CN109524686B - 燃料电池分隔件、单体燃料电池、燃料电池电堆和极板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池分隔件、单体燃料电池、燃料电池电堆和极板，燃料电池分隔件包括：阳极板，阳极板包括阳极基板和阳极衬板，阳极基板包括阳极反应区和环绕阳极反应区的阳极边缘区，阳极衬板贴合在阳极边缘区的第一侧面，阳极衬板设有阳极导流道；阴极板，阴极板包括阴极基板和阴极衬板，阴极基板包括阴极反应区和环绕阴极反应区的阴极边缘区，阴极衬板贴合在阴极边缘区的第一侧面，阴极衬板设有阴极导流道，阳极反应区的第一侧面和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。通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，从而降低燃料电池分隔件的加工难度，降低燃料电池分隔件的加工成本。
Description
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、一种单体燃料电池和一种燃料电池极板。
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。
相关技术中，金属极板的边缘区需要采用冲压方式设置沟槽结构，提供从气体歧管到反应区的通道。这种冲压结构对冲压设备和焊接设备的工艺要求高，过于复杂的流道结构对排水排气有一定不利影响。
夹持膜电极的阴阳极板边缘，需要实现良好绝缘。绝缘材料往往需要与膜电极形成一体零件。这样增加了工艺复杂性，也容易造成膜电极的损坏。
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基板和阳极衬板，所述阳极基板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极衬板贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板设有阳极导流道；阴极板，所述阴极板包括阴极基板和阴极衬板，所述阴极基板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极衬板贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板设有阴极导流道，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。
根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，从而降低燃料电池分隔件的加工难度，降低燃料电池分隔件的加工成本。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极衬板的第二侧面贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板的第二侧面设有凹槽以形成所述阳极导流道；所述阴极衬板的第二侧面贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板的第二侧面设有凹槽以形成所述阴极导流道。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述凹槽的深度为j，满足：0.2mm≤j≤0.5mm。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述凹槽的深度为j，所述阳极衬板或所述阴极衬板的厚度为k，满足：0.5≤j/k≤0.8。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极衬板的第一侧面为平面，所述阴极衬板的第一侧面为平面。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极导流道和所述阴极流道均为多个，多个所述阳极导流道并排设置，多个所述阴极导流道并排设置，且相邻的两个所述阳极导流道之间的间距或相邻的两个所述阴极导流道之间的间距为p，满足：0.8mm≤p。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极基板和所述阴极基板为金属板或非金属板，所述阳极衬板和所述阴极衬板均为高分子材料板。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极衬板通过热压或粘接以与所述阳极基板形成为一体，所述阴极衬板通过热压或粘接以与所述阴极基板形成为一体。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极导流道通过注塑或机加工成型于所述阳极衬板，所述阴极导流道通过注塑或机加工成型于所述阴极衬板。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极板还包括阳极密封层，所述阳极密封层贴合在所述阳极衬板的背离所述阳极基板的一侧；所述阴极板还包括阴极密封层，所述阴极密封层贴合在所述阴极衬板的背离所述阴极基板的一侧；所述阳极密封层和所述阴极密封层用于夹持且密封所述膜电极组件的质子交换膜或边框。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极密封层为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于所述阳极衬板；所述阴极密封层为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于所述阴极衬板。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极反应区的第一侧面设有阳极流道，所述阴极反应区的第一侧面设有阴极流道，所述阳极流道和所述阴极流道相互垂直设置。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，还包括：栅板，所述栅板夹设在所述阳极基板的第二侧面与所述阴极基板的第二侧面之间，所述栅板设有冷却剂流道。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述栅板为多孔型网板或编织丝网结构。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，还包括：密封垫，所述密封垫环绕在所述栅板的外周，且夹设在所述阳极基板的第二侧面与所述阴极基板的第二侧面之间。
根据本发明一个实施例的燃料电池分隔件，所述阳极基板和所述阴极基板中的一个与所述密封垫形成为一体。
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基板和阳极衬板，所述阳极基板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极衬板贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板设有阳极导流道；阴极板，所述阴极板包括阴极基板和阴极衬板，所述阴极基板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极衬板贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板设有阴极导流道；
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。
本发明还提出了一种燃料电池极板，包括：基板和衬板，所述基板包括反应区和环绕所述反应区的边缘区，所述衬板贴合在所述边缘区的第一侧面，所述衬板设有导流道。
根据本发明实施例的燃料电池极板，还包括密封层，所述密封层贴合在所述衬板的背离所述基板的一侧。
所述燃料电池电堆、所述单体燃料电池、所述燃料电池极板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在堆叠方向的局部剖视图；
图3是根据本发明实施例的衬板的局部剖视图。
附图标记：
阳极板10，阳极基板11，阳极反应区111，阳极边缘区112，阳极衬板12，凹槽121，阳极密封层13，阳极流道14，
阴极板20，阴极基板21，阴极反应区211，阴极边缘区212，阴极衬板22，阴极密封层23，阴极流道24，
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，
栅板50，密封垫51，
燃料气进口71，燃料气出口72，氧化剂进口73，氧化剂出口74，冷却剂进口75，冷却剂出口76，歧管101。
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。
如图1-图3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。
阳极板10包括阳极基板11和阳极衬板12，阳极基板11包括阳极反应区111和阳极边缘区112，阳极边缘区112环绕阳极反应区111设置。阴极板20包括阴极基板21和阴极衬板22，阴极基板21包括阴极反应区211和环绕阴极反应区211的阴极边缘区212。
比如阳极反应区111可以为矩形，阳极边缘区112可以为矩形框，阴极反应区211可以为矩形，阴极边缘区212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1所示的燃料电池电堆中，阳极边缘区112的四个外角处可以设有缺口。
其中，阳极反应区111的第一侧面和阴极反应区211的第一侧面用于连接燃料电池电堆的膜电极组件30。
需要说明的是，阳极板10的第一侧面、阳极反应区111的第一侧面、阳极边缘区112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111的第二侧面、阳极边缘区112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211的第一侧面、阴极边缘区212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211的第二侧面、阴极边缘区212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。
阳极衬板12贴合在阳极边缘区112的第一侧面，阳极衬板12设有与阳极流道14连通的阳极导流道，阴极衬板22贴合在阴极边缘区212的第一侧面，阴极衬板22设有与阴极流道24连通的阴极导流道。
可以理解的是，相关技术中，燃料气和氧化剂从边缘区的进出口通过时，需要在基板的边缘区设置导流区域来连通气体进出口与反应区，这样使得基板的成型难度大。上述技术方案中，通过设置复合基板，在基板的边缘区叠加一层衬板，在衬板上加工导流道，从而可以极大地降低基板的成型难度。且衬板还能起到绝缘和支撑的作用，从而可以省去膜电极组件30的绝缘框。
根据本发明实施例的燃料电池分隔件，通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，从而降低燃料电池分隔件的加工难度，降低燃料电池分隔件的加工成本。
在一些实施例中，阳极基板11和阴极基板21均为金属板，比如不锈钢或其他可冲压的金属材料，阳极反应区111的阳极流道14和阴极反应区211的阴极流道24均为冲压成型。
当然，在另一些实施例中，阳极基板11和阴极基板21均为非金属板，比如石墨板。
阳极衬板12和阴极衬板22均为高分子材料板，包括但不限于橡胶板、塑料板，优选热膨胀系数＜100×10-6/℃的塑料，以与金属具有更好的匹配性。比如阳极衬板12可以注塑成型，阴极衬板22可以注塑成型，这样衬板的成型难度低，便于加工出导流道，且绝缘效果好。阳极衬板12通过热压或粘接以与阳极基板11形成为一体，阴极衬板22通过热压或粘接以与阴极基板21形成为一体。当阳极基板11和阴极基板21为金属板，阳极衬板12和阴极衬板22均为高分子材料板时，阳极衬板12通过热压或粘接以与阳极基板11形成为一体，阴极衬板22通过热压或粘接以与阴极基板21形成为一体；当阳极基板11和阴极基板21为石墨板，阳极衬板12和阴极衬板22均为高分子材料板时，阳极衬板12通过粘接以与阳极基板11形成为一体，阴极衬板22通过粘接以与阴极基板21形成为一体。阳极导流道通过注塑或机加工成型于阳极衬板12，阴极导流道通过注塑或机加工成型于阴极衬板22。
如图3所示，阳极衬板12的第二侧面贴合在阳极边缘区112的第一侧面，阳极衬板12的第二侧面设有凹槽121以形成阳极导流道；阴极衬板22的第二侧面贴合在阴极边缘区212的第一侧面，阴极衬板22的第二侧面设有凹槽121以形成阴极导流道。即凹槽121结构与基板的边缘区贴合后共同形成氢气和空气的气体流路。这样便于导流道的加工成型。
凹槽121的深度为j，满足：0.2mm≤j≤0.5mm。阳极衬板12或阴极衬板22的厚度为k，满足：0.5≤j/k≤0.8。这样导流道满足导流功能，且对衬板的强度影响较小，比如j＝0.3mm，凹槽121的宽度为3mm。
如图2所示，阳极衬板12的第一侧面为平面，阴极衬板22的第一侧面为平面。这样便于衬板的加工。
如图3所示，阳极导流道和阴极流道24均为多个，多个阳极导流道并排设置，多个阴极导流道并排设置，且相邻的两个阳极导流道之间的间距或相邻的两个阴极导流道之间的间距为p，满足：0.8mm≤p，比如p＝1.0mm。也就是说，在相邻的凹槽121之间设置支撑结构防止在堆叠时受力发生坍塌。
如图2所示，当阳极基板和阴极基板为非金属板(比如石墨)时，阳极反应区111的厚度大于阳极边缘区112的厚度，阳极边缘区112的第一侧面相对于阳极反应区111的第一侧面朝靠近第二侧面的方向凹陷，以提供阳极衬板12的安装空间；阴极反应区211的厚度大于阴极边缘区212的厚度，阴极边缘区212的第一侧面相对于阴极反应区211的第一侧面朝靠近第二侧面的方向凹陷，以提供阴极衬板22的安装空间。阳极边缘区的第一侧面相对于阳极反应区的第一侧面朝靠近阴极板的方向凹陷，阳极衬板的第一侧面相对于阳极反应区的第一侧面朝背离阴极板的方向凸起；阴极边缘区的第一侧面相对于阴极反应区的第一侧面朝靠近阳极板的方向凹陷，阴极衬板的第一侧面相对于阴极反应区的第一侧面朝背离阳极板的方向凸起。
当阳极基板和阴极基板为冲压金属板时，阳极反应区111的厚度可以等于阳极边缘区112的厚度，阴极反应区211的厚度可以等于阴极边缘区212的厚度。
在一些实施例中，阳极板10还包括阳极密封层13，阳极密封层13贴合在阳极衬板12的背离阳极基板11的一侧，阳极密封层13贴合在阳极衬板12的第一侧面；阴极板20还包括阴极密封层23，阴极密封层23贴合在阴极衬板22的背离阴极基板21的一侧，阴极密封层23贴合在阴极衬板22的第一侧面；阳极密封层13和阴极密封层23用于夹持且密封膜电极33的边框。
在另一些实施例中，如图2所示，阳极板10还包括阳极密封层13，阳极密封层13贴合在阳极衬板12的背离阳极基板11的一侧，阳极密封层13贴合在阳极衬板12的第一侧面；阴极板20还包括阴极密封层23，阴极密封层23贴合在阴极衬板22的背离阴极基板21的一侧，阴极密封层23贴合在阴极衬板22的第一侧面；阳极密封层13和阴极密封层23用于夹持且密封膜电极33的质子交换膜，质子交换膜只需要略大于密封层内缘即可，比如质子交换膜的边界超出密封层内缘的宽度为s，满足：s≥5mm即可。
相关技术中，由于阳极板10和阴极板20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、冷却剂进出口到反应区的导流区，使得密封位置到反应区的宽度较大，绝缘难以保障，这样，膜电极33的边缘必须加绝缘框。对应地，单体燃料电池的密封均通过在膜电极33的四周加上由绝缘材料制成的绝缘框，但是这种绝缘方式在工作中易导致绝缘框的变形、移位或绝缘失效，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。
本申请通过设置衬底(阳极衬板12、阴极衬板22)，具备取消膜电极绝缘框的可能，大大简化了工序。
阳极密封层13为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于阳极衬板12；阴极密封层23为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于阴极衬板22。
阳极反应区111的第一侧面设有阳极流道14，阴极反应区211的第一侧面设有阴极流道24，阳极流道14和阴极流道24相互垂直设置。
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。
如图1所示，阳极边缘区112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212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冷却剂出口76和燃料气进口71，两个第一边缘区中的另一个设有冷却剂进口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。
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上的冷却剂进口75与阴极板20上的冷却剂进口75正对设置，阳极板10上的冷却剂出口76与阴极板20上的冷却剂出口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。
冷却剂出口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，冷却剂出口76设在靠近氧化剂进口73的一端，冷却剂进口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，冷却剂进口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，并使燃料电池冷却剂流路自下至上，形成满灌形式。
冷却剂出口76和冷却剂进口75均为多个，多个冷却剂出口76沿第二方向间隔开分布，多个冷却剂进口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14和阴极流道24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。
图2所示的歧管101，可以为图1中的燃料气进口71、燃料气出口72、氧化剂进口73、氧化剂出口74中的一个。
如图2所示，燃料电池分隔件还可以包括：栅板50和密封垫51。
栅板50夹设在阳极基板11的第二侧面与阴极基板21的第二侧面之间以使阳极板10与阴极板20间隔开，栅板50的两个侧面分别抵压阳极反应区111的第二侧面和阴极反应区211的第二侧面，栅板50设有冷却剂流道。栅板50设有供冷却剂流动的冷却剂流道，冷却剂通过栅板50流动，从而带走阳极反应区111与阴极反应区211的热量。
可以理解的是，阳极反应区111与阴极反应区211正对设置，电化学反应主要发生在阳极反应区111与阴极反应区211之间，这样阳极反应区111与阴极反应区211处的热量较多，通过设置栅板50，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，且栅板50可以供阳极反应区111与阴极反应区211散热。
如图2所示，密封垫51环绕在栅板50的外周，且密封垫51夹设在阳极基板11的第二侧面与阴极基板21的第二侧面之间。阳极基板11和阴极基板21中的一个与密封垫51形成为一体。
栅板50为多孔型网板或编织丝网结构，且栅板50的材料具有良好的导电性。栅板50外围是氢气、空气、冷却水进出口，设置密封垫51就可以保证开口之间相互密封，以及冷却水流通。
如图2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包括阳极基板11和阳极衬板12，阳极基板11包括阳极反应区111和环绕阳极反应区111的阳极边缘区112，阳极衬板12贴合在阳极边缘区112的第一侧面，阳极衬板12设有阳极导流道，阴极板20包括阴极基板21和阴极衬板22，阴极基板21包括阴极反应区211和环绕阴极反应区211的阴极边缘区212，阴极衬板22贴合在阴极边缘区212的第一侧面，阴极衬板22设有阴极导流道，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，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。
其中阳极板10、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，通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，从而降低单体燃料电池的加工难度，降低单体燃料电池的加工成本。
如图1和2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，通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，燃料电池电堆的加工成本更低。
如图2所示，本发明还公开了一种燃料电池极板，燃料电池极板包括：基板和衬板，基板包括反应区和环绕反应区的边缘区，衬板贴合在边缘区的第一侧面，衬板设有导流道。燃料电池极板可以为上述任一种实施例的阳极板10或阴极板20。
燃料电池极板还包括：密封层，密封层贴合在衬板的背离基板的一侧。
根据本发明实施例的燃料电池极板，通过设计复合层叠结构的极板，可以省去基板边缘区的导流区，从而降低燃料电池极板的加工难度。
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 (20)
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基板和阳极衬板，所述阳极基板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极衬板贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板设有阳极导流道；
阴极板，所述阴极板包括阴极基板和阴极衬板，所述阴极基板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极衬板贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板设有阴极导流道，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；
所述阳极反应区的第一侧面设有阳极流道，所述阴极反应区的第一侧面设有阴极流道；所述阳极流道与阳极导流道连通，所述阴极流道与阴极导流道连通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极衬板的第二侧面贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板的第二侧面设有凹槽以形成所述阳极导流道；
所述阴极衬板的第二侧面贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板的第二侧面设有凹槽以形成所述阴极导流道。
3.根据权利要求2所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述凹槽的深度为j，满足：0.2mm≤j≤0.5mm。
4.根据权利要求2所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述凹槽的深度为j，所述阳极衬板或所述阴极衬板的厚度为k，满足：0.5≤j/k≤0.8。
5.根据权利要求2所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极衬板的第一侧面为平面，所述阴极衬板的第一侧面为平面。
6.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极导流道和阴极流道均为多个，多个所述阳极导流道并排设置，多个所述阴极导流道并排设置，且相邻的两个所述阳极导流道之间的间距或相邻的两个所述阴极导流道之间的间距为p，满足：0.8mm≤p。
7.根据权利要求1所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极基板和所述阴极基板为金属板或非金属板，所述阳极衬板和所述阴极衬板均为高分子材料板。
8.根据权利要求7所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极衬板通过热压或粘接以与所述阳极基板形成为一体，所述阴极衬板通过热压或粘接以与所述阴极基板形成为一体。
9.根据权利要求7或8所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极导流道通过注塑或机加工成型于所述阳极衬板，所述阴极导流道通过注塑或机加工成型于所述阴极衬板。
10.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，所述阳极板还包括阳极密封层，所述阳极密封层贴合在所述阳极衬板的背离所述阳极基板的一侧；
所述阴极板还包括阴极密封层，所述阴极密封层贴合在所述阴极衬板的背离所述阴极基板的一侧；
所述阳极密封层和所述阴极密封层用于夹持且密封所述膜电极组件的质子交换膜或边框。
11.根据权利要求10所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极密封层为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于所述阳极衬板；所述阴极密封层为橡胶层，且通过在线成型或胶粘的方式贴合于所述阴极衬板。
12.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，所述阳极流道和所述阴极流道相互垂直设置。
13.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：栅板，所述栅板夹设在所述阳极基板的第二侧面与所述阴极基板的第二侧面之间，所述栅板设有冷却剂流道。
14.根据权利要求13所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述栅板为多孔型网板或编织丝网结构。
15.根据权利要求13所述的燃料电池分隔件，其特征在于，还包括：密封垫，所述密封垫环绕在所述栅板的外周，且夹设在所述阳极基板的第二侧面与所述阴极基板的第二侧面之间。
16.根据权利要求15所述的燃料电池分隔件，其特征在于，所述阳极基板和所述阴极基板中的一个与所述密封垫形成为一体。
17.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括：多个如权利要求1-16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。
18.一种单体燃料电池，其特征在于，包括：
阳极板，所述阳极板包括阳极基板和阳极衬板，所述阳极基板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极衬板贴合在所述阳极边缘区的第一侧面，所述阳极衬板设有阳极导流道；
阴极板，所述阴极板包括阴极基板和阴极衬板，所述阴极基板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极衬板贴合在所述阴极边缘区的第一侧面，所述阴极衬板设有阴极导流道；
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；
所述阳极反应区的第一侧面设有阳极流道，所述阴极反应区的第一侧面设有阴极流道；所述阳极流道与阳极导流道连通，所述阴极流道与阴极导流道连通。
19.一种燃料电池极板，其特征在于，包括：基板和衬板，所述基板包括反应区和环绕所述反应区的边缘区，所述衬板贴合在所述边缘区的第一侧面，所述衬板设有导流道；燃料电池极板为权利要求1-16中任一项所述的燃料电池分隔件的阳极板或阴极板。
20.根据权利要求19所述的燃料电池极板，其特征在于，还包括密封层，所述密封层贴合在所述衬板的背离所述基板的一侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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