CN113497251A - 燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池。该燃料电池包括：第一和第二气体管道，第一气体管道上开设有第一供给孔，第一气体适于经第一供给孔逸出；第二气体管道上开设有第二供给孔，第二气体适于经第二供给孔逸出；膜结构，膜结构设置在第一气体管道与第二气体管道之间，且膜结构至少包括：质子交换膜，质子交换膜的朝向第一气体管道的一侧设置有第一催化剂层，质子交换膜的朝向第二气体管道的一侧设置有第二催化剂层。根据本发明的燃料电池，通过设置第一和第二供给孔的第二气体管道，可以很好地控制第一和第二气体的供气量，从而使得燃料电池具有合适的电流密度，且压降变化不会很大，有利于提升燃料电池内部的反应均一性，有效解决水淹的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电化学电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池。
背景技术
对于现有的燃料电池而言，多是在双极板之间直接夹设有膜电极组件，这会导致双极板之间的电流密度较小、压降变化较大、均一性较差，甚至发生水淹的问题。同时，这类燃料电池装配困难，冲压件之间配合难度较大，从而影响装配效率。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种燃料电池，可以减小该燃料电池内部的压降变化，且该燃料电池内的电流密度可控制。
根据本发明实施例的燃料电池包括：第一气体管道，所述第一气体管道上开设有第一供给孔，所述第一气体管道内的第一气体适于经所述第一供给孔逸出；第二气体管道，所述第二气体管道上开设有第二供给孔，所述第二气体管道内的第二气体适于经所述第二供给孔逸出；膜结构，所述膜结构设置在所述第一气体管道与所述第二气体管道之间，且所述膜结构至少包括：质子交换膜，所述质子交换膜的朝向所述第一气体管道的一侧设置有第一催化剂层，所述质子交换膜的朝向所述第二气体管道的一侧设置有第二催化剂层。
根据本发明实施例的燃料电池，通过设置具有第一供给孔的第一气体管道以及具有第二供给孔的第二气体管道，可以减小该燃料电池内部的压降变化，且该燃料电池内的电流密度可控制。
根据本发明的一些实施例，所述燃料电池还包括：第一极板和第二极板，所述第一极板与所述第二极板相对设置，且所述第一气体管道位于所述第一极板与所述膜结构之间，所述第二气体管道位于所述第二极板与所述膜结构之间。
可选地，所述第一气体管道与所述第二气体管道平行布置或交叉布置。
根据本发明的一些实施例，所述燃料电池还包括：第一腔体供气结构和第一腔体回收结构，所述第一气体管道的一端与所述第一腔体供气结构的内部腔体连通，所述第一气体管道的另一端与所述第一腔体回收结构的内部腔体连通；第二腔体供气结构和第二腔体回收结构，所述第二气体管道的一端与所述第二腔体供气结构的内部腔体连通，所述第二气体管道的另一端与所述第二腔体回收结构的内部腔体连通。
根据本发明的一些实施例，所述膜结构平铺在所述第一气体管道与所述第二气体管道之间。
根据本发明的一些实施例，所述膜结构包覆在所述第一气体管道和/或所述第二气体管道的外表面。
根据本发明的一些实施例，所述第一气体管道与所述第二气体管道交叉布置。
可选地，所述第一气体管道与所述第二气体管道垂直布置。
根据本发明的一些实施例，所述燃料电池还包括：第一盖板和第二盖板，所述第一盖板封盖所述第一腔体供气结构、所述第一腔体回收结构、所述第二腔体供气结构、所述第二腔体回收结构的一端，所述第二盖板封盖所述第一腔体供气结构、所述第一腔体回收结构、所述第二腔体供气结构、所述第二腔体回收结构的另一端，且所述第一盖板、所述第一腔体供气结构、所述第一腔体回收结构、所述第二腔体供气结构、所述第二腔体回收结构、所述第二盖板之间形成反应空腔，所述第一气体管道、所述第二气体管道、所述膜结构位于所述反应空腔内。
根据本发明的一些实施例，所述膜结构为膜电极组件，所述膜电极组件包括：所述质子交换膜以及气体扩散层，所述气体扩散层位于所述质子交换膜的两侧。
附图说明
图1是第一气体管道的示意图；
图2是第二气体管道的示意图；
图3是第一和第二极板、第一和第二气体管道、膜电极组件的示意图；
图4是第一和第二极板、第一和第二气体管道的示意图；
图5是第一和第二气体管道、膜电极组件的示意图；
图6是第一和第二极板、第一和第二气体管道、质子交换膜的示意图；
图7是第一和第二极板、第一和第二气体管道的另一个实施例示意图；
图8是第一和第二气体管道、质子交换膜的示意图；
图9是第一腔体供气结构和回收结构、第二腔体供气结构和回收结构、第一盖板的装配示意图；
图10是第一腔体供气结构和回收结构、第二腔体供气结构和回收结构、第一和第二气体管道的分解示意图；
图11是第一腔体供气结构和第一气体管道的示意图；
图12是第一和第二气体管道、膜电极组件的示意图；
图13是第一和第二气体管道、膜电极组件在第一腔体供气结构上的位置示意图；
图14是第一和第二气体管道、质子交换膜的示意图；
图15是第一和第二气体管道、质子交换膜在第一腔体供气结构上的位置示意图；
图16是第一气体管道、质子交换膜的示意图；
图17是第一气体管道、质子交换膜在第一腔体供气结构上的位置示意图；
图18是第一气体管道、膜电极组件的示意图；
图19是第一气体管道、膜电极组件在第一腔体供气结构上的位置示意图。
附图标记：
第一气体管道1、第一供给孔11、第二气体管道2、第二供给孔21、膜电极组件3、质子交换膜31、气体扩散层32、第一极板4、第二极板5、冷却腔45、第一腔体供气结构6、第一腔体回收结构7、第二腔体供气结构8、第二腔体回收结构9、第一盖板10。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图19详细描述根据本发明实施例的燃料电池。
参照图1-图19所示，根据本发明实施例的燃料电池可以包括：第一气体管道1、第二气体管道2以及膜结构。
其中，参照图1所示，第一气体管道1上开设有第一供给孔11，第一气体管道1内的第一气体适于经第一供给孔11逸出。参照图2所示，第二气体管道2上开设有第二供给孔21，第二气体管道2内的第二气体适于经第二供给孔21逸出。
参照图3、图5-图6、图8、图12-图15所示，膜结构设置在第一气体管道1与第二气体管道2之间，膜结构与第一气体、第二气体接触面积增大，有利于增大活化区面积。第一气体、第二气体有更充分的反应空间，反应效率提高。
膜结构至少包括：质子交换膜31，质子交换膜31的朝向第一气体管道1的一侧设置有第一催化剂层，质子交换膜31的朝向第二气体管道2的一侧设置有第二催化剂层，第一催化剂层和第二催化剂层可以涂覆在质子交换膜31的表面。经第一气体管道1上的第一供给孔11逸出的第一气体适于到达第一催化剂层处，经第二气体管道2上的第二供给孔21逸出的第二气体适于到达第二催化剂层处。
通过控制第一气体管道1和第二气体管道2内的气体量，可以控制燃料电池的多种性能，例如电流密度、气体压降变化、反应产物量等。同时，膜结构与第一气体管道1和第二气体管道2配合在一起，不会造成水淹现象。
根据本发明实施例的燃料电池，通过设置具有第一供给孔11的第一气体管道1以及具有第二供给孔21的第二气体管道2，可以很好地控制第一气体和第二气体的供气量，供气量的大小影响燃料电池的电流密度，因此，使得燃料电池具有合适的电流密度，且气体压降变化不会很大，有利于提升燃料电池内部的反应均一性，并且可以有效解决水淹的问题。
参照图3-图8所示，燃料电池可以包括：第一气体管道1、第二气体管道2、膜结构、第一极板4和第二极板5，第一极板4与第二极板5相对设置，且第一气体管道1位于第一极板4与膜结构之间，第二气体管道2位于第二极板5与膜结构之间。将传统的流道改为第一气体管道1、第二气体管道2的管状形式，通过控制第一供给孔11和第二供给孔21孔径大小来控制压降以及第一极板4和第二极板5的双极板高度。换言之，对于传统意义上的双极板过渡区，此区域可以通过控制第一气体管道1、第二气体管道2的管径大小来控制高度。
第一极板4具有朝向相邻第二极板5的支臂，第一极板4、支臂与相邻第二极板5之间形成冷却腔45，冷却介质适于在冷却腔45内流动，以带走燃料电池的多余反应热量，有利于延长燃料电池的使用寿命。
可选地，第一气体管道1与第二气体管道2平行布置或交叉布置。例如，在图3-图8所示的实施例中，第一气体管道1与第二气体管道2平行布置。在图12、图14所示的实施例中，第一气体管道1与第二气体管道2交叉布置，例如可以是垂直交叉布置。通过控制第一气体管道1与第二气体管道2的布置方向，可以调节反应气体的走势，不需要设计特别的过渡区。
参照图9-图10所示，燃料电池可以包括：第一气体管道1、第二气体管道2、膜结构、第一腔体供气结构6、第一腔体回收结构7、第二腔体供气结构8和第二腔体回收结构9，第一气体管道1的一端与第一腔体供气结构6的内部腔体连通，第一气体管道1的另一端与第一腔体回收结构7的内部腔体连通，第一腔体供气结构6的内部腔体中的第一气体经第一气体管道1上的第一供给孔1111逸出，第一气体管道1内多余的第一气体到达第一腔体回收结构7。第二气体管道2的一端与第二腔体供气结构8的内部腔体连通，第二气体管道2的另一端与第二腔体回收结构9的内部腔体连通，第二腔体供气结构8的内部腔体中的第二气体经第二气体管道2上的第二供给孔21逸出，第二气体管道2内多余的第二气体到达第二腔体回收结构9。
气体管道可以与对应的供气结构、回收结构固定相连，且内部流通。例如图11所示的第一腔体供气结构6，第一气体管道1从第一腔体供气结构6的大平面伸出，以将第一腔体供气结构6的内部腔体内的第一气体引出至第一气体管道1中。这样，不存在极板，从而取消了极板的装配工序，同时使得燃料电池的一体化程度高，不用设计过渡区、过桥区、流场那么复杂的结构。
参照图9-图10所示，第一腔体供气结构6和第一腔体回收结构7相对设置，第二腔体供气结构8和第二腔体回收结构9相对设置。由此可将第一气体的流道方向与第二气体的流道方向设置为不同的方向，从而方便更好地供给第一气体和第二气体。同时，将第一气体和第二气体的供气、回收结构交错布置，有利于充分、合理利用空间。
参照图12-图15所示，膜结构平铺在第一气体管道1与第二气体管道2之间，有利于增大膜结构与第一气体、第二气体的接触面积。
在一些可选的实施例中，膜结构包覆在第一气体管道1和/或第二气体管道2的外表面。例如以第一气体管道1为例，参照图16-图19所示，膜结构包覆在第一气体管道1的外表面，在一些未示出的实施例中，膜结构也可以包覆在第二气体管道2的外表面，或者同时包覆在第一气体管道1和第二气体管道2的外表面，又或者一部分包覆在第一气体管道1的外表面，另一部分包覆在第二气体管道2的外表面。
参照图9-图10、图12-图15所示，第一气体管道1与第二气体管道2交叉布置，由此可保证第一腔体供气结构6、第二腔体供气结构8、第一腔体回收结构7和第二腔体回收结构9呈环形布置。
可选地，第一气体管道1与第二气体管道2垂直布置，由此，第一腔体供气结构6、第二腔体供气结构8、第一腔体回收结构7和第二腔体回收结构9的任意相邻两个之间的距离可以设置为相等，从而可以使第一腔体供气结构6、第二腔体供气结构8、第一腔体回收结构7和第二腔体回收结构9布局合理。
结合图9-图10所示，燃料电池还可以包括：第一盖板10和第二盖板(图中未示出)，第一盖板10封盖第一腔体供气结构6、第一腔体回收结构7、第二腔体供气结构8、第二腔体回收结构9的一端，第二盖板封盖第一腔体供气结构6、第一腔体回收结构7、第二腔体供气结构8、第二腔体回收结构9的另一端，且第一盖板10、第一腔体供气结构6、第一腔体回收结构7、第二腔体供气结构8、第二腔体回收结构9、第二盖板之间形成反应空腔，第一气体管道1、第二气体管道2、膜结构位于反应空腔内。第一气体管道1的第一供给孔1111逸出的第一气体、第二气体管道2的第二供给孔21逸出的第二气体可进入反应空腔内，第一气体、第二气体有更充分的反应空间，反应效率提高。
在一些实施例中，例如图3-图5、图12-图13、图18-图19所示，膜结构为膜电极组件3，膜电极组件3包括：质子交换膜31以及气体扩散层32，气体扩散层32位于质子交换膜31的两侧。并且参照图3-图4所示，设置了气体扩散层32之后，膜电极组件3的厚度较厚，此时，与气体扩散层32正对的第一气体管道1为小直径第一气体管道113，与气体扩散层32错开的第一气体管道1为大直径第一气体管道112。与气体扩散层32正对的第二气体管道2为小直径第二气体管道223，与气体扩散层32错开的第二气体管道2为大直径第二气体管道222。
可选地，气体扩散层32可以是碳纸。
在一些实施例中，例如图6-图8、图14-图17所示，膜结构为质子交换膜31。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种燃料电池，其特征在于，包括：
第一气体管道(1)，所述第一气体管道(1)上开设有第一供给孔(11)，所述第一气体管道(1)内的第一气体适于经所述第一供给孔(11)逸出；
第二气体管道(2)，所述第二气体管道(2)上开设有第二供给孔(21)，所述第二气体管道(2)内的第二气体适于经所述第二供给孔(21)逸出；
膜结构，所述膜结构设置在所述第一气体管道(1)与所述第二气体管道(2)之间，且所述膜结构至少包括：质子交换膜(31)，所述质子交换膜(31)的朝向所述第一气体管道(1)的一侧设置有第一催化剂层，所述质子交换膜(31)的朝向所述第二气体管道(2)的一侧设置有第二催化剂层。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括：第一极板(4)和第二极板(5)，所述第一极板(4)与所述第二极板(5)相对设置，且所述第一气体管道(1)位于所述第一极板(4)与所述膜结构之间，所述第二气体管道(2)位于所述第二极板(5)与所述膜结构之间。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一气体管道(1)与所述第二气体管道(2)平行布置或交叉布置。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括：
第一腔体供气结构(6)和第一腔体回收结构(7)，所述第一气体管道(1)的一端与所述第一腔体供气结构(6)的内部腔体连通，所述第一气体管道(1)的另一端与所述第一腔体回收结构(7)的内部腔体连通；
第二腔体供气结构(8)和第二腔体回收结构(9)，所述第二气体管道(2)的一端与所述第二腔体供气结构(8)的内部腔体连通，所述第二气体管道(2)的另一端与所述第二腔体回收结构(9)的内部腔体连通。
5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述膜结构平铺在所述第一气体管道(1)与所述第二气体管道(2)之间。
6.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述膜结构包覆在所述第一气体管道(1)和/或所述第二气体管道(2)的外表面。
7.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一气体管道(1)与所述第二气体管道(2)交叉布置。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述第一气体管道(1)与所述第二气体管道(2)垂直布置。
9.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，还包括：第一盖板(10)和第二盖板，所述第一盖板(10)封盖所述第一腔体供气结构(6)、所述第一腔体回收结构(7)、所述第二腔体供气结构(8)、所述第二腔体回收结构(9)的一端，所述第二盖板封盖所述第一腔体供气结构(6)、所述第一腔体回收结构(7)、所述第二腔体供气结构(8)、所述第二腔体回收结构(9)的另一端，且所述第一盖板(10)、所述第一腔体供气结构(6)、所述第一腔体回收结构(7)、所述第二腔体供气结构(8)、所述第二腔体回收结构(9)、所述第二盖板之间形成反应空腔，所述第一气体管道(1)、所述第二气体管道(2)、所述膜结构位于所述反应空腔内。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的燃料电池，其特征在于，所述膜结构为膜电极组件(3)，所述膜电极组件(3)包括：所述质子交换膜(31)以及气体扩散层(32)，所述气体扩散层(32)位于所述质子交换膜(31)的两侧。
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2020
- 2020-03-20 CN CN202010199662.1A patent/CN113497251A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211012 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |