CN116613341B - 一种燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。燃料电池包括层叠设置的膜电极和双极板，膜电极沿其厚度方向的两侧均具有双极板，双极板包括阴极板和阳极板，沿膜电极的厚度方向，阳极板位于阴极板与膜电极之间。其中，阴极板具有第一凹陷部，阳极板具有第二凹陷部，第一凹陷部的至少部分位于第二凹陷部内，且沿膜电极的厚度方向，第二凹陷部的底壁的一端与第一凹陷部的底壁抵接，第二凹陷部的底壁的另一端与膜电极抵接。使得阳极板与膜电极之间直接连接，减少了阳极板与膜电极之间的密封界面，即减少了燃料电池的密封界面，使得燃料电池密封失效的可能性较低，降低燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险，提高燃料电池在使用过程中的安全性。

Description

一种燃料电池

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池电堆由多个燃料电池单元组成，每一个燃料电池单元包括叠合组装的双极板和膜电极，双极板的阳极板和阴极板与膜电极通过密封胶条连接。其中，阴极板与阳极板之间通常焊接连接，阴极板与膜电极之间通过阴极密封胶条连接，阳极板与膜电极之间通过阳极密封胶条连接，导致双极板与膜电极在组装过程中存在多个密封界面，多个密封界面包括：阴极板与阴极密封胶条之间的密封界面、阴极密封胶条与膜电极之间的密封界面、阴极板与阳极板之间的密封界面、阳极板与阳极密封胶条之间的密封界面、阳极板密封胶条与膜电极之间的密封界面。因此，在制造并组装双极板与膜电极的过程中，存在密封界面过多的问题，任意密封界面密封失效时，导致燃料电池无法正常工作。

发明内容

本申请提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括层叠设置的膜电极和双极板，所述膜电极沿其厚度方向的两侧均具有所述双极板；所述双极板包括阴极板和阳极板，沿所述膜电极的厚度方向，所述阳极板位于所述阴极板与所述膜电极之间；其中，所述阴极板具有朝向所述膜电极的方向凹陷的第一凹陷部，所述阳极板具有朝向所述膜电极的方向凹陷的第二凹陷部，所述第一凹陷部的至少部分位于所述第二凹陷部内，且沿所述膜电极的厚度方向，所述第二凹陷部的底壁的一端与所述第一凹陷部的底壁抵接，所述第二凹陷部的底壁的另一端与所述膜电极抵接。

本申请实施例中，沿膜电极的厚度方向上，阳极板与膜电极之间直接连接（即第二凹陷部的底壁的另一端与膜电极抵接），二者之间无需通过密封胶条连接，仅在阳极板与膜电极之间具有密封界面。因此，本申请与现有技术相比，该燃料电池减少了密封胶条与膜电极之间的密封界面，即减少了燃料电池的密封界面，使得该燃料电池密封失效的可能性较低，从而降低该燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险，提高该燃料电池在使用过程中的安全性。

同时，该实施例中，第一凹陷部的至少部分位于第二凹陷部内，使得第二凹陷部能够在沿膜电极的长度方向和宽度方向上对第一凹陷部起到限制作用，从而降低第一凹陷部与第二凹陷部在该方向上发生相对滑动的可能性，进而降低阴极板与阳极板之间发生相对滑动的可能性，提高阴极板与阳极板之间连接的稳定性和可靠性。同时，在沿膜电极的厚度方向上，第一凹陷部与膜电极之间通过第二凹陷部的底壁相连接，使得第一凹陷部的底壁、第二凹陷部的底壁和膜电极在沿膜电极的厚度方向上相互支撑，从而提高第一凹陷部、第二凹陷部和膜电极之间连接的稳定性和可靠性，进而提高阴极板、阳极板和膜电极之间连接的稳定性和可靠性。另外，本申请与现有技术相比，阳极板与膜电极之间的接触面积较大，从而进一步提高阳极板与膜电极之间连接的可靠性和稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述双极板具有多个腔口，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部位于所述腔口的外侧；所述燃料电池还包括密封件，所述密封件包括第一密封部，所述第一密封部的至少部分位于所述第一凹陷部内。

在一种可能的实施方式中，所述第一凹陷部、所述第二凹陷部和所述第一密封部均为环形结构。

在一种可能的实施方式中，所述阳极板还包括朝向所述膜电极凹陷的第三凹陷部，所述阴极板还包括第一支撑部，所述第一支撑部的至少部分位于所述第三凹陷部内，所述第三凹陷部的底壁的一端与所述第一支撑部抵接，另一端与所述膜电极抵接。

在一种可能的实施方式中，所述阴极板还包括阴极流场区，所述第一凹陷部包围所述阴极流场区和所述阴极板的腔口，所述阳极板还包括阳极流场区，所述第二凹陷部包围所述阳极流场区和所述阳极板的腔口；所述第一支撑部位于所述阴极板的腔口和所述阴极流场区之间，所述第三凹陷部位于所述阳极板的腔口和所述阳极流场区之间。

在一种可能的实施方式中，所述阴极板的腔口与所述第一支撑部之间还具有第四凹陷部，所述阳极板的腔口与所述第三凹陷部之间还具有第二支撑部，所述第四凹陷部的底壁与所述第二支撑部抵接；所述密封件还包括第二密封部，所述第二密封部的至少部分位于所述第四凹陷部内。

在一种可能的实施方式中，所述第一凹陷部和所述第四凹陷部的宽度为a，且a满足2mm≤a≤8mm。

在一种可能的实施方式中，所述第一凹陷部的深度大于所述第四凹陷部的深度；所述第一密封部的厚度大于所述第二密封部的厚度。

在一种可能的实施方式中，所述第一密封部与所述第二密封部一体成型。

在一种可能的实施方式中，所述燃料电池组装之前，所述第一密封部凸出所述第一凹陷部，所述第二密封部凸出所述第四凹陷部；所述燃料电池组装之后，所述第一密封部、所述第二密封部平齐。

在一种可能的实施方式中，所述第二凹陷部的深度为L1，所述第三凹陷部的深度为L2，所述第二支撑部的高度为L3，所述阳极流场区的深度为L4，且L1、L2、L3和L4满足L1≥L4、L2≥L4、L3≥L4。

在一种可能的实施方式中，所述第一支撑部的高度为H3，所述第四凹陷部的深度为H2，所述第二支撑部的高度为L3，且H3、H2和L3满足：H3=H2+L3；和/或，所述第一凹陷部的深度为H1，所述阴极流场区的深度为H4，所述阳极流场区的深度为L4，且H1、H4和L4满足：H1＞H4+L4。

在一种可能的实施方式中，所述第四凹陷部的深度为H2，所述第一支撑部的高度为H3，所述阴极流场区的深度为H4，且H2、H3和H4满足：H2≥H4，H3＞H4。

在一种可能的实施方式中，所述密封件与所述阴极板之间采用胶粘剂的方式，和/或，采用注塑的方式进行连接；所述胶粘剂为紫外光固胶、热熔胶、室温固化胶、热固化树脂、硅烷偶联剂、开姆洛克中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述阴极板与所述阳极板焊接，所述阳极板与所述膜电极之间均采用胶粘剂连接；所述胶粘剂为紫外光固胶、热熔胶、室温固化胶、热固化树脂、硅烷偶联剂、开姆洛克中的一种或多种。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请所提供燃料电池的爆炸图；

图2为图1中阴极板的结构示意图；

图3为图2中I区域的局部放大图；

图4为图3在另一个视角的结构示意图；

图5为图1的俯视图；

图6为图1中阳极板的结构示意图；

图7为图6中II区域的局部放大图；

图8为图1中密封件的结构示意图；

图9为图8中III区域的局部放大图；

图10为本申请所提供燃料电池在一种具体的实施方式中的剖视图；

图11为本申请所提供燃料电池在另一种具体的实施方式中的剖视图。

附图标记：

1-膜电极；

2-双极板；

21-阴极板；

211-第一凹陷部；

212-第一支撑部；

213-阴极流场区；

214-第四凹陷部；

22-阳极板；

221-第二凹陷部；

222-第三凹陷部；

223-阳极流场区；

224-第二支撑部；

23-腔口；

3-密封件；

31-第一密封部；

32-第二密封部。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本申请实施例提供一种燃料电池，如图1所示，燃料电池包括层叠设置的膜电极1和双极板2，膜电极1沿其厚度方向的两侧均具有双极板2。双极板2包括阴极板21和阳极板22，沿膜电极1的厚度方向，阳极板22位于阴极板21与膜电极1之间。

其中，如图2-图3所示，阴极板21具有朝向膜电极1的方向凹陷的第一凹陷部211，如图6-图7所示，阳极板22具有朝向膜电极1的方向凹陷的第二凹陷部221。如图10-图11所示，阳极板22、阴极板21和膜电极1组装之后，第一凹陷部211的至少部分位于第二凹陷部221内，且沿膜电极1的厚度方向，第二凹陷部221的底壁的一端与第一凹陷部211的底壁抵接，第二凹陷部221的底壁的另一端与膜电极1抵接。

本申请实施例中，沿膜电极1的厚度方向上，阳极板22与膜电极1之间直接连接（即第二凹陷部221的底壁的另一端与膜电极1抵接），二者之间无需通过密封胶条连接，仅在阳极板22与膜电极1之间具有密封界面。因此，本申请与现有技术相比，该燃料电池减少了密封胶条与膜电极1之间的密封界面，即减少了燃料电池的密封界面，使得该燃料电池密封失效的可能性较低，从而降低该燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险，提高该燃料电池在使用过程中的安全性。同时，该实施例中，第一凹陷部211的至少部分位于第二凹陷部221内，使得第二凹陷部221能够在沿膜电极1的长度方向和宽度方向上对第一凹陷部211起到限制作用，从而降低第一凹陷部211与第二凹陷部221在该方向上发生相对滑动的可能性，进而降低阴极板21与阳极板22之间发生相对滑动的可能性，提高阴极板21与阳极板22之间连接的稳定性和可靠性。同时，在沿膜电极1的厚度方向上，第一凹陷部211与膜电极1之间通过第二凹陷部221的底壁相连接，使得第一凹陷部211的底壁、第二凹陷部221的底壁和膜电极1在沿膜电极1的厚度方向上相互支撑，从而提高第一凹陷部211、第二凹陷部221和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性，进而提高阴极板21、阳极板22和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。另外，本申请与现有技术相比，阳极板22与膜电极1之间的接触面积较大，从而进一步提高阳极板22与膜电极1之间连接的可靠性和稳定性。

在一种具体的实施方式中，如图2和图6所示，双极板2具有多个腔口23，结合图10-图11所示，第一凹陷部211和第二凹陷部221位于腔口23的外侧。

本申请实施例中，如图8和图9所示，燃料电池还包括密封件3，密封件3包括第一密封部31，且第一密封部31的至少部分位于第一凹陷部211内，使得第一凹陷部211能够在沿膜电极1的长度方向上对第一密封部31起到限制作用，从而降低密封件3与阴极板21发生相对滑动的可能性，提高二者之间连接的可靠性和稳定性。同时，相较于现有技术，第一凹陷部211朝向膜电极1的方向凹陷的深度较大，从而增大容纳第一密封部31的空间，使得第一密封部31的厚度能够较大，以提高密封效果，降低流体在流入双极板2的腔口23时出现泄漏的风险。

其中，本申请实施例中，燃料电池的密封界面包括：密封件3与阴极板21之间的密封界面、阴极板21与阳极板22之间的密封界面和阳极板22与膜电极1之间的密封界面。

具体地，如图5、图6-图9所示，第一凹陷部211、第二凹陷部221和第一密封部31均为环形结构，以便组装后的第二凹陷部221、安装于第二凹陷部221内的第一凹陷部211、安装于第一凹陷部211内的第一密封部31能够包围位于双极板2内部的反应区域，从而提高膜电极1、双极板2和密封件3之间的密封性，避免出现流体在进入腔口23前或者流体在流出腔口23后泄漏到外围的可能性，从而提高燃料电池在工作过程中的安全性。

在一种具体的实施方式中，如图6-图7所示，阳极板22还包括朝向膜电极1凹陷的第三凹陷部222，如图2-图4所示，阴极板21还包括第一支撑部212，如图10-图11所示，第一支撑部212的至少部分位于第三凹陷部222内，第三凹陷部222的底壁的一端与第一支撑部212抵接，另一端与膜电极1抵接。

本申请实施例中，在沿膜电极1的厚度方向上，阳极板22与膜电极1之间直接连接（即第三凹陷部222的底壁的另一端与膜电极1抵接），二者之间无需通过密封胶条连接，仅在阳极板22与膜电极1之间具有密封界面。因此，本申请与现有技术相比，该燃料电池减少了密封胶条与膜电极1之间的密封界面，即减少了燃料电池的密封界面，使得该燃料电池密封失效的可能性较低，从而降低该燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险，提高该燃料电池在使用过程中的安全性。

同时，该实施例中，第一支撑部212的至少部分位于第三凹陷部222内，使得第三凹陷部222能够在沿膜电极1的长度反向和宽度方向上对第一支撑部212起到限制作用，从而降低第一支撑部212与第三凹陷部222在该方向上发生相对滑动的可能性，进而降低阴极板21与阳极板22之间发生相对滑动的可能性，提高阴极板21与阳极板22之间连接的稳定性和可靠性。同时，在沿膜电极1的厚度方向上，第一支撑部212与膜电极1之间通过第三凹陷部222的底壁相连接，使得第一支撑部212、第三凹陷部222的底壁和膜电极1在沿膜电极1的厚度方向上相互支撑，从而提高第一支撑部212、第三凹陷部222和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性，进而提高阴极板21、阳极板22和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。另外，本申请与现有技术相比，阳极板22与膜电极1之间的接触面积较大，从而进一步提高阳极板22与膜电极1之间连接的可靠性和稳定性。

与现有技术相比，第一支撑部212朝向膜电极1的方向延伸的长度较大，且该第一支撑部212在沿膜电极1的宽度方向上间隔设置，以便相邻两个第一支撑部212之间形成流道较大，便于大量流体流入双极板2的反应区域，提高该燃料电池的反应效率。

在一种具体的实施方式中，如图5-图7所示，阴极板21还包括阴极流场区213，第一凹陷部211包围阴极流场区213和阴极板21的腔口23，阳极板22还包括阳极流场区223，第二凹陷部221包围阳极流场区223和阳极板22的腔口23。

本申请实施例中，在阴极板21与阳极板22在组装过程中，阴极板21的第一凹陷部211与阳极板22的第二凹陷部221对准，阴极板21的腔口23与阳极板22的腔口23对准，阴极板21的阴极流场区213与阳极板22的阳极流场区223对准，以便在阴极板21与阳极板22组装完成后，第一凹陷部211与第二凹陷部221能够包围双极板2的腔口23和反应区域，提高阴极板21与阳极板22之间的密封性，降低该燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险。

其中，第一支撑部212位于阴极板21的腔口23和阴极流场区213之间，第三凹陷部222位于阳极板22的腔口23和阳极流场区223之间。在阴极板21与阳极板22在组装过程中，第一支撑部212能够与第三凹陷部222的底壁相互抵接，使得阴极板21与阳极板22相互支撑，提高二者之间连接的稳定性和可靠性。同时，还能提高第一支撑部212与第三凹陷部222之间形成的流道的结构稳定性，保障流体从腔口23流入双极板2后能够顺利地流入反应区域，提高该燃料电池在工作过程中的稳定性和可靠性。

在一种具体的实施方式中，如图2-图5所示，阴极板21的腔口23与第一支撑部212之间还具有第四凹陷部214，如图6-图7所示，阳极板22的腔口23与第三凹陷部222之间还具有第二支撑部224，如图10-图11所示，第四凹陷部214的底壁与第二支撑部224抵接。

本申请实施例中，在沿膜电极1的厚度方向上，阳极板22与膜电极1之间直接连接（即第二支撑部224的一端与膜电极1抵接）二者之间无需通过密封胶条连接，仅在阳极板22与膜电极1之间具有密封界面。因此，本申请与现有技术相比，该燃料电池减少了密封胶条与膜电极1之间的密封界面，即减少了燃料电池的密封界面，使得该燃料电池密封失效的可能性较低，从而降低该燃料电池在工作过程中流体泄漏的风险，提高该燃料电池在使用过程中的安全性。

同时，该实施例中，第二支撑部224的另一端与第四凹陷部214的底壁抵接，在沿膜电极1的厚度方向上，第四凹陷部214的底壁与膜电极1之间通过第二支撑部224相连接，使得第四凹陷部214的底壁、第二支撑部224和膜电极1在沿膜电极1的厚度方向上相互支撑，从而提高第四凹陷部214、第二支撑部224和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性，进而提高阴极板21、阳极板22和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。另外，本申请与现有技术相比，阳极板22与膜电极1之间的接触面积较大，从而进一步提高阳极板22与膜电极1之间连接的可靠性和稳定性。

具体地，该第二支撑部224在沿膜电极1的宽度方向上间隔设置，以便相邻两个第二支撑部224之间形成流道，便于流体流入双极板2的反应区域。

本申请实施例中，如图8和图9所示，密封件3还包括第二密封部32，第二密封部32的至少部分位于第四凹陷部214内，使得第四凹陷部214能够在沿膜电极1的长度方向上对第二密封部32起到限制作用，从而降低密封件3与阴极板21发生相对滑动的可能性，提高二者之间连接的可靠性和稳定性。同时，相较于现有技术，第四凹陷部214朝向膜电极1的方向凹陷深度较大，从而增大容纳第二密封部32的空间，使得第二密封部32的厚度能够较大，以提高密封效果，降低流体在流入双极板2的腔口23时出现泄漏的风险。

具体地，如图9-图10所示，第一凹陷部211的深度大于第四凹陷部214的深度；第一密封部31的厚度大于第二密封部32的厚度。

本申请实施例中，第四凹陷部214的底壁与第二支撑部224的一端相抵接，以便提高第四凹陷部214与第二支撑部224之间形成的流道的结构稳定性，保障流体能够顺利地通过流道流入反应区域，同时，第一凹陷部211的底壁与第二凹陷部221的底壁相抵接，从而使得第一凹陷部211的深度大于第四凹陷部214的深度，进而使得安装于第一凹陷部211的第一密封部31的厚度大于安装于第四凹陷部214的第二密封部32的厚度，使得第一密封部31与第二密封部32分别能够填满第一凹陷部211与第四凹陷部214，从而提高该燃料电池的密封效果。

在一种具体的实施方式中，如图8-图9所示，第一密封部31与第二密封部32一体成型，从而提高密封件3的整体性，同时避免第一密封部31与第二密封部32之间存在间隙，从而在该阴极板21与密封件3组装完成后进一步提高该燃亮电池的密封性，降低该燃料电池在工作过程中，发生流体外漏或串流的风险，提高工作过程中的安全性。且第一密封部31与第二密封部32一体成型还能够降低密封件3的生产成本，提高第一密封部31与第二密封部32之间连接的可靠性和稳定性。

在一种具体的实施方式中，燃料电池组装之前，第一密封部31凸出第一凹陷部211，第二密封部32凸出第四凹陷部214；燃料电池组装之后，第一密封部31、第二密封部32平齐。

本申请实施例中，燃料电池组装过程中，密封件3在受到挤压时能够收缩变形，以便在燃料电池组装之后，第一密封部31变形后能够填满第一凹陷部211、第二密封部32变形后能够填满第四凹陷部214，从而提高密封件3与阴极板21之间连接的紧密性，进而提高二者之间的密封效果。同时，在燃料电池组装之后，第一密封部31与第二密封部32的上端面平齐，以便阴极板21远离膜电极1的一侧能够与该燃料电池中的其他部件相抵接，从而提高该燃料电池的结构稳定性。

具体地，在燃料电池组装之后，第一密封部31、第二密封部32与第一凹陷部211、第四凹陷部214的上端面平齐，或者，第一密封部31、第二密封部32高于第一凹陷部211、第四凹陷部214的上端面。

在一种可能的实施方式中，密封件3的材质为硅橡胶、三元乙丙橡胶和氟橡胶中的一种，且密封件3收缩率为25%~35%，使得密封件3能够与第一凹陷部211和第四凹陷部214齐平，便于后续组装该燃料电池。

具体地，如图10-图11所示，第一凹陷部211和第四凹陷部214的宽度为a，且a满足2mm≤a≤8mm。

本申请实施例中，第一凹陷部211和第四凹陷部214的宽度a具体可以为2mm、3mm、mm、5mm、6mm、7mm、8mm等。

当第一凹陷部211和第四凹陷部214的宽度过小时，第一凹陷部211与第四凹陷部214所容纳的第一密封部31与第二密封部32的宽度过小，导致该燃料电池的密封性过低，同时导致腔口23与各流场区的面积过大，导致流体在流入腔口23时，流体的流量过大，存在流体串流或泄漏的风险。

当第一凹陷部211和第四凹陷部214的宽度过大时，第一凹陷部211与第四凹陷部214所容纳的第一密封部31与第二密封部32的宽度过大，导致制造密封件3的材料增多，生产成本过高，同时导致腔口23与各流场区的面积过小，导致该燃料电池的反应效率过低。

当第一凹陷部211和第四凹陷部214的宽度满足2mm≤a≤8mm时，第一凹陷部211与第四凹陷部214所容纳的第一密封部31与第二密封部32的宽度适中，使得该燃料电池在工作过程中，保障反应效率较高的同时，使得燃料电池整体的密封性较高。

在一种具体的实施方式中，如图10-图11所示，第二凹陷部221的深度为L1，第三凹陷部222的深度为L2，第二支撑部224的高度为L3，阳极流场区223的深度为L4，且L1、L2、L3和L4满足L1≥L4、L2≥L4、L3≥L4。

本申请实施例中，当膜电极1各位置的厚度不同时，例如，膜电极1包括边框和位于边框内侧的质子膜，其中，第二凹陷部221的底壁、第三凹陷部222的底壁以及第二支撑部224均与边框抵接，阳极流场区223与质子膜对应。如图10所示的实施例中，膜电极1的边框厚度较小，中间的质子膜较厚时，设置为L1≥L4、L2≥L4、L3≥L4来匹配膜电极1的结构，使得第二凹陷部221、第三凹陷部222和第二支撑部224均能够与膜电极1的表面相互抵接，从而提高阳极板22与膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。

在一种可能的实施方式中，第二凹陷部221的深度L1、第三凹陷部222的深度L2和第二支撑部224的高度L3相等，即L1=L2=L3，且相比于阳极流场区223的深度L4高出0.05mm~0.25mm。

如图11所示的实施例中，当膜电极1的边框和质子膜厚度相同时，设置为L1=L4、L2=L4、L3=L4来匹配膜电极1的结构，使得第二凹陷部221、第三凹陷部222和第二支撑部224均能够与膜电极1的表面相互抵接，提高阳极板22与膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。

在一种具体的实施方式中，如图10-图11所示，第一支撑部212的高度为H3，第四凹陷部214的深度为H2，第二支撑部224的高度为L3，且H3、H2和L3满足H3=H2+L3；和/或，第一凹陷部211的深度为H1，阴极流场区213的深度为H4，阳极流场区223的深度为L4，且H1、H4和L4满足：H1＞H4+L4。

本申请实施例中，第一支撑部212的高度H3等于第四凹陷部214的深度H3与第二支撑部224的高度L3的和，即H3=H2+L3，使得第一支撑部212朝向膜电极1的方向延伸的长度较长，并能够在与第三凹陷部222的底壁相互抵接的同时，使得第一支撑部212远离膜电极1的一端与第四凹陷部214的上端面平齐，以便阴极板21远离膜电极1的一侧能够与该燃料电池中的其他部件相抵接，从而提高该燃料电池的结构稳定性。同时，第一凹陷部211的深度H1大于阴极流场区213的深度H4与阳极流场区223的深度L4的和，即H1＞H4+L4，使得第一凹陷部211朝向膜电极1的方向凹陷的深度较大，从而增大容纳第一密封部31的空间，降低第一凹陷部211与第一密封部31之间相互脱离的风险，同时，使得第一密封部31的厚度能够较大，以提高密封效果。

在一种具体的实施方式中，第四凹陷部214的深度为H2，第一支撑部212的高度为H3，阴极流场区213的深度为H4且H2、H3和H4满足：H2≥H4，H3＞H4。

本申请实施例中，当膜电极1各位置的厚度不同时，例如，膜电极1包括边框和位于边框内侧的质子膜，其中，第二凹陷部221的底壁、第三凹陷部222的底壁以及第二支撑部224均与边框抵接，阳极流场区223与质子膜对应。如图10所示的实施例中，膜电极1的边框厚度较小，中间的质子膜较厚时，设置H2＞H4，H3＞H4来匹配膜电极1的结构，使得第四凹陷部214的底壁与第二支撑部224相互抵接，第一支撑部212与第三凹陷部222的底壁相互抵接，从而提高阴极板21、阳极板22和膜电极1之间连接的稳定性和可靠性。

当第四凹陷部214的深度H2等于阴极流场区213的深度H4，即H2=H4时，如图11所示，膜电极1与第二支撑部224相互抵接的区域的厚度较厚，使得第四凹陷部214的深度适中，从而减少制造第二密封部32的材料，有利于降低生产成本。

在一种可能的实施方式中，第四凹陷部214的深度H2相比于阴极流场区213的深度H4深0.05mm~0.25mm；第一支撑部212的高度H3相比于阴极流场区213的深度H4与阳极流场区223的深度L4的和高0.05mm~0.25mm。

在一种具体的实施方式中，密封件3与阴极板21之间采用胶粘剂的方式，和/或，采用注塑的方式进行连接。

本申请实施例中，密封件3与阴极板21之间可以采用胶粘剂的方式进行连接，能够使得密封件3与阴极板21之间连接处的应力分布均匀、连接强度高，从而提高二者之间连接的可靠性和稳定性，另外，采用胶粘剂的方式还具有防腐、绝缘的特点，从而提高该燃料电池的使用寿命，同时还能够降低生产成本。

密封件3与阴极板21之间还可以采用注塑的方式进行连接，能够使得密封件3与阴极板21固定连接在一起，提高密封件3的强度，缩短后期密封件3与阴极板21之间的装配时间，从而降低生产成本，提高生产效率。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，胶粘剂涂满第一凹陷部211与第四凹陷部214，从而进一步降低二者相互脱离的可能，提高密封件3与阴极板21之间连接的可靠性和稳定性。

具体地，阴极板21与阳极板22焊接，阳极板22与膜电极1之间均采用胶粘剂连接。

本申请实施例中，阴极板21与阳极板22之间采用焊接的方式，能够提高二者之间的连接性能，降低阴极板21与阳极板22相互脱离的可能性，还能够使得连接处的密封性较高，例如阴极板21的腔口23与阳极板22的腔口23对准并进行焊接，以降低流体在流入或流出腔口23时，发生外漏、串流的可能性，从而进一步提高该燃料电池的密封性能。

阳极板22与膜电极1之间均采用胶粘剂连接，二者之间无需通过密封胶条粘接，从而使得该燃料电池减少密封胶条与膜电极1之间的密封界面，减少燃料电池的密封界面数量，提高燃料电池的密封效果。同时，阳极板22与膜电极1之间采用胶粘剂连接使得二者之间的连接强度较高，从而降低阳极板22与膜电极1之间相互脱离的可能性，另外，采用胶粘剂的方式还具有防腐、绝缘的特点，对膜电极1的损坏较小，有利于提高膜电极1的使用寿命。

更具体地，胶粘剂为紫外光固胶、热熔胶、室温固化胶、热固化树脂、硅烷偶联剂、开姆洛克中的一种或多种。即该胶粘剂与现有技术中的密封胶条不同，该胶粘剂在固化前为液体胶。

上述材料中，均具有良好的柔韧性和耐热性，且粘接强度大，使得密封件3与阴极板21之间、阳极板22与膜电极1之间的连接可靠性和稳定性较高，同时还能够降低生产成本。

在一种具体的实施方式中，密封件3通过室温硫化硅橡胶与阴极板21相连接，阳极板22通过紫外光固胶与膜电极1相连接，阴极板21与阳极板22焊接。因此，本申请中的膜电极1、双极板2和密封件3之间仅存在三个密封界面，与现有技术相比，降低了该燃料电池在工作过程中密封失效的可能性，提高使用的安全性。

具体地，第二凹陷部221的深度L1为0.4mm，第二支撑部224的高度L3为0.4mm，阳极流场区223的深度L4为0.3mm，第一凹陷部211的深度H1为0.9mm，第四凹陷部214的深度H2为0.5mm，第一支撑部212的高度H3为0.9mm，阴极流场区213的深度H4为0.4mm，第一密封部31的高度b1为1.28mm，压缩29.69%后b1为0.9mm，第二密封部32的高度b2为0.88mm，压缩43.18%后b2为0.5mm，配合膜电极1的边框厚度0.1mm，质子膜厚度0.1mm，阴极扩散层压缩后厚度0.1mm，阳极扩散层压缩后厚度0.1mm。因此，本申请中压缩后的密封件3能够降低该燃料电池在工作过程中发生外漏及串流的可能性，提高反应区域的反应效率。

在一种具体的实施方式中，密封件3通过环氧胶粘剂与阴极板21相连接，阳极板22通过热熔胶粘剂与膜电极1相连接，阴极板21与阳极板22焊接。因此，本申请中的膜电极1、双极板2和密封件3之间仅存在三个密封界面，与现有技术相比，降低了该燃料电池在工作过程中密封失效的可能性，提高使用的安全性。

具体地，第二凹陷部221的深度L1为0.35mm，第二支撑部224的高度L3为0.35mm，阳极流场区223的深度L4为0.35mm，第一凹陷部211的深度H1为0.7mm，第四凹陷部214的深度H2为0.35mm，第一支撑部212的高度H3为0.7mm，阴极流场区213的深度H4为0.435mm，第一密封部31的高度b1为1.28mm，压缩24.73%后b1为0.93mm，第二密封部32的高度b2为0.58mm，压缩39.65%后b2为0.35mm，配合膜电极1的边框厚度0.3mm，质子膜厚度0.1mm，阴极扩散层压缩后厚度0.1mm，阳极扩散层压缩后厚度0.1mm。因此，本申请中压缩后的密封件3能够降低该燃料电池在工作过程中发生外漏及串流的可能性，提高反应区域的反应效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括层叠设置的膜电极（1）和双极板（2），所述膜电极（1）沿其厚度方向的两侧均具有所述双极板（2）；

所述双极板（2）包括阴极板（21）和阳极板（22），沿所述膜电极（1）的厚度方向，所述阳极板（22）位于所述阴极板（21）与所述膜电极（1）之间；

其中，所述阴极板（21）具有朝向所述膜电极（1）的方向凹陷的第一凹陷部（211），所述阳极板（22）具有朝向所述膜电极（1）的方向凹陷的第二凹陷部（221），所述第一凹陷部（211）的至少部分位于所述第二凹陷部（221）内，且沿所述膜电极（1）的厚度方向，所述第二凹陷部（221）的底壁的一端与所述第一凹陷部（211）的底壁抵接，所述第二凹陷部（221）的底壁的另一端与所述膜电极（1）抵接；

所述阴极板（21）还包括阴极流场区（213），所述第一凹陷部（211）包围所述阴极流场区（213）和所述阴极板（21）的腔口（23），所述阳极板（22）还包括阳极流场区（223），所述第二凹陷部（221）包围所述阳极流场区（223）和所述阳极板（22）的腔口（23）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述双极板（2）具有多个腔口（23），所述第一凹陷部（211）和所述第二凹陷部（221）位于所述腔口（23）的外侧；

所述燃料电池还包括密封件（3），所述密封件（3）包括第一密封部（31），所述第一密封部（31）的至少部分位于所述第一凹陷部（211）内。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一凹陷部（211）、所述第二凹陷部（221）和所述第一密封部（31）均为环形结构。

4.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极板（22）还包括朝向所述膜电极（1）凹陷的第三凹陷部（222），所述阴极板（21）还包括第一支撑部（212），所述第一支撑部（212）的至少部分位于所述第三凹陷部（222）内，所述第三凹陷部（222）的底壁的一端与所述第一支撑部（212）抵接，另一端与所述膜电极（1）抵接。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一支撑部（212）位于所述阴极板（21）的腔口（23）和所述阴极流场区（213）之间，所述第三凹陷部（222）位于所述阳极板（22）的腔口（23）和所述阳极流场区（223）之间。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述阴极板（21）的腔口（23）与所述第一支撑部（212）之间还具有第四凹陷部（214），所述阳极板（22）的腔口（23）与所述第三凹陷部（222）之间还具有第二支撑部（224），所述第四凹陷部（214）的底壁与所述第二支撑部（224）抵接；

所述密封件（3）还包括第二密封部（32），所述第二密封部（32）的至少部分位于所述第四凹陷部（214）内。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第一凹陷部（211）和所述第四凹陷部（214）的宽度为a，且a满足2mm≤a≤8mm。

8.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第一凹陷部（211）的深度大于所述第四凹陷部（214）的深度；所述第一密封部（31）的厚度大于所述第二密封部（32）的厚度。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述第一密封部（31）与所述第二密封部（32）一体成型。

10.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池组装之前，所述第一密封部（31）凸出所述第一凹陷部（211），所述第二密封部（32）凸出所述第四凹陷部（214）；

所述燃料电池组装之后，所述第一密封部（31）、所述第二密封部（32）平齐。

11.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第二凹陷部（221）的深度为L1，所述第三凹陷部（222）的深度为L2，所述第二支撑部（224）的高度为L3，所述阳极流场区（223）的深度为L4，且L1、L2、L3和L4满足L1≥L4、L2≥L4、L3≥L4。

12.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第一支撑部（212）的高度为H3，所述第四凹陷部（214）的深度为H2，所述第二支撑部（224）的高度为L3，且H3、H2和L3满足：H3=H2+L3；

和/或，所述第一凹陷部（211）的深度为H1，所述阴极流场区（213）的深度为H4，所述阳极流场区（223）的深度为L4，且H1、H4和L4满足：H1＞H4+L4。

13.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第四凹陷部（214）的深度为H2，所述第一支撑部（212）的高度为H3，所述阴极流场区（213）的深度为H4，且H2、H3和H4满足：H2≥H4，H3＞H4。

14.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述密封件（3）与所述阴极板（21）之间采用胶粘剂的方式，和/或，采用注塑的方式进行连接；

所述胶粘剂为紫外光固胶、热熔胶、室温固化胶、热固化树脂、硅烷偶联剂、开姆洛克中的一种或多种。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的燃料电池，其特征在于，所述阴极板（21）与所述阳极板（22）焊接，所述阳极板（22）与所述膜电极（1）之间均采用胶粘剂连接；

所述胶粘剂为紫外光固胶、热熔胶、室温固化胶、热固化树脂、硅烷偶联剂、开姆洛克中的一种或多种。