CN114122443B - 燃料电池及燃料电池的改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池及燃料电池的改进方法，燃料电池包括：金属极板，所述金属极板上形成有气体流道；膜电极，所述膜电极上设置有与所述气体流道正对的反应区，所述膜电极与所述金属极板限定出反应腔室；气体分配件，所述气体分配件可拆卸地设置于所述金属极板或所述膜电极上，所述气体分配件适于对进入所述反应腔室的气体进行分配。根据本发明的燃料电池中的气体分配件可拆卸地设置于金属极板或膜电极上，通过将气体分配件可拆卸地设置大大降低了燃料电池在开发过程中的成本，仅通过改变气体分配件的结构就可以适用不同工况下燃料电池的气体分配情况。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池及燃料电池的改进方法。
背景技术
相关技术中，燃料电池中设置有金属极板（阴极板、阳极板），阴极板和阳极板与膜电极之间形成有气体流动腔室，而在金属极板上设置有用于对气体分配的气体流道，为保证气体的流道更加均匀，一般在金属极板上直接形成有用于分配气体的气体分配件，但在实验过程中，气体分配不均匀，需要对整个金属极板重新开模，成本高。
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。为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池，该燃料电池中的气体分配件可拆卸地设置于金属极板或膜电极上，通过将气体分配件可拆卸地设置大大降低了燃料电池在开发过程中的成本，仅通过改变气体分配件的结构就可以适用不同工况下燃料电池的气体分配情况。
本发明还提出一种用于上述燃料电池的燃料电池的改进方法。
根据本发明的燃料电池包括：金属极板，所述金属极板上形成有气体流道；膜电极，所述膜电极上设置有与所述气体流道正对的反应区，所述膜电极与所述金属极板限定出反应腔室；气体分配件，所述气体分配件可拆卸地设置于所述金属极板或所述膜电极上，所述气体分配件适于对进入所述反应腔室的气体进行分配。
根据本发明的燃料电池，通过将气体分配件可拆卸地设置于金属极板或膜电极上，使得燃料电池在重新设计燃料电池的气体分配时，避免了重新对金属极板进行开模的过程，使燃料电池的研发成本大大降低，同时将气体分配件可拆卸地设置在金属极板或膜电极上使得燃料电池的安装工序更加灵活，有助于提高燃料电池的生产效率。
根据本发明的一个实施例，所述气体分配件包括：底板，所述底板的一侧可拆卸地设置于所述金属极板或所述膜电极上；凸起部，所述凸起部设置于所述底板的另一侧且朝向所述金属极板或所述膜电极凸出以适于对进入所述反应腔室的气体进行分配。
根据本发明的一个实施例，所述凸起部构造为柱状且为多个，相邻两个所述凸起之间形成有气体流通间隙以适于对进入所述反应腔室的气体进行导向。
根据本发明的一个实施例，所述凸起部构造为多个朝向所述反应腔室延伸的板状凸起，相邻的两个所述凸起部间隔设置以形成多个分配流道，多个所述分配流道适于对进入所述反应腔室的气体进行分配。
根据本发明的一个实施例，所述膜电极包括：基板，所述基板的中部设置有所述反应区，所述基板的两端形成有与反应区连通的进气端，所述气体分配件设置于所述进气端与所述反应腔室之间。
根据本发明的一个实施例，，所述基板与所述金属极板中的一个上设置有适于与氢气源相连的第一孔，所述第一孔位于所述进气端的外侧且适于通过进气端进入所述反应腔室，所述基板与所述金属极板中的另一个上设置有与所述第一孔正对的第二孔。
根据本发明的一个实施例，所述基板与所述金属极板中的至少一个上设置有适于与氧气源相连的第三孔，所述第三孔位于所述进气端外侧且适于通过所述进气端进入所述反应区，所述基板与所述金属极板中的另一个上设置有与所述第三孔正对的第四孔。
根据本发明的一个实施例，所述气体分配件为至少两个，两个所述气体分配件中的一个设置于所述基板的一侧且位于所述第一孔与所述第二孔之间；两个所述气体分配件中的另一个设置于所述基板的另一侧且位于所述第三孔与所述第四孔之间。
根据本发明的一个实施例，所述气体分配件与所述膜电极之间设置有粘接层。
下面简单描述根据本发明的用于燃料电池的改进方法。
燃料电池的改进方法包括：检测所述燃料电池的性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力，并判断所述性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力是否在预设范围内；若所述性能参数和/或所述进气口气体压力和/或所述排气口气体压力超出预设范围，则更换所述燃料电池的气体分配件以调节所述燃料电池的气体分配情况，所述燃料电池为上述实施例中任意一项所述的燃料电池。
通过本申请的燃料电池的改进方法可以提高燃料电池的改进效率，提高燃料电池的研发速度。
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金属极板的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的膜电极的结构示意图；
图3是根据本发明的燃料电池的改进方法的流程图。
附图标记：
金属极板11，气体流道111，
膜电极12，基板121，反应区122，进气端123，
气体分配件13，底板131，凸起部132，
第一孔101，第二孔102，第三孔103，第四孔104，第五孔105，第六孔106，第七孔107，第八孔108，定位孔109，冷却流道孔110。
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。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的燃料电池。
根据本发明的燃料电池包括：金属极板11、膜电极12以及气体分配件13，金属极板11上形成有气体流道111，膜电极12上设置有与气体流道111正对的反应区122，，膜电极12与金属极板11之间限定出反应腔室，气体分配件13可拆卸地设置于金属极板11或膜电极12上，气体分配件13适于对进入反应腔室的气体进行分配。
相关技术中，燃料电池中设置有金属极板（阴极板、阳极板），阴极板和阳极板与膜电极之间形成有气体流动腔室，而在金属极板上设置有用于对气体分配的气体流道，为保证气体的流道更加均匀，一般在金属极板上直接形成有用于分配气体的气体分配件，但在实验过程中，气体分配不均匀，需要对整个金属极板重新开模，成本高。
根据本发明的燃料电池，气体分配件13可以设置于膜电极12或金属极板11上，气体分配件13适于将氢气或氧气分配至各个气体流道111内，而气体分配件13构造为可拆卸设置的结构，使得气体分配件13无需与金属极板11构造为一体结构，可以单独开模，通过重新设计气体分配件13的结构，从而降低燃料电池在实验阶段的开模成本。
进一步地，气体分配件13可拆卸地安装在金属极板11上或是膜电极12上，使得气体分配件13的布置更加灵活，使燃料电池的装配更加方便，有助于优化燃料电池的生产工序。
根据本发明的燃料电池，通过将气体分配件13可拆卸地设置于金属极板11或膜电极12上，使得燃料电池在重新设计燃料电池的气体分配时，避免了重新对金属极板11进行开模的过程，使燃料电池的研发成本大大降低，同时将气体分配件13可拆卸地设置在金属极板11或膜电极12上使得燃料电池的安装工序更加灵活，有助于提高燃料电池的生产效率。
根据本发明的一个实施例，气体分配件13包括底板131和凸起部132，底板131的一侧可拆卸地设置于金属极板11或膜电极12上，凸起部132可以构造为多个且设置于底板131的另一侧，凸起部132朝向金属极板11或膜电极12凸出以适于对进入所述反应腔室的气体进行分配，凸起部132可以通过对气体进行扰流或导向，从而使气体进入不同的气体流道，使气体的分配更加均匀。
气体分配件13中设置有底板131，底板131作为气体分配件13的基座，使气体分配件13与金属极板11或膜电极12之间形成安装位，同时底板131也作为设置凸起部132的基座，保证凸起部132的布置稳定。这里需要说明的是，气体分配件13上设置有气体进口，气体进口与氢气进口或空气进口相连，气体在进入气体分配件13后，气体绕过多个凸起部132，多个凸起部132可以对气流进行扰流，从而使气体均匀地进入到气体流道111中。
根据本发明的一个实施例，凸起部构造为柱状且为多个，相邻两个所述凸起之间形成有气体流通间隙以适于对进入所述反应腔室的气体进行导向。
根据本发明的一个实施例，凸起部构造为多个朝向反应腔室延伸的板状凸起，相邻的两个凸起部间隔设置以形成多个分配流道，多个分配流道适于对进入反应腔室的气体进行分配。
在气体分配件13中凸起部132的设置不合理时，可以重新对气体分配件13中凸起部132的密度、单个凸起部132的大小以及凸起部132的布置位置、相邻两个凸起部之间的距离进行重新布置，单独对气体分配件13进行开模和成型，大大降低了燃料电池的研发成本。
根据本发明的一个实施例，膜电极12中设置有基板121，基板121的中部设置有反应区122，基板121的两端形成有与反应区122连通的进气端123，气体分配件13设置于进气端123与反应腔室之间。膜电极12在厚度方向上的两侧设置有阳极金属极板和阴极金属极板，在膜电极12一侧的一端与阳极金属极板11之间形成有第一进气端，第一进气端为氢气进口，在膜电极12的另一侧的一端与阴极金属极板之间形成有第二进气端，第二进气端为氧气进口。而气体分配件13设置于反应区122与进气端123之间，使得气体分配件13分别对氢气或氧气进行分配，从而保证了氢气以及氧气在气体流道111中的分布更加均匀，提高了燃料电池的转换效率。
根据本发明的一个实施例，基板121与金属极板11中的一个设置有与氢气源相连的第一孔101，第一孔位于进气端的外侧且适于通过进气端进入反应腔室，这里需要说明的是，进气端的外侧为远离反应区的一侧，基板121与金属极板11中的另一个上设置有与第一孔101正对的第二孔102，第一孔101和第二孔102彼此正对设置；多个金属极板11和多个膜电极12彼此交错叠置后组成氢燃料电池组，而堆叠布置后的多个膜电极12的第一孔101彼此正对，多个金属极板11中的第二孔102彼此正对，在燃料电池的厚度方向上氢气源分别穿过各个基板121上的第一孔101和各个金属极板11上的第二孔102，氢气在经过第一孔101与第二孔102之间的空间后，可以在膜电极12与金属极板11之间的限制出的腔体内流动，以进入到对应的基板121上所设置的进气端123，并通过气体分配件13进入金属极板11的气体流道111中，以与对应地反应区122发生反应。
根据本发明的一个实施例，基板121与金属极板11中的一个设置有与氧气源相连的第三孔103，第三孔位于进气端的外侧且适于通过进气端进入反应腔室，这里需要说明的是，进气端的外侧为远离反应区的一侧，基板121与金属极板11中的另一个上设置有与第三孔103正对的第四孔104，第三孔103和第四孔104彼此正对设置；多个金属极板11和多个膜电极12彼此交错叠至后组成氢燃料电池组，而堆叠布置后的多个膜电极12的第三孔103彼此正对，多个金属极板11中的第四孔104彼此正对，在燃料电池的厚度方向上氧气源分别穿过各个基板121上的第三孔103和各个金属极板11上的第四孔104，氧气在经过第三孔103与第四孔104之间的空间后，可以在膜电极12与金属极板11之间的空间内流动，进入到对应的基板121上所设置的进气端123，并通过气体分配件13进入金属极板11的气体流道111中，以与对应地反应区122内发生反应。
根据本发明的一个实施例，气体分配件13为至少两个，两个气体分配件13中的一个设置于基板121的一侧且位于第一孔101与第二孔102之间；两个气体分配件13中的另一个设置于基板121的另一侧且位于第三孔103与第四孔104之间。
气体分配件13可以分为第一分配件和第二配件，第一分配件设置于基座的一侧且位于第一孔101与第二孔102之间，第一分配件构造为氢气分配件，可以用于分配氢气进入气体流道111中的氢气；第二分配件设置于基座的另一侧且位于第三孔103与第四孔104之间，第二分配件为氧气分配件，可以用于分配进入气体流道111中的氧气。
根据本发明的一个实施例，用于分配氢气的气体分配件13与用于分配氧气的气体分配件13上所设置凸起部132的密度不同。不同的气体分配件13适于分配氢气或是氧气，而氢气与氧气的物理性质不同，用于分配氢气的气体分配件13上所设置的凸起部132的密度大于用于分配氧气的气体分配件13上所设置的凸起部132的密度。
根据本发明的一个实施例，膜电极12的基板121上还设置有用于排出氢气的第五孔105以及用于排出氧气的第六孔106，金属极板11上设置有与第五孔105正对的第七孔107以及与第六孔106正对的第八孔108。
根据本发明的一个实施例，气体分配件与膜电极之间设置有粘接层，气体分配件13通过粘接层粘接固定于膜电极12上，将气体分配件13粘接固定在膜电极12上，可以使气体分配件13的布置更加简单，方便，提高了燃料电池的装配效率。
根据本发明的一个实施例，金属极板11与膜电极12上均设置有彼此正对的定位孔109，在金属极板11和膜电极12上分别设置定位孔109，利用定位销对膜电极12以及金属极板11进行定位，从而使金属极板11与膜电极12正对，使得燃料电池中膜电极12与金属极板11的各个位置能够正对，从而使燃料电池的装配更加精准，提高燃料电池的可靠性，提高对燃料电池加工效率。
根据本发明的一个实施例，金属极板11与膜电极12的基板上均设置有彼此正对的冷却流道孔110，冷却流道孔适于冷却流道穿过，以保证对燃料电池的散热效果。
根据本发明的一个实施例，气体分配件包括底板，底板可拆卸地设置于金属极板或膜电极上，底板上形成有多个分配流道，多个分配流道适于与气体流道连通且适于分配进入气体流道的气体。这里需要说明的是，气体分配件的形式不限于通过凸起部或是通过气体流道对气体分配，也可以是通过设置其他结构分配进入反应腔的气体。
下面简单描述根据本发明的燃料电池的改进方法。
如图3所示，燃料电池的改进方法包括检测燃料电池的性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力，并判断性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力是否在预设范围内；若性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力超出预设范围，则更换燃料电池的气体分配件以调节燃料电池的气体分配情况，燃料电池为上述实施例中任意一项所述的燃料电池。
电池的性能可以包括，燃料电池堆的总功率，单体电池的功率，进气口气体的压降和排气口气体的压降在预设范围外时，考虑是气体分配件对气体的分配不均匀的情况。存在气体分配件结构设计不合理，通过更换不同结构的气体分配件，以实现对燃料电池中进气的均匀分配，气体分配件的单独开模成本低，无需对极板或是膜电极进行重新开模，单独更换气体分配件，即可实现对燃料电池的改进。
根据本发明的燃料电池的改进方法，改进效率高，成本低。
下面简单描述根据本发明的车辆。
根据本发明的车辆上设置有上述实施例的燃料电池，由于根据本发明的车辆上设置有上述实施例的燃料电池，因此该车辆中的燃料电池的开发成本降低，可靠性高，稳定性好，有助于降低车辆的成本。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。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 (8)
1.一种燃料电池，其特征在于，包括：
金属极板，所述金属极板上形成有气体流道；
膜电极，所述膜电极上设置有与所述气体流道正对的反应区，所述膜电极与所述金属极板限定出反应腔室；
气体分配件，所述气体分配件可拆卸地设置于所述金属极板或所述膜电极上，所述气体分配件适于对进入所述反应腔室的气体进行分配；其中
所述膜电极包括：基板，所述基板的中部设置有所述反应区，所述基板的两端形成有与反应区连通的进气端，所述气体分配件设置于所述进气端与所述反应腔室之间；
所述气体分配件分为第一分配件和第二分配件，所述第一分配件用于分配氢气，所述第二分配件用于分配氧气，且每个所述气体分配件均包括：
底板，所述底板的一侧可拆卸地设置于所述金属极板或所述膜电极上；
凸起部，所述凸起部设置于所述底板的另一侧且朝向所述金属极板或所述膜电极凸出以适于对进入所述反应腔室的气体进行分配；其中
所述第一分配件上所设置的凸起部的密度大于所述第二分配件上所设置的凸起部的密度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述凸起部构造为柱状且为多个，相邻两个所述凸起之间形成有气体流通间隙以适于对进入所述反应腔室的气体进行导向。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述凸起部构造为多个朝向所述反应腔室延伸的板状凸起，相邻的两个所述凸起部间隔设置以形成多个分配流道，多个所述分配流道适于对进入所述反应腔室的气体进行分配。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池，其特征在于，所述基板与所述金属极板中的一个上设置有适于与氢气源相连的第一孔，所述第一孔位于所述进气端的外侧且适于通过进气端进入所述反应腔室，所述基板与所述金属极板中的另一个上设置有与所述第一孔正对的第二孔。
5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述基板与所述金属极板中的至少一个上设置有适于与氧气源相连的第三孔，所述第三孔位于所述进气端外侧且适于通过所述进气端进入所述反应区，所述基板与所述金属极板中的另一个上设置有与所述第三孔正对的第四孔。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述气体分配件为至少两个，两个所述气体分配件中的一个设置于所述基板的一侧且位于所述第一孔与所述第二孔之间；两个所述气体分配件中的另一个设置于所述基板的另一侧且位于所述第三孔与所述第四孔之间。
7.根据权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，所述气体分配件与所述膜电极之间设置有粘接层。
8.一种燃料电池的改进方法，所述燃料电池为权利要求1-7中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，包括：
检测所述燃料电池的性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力，并判断所述性能参数和/或进气口气体压力和/或排气口气体压力是否在预设范围内；
若所述性能参数和/或所述进气口气体压力和/或所述排气口气体压力超出预设范围，则更换所述燃料电池的气体分配件以调节所述燃料电池的气体分配情况。
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