以小于换热件50的厚度，比如将图17中阴极板20的密封槽221向下凹陷，即可使栅板60的厚度小于换热件50的厚度，只需满足栅板60的两个侧面抵压阴极边缘区22和阳极边缘区10实现密封即可。

如图4-图20所示，本发明还公开了一种单体燃料电池，该单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30、换热件50和栅板60。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，换热件50的一个侧面与阴极反应区21的第二侧面贴合，换热件50的另一个侧面用于与相邻的另一个单体燃料电池的阳极反应区11的第二侧面贴合，栅板60的一个侧面与阴极边缘区22连接，栅板60的另一个侧面用于与相邻的另一个单体燃料电池的阳极边缘区12连接，且栅板60与阴极边缘区22密封连接。

其中阴极板20、阴极板20、栅板60的结构可以参考燃料电池分隔件中的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过在阳极边缘区12与阴极边缘区22之间设置栅板60，单体燃料电池的散热性能好，工作状态更稳定。

在一些实施例中，单体燃料电池的密封可以采取如下形式：阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221；膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31(Gasdiffusion layer，简称GDL)、膜电极33(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)、阴极气路扩散层32(Gas diffusion layer，简称GDL)，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222之间，从而实现单体燃料电池的密封。当然，单体燃料电池的密封还可以为其他结构，这些密封方式将在后面详细描述。

本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的燃料电池分隔件和膜电极组件30，多个燃料电池分隔件层叠设置，且燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的一个燃料电池分隔件的阴极板20之间夹设有膜电极组件30。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过在阳极边缘区12与阴极边缘区22之间设置栅板60，燃料电池电堆的散热性能好，工作状态更稳定。

实施例三

下面参考图2、图9-图20描述根据本发明实施例的燃料电池分隔件。

如图2、图9-图18所示，根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件包括阳极板10、阴极板20和气路组件40。

其中，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阴极板20的第一侧面设有阴极流道211，阴极板20的第二侧面与阳极板10的第二侧面相对设置，气路组件40设置在阴极板20的第一侧面，且气路组件40覆盖阴极流道211的至少一部分，气路组件40可以完全覆盖阴极流道211，也可以只覆盖阴极流道211的一部分。

气路组件40可以满足气、水通过需求，通过气路组件40与阴极流道211的结合，可以极大地增强阴极侧的气体反应空间，使阴极侧的气体流通空间大于阳极侧，这样，解决了氢氧侧所需的反应空间不同的问题，且阴极流道211与阳极流道111的结构可以设计的基本相同，从而保证燃料电池分隔件的体积可以维持在较小的范围，且阳极板10和阴极板20的生产工艺更简单。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过设置气路组件40与阴极流道211的结合，可以有效增强阴极侧的气体反应空间，降低燃料电池分隔件的加工成本，利于工业化生产。

如图9、图11、图13、图15、图17、图18所示，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极流道111设于阳极反应区11的第一侧面；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极流道211设于阴极反应区21的第一侧面，气路组件40与阴极反应区21的第一侧面正对叠置。

比如阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框，阴极反应区21可以为矩形，阴极边缘区22可以为矩形框，栅板60为矩形框。需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图21所示的阳极板10中，阳极边缘区12的四个外角处可以设有缺口。

阴极流道211包括设于阴极反应区21第一侧面的凹槽，气路组件40支撑于阴极反应区21第一侧面的不设阴极流道211的区域。气路组件40与阴极反应区21第一侧面的不设阴极流道211的区域可以贴合设置。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

如图2所示，气路组件40可以为板状，且气路组件40包括多个通孔，通孔用于供气、水通过。气路组件40由耐酸性腐蚀的复合纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

如图9-图18所示，阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，气路组件40安装于沉槽。这样可以压缩整个燃料电池分隔件的厚度。阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面的连接处形成为阶梯形，气路组件40通过阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面之间的阶梯面223定位，阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面之间的阶梯面223环绕在气路组件40的周壁外以定位气路组件40。

可以理解的是，在加工气路组件40和阴极板20时，将气路组件40的形状与阴极板20的阴极反应区21相同，且控制沉槽的加工精度，这样气路组件40可以刚好嵌入沉槽，通过阴极板20的沉槽直接实现气路组件40的定位。为了简化加工，可以将沉槽和气路组件40均加工成长方体形，通过气路组件40的周壁与沉槽的周壁的配合即可有效地实现气路组件40的定位。

如图9-图20所示，本发明还公开了一种单体燃料电池，该单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30和气路组件40。

其中，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阴极板20的第一侧面设有阴极流道211，膜电极组件30和气路组件40夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，且气路组件40位于靠近阴极板20的一侧，气路组件40至少覆盖阴极流道211。

阴极板20、阴极板20、气路组件40的结构可以参考燃料电池分隔件中的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过设置气路组件40与阴极流道211的结合，可以有效增强阴极侧的气体反应空间，降低单体燃料电池的加工成本，利于工业化生产。

膜电极组件30与气路组件40可以形成为一体。这样通过阴极板20的沉槽定位气路组件40即可同时定位膜电极组件30，由此简化单体燃料电池的装配工艺。

当然也可以将膜电极组件30与气路组件40加工为两个单独的部件，组装时先将气路组件40于阴极板20组装为一体，再通过膜电极组件30与气路组件40的配合实现对膜电极组件30的定位。

在一些实施例中，单体燃料电池的密封可以采取如下形式：阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221；膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222之间，从而实现单体燃料电池的密封。当然，单体燃料电池的密封还可以为其他结构，这些密封方式将在后面详细描述。

本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的燃料电池分隔件和膜电极组件30，多个燃料电池分隔件层叠设置，且燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的一个燃料电池分隔件的气路组件40之间夹设有膜电极组件30。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过设置气路组件40与阴极流道211的结合，可以有效增强阴极侧的气体反应空间，降低燃料电池电堆的加工成本，利于工业化生产。

实施例四

下面参考图2、图9-图20描述根据本发明实施例的燃料电池分隔件。

如图2、图9-图20所示，根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件包括阳极板10、阴极板20和气路组件40。

其中，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极流道111设于阳极反应区11的第一侧面；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极板20的第二侧面与阳极板10的第二侧面相对设置。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框，阴极反应区21可以为矩形，阴极边缘区22可以为矩形框，栅板60为矩形框。需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图21所示的阳极板10中，阳极边缘区12的四个外角处可以设有缺口。

如图9-图18所示，阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，气路组件40设置在沉槽，且气路组件40通过沉槽的周壁定位。

可以理解的是，在加工气路组件40和阴极板20时，将气路组件40的形状与阴极板20的阴极反应区21相同，且控制沉槽的加工精度，这样气路组件40可以刚好嵌入沉槽，通过阴极板20的沉槽直接实现气路组件40的定位，气路组件40可以完全覆盖阴极流道211。

在一些实施例中，阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面的连接处形成为阶梯形，气路组件40通过阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面之间的阶梯面223与阴极反应区21的第一侧面垂直，阶梯面223环绕在气路组件40的周壁外以定位气路组件40。

为了简化加工，可以将沉槽和气路组件40均加工成长方体形，通过气路组件40的周壁与沉槽的周壁的配合即可有效地实现气路组件40的定位。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过设置上述气路组件40和阴极板20的配合方式，可以有效地实现气路组件40的定位，这样可以简化燃料电池分隔件的装配工艺。

在一些实施例中，气路组件40的厚度为a，沉槽的深度为h，h还可以为阶梯面223的高度，满足：0.5≤a/h≤1.5。需要说明的是，这里说的厚度和深度，为沿燃料电池分隔件的堆叠方向。发明人通过大量实验发现，将气路组件40的厚度、沉槽的深度限定为上述范围时，能在保证气路组件40的定位准确性的同时，不影响气路组件40以及阴极板20的加工性能。当然，沉槽的深度与气路组件40的厚度相等或接近时效果更佳，比如0.9≤a/h≤1.1，或者a＝h。

在一些实施例中，气路组件40为板状，且包括多个通孔，通孔用于供气、水通过。气路组件40由耐酸性腐蚀的复合纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

在一些实施例中，阴极反应区21可以为平板形，即阴极反应区21可以不设阴极流道211，这样便于加工出沉槽，阴极边缘区22的第一侧面相对于阴极反应区21的第一侧面朝远离阴极板20的第二侧面的方向凸出。这种结构的阴极板20的结构简单，便于加工。当然，阴极板20还可以为其他结构，比如阴极反应区21可以为凹凸型的板状。

如图9-图20所示，本发明还公开了一种单体燃料电池，该单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30和气路组件40。

其中，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，膜电极组件30和气路组件40夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，气路组件40设置在沉槽，且气路组件40通过沉槽的周壁定位。

阴极板20、阴极板20、气路组件40的结构可以参考燃料电池分隔件中的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过设置上述气路组件40和阴极板20的配合方式，可以有效地实现气路组件40的定位，这样可以简化单体燃料电池的装配工艺。

参考图9，膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极33夹设在阳极气路扩散层31与阴极气路扩散层32之间，阳极气路扩散层31夹设在膜电极33于阳极反应区11之间，阴极气路扩散层32与气路组件40贴合，阴极气路扩散层32与气路组件40的厚度之和为b，沉槽的深度为h，满足：1≤b/h。也就是说，阴极气路扩散层32与气路组件40的厚度之和不能小于沉槽的深度，这样可以防止阴极边缘区22顶到膜电极33。

在一些实施例中，膜电极组件30与气路组件40形成为一体。这样通过阴极板20的沉槽定位气路组件40即可同时定位膜电极组件30，由此简化单体燃料电池的装配工艺。

当然也可以将膜电极组件30与气路组件40加工为两个单独的部件，组装时先将气路组件40于阴极板20组装为一体，再通过膜电极组件30与气路组件40的配合实现对膜电极组件30的定位。

在一些实施例中，单体燃料电池的密封可以采取如下形式：阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221；膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222之间，从而实现单体燃料电池的密封。当然，单体燃料电池的密封还可以为其他结构，这些密封方式将在后面详细描述。

本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的燃料电池分隔件和膜电极组件30，多个燃料电池分隔件层叠设置，且燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的一个燃料电池分隔件的气路组件40之间夹设有膜电极组件30。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。或者该燃料电池电堆包括多个层叠设置的单体燃料电池。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过设置上述气路组件40和阴极板20的配合方式，可以有效地实现气路组件40的定位，这样可以简化燃料电池电堆的装配工艺。

实施例五

下面参考图1、图3、图21、图22描述根据本发明实施例的燃料电池分隔件。

如图1、图3、图21、图22所示，燃料电池分隔件包括：反应区和边缘区，边缘区环绕反应区，比如反应区可以为矩形，边缘区可以为矩形框，需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图3所示的燃料电池分隔件中，边缘区的四个外角处可以设有缺口。

边缘区设有避让槽77，避让槽77用于压装燃料电池分隔件，避让槽77沿燃料电池分隔件的厚度方向贯穿边缘区，避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离为c，满足：c≥20mm。

可以理解的是，燃料电池电堆为堆叠结构，燃料电池分隔件也为堆叠结构，在将燃料电池分隔件堆叠为燃料电池电堆时，需要使用紧固件来压紧燃料电池分隔件，以使各个燃料电池分隔件能紧密贴合，紧固件贯穿避让槽77以在燃料电池电堆的堆叠方向上贯穿燃料电池电堆。

通过在边缘区直接设置避让槽77，这样就无需另外设置压装框，可以极大地简化压装结构，且由于紧固力可以直接作用于燃料电池分隔件，这样施加相对更小的紧固力即可实现满足密封的压装，且压装后燃料电池电堆的各个区域的压力更为均衡，燃料电池电堆的性能更好。

避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离c为避让槽77的边沿到反应区的边沿的最短距离，该距离影响到反应区的密封效果。发明人通过大量实验发现，限定避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离c在上述范围后，由于设置避让槽77造成的边缘区的减薄效果不会影响到对反应区的密封。比如c＝25mm，或者c＝30mm，或者c＝40mm。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过在反应区直接设置上述结构形式的避让槽77，有助于简化燃料电池电堆的压装工艺，不影响反应区的密封效果，且使得燃料电池电堆的各个区域的压力更为均衡。

在一些实施例中，如图1、图3、图21、图22所示，避让槽77在边缘区背离反应区的一边敞开，也就是说，避让槽77并非闭环型的，避让槽77相当于在反应区的外侧边沿开设的缺口，这样，可以在反应区的宽度有限的情况下，设置符合目标尺寸的避让槽77，且保证避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离c足够大，不影响反应区的密封效果。在压装燃料电池电堆时，上述形状的避让槽77可以是紧固件不直接穿过燃料电池分隔件本身，不会对绝缘以及密封造成影响，且由于避让槽77的位置处于隔板边缘内部，从而可以降低所需紧固力，同时令燃料电池电堆所受压力更加均匀。

如图1、图3、图21、图22所示，避让槽77与边缘区的交界线为弧形，紧固件通常具有圆柱形截面，设置弧形交界线可以更好地与紧固件配合。避让槽77可以为图示中的一边敞开的半圆形，也可以为弓形、月牙形，或者为一边敞开的多边形，比如矩形，或者为不规则形状。

如图3所示，边缘区包括：两个沿第一方向相对设置的第一边缘区、两个沿第二方向相对设置的第二边缘区，每个第二边缘区均设有避让槽77。避让槽77通常为对称分布，以使压装力更为均衡。避让槽77的数目为双数，不限于图示中的两个，还可以为更多个。

如图3所示，两个第一边缘区中的一个设有换热介质出口76和燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有换热介质进口75和燃料气出口72；两个第二边缘区中的一个设有氧化剂进口73，两个第二边缘区中的另一个设有氧化剂出口74。燃料气进口71设在下方，燃料气出口72设在上方，氢气从下到上，有利于膜的润湿。也就是说，避让槽77设置在氧化剂进出口所在侧，避让槽77设在相邻的两个氧化剂进口73或氧化剂出口74之间。

由于氧化剂的进出口数目多，总面积大，在该处设计避让槽77，对氧化剂进出口的总面积影响较小。需要说明的是，在设计避让槽77时，由于避让槽77所带来的氧化剂出口74及氧化剂进口73的总体面积的缩小量不大于没有避让槽77时的总面积的十分之一。

在一些实施例中，如图21和图22所示，燃料电池分隔件包括阳极板10和阴极板20。阳极板10包括阳极反应区11和阳极边缘区12，阳极边缘区12环绕阳极反应区11设置，阴极板20包括阴极反应区21和阴极边缘区22，阴极边缘区22环绕阴极反应区21设置，阳极反应区11的第一侧面和阴极反应区21的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件30。阳极边缘区12和阴极边缘区22均设有避让槽77，且阳极边缘区12的避让槽77与阴极边缘区22的避让槽77正对设置。

燃料电池分隔件还包括栅板60，栅板60夹设在阳极边缘区12的第二侧面与阴极边缘区22的第二侧面之间，且栅板60与阳极边缘区12及阴极边缘区22均连接，栅板60也设有避让槽77，栅板60的避让槽77与阴极边缘区22的避让槽77正对设置。

燃料电池分隔件还包括换热件50，换热件50夹设在阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50的两个侧面分别抵压阳极反应区11的第二侧面和阴极反应区21的第二侧面。换热件50设有供换热介质流动的换热流道，换热介质通过换热件50流动，从而带走阳极反应区11与阴极反应区21的热量。

栅板60可以环绕换热件50，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露，阳极边缘区12和阴极边缘区22设有换热介质进口75和换热介质出口76，如图4-图7所示，栅板60设有栅板流道61，换热介质进口75通过对应的栅板流道61与换热流道连通，换热介质出口76通过对应的栅板流道61与换热流道连通。

由于设置上述换热件50，这样无需在边缘区设置冷却流道，可以有足够的空间设置避让槽77，且避让槽77的设计不影响冷却流路。

如图1、图3、图21、图22所示，本发明还公开了一种单体燃料电池，该单体燃料电池包括：反应区和环绕反应区的边缘区，边缘区设有用于压装燃料电池分隔件的避让槽77，避让槽77沿单体燃料电池的厚度方向贯穿边缘区，避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离为c，满足：c≥20mm。

反应区、边缘区、避让槽77的结构可以参考燃料电池分隔件中的描述，在此不再赘述。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过在反应区直接设置上述结构形式的避让槽77，有助于简化单体燃料电池的压装工艺，不影响反应区的密封效果，且使得燃料电池电堆的各个区域的压力更为均衡。

在一些实施例中，单体燃料电池包括阳极板10和阴极板20。阳极板10包括阳极反应区11和阳极边缘区12，阳极边缘区12环绕阳极反应区11设置，阴极板20包括阴极反应区21和阴极边缘区22，阴极边缘区22环绕阴极反应区21设置，阳极反应区11的第一侧面和阴极反应区21的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件30。阳极边缘区12和阴极边缘区22均设有避让槽77，且阳极边缘区12的避让槽77与阴极边缘区22的避让槽77正对设置。

在一些实施例中，单体燃料电池的密封可以采取如下形式：阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221；膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222之间，从而实现单体燃料电池的密封。当然，单体燃料电池的密封还可以为其他结构，这些密封方式将在后面详细描述。

本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的燃料电池分隔件和膜电极组件30，多个燃料电池分隔件层叠设置，且燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的一个燃料电池分隔件的阴极板20之间夹设有膜电极组件30，连接件贯穿避让槽77以将燃料电池分隔件、膜电极组件30压装。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过在反应区直接设置上述结构形式的避让槽77，有助于简化燃料电池电堆的压装工艺，不影响反应区的密封效果，且使得燃料电池电堆的各个区域的压力更为均衡。

实施例六

下面参考图1-图2和图9-图10描述根据本发明实施例的单体燃料电池。

如图1-图2和图9-图10所示，根据本发明一个实施例的单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30和密封件222。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和阳极边缘区12，阳极边缘区12环绕阳极反应区11设置，阴极板20包括阴极反应区21和阴极边缘区22，阴极边缘区22环绕阴极反应区21设置。

膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，且阳极气路扩散层31与阳极反应区11正对，阴极气路扩散层32与阴极反应区21正对，阳极气路扩散层31夹设在阳极反应区11的第一侧面与膜电极33之间，阴极气路扩散层32夹设在阴极反应区21的第一侧面与膜电极33之间。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

单体燃料电池的密封采取如下形式：阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封槽121，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封槽221，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分通过设于阳极密封槽121和阴极密封槽221的密封件222夹持。

阳极密封槽121与阴极密封槽221可以正对设置，装配时，将膜电极组件30置于相对的阳极板10与阴极板20之间，或者将膜电极组件30置于相对的燃料电池分隔件之间，对层叠方向施加紧固力对密封件222进行挤压而实现密封。密封件222可以选用具有耐腐蚀性的软性材料，如硬度小于A80的硅橡胶等，密封件222为预成型件或点胶而成的密封线。

需要说明的是，相关技术中，单体燃料电池的密封均是在膜电极33的四周加上由可压缩绝缘材料制成的绝缘框，但是这种密封方式在承受电池工作的高压力时，绝缘框本身与膜电极33材料属性的不同易导致绝缘框的变形及移位，进而影响电池性能。除此之外，绝缘框的制作本身也增加了燃料电池组件的工序复杂度。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过在密封槽内设置密封体直接压住膜电极33的方法实现定位、密封及绝缘，大大简化了工序。

在一些实施例中，阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极流道211设于阴极反应区21的第一侧面，比如阴极反应区21可以为矩形，阴极边缘区22可以为矩形框，需要说明的是，上述矩形和矩形框并非限定为标准矩形和标准矩形框，比如图21所示的阳极板10中，阳极边缘区12的四个外角处可以设有缺口。阳极密封槽121环绕阳极反应区11设置，阴极密封槽221环绕阴极反应区21设置，阳极密封槽121和阴极密封槽221可以具有矩形横截面或者梯形横截面或者弧形的横截面。

在一些实施例中，阳极密封槽121的靠近阳极反应区11的一侧边沿到阳极反应区11的距离为d，阴极密封槽221的靠近阴极反应区21的一侧边沿到阴极反应区21的距离为e，满足：d≤15mm，e≤15mm。需要说明的是d和e可以相等。在一些实施例中，d＝10mm，e＝10mm。

需要说明的是，发明人通过大量实验发现，在上述密封方式中，由于膜电极33本身的脆弱性，若密封槽到反应区的距离过大，则会造成膜的破裂。将密封槽到反应区的距离限定为上述范围，可以在实现密封的同时不破损膜电极33。

如图2和图9所示，单体燃料电池还包括：栅板60，栅板60设在阴极边缘区的第二侧面，且栅板60设有用于流通换热介质的栅板流道61，栅板流道61作为换热介质的导流区。栅板60的两个侧面分别抵压阴极边缘区22的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极边缘区12的第二侧面，栅板60的两个侧面分别与阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面密封连接，比如栅板60通过粘接、压合或焊接与阳极边缘区12及阴极边缘区22均密封连接。栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

单体燃料电池还包括：换热件50，换热件50设在阴极反应区的第二侧面，栅板60环绕换热件50，换热件50设有供换热介质流动的换热流道，栅板流道61与换热流道连通。换热件50夹设在阴极反应区21的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极边缘区12的第二侧面之间以使阳极板10与相邻的一个单体燃料电池的阴极板20间隔开。换热介质通过换热件50流动，从而带走阳极反应区11与阴极反应区21的热量。

相关技术中，单体燃料电池的密封均是在膜电极33的四周加上由可压缩绝缘材料制成的绝缘框，但是这种密封方式在承受电池工作的高压力时，绝缘框本身与膜电极33材料属性的不同易导致绝缘框的变形及移位，进而影响电池性能。除此之外，绝缘框的制作本身也增加了燃料电池组件的工序复杂度。

相关技术中，由于阳极板和阴极板在反应区到边缘区之间均会设置从换热介质进出口到反应区的导流功能区，使得密封槽到反应区的宽度较大，无法实现距离小于1.5cm的要求。也就是说，在常规设计中，存在一种技术障碍，该技术障碍导致相关设计一定会使用绝缘框来密封。本申请中，由于设置了栅板，并在栅板60上设栅板流道61，这样无需在阳极板和阴极板设置对应的换热介质导流功能区，这样，可以直接取消绝缘框的设计，通过在密封槽内设置密封体直接压住膜电极33的方法实现定位、密封及绝缘，大大简化了工序。

如图1和图21、图22所示，阳极边缘区12包括：两个沿第一方向相对设置的第一边缘区、两个沿第二方向相对设置的第二边缘区，一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的一端相连，另一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的另一端相连。两个第一边缘区中的一个设有燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有燃料气出口72。

阴极边缘区22包括：两个沿第一方向相对设置的第一边缘区、两个沿第二方向相对设置的第二边缘区，一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的一端相连，另一个第一边缘区的两端分别与两个第二边缘区相对设置的另一端相连。

两个第一边缘区中的一个设有换热介质出口76和燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有换热介质进口75和燃料气出口72；两个第二边缘区中的一个设有氧化剂进口73，两个第二边缘区中的另一个设有氧化剂出口74。燃料气进口71设在下方，燃料气出口72设在上方，氢气从下到上，有利于膜的润湿。

阳极板10上的燃料气进口71与阴极板20上的燃料气进口71正对设置，阳极板10上的燃料气出口72与阴极板20上的燃料气出口72正对设置；阳极板10上的换热介质进口75与阴极板20上的换热介质进口75正对设置，阳极板10上的换热介质出口76与阴极板20上的换热介质出口76正对设置；阳极板10上的氧化剂进口73与阴极板20上的氧化剂进口73正对设置，阳极板10上的氧化剂出口74与阴极板20上的氧化剂出口74正对设置。

如图1、图21、图22所示，换热介质出口76和燃料气进口71沿第二方向间隔开分布，且燃料气进口71设在靠近氧化剂出口74的一端，换热介质出口76设在靠近氧化剂进口73的一端，换热介质进口75和燃料气出口72沿第二方向间隔开分布，且燃料气出口72设在靠近氧化剂进口73的一端，换热介质进口75设在靠近氧化剂出口74的一端。换言之，燃料气进口71和燃料气出口72在第二方向错开设置，这样，燃料气的行程较长，便于燃料气的充分反应，可以提高燃料气的反应率。

上述歧管口的设计方式，可以确保氧化剂进口73燃料气进口71远离，使燃料气进口71靠近氧化剂出口74，从而保证燃料气进口71湿度相对较高，并使燃料电池换热介质流路自下至上，形成满灌形式。

换热介质出口76和换热介质进口75均为多个，多个换热介质出口76沿第二方向间隔开分布，多个换热介质进口75沿第二方向间隔开分布，氧化剂出口74和氧化剂进口73均为多个，多个氧化剂出口74沿第一方向间隔开分布，多个氧化剂进口73沿第一方向间隔开分布。

可以理解的是，通过上述端口的设置方式，结合阳极流道111和阴极流道211的布置形式，使得氧化剂和燃料气的流动方向垂直交叉，进一步地平衡燃料电池的水热分布，且燃料气的行程较长，便于燃料气的充分反应，可以提高燃料气的反应率。

相关技术中，单体燃料电池的密封均是在膜电极33的四周加上由可压缩绝缘材料制成的绝缘框，但是这种密封方式在承受电池工作的高压力时，绝缘框本身与膜电极33材料属性的不同易导致绝缘框的变形及移位，进而影响电池性能。除此之外，绝缘框的制作本身也增加了燃料电池组件的工序复杂度。

相关技术中，由于阳极板和阴极板在反应区到边缘区之间均会设置从氧化剂进出口、燃料气进出口、换热介质进出口到反应区的导流区，而且三个导流区集中分布在同一区域的密封线与反应区之间，使得密封槽到反应区的宽度较大，无法实现距离小于1.5cm的要求。也就是说，在常规设计中，存在一种技术障碍，该技术障碍导致相关设计一定会使用绝缘框来密封。本申请中，由于重新设计了各个进出口的位置，燃料气与氧化剂的导流区分为位于隔板的相邻两侧，而且，大部分导流功能区位于密封线与出入口之间，仅极小部分位于密封线与反应区之间，这样，就可以直接取消绝缘框的设计，通过在密封槽内设置密封体直接压住膜电极33的方法实现定位、密封及绝缘，大大简化了工序。

在一些实施例中，如图2和图9所示，单体燃料电池还包括：气路组件40，阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，气路组件40设置在沉槽，气路组件40包括多个用于供气、水通过的通孔。

阴极流道211包括设于阴极反应区21第一侧面的凹槽，气路组件40支撑于阴极反应区21第一侧面的不设阴极流道211的区域。气路组件40与阴极反应区21第一侧面的不设阴极流道211的区域可以贴合设置。

阴极反应区21的第一侧面设有阴极流道211，阴极流道211包括设于阴极反应区21的凹槽。气路组件40可以满足气、水通过需求，通过气路组件40与阴极流道211的结合，可以极大地增强阴极侧的气体反应空间，使阴极侧的气体流通空间大于阳极侧，这样，解决了氢氧侧所需的反应空间不同的问题，且阴极流道211与阳极流道111的结构可以设计的基本相同，从而保证燃料电池分隔件的体积可以维持在较小的范围，且阳极板10和阴极板20的生产工艺更简单。

如图9和图10所示，阴极密封槽221的底壁与阴极反应区21的第一侧面等高设置。这样相当于减少了一个阴极板20的基准平面，便于阴极板20的加工。在该实施例中，阴极板20包括三个基准平面：气体流道底平面、气体流道顶平面、边缘区域平面。这种结构的阴极板20加工工艺简单。

阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面的连接处形成为阶梯形，气路组件40通过阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面之间的阶梯面223定位。可以理解的是，在加工气路组件40和阴极板20时，将气路组件40的形状与阴极板20的阴极反应区21相同，且控制沉槽的加工精度，这样气路组件40可以刚好嵌入沉槽，通过阴极板20的沉槽直接实现气路组件40的定位。为了简化加工，可以将沉槽和气路组件40均加工成长方体形，通过气路组件40的周壁与沉槽的周壁的配合即可有效地实现气路组件40的定位。

如图1所示，本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的单体燃料电池，多个单体燃料电池层叠设置，单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面相对设置。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过在密封槽内设置密封体直接压住膜电极33的方法实现定位、密封及绝缘，大大简化了燃料电池电堆的装配工序。

如图2和图9所示，在一些实施例中，燃料电池电堆还可以包括：换热件50和栅板60。

换热件50夹设在一个单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50设有供换热介质流动的换热流道。

换热件50与阳极反应区11及阴极反应区21相对设置，栅板60环绕换热件50设置，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露。栅板60夹设在一个单体燃料电池的阴极边缘区22的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极边缘区12的第二侧面之间，栅板60设有与换热流道连通的栅板流道61。

栅板60的两个侧面分别抵压阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面，栅板60的两个侧面分别与阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面密封连接，比如栅板60通过粘接或焊接与阳极边缘区12及阴极边缘区22均密封连接。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

栅板60以为金属板，栅板流道61通过机加工或冲压形成。换热件50为纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

可以理解的是，阳极反应区11与阴极反应区21正对设置，电化学反应主要发生在阳极反应区11与阴极反应区21之间，这样阳极反应区11与阴极反应区21处的热量较多，通过设置换热件50和栅板60，可以将阳极板10和阴极板20隔开，这样阳极板10的第二侧面与阴极板20的第二侧面不用贴合，阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间形成的腔体内设置换热件50，可以供阳极反应区11与阴极反应区21散热。

实施例七

下面参考图1-图2和图13-图14描述根据本发明实施例的单体燃料电池。

如图1-图2和图13-图14所示，根据本发明一个实施例的单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和阳极边缘区12，阳极边缘区12环绕阳极反应区11设置，阴极板20包括阴极反应区21和阴极边缘区22，阴极边缘区22环绕阴极反应区21设置。

膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，且阳极气路扩散层31与阳极反应区11正对，阴极气路扩散层32与阴极反应区21正对，阳极气路扩散层31夹设在阳极反应区11的第一侧面与膜电极33之间，阴极气路扩散层32夹设在阴极反应区21的第一侧面与膜电极33之间。

需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

单体燃料电池的密封采取如下形式：阳极边缘区12的第一侧面设有阳极密封凸台125，阴极边缘区22的第一侧面设有阴极密封凸台225，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在阳极密封凸台125与阴极密封凸台225之间。

绝缘框34与膜电极组件30可以预先成型为一体形式。绝缘框34为绝缘的具有弹性的材料支撑，且具有一定硬度。装配时通过绝缘框34与阳极密封凸台125及阴极密封凸台225的配合实现膜电极组件30的定位。装配时，对层叠方向施加紧固力对绝缘框34形成的挤压变形完成对于单体燃料电池的密封。

这样，在密封单体燃料电池时就无需另外设置密封槽和密封件222，可以减少单体燃料电池的零部件数目。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过在阳极板10和阴极板20设置用于密封的密封凸台，即可实现膜电极组件30的定位、密封及绝缘，大大简化了装配工序。

在一些实施例中，阳极密封凸台125和阴极密封凸台225的端面均为平面形，平面形的密封凸台端面与绝缘框34的配合面积大，密封效果好，且便于加工。阳极密封凸台125环绕阳极反应区11设置，阴极密封凸台225环绕阴极反应区21设置，阳极密封凸台125和阴极密封凸台225均具有矩形横截面。

阳极密封凸台125沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线与阴极密封凸台225沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线的距离为f，满足：f≤10μm。也就是说，阳极密封凸台125与阴极密封凸台225的加工精度需要满足一定的要求，这样阳极密封凸台125与阴极密封凸台225可以基本正对设置，在实际操作中，阳极密封凸台125与阴极密封凸台225在平行于堆叠方向的错位应在2μm至10μm之间即可保证密封和定位的稳定性，且加工难度不大。

如图1所示，本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的单体燃料电池，多个单体燃料电池层叠设置，单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面相对设置。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过在阳极板10和阴极板20设置用于密封的密封凸台，即可实现膜电极组件30的定位、密封及绝缘，大大简化了燃料电池电堆的装配工序。

如图2和图13所示，燃料电池电堆还可以包括：换热件50和栅板60。

换热件50夹设在一个单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50设有供换热介质流动的换热流道。

换热件50与阳极反应区11及阴极反应区21相对设置，栅板60环绕换热件50设置，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露。栅板60夹设在一个单体燃料电池的阴极边缘区22的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极边缘区12的第二侧面之间，栅板60设有与换热流道连通的栅板流道61。

栅板60的两个侧面分别抵压阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面，栅板60的两个侧面分别与阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面密封连接，比如栅板60通过粘接或焊接与阳极边缘区12及阴极边缘区22均密封连接。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

栅板60以为金属板，栅板流道61通过机加工或冲压形成。换热件50为纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

可以理解的是，阳极反应区11与阴极反应区21正对设置，电化学反应主要发生在阳极反应区11与阴极反应区21之间，这样阳极反应区11与阴极反应区21处的热量较多，通过设置换热件50和栅板60，可以将阳极板10和阴极板20隔开，这样阳极板10的第二侧面与阴极板20的第二侧面不用贴合，阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间形成的腔体内设置换热件50，可以供阳极反应区11与阴极反应区21散热。

实施例八

下面参考图1-图2和图18-图20描述根据本发明实施例的单体燃料电池。

如图1-图2和图18-图20所示，根据本发明一个实施例的单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、膜电极组件30。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和阳极边缘区12，阳极边缘区12环绕阳极反应区11设置，阴极板20包括阴极反应区21和阴极边缘区22，阴极边缘区22环绕阴极反应区21设置。

膜电极组件30，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间。需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区11的第一侧面、阳极边缘区12的第一侧面均位于阳极板10的同一侧，阳极板10的第二侧面、阳极反应区11的第二侧面、阳极边缘区12的第二侧面均位于阳极板10的同一侧；阴极板20的第一侧面、阴极反应区21的第一侧面、阴极边缘区22的第一侧面均位于阴极板20的同一侧，阴极板20的第二侧面、阴极反应区21的第二侧面、阴极边缘区22的第二侧面均位于阴极板20的同一侧；阴极板20和阳极板10的与膜电极组件30相对设置的侧面为第一侧面，第一侧面与第二侧面背对设置。

如图18-图20所示，阳极反应区11的至少部分和阴极反应区21的至少部分朝相互背离的方向凹陷，阳极边缘区12的至少部分和阴极边缘区22的至少部分朝相互靠近的方向凸出。

这样，阳极板10的整体呈现中心凹陷边缘凸出的形状，阴极板20的整体呈现中心凹陷边缘凸出的形状，在将阳极板10于阴极板20扣合后，可以在中心的反应区形成足够大的空间以供容纳膜电极组件30的主体部分，对应地，反应区的空间对膜电极组件30及附属零部件的限制更小，可以设计出更利于电化学反应的膜电极组件30及附属零部件，且在边缘处的阳极板10与阴极板20的距离小，便于密封，可以节省密封材料。

根据本发明实施例的单体燃料电池，通过设置上述结构形式的阳极板10和阴极板20，可以限定出足够大的反应区，使单体燃料电池的反应效率更高，且可以节省密封材料。

在一些实施例中，如图18所示，单体燃料电池的密封采取如下形式：膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，且阳极气路扩散层31与阳极反应区11正对，阴极气路扩散层32与阴极反应区21正对，膜电极33伸出阳极气路扩散层31和阴极气路扩散层32的至少部分外设置有绝缘框34，绝缘框34夹设在阳极边缘区12和阴极边缘区22的相互凸出的部分之间。

绝缘框34与膜电极组件30可以预先成型为一体形式。绝缘框34为绝缘的具有弹性的材料支撑，且具有一定硬度。装配时通过绝缘框34与阳极边缘区12和阴极边缘区22的相互凸出的部分的配合实现膜电极组件30的定位。装配时，对层叠方向施加紧固力对绝缘框34形成的挤压变形完成对于单体燃料电池的密封。

这样，在密封单体燃料电池时就无需另外设置密封槽和密封件222，可以减少单体燃料电池的零部件数目。通过直接在阳极边缘区12和阴极边缘区22设置相互凸出的部分即可实现膜电极组件30的定位、密封及绝缘，大大简化了装配工序。

阳极边缘区12的凸出的部分沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线与阴极边缘区22的凸出的部分沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线的距离为f，满足：f≤10μm。如图18-20所示，阳极边缘区12具有朝膜电极组件30凸出的阳极夹持部126，阴极边缘区22具有朝膜电极组件30凸出的阴极夹持部126，阳极夹持部126沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线与阴极夹持部126沿单体燃料电池的堆叠方向的轴线的距离为f，满足：f≤10μm。

也就是说，阳极夹持部126与阴极夹持部126的加工精度需要满足一定的要求，这样阳极夹持部126与阴极夹持部126可以基本正对设置，在实际操作中，阳极夹持部126与阴极夹持部126在平行于堆叠方向的错位应在2μm至10μm之间即可保证密封和定位的稳定性，且加工难度不大。

如图19所示，阳极反应区11的第一侧面设有阳极流道111，阳极流道111朝背离膜电极组件30的方向凹陷，阳极边缘区12具有朝膜电极组件30凸出的阳极夹持部126。阳极边缘区12的主体部分与阳极反应区11的第一侧面中不设阳极流道111的区域平齐设置。

阳极板10可以采用由可具有延展性的材料通过冲压的而形成的双面凹凸结构。如图19所示，阳极板10呈现双面交错对称的凹凸结构。阳极板10包括三个高低不同的平面：阳极流道底面A1、阳极流道顶面A2与阳极夹持部凸起面A3。阳极边缘区12的整体平齐于阳极流道顶面A2，而阳极夹持部凸起面A3高于阳极流道顶面A2。这样相当于减少了一个阳极板10的基准平面，便于阳极板10的加工。

如图20所示，阴极反应区21设有阴极流道211，阴极流道211朝背离膜电极组件30的方向凹陷，阴极边缘区22相对于阴极反应区21朝靠近膜电极组件30的方向凸出，以在阴极反应区21形成沉槽。阴极边缘区22具有朝膜电极组件30凸出的阴极夹持部126。

阴极板20可以采用由可具有延展性的材料通过冲压的而形成的双面凹凸结构。如图19所示，阴极板20呈现双面交错对称的凹凸结构。阴极板20包括四个基准平面：阴极流道底面C1、阴极流道顶面C2、阴极夹持部凸起面C3、阴极边缘区平面C4。

如图15所示，在一些实施例中，单体燃料电池还可以包括：气路组件40，气路组件40设置在沉槽。阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面的连接处形成为阶梯形，气路组件40通过阴极反应区21的第一侧面与阴极边缘区22的第一侧面之间的阶梯面223定位。

气路组件40可以为板状，且气路组件40包括多个通孔，通孔用于供气、水通过。气路组件40可以满足气、水通过需求，通过气路组件40与阴极流道211的结合，可以极大地增强阴极侧的气体反应空间，使阴极侧的气体流通空间大于阳极侧，这样，解决了氢氧侧所需的反应空间不同的问题，且阴极流道211与阳极流道111的结构可以设计的基本相同，从而保证燃料电池分隔件的体积可以维持在较小的范围，且阳极板10和阴极板20的生产工艺更简单。

可以理解的是，在加工气路组件40和阴极板20时，将气路组件40的形状与阴极板20的阴极反应区21相同，且控制沉槽的加工精度，这样气路组件40可以刚好嵌入沉槽，通过阴极板20的沉槽直接实现气路组件40的定位。为了简化加工，可以将沉槽和气路组件40均加工成长方体形，通过气路组件40的周壁与沉槽的周壁的配合即可有效地实现气路组件40的定位。

膜电极组件30与气路组件40可以形成为一体。这样通过阴极板20的沉槽定位气路组件40即可同时定位膜电极组件30，由此简化单体燃料电池的装配工艺。

如图1所示，本发明还公开了一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆包括：多个如上述任一种实施例的单体燃料电池，多个单体燃料电池层叠设置，单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面相对设置。

根据本发明实施例的燃料电池电堆，通过在密封槽内设置密封体直接压住膜电极33的方法实现定位、密封及绝缘，大大简化了燃料电池电堆的装配工序。

如图2和图18所示，在一些实施例中，燃料电池电堆还可以包括：换热件50和栅板60。

换热件50夹设在一个单体燃料电池的阴极板20的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板10的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50设有供换热介质流动的换热流道。

换热件50与阳极反应区11及阴极反应区21相对设置，栅板60环绕换热件50设置，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露。栅板60夹设在一个单体燃料电池的阴极边缘区22的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极边缘区12的第二侧面之间，栅板60设有与换热流道连通的栅板流道61。

栅板60的两个侧面分别抵压阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面，栅板60的两个侧面分别与阳极边缘区12的第二侧面和阴极边缘区22的第二侧面密封连接，比如栅板60通过粘接或焊接与阳极边缘区12及阴极边缘区22均密封连接。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

栅板60以为金属板，栅板流道61通过机加工或冲压形成。换热件50为纤维材料或金属材料或橡胶材料制成。

可以理解的是，阳极反应区11与阴极反应区21正对设置，电化学反应主要发生在阳极反应区11与阴极反应区21之间，这样阳极反应区11与阴极反应区21处的热量较多，通过设置换热件50和栅板60，可以将阳极板10和阴极板20隔开，这样阳极板10的第二侧面与阴极板20的第二侧面不用贴合，阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间形成的腔体内设置换热件50，可以供阳极反应区11与阴极反应区21散热。

上述实施例一至八中的各个技术特征在不冲突的情况下可以相互结合形成更多个实施例，比如实施例一中的单体燃料电池的密封结构还可以参考实施例六、七、八的结构，或者实施例一中的燃料电池隔板还可以包括实施例二中的栅板60、换热件50等，或者实施例一中的燃料电池隔板还可以包括实施例三中的气路组件40等，在此就不再一一赘述。

下面将结合上述多个实施例的特征，详细描述一个实施例作为示例。

实施例九

如图1-图10和图21-图22所示，根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件包括：阳极板10、阴极板20、气路组件40、换热件50、栅板60。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极流道111设于阳极反应区11的第一侧面，比如阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极流道211设于阴极反应区21的第一侧面。

阳极流道111的至少部分沿第一方向延伸，阴极流道211的至少部分沿第二方向延伸，第一方向与第二方向垂直。

栅板60夹设在阳极边缘区12的第二侧面与阴极边缘区22的第二侧面之间，且栅板60与阳极边缘区12及阴极边缘区22均连接。换热件50夹设在阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50的两个侧面分别抵压阳极反应区11的第二侧面和阴极反应区21的第二侧面。换热件50设有供换热介质流动的换热流道，换热介质通过换热件50流动，从而带走阳极反应区11与阴极反应区21的热量。

栅板60可以环绕换热件50，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露，阳极边缘区12和阴极边缘区22设有被阳极反应区11及阴极反应区21隔开的换热介质进口75和换热介质出口76，如图4-图7所示，栅板60设有栅板流道61，换热介质进口75通过对应的栅板流道61与换热流道连通，换热介质出口76通过对应的栅板流道61与换热流道连通。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，气路组件40设置在沉槽，且气路组件40通过沉槽的周壁定位。

气路组件40包括多个通孔，通孔用于供气、水通过，气路组件40可以满足气、水通过需求，通过气路组件40与阴极流道211的结合，可以极大地增强阴极侧的气体反应空间，使阴极侧的气体流通空间大于阳极侧，这样，解决了氢氧侧所需的反应空间不同的问题，且阴极流道211与阳极流道111的结构可以设计的基本相同，从而保证燃料电池分隔件的体积可以维持在较小的范围，且阳极板10和阴极板20的生产工艺更简单。

阳极边缘区12和阴极边缘区22均设有避让槽77，且阳极边缘区12的避让槽77与阴极边缘区22的避让槽77正对设置。避让槽77用于压装燃料电池分隔件，避让槽77沿燃料电池分隔件的厚度方向贯穿边缘区，避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离为c，满足：c≥20mm。燃料电池电堆为堆叠结构，燃料电池分隔件也为堆叠结构，在将燃料电池分隔件堆叠为燃料电池电堆时，需要使用紧固件来压紧燃料电池分隔件，以使各个燃料电池分隔件能紧密贴合，紧固件贯穿避让槽77以在燃料电池电堆的堆叠方向上贯穿燃料电池电堆。

根据本发明实施例的燃料电池分隔件，采用垂直流道，并通过采用易于加工的简单流道部件，优化了生成水及换热介质的流动，同时也避免了高度复杂的加工。同时通过对燃料电池分隔件整体凹凸进行优化处理，得以在不增大流道宽度的同时满足氢氧侧所需的不同的反应空间。同时利用凹凸所形成的高度差，实现膜电极组件30的精准定位。能够减小装配电堆所需压装力，且令电池内部所受压力更加均匀。

如图1-图10和图21-图22所示，本发明还公开了一种单体燃料电池。

根据本发明一个实施例的单体燃料电池包括：阳极板10、阴极板20、气路组件40、换热件50、栅板60和膜电极组件30。

其中，阳极板10包括阳极反应区11和环绕阳极反应区11的阳极边缘区12，阳极流道111设于阳极反应区11的第一侧面，比如阳极反应区11可以为矩形，阳极边缘区12可以为矩形框；阴极板20包括阴极反应区21和环绕阴极反应区21的阴极边缘区22，阴极流道211设于阴极反应区21的第一侧面。

阳极流道111的至少部分沿第一方向延伸，阴极流道211的至少部分沿第二方向延伸，第一方向与第二方向垂直。

膜电极组件30包括层叠设置的阳极气路扩散层31、膜电极33、阴极气路扩散层32，膜电极组件30夹设在阳极板10的第一侧面与阴极板20的第一侧面之间，且阳极气路扩散层31与阳极反应区11正对，阴极气路扩散层32与阴极反应区21正对，阳极气路扩散层31夹设在阳极反应区11的第一侧面与膜电极33之间，阴极气路扩散层32夹设在气路组件40与膜电极33之间。

阴极反应区21的第一侧面相对于阴极边缘区22的第一侧面朝阴极板20的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，气路组件40设置在沉槽，且气路组件40通过沉槽的周壁定位。

气路组件40包括多个通孔，通孔用于供气、水通过，气路组件40可以满足气、水通过需求，通过气路组件40与阴极流道211的结合，可以极大地增强阴极侧的气体反应空间，使阴极侧的气体流通空间大于阳极侧，这样，解决了氢氧侧所需的反应空间不同的问题，且阴极流道211与阳极流道111的结构可以设计的基本相同，从而保证单体燃料电池的体积可以维持在较小的范围，且阳极板10和阴极板20的生产工艺更简单。

膜电极组件30与气路组件40形成为一体。这样通过阴极板20的沉槽定位气路组件40即可同时定位膜电极组件30，由此简化单体燃料电池的装配工艺。

栅板60夹设在阳极边缘区12的第二侧面与阴极边缘区22的第二侧面之间，且栅板60与阳极边缘区12及阴极边缘区22均连接。换热件50夹设在阳极反应区11的第二侧面与阴极反应区21的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，换热件50的两个侧面分别抵压阳极反应区11的第二侧面和阴极反应区21的第二侧面。换热件50设有供换热介质流动的换热流道，换热介质通过换热件50流动，从而带走阳极反应区11与阴极反应区21的热量。

栅板60可以环绕换热件50，栅板60密封换热件50，防止换热介质泄露，阳极边缘区12和阴极边缘区22设有被阳极反应区11及阴极反应区21隔开的换热介质进口75和换热介质出口76，如图4-图7所示，栅板60设有栅板流道61，换热介质进口75通过对应的栅板流道61与换热流道连通，换热介质出口76通过对应的栅板流道61与换热流道连通。

栅板流道61作为气体和液体流路的一部分，栅板流道61可以为栅板60上通过机加或冲压等方式生成的沟槽，阳极边缘区12、栅板60、阴极边缘区22形成紧密贴合面，会阻挡气体通过，而通过在栅板60的相对应位置打出栅板流道61，可以引导换热介质进出。

阳极边缘区12和阴极边缘区22均设有避让槽77，且阳极边缘区12的避让槽77与阴极边缘区22的避让槽77正对设置。避让槽77用于压装单体燃料电池，避让槽77沿单体燃料电池的厚度方向贯穿边缘区，避让槽77靠近反应区的边沿到反应区的距离为c，满足：c≥20mm。燃料电池电堆为堆叠结构，单体燃料电池也为堆叠结构，在将单体燃料电池堆叠为燃料电池电堆时，需要使用紧固件来压紧单体燃料电池，以使各个单体燃料电池能紧密贴合，紧固件贯穿避让槽77以在燃料电池电堆的堆叠方向上贯穿燃料电池电堆。

根据本发明实施例的单体燃料电池，采用垂直流道，并通过采用易于加工的简单流道部件，优化了生成水及换热介质的流动，同时也避免了高度复杂的加工。同时通过对单体燃料电池整体凹凸进行优化处理，得以在不增大流道宽度的同时满足氢氧侧所需的不同的反应空间。同时利用凹凸所形成的高度差，实现膜电极组件30的精准定位。能够减小装配电堆所需压装力，且令电池内部所受压力更加均匀。

上述实施例一至九中的阴极板20和阳极板10的结构可以参考下述实施例描述。

在一些实施例中，如图4和图14所示，阳极板10为包括凹槽的平板形，且阳极流道111包括设于阳极板10第一侧面的凹槽，阴极板20为包括凹槽的平板形，阴极流道211包括设于阴极板20第一侧面的凹槽。阳极板10、阴极板20的第一侧面包括凹槽，阳极板10、阴极板20的第二侧面可以为平面形，这样便于堆叠。阳极板10、阴极板20可采用石墨、复合石墨或者耐蚀金属通过机加等方式制成。

在另一些实施例中，如图12、图16、图19和图20所示，阳极板10为在第一侧面和第二侧面均凹凸的板体，阴极板20为在第一侧面和第二侧面均凹凸的板体。阳极板10、阴极板20可以采用有延展性的耐腐蚀材料如不锈钢、铝合金、钛合金等通过冲压形成具有两面凹凸的结构。阳极板10、阴极板20都呈现双面交错对称的凹凸结构。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种燃料电池分隔件，其特征在于，包括：

阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区；

阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阳极反应区的第一侧面和所述阴极反应区的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件；

换热件，所述换热件夹设在所述阳极反应区的第二侧面与所述阴极反应区的第二侧面之间且与所述阳极反应区的第二侧面及所述阴极反应区的第二侧面贴合；

栅板，所述栅板夹设在所述阳极边缘区的第二侧面与所述阴极边缘区的第二侧面之间，且所述栅板与所述阳极边缘区及所述阴极边缘区均连接，所述栅板环绕所述换热件。

2.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述换热件的第一侧面与第二侧面均为平面形，所述阳极反应区的第二侧面、所述阴极反应区的第二侧面均为平面形，所述换热件的第一侧面与所述阳极反应区的第二侧面贴合且形成面面接触，所述换热件的第二侧面与所述阴极反应区的第二侧面贴合且形成面面接触。

3.根据权利要求2所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述换热件为板体，且设有多个贯穿所述换热件的通孔，所述通孔在所述换热件的第一侧面与第二侧面敞开。

4.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述换热件为丝网状。

5.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述换热件为金属件。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述换热件设有供换热介质流动的换热流道，所述阳极边缘区和所述阴极边缘区设有换热介质进口和换热介质出口，所述栅板设有栅板流道，所述换热介质进口通过对应的所述栅板流道与所述换热流道连通，所述换热介质出口通过对应的所述栅板流道与所述换热流道连通。

7.根据权利要求6所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述栅板为金属板，所述栅板流道通过机加工或冲压形成；

或者所述栅板为塑料板，所述栅板流道通过注塑或冲切成型；

或者所述栅板为橡胶板，所述栅板流道通过模压成型或注射成型。

8.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述栅板的内周壁与所述换热件的外周壁相连，所述栅板通过粘接、压合或焊接与所述阳极边缘区及所述阴极边缘区均密封连接。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的燃料电池分隔件，其特征在于，还包括：气路组件，所述气路组件设在所述阴极反应区的第一侧面，所述气路组件设有多个供气、水通过的通孔。

10.根据权利要求8所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阴极反应区的第一侧面与所述阴极边缘区的第一侧面的连接处形成为阶梯形，所述阴极反应区的第一侧面与所述阴极边缘区的第一侧面之间的阶梯面环绕在所述气路组件的周壁外以定位所述气路组件。

11.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括：多个如权利要求1-10中任一项所述的燃料电池分隔件和膜电极组件，多个所述燃料电池分隔件层叠设置，且所述燃料电池分隔件的阳极板与相邻的一个所述燃料电池分隔件的阴极板之间夹设有所述膜电极组件。

12.一种单体燃料电池，其特征在于，包括：

阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区；

阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区；

膜电极组件，所述膜电极组件夹设在所述阳极板的第一侧面与所述阴极板的第一侧面之间；

换热件，所述换热件与所述阴极反应区的第二侧面贴合；

栅板，所述栅板与所述阴极边缘区连接，所述栅板环绕所述换热件。