CN118016936A - 气体加压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体加压装置，包括：按照预设方向依次设置的阳极端板、阳极集流板、膜电极组件、阴极集流板、阴极端板，其中，膜电极组件包括阴极密封垫片、阳极密封垫片、阴极气体扩散层、催化交换膜、阳极气体扩散层，阳极气体扩散层、催化交换膜与阴极气体扩散层沿预设方向依次设置，阳极密封垫片围设在阳极气体扩散层的外周并与阳极气体扩散层共层设置，阴极密封垫片围设在阴极气体扩散层的外周并与阴极气体扩散层共层设置，阴极气体扩散层在催化交换膜上的投影完全落入阳极气体扩散层在催化交换膜上的投影的范围内。采用上述技术方案，解决了现有技术中的膜电极组件可靠性不佳的问题。

Description

气体加压装置

技术领域

本发明涉及加压设备技术领域，具体而言，涉及一种气体加压装置。

背景技术

近些年来，以氢作为燃料的各种燃料电池逐渐得到了普及和推广。尤其是在新能源车辆技术领域，各种与燃料电池相配套的基础设备设施的建设已经被提上日程。电化学式氢气加压装置因具有升压效率高、体积小、噪音低的优势，而被视为一种具有较大潜力的氢气加压装置。

如图1所示，相关技术中的电化学式氢气加压装置一般由多个膜电极组件组成。其中，膜电极组件包括阴极密封垫片、阳极密封垫片、阴极气体扩散层、阳极气体扩散层、催化交换膜。其基本原理是：将一定湿度的低压氢气通入阳极，低压氢气通过阳极气体扩散层到达催化交换膜的第一表面并发生氢气氧化反应(HOR)，生成物质子通过催化交换膜被传递到催化交换膜的第二表面并发生质子还原反应(HER)，进而生成氢气，氢气在密闭结构中不断累积而形成高压氢气。

但是，在相关技术中，阴极气体扩散层3和阳极气体扩散层5通常为对称设置，而阴极密封垫片1和阳极密封垫片2由于装配误差无法与其对应的气体扩散层在其径向方向上抵顶设置；阴极气体扩散层3受到较大压力时，阴极气体扩散层3和阳极气体扩散层5容易发生错位，从而使得阴极气体扩散层3容易受压发生形变，进而使得膜电极组件可靠性得不到保证。因此，在本领域中存在膜电极组件可靠性不佳的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气体加压装置，以解决相关技术中的膜电极组件可靠性不佳的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气体加压装置，包括：按照预设方向依次设置的阳极端板、阳极集流板、膜电极组件、阴极集流板、阴极端板，其中，膜电极组件包括阴极密封垫片、阳极密封垫片、阴极气体扩散层、催化交换膜、阳极气体扩散层，阳极气体扩散层、催化交换膜与阴极气体扩散层沿预设方向依次设置，阳极密封垫片围设在阳极气体扩散层的外周并与阳极气体扩散层共层设置，阴极密封垫片围设在阴极气体扩散层的外周并与阴极气体扩散层共层设置，阴极气体扩散层在催化交换膜上的投影完全落入阳极气体扩散层在催化交换膜上的投影的范围内。

进一步地，阳极端板上间隔设置有第一进气孔和第一出气孔，阳极集流板上设置有第二进气孔和第二出气孔，第一进气孔和第二进气孔连通设置并形成第一进气通道，第一出气孔和第二出气孔连通设置并形成第一出气通道，阳极集流板朝向阳极气体扩散层的一面设置有第一流道，第一流道的一端与第一进气通道连通，第一流道的另一端与第一出气通道连通，第一流道与阳极气体扩散层对应设置。

进一步地，第一流道在阳极气体扩散层上的投影面积与阳极集流板与阳极气体扩散层接触的面积的比值在1:2至3:2之间。

进一步地，膜电极组件为多个，气体加压装置还包括双极板，每相邻的两个膜电极组件之间设置有一个双极板，双极板上设置有第三进气孔、第三出气孔以及第二流道，双极板具有沿预设方向依次设置的阳极侧和阴极侧，第三进气孔与第一进气通道连通，第三出气孔与第一出气通道连通，第二流道设置在阴极侧，第二流道的一端与第三进气孔连通，第二流道的另一端与第三出气孔连通，第二流道与靠近阴极端板的膜电极组件的阳极气体扩散层对应设置。

进一步地，阴极端板上设置有第四出气孔，阴极集流板上设置有第五出气孔以及第三流道，第四出气孔和第五出气孔连通设置并形成第二出气通道，第三流道的一端贯穿阴极集流板的远离阴极端板的一侧并与阴极气体扩散层对应设置，第三流道的另一端与第五出气孔连通，双极板上设置有第六出气孔以及第四流道，第六出气孔与第二出气通道连通，第四流道的一端贯穿阳极侧并与靠近阳极端板的膜电极组件的阴极气体扩散层对应设置，第四流道的另一端与第六出气孔连通。

进一步地，第一流道包括第一主流道、第一连通流道以及第二连通流道，第一连通流道设置在第一进气通道与第一主流道之间，第二连通流道设置在第一出气通道与第一主流道之间，气体加压装置还包括第一金属垫片和第二金属垫片，第一金属垫片位于第一连通流道靠近阴极端板的一侧，第二金属垫片位于第二连通流道靠近阴极端板的一侧；和/或，第二流道包括第二主流道、第三连通流道以及第四连通流道，第三连通流道设置在第三进气孔与第二主流道之间，第四连通流道设置在第三出气孔与第二主流道之间，气体加压装置还包括位于阴极侧的第三金属垫片和第四金属垫片，第三金属垫片位于第三连通流道靠近阴极端板的一侧，第四金属垫片位于第四连通流道靠近阴极端板的一侧。

进一步地，气体加压装置还包括第一密封件，第一密封件设置在第六出气孔的第一端以密封双极板和阴极密封垫片；和/或，气体加压装置还包括第二密封件，第二密封件设置在第六出气孔的第二端以密封双极板和阳极密封垫片；和/或，气体加压装置还包括第三密封件，第四流道包括沿双极板的轴向方向延伸的第一流段和沿双极板的径向方向延伸的第二流段，第三密封件设置在第一流段的外周，以密封双极板和阴极密封垫片。

进一步地，在预设方向上，阳极气体扩散层包括依次设置的第一层状结构以及第二层状结构，其中，第一层状结构的压缩度在10％至20％之间，第二层状结构的压缩度在70％至85％之间；和/或，第一层状结构包括沿预设方向依次设置的第一子层和第二子层，第一子层的目数在40目至79目之间，第二子层的孔隙率在40％至55％之间；和/或，第二层状结构包括沿预设方向依次设置的第三子层和第四子层，第三子层的孔隙率在30％至45％，第四子层的孔隙率在20％至35％之间。

进一步地，催化交换膜包括沿预设方向依次设置的疏水层、阳极催化层、质子交换层以及阴极催化层。

进一步地，气体加压装置还包括穿设于阴极端板和阳极端板上的至少一个紧固件，每个紧固件的扭矩n满足：n＝10*a*b*c*d/e，其中，a为紧固件的扭矩系数，b为阴极端板的气体压力，c为双极板的面积，d为紧固件的直径，e为紧固件的数量。

应用本发明的技术方案，阳极集流板与阴极集流板用于向膜电极组件通电，在膜电极组件中，阳极气体扩散层与阴极气体扩散层一方面用于扩散气体，另一方面用于支撑催化交换膜；催化交换膜能够将从阳极气体扩散层通过的气体在催化交换膜处催化并交换至阴极气体扩散层处；由于阴极气体扩散层在催化交换膜上的投影完全落入阳极气体扩散层在催化交换膜上的投影的范围内，使得即使阴极气体扩散层受到较大压力时，阳极气体扩散层能够对阴极气体扩散层作支撑，阴极气体扩散层不会向阳极气体扩散层弯曲，进而也不会带动催化交换膜向阳极气体扩散层弯曲，避免催化交换膜被阳极气体扩散层刺破，进而保证了膜电极组件的可靠性。因此，本申请的技术方案能够有效地解决相关技术中的膜电极组件可靠性不佳的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中的膜电极组件的部分结构的剖视示意图；

图2示出了根据本发明的气体加压装置的实施例的膜电极组件的部分结构的剖视示意图；

图3示出了图2的气体加压装置的分体结构示意图；

图4示出了图3的气体加压装置的A部分的放大示意图；

图5示出了图2的气体加压装置的阳极集流板、膜电极组件、双极板以及阴极集流板的剖视示意图；

图6示出了图5的气体加压装置的阳极集流板、膜电极组件、双极板以及阴极集流板的另一角度的剖视示意图；

图7示出了图6的气体加压装置的部分结构的放大示意图；

图8示出了图2的气体加压装置的双极板的阴极侧的正视示意图；

图9示出了图2的气体加压装置的双极板的阳极侧的正视示意图；

图10示出了图2的气体加压装置的正视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

相关技术中：

1、阴极密封垫片；2、阳极密封垫片；3、阴极气体扩散层；4、催化交换膜；5、阳极气体扩散层；

本申请中：

z、预设方向；

10、阳极端板；11、第一进气孔；12、第一出气孔；

20、阳极集流板；21、第二进气孔；22、第二出气孔；23、第一流道；231、第一主流道；232、第一连通流道；233、第二连通流道；

30、膜电极组件；31、阴极密封垫片；32、阳极密封垫片；33、阴极气体扩散层；34、催化交换膜；35、阳极气体扩散层；

40、阴极集流板；41、第五出气孔；42、第三流道；

50、阴极端板；51、第四出气孔；

61、第一进气通道；62、第一出气通道；63、第二出气通道；64、第一密封件；65、第二密封件；66、第三密封件；

70、双极板；71、第三进气孔；72、第三出气孔；73、第二流道；731、第二主流道；732、第三连通流道；733、第四连通流道；74、第六出气孔；75、第四流道；751、第一流段；752、第二流段；76、金属垫片安装槽；

80、紧固件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，在相关技术中，当部分阴极气体扩散层3向外突出于阳极气体扩散层5时，这部分阴极气体扩散层3受压容易向阳极气体扩散层5弯曲，进而带动催化交换膜4向阳极气体扩散层5弯曲，从而使得阳极气体扩散层5容易将催化交换膜4刺破而产生气体泄漏。

如图2以及图3所示，本申请提供了一种气体加压装置，本申请的气体加压装置的实施例包括：按照预设方向z依次设置的阳极端板10、阳极集流板20、膜电极组件30、阴极集流板40、阴极端板50，其中，膜电极组件30包括阴极密封垫片31、阳极密封垫片32、阴极气体扩散层33、催化交换膜34、阳极气体扩散层35，阳极气体扩散层35、催化交换膜34与阴极气体扩散层33沿预设方向z依次设置，阳极密封垫片32围设在阳极气体扩散层35的外周并与阳极气体扩散层共层设置，阴极密封垫片31围设在阴极气体扩散层33的外周并与阴极气体扩散层共层设置，阴极气体扩散层33在催化交换膜34上的投影完全落入阳极气体扩散层35在催化交换膜34上的投影的范围内。

应用本实施例的技术方案，阳极集流板20与阴极集流板40用于向膜电极组件30通电，在膜电极组件30中，阳极气体扩散层35与阴极气体扩散层33一方面用于扩散气体，另一方面用于支撑催化交换膜34；催化交换膜34能够将从阳极气体扩散层35通过的气体在催化交换膜34处催化并交换至阴极气体扩散层33处；由于阴极气体扩散层33在催化交换膜34上的投影完全落入阳极气体扩散层35在催化交换膜34上的投影的范围内，使得即使阴极气体扩散层33受到较大压力时，阳极气体扩散层35能够对阴极气体扩散层33作支撑，阴极气体扩散层33不会向阳极气体扩散层35弯曲，进而也不会带动催化交换膜34向阳极气体扩散层35弯曲，避免催化交换膜34被阳极气体扩散层35刺破，进而保证了膜电极组件30的可靠性。因此，本实施例的技术方案能够有效地解决相关技术中的膜电极组件可靠性不佳的问题。

需要说明的是，本实施例的气体加压装置是用于对氢气进行电化学式加压的气体加压装置。上述“阴极气体扩散层33在催化交换膜34上的投影完全落入阳极气体扩散层35在催化交换膜34上的投影的范围内”指代的是阴极气体扩散层33的面积小于阳极气体扩散层35的面积，并且阴极气体扩散层33的轮廓不突出于阳极气体扩散层35的轮廓。此外，在较大气压的作用下，阴极气体扩散层33受力紧压在阳极气体扩散层35上，也可以实现较好的自密封效果。

如图3至图10所示，阳极端板10上间隔设置有第一进气孔11和第一出气孔12，阳极集流板20上设置有第二进气孔21和第二出气孔22，第一进气孔11和第二进气孔21连通设置并形成第一进气通道61，第一出气孔12和第二出气孔22连通设置并形成第一出气通道62，阳极集流板20朝向阳极气体扩散层35的一面设置有第一流道23，第一流道23的一端与第一进气通道61连通，第一流道23的另一端与第一出气通道62连通，第一流道23与阳极气体扩散层35对应设置。具体地，被加压的低压气体包括混有杂质气体的氢气，低压气体在加压时，低压气体通过第一进气孔11进入第一进气通道61，并通过第一流道23与相邻的膜电极组件30接触，其中，氢气从膜电极组件30靠近阳极集流板20的一面通过电化学反应传递到膜电极组件30远离阳极集流板20的一面，杂质气体则不会与膜电极组件30发生电化学反应而通过第一出气通道62从第一出气孔12被排出，从而使得气体加压装置除了能够对氢气进行加压之外还能将低压气体中的杂质气体过滤掉，进而使得生成的高压气体中不含有杂质气体。

需要说明的是，阳极集流板20的靠近膜电极组件30的一侧开设有流通槽，该流通槽即为第一流道23，该流通槽的开口与膜电极组件30的阳极气体扩散层35对应设置，使得氢气进入该流通槽后通过该流通槽的开口进入阳极气体扩散层35，而该流通槽的槽侧壁与第一进气通道61以及第一出气通道62连通。

此外，如图5所示，第一流道23在阳极气体扩散层35上的投影面积与阳极集流板20与阳极气体扩散层35接触的面积的比值在1:2至3:2之间。具体地，在本实施例中，第一流道23在阳极气体扩散层35上的投影面积与阳极集流板20与阳极气体扩散层35上接触的面积的比值可以是1:2、1.5:2、1.7:2、2.5:2或者3:2；满足上述要求的气体加压装置一方面能够保证阳极集流板20具有足够大的与阳极气体扩散层接触的部分，这部分结构能够支撑膜电极组件30，另一方面又能够保证第一流道23的气体流通量较大，进而保证气体加压装置的氢气加压效率。

如图3至图9所示，膜电极组件30为多个，气体加压装置还包括双极板70，每相邻的两个膜电极组件30之间设置有一个双极板70，双极板70上设置有第三进气孔71、第三出气孔72以及第二流道73，双极板70具有沿预设方向z依次设置的阳极侧和阴极侧，第三进气孔71与第一进气通道61连通，第三出气孔72与第一出气通道62连通，第二流道73设置在阴极侧，第二流道73的一端与第三进气孔71连通，第二流道73的另一端与第三出气孔72连通，第二流道73与靠近阴极端板50的膜电极组件30的阳极气体扩散层35对应设置。具体地，在本实施例中，膜电极组件30的数量大于等于2个，如果膜电极组件30的数量大于2个时，双极板70为多个，阳极集流板20、膜电极组件30、双极板70、以及阴极集流板40采用串联的方式电连接，双极板70的第三进气孔71与第一出气通道62连通，第三出气孔72与第一出气通道62连通，第三进气孔71和第三出气孔72之间通过第二流道73连通，使得从第一进气孔11进入的氢气能够分配到各个不同的双极板70的第二流道73以及阳极集流板20的第一流道23内，从而使得多个膜电极组件30可以同时对压力相同的氢气进行加压，从而实现第一流道23以及多个第二流道73并联的效果，在串联的方案中，越处于下游的膜电极组件受到的氢气的压力越大，从而使得越下游的膜电极组件的厚度需要设置地更厚，从而保证膜电极组件的结构强度；相较于将多个膜电极组件的气体通路串联的方案，在本实施例中，每个多个膜电极组件30的厚度可以相同，进而增加了其通用性，降低了其加工成本。

需要说明的是，第二流道73与第一流道23的结构与作用类似，在此不再赘述。

如图6至图10所示，阴极端板50上设置有第四出气孔51，阴极集流板40上设置有第五出气孔41以及第三流道42，第四出气孔51和第五出气孔41连通设置并形成第二出气通道63，第三流道42的一端贯穿阴极集流板40的远离阴极端板50的一侧并与阴极气体扩散层33对应设置，第三流道42的另一端与第五出气孔41连通，双极板70上设置有第六出气孔74以及第四流道75，第六出气孔74与第二出气通道63连通，第四流道75的一端贯穿阳极侧并与靠近阳极端板10的膜电极组件30的阴极气体扩散层33对应设置，第四流道75的另一端与第六出气孔74连通。具体地，从阴极气体扩散层33被排出的氢气通过第四流道75进入第六出气孔74，而多个双极板70的第六出气孔74均与第二出气通道63连通，使得多个膜电极组件30生成的氢气能够汇入第二出气通道63中并统一从第四出气孔51被排出，从而实现多个膜电极组件30排出氢气的出气通路并联的效果。此外，需要说明的是，膜电极组件30上会设置有第一连通孔和第二连通孔，第一连通孔用于连通阳极集流板20的第二进气孔21与双极板70的第三进气孔71或者连通相邻两个双极板70的第三进气孔71；第二连通孔用于连通阴极集流板40的第五出气孔41与双极板70的第六出气孔74或者连通相邻两个双极板70的第六出气孔74，以简化并联的低压氢气的进气通路和并联的氢气的出气通路。需要说明的是，“第三流道42的一端与阴极气体扩散层33对应设置”指代的是，第三流道42的一端的端面与阴极气体扩散层33至少部分重合，以使得生成的氢气可以通过阴极气体扩散层33进入第三流道42，第四流道75与第三流道42的结构与作用类似，在此不再赘述。

如图3、图4、图5以及图8所示，第二流道73包括第二主流道731、第三连通流道732以及第四连通流道733，第三连通流道732设置在第三进气孔71与第二主流道731之间，第四连通流道733设置在第三出气孔72与第二主流道731之间，气体加压装置还包括位于阳极阴极侧的第三金属垫片和第四金属垫片，第三金属垫片位于第三连通流道732靠近阴极端板50的一侧，第四金属垫片位于第四连通流道733靠近阴极端板50的一侧。具体地，如图4所示，在双极板70的阴极侧设置第三连通流道732，第三连通流道732连通第三进气孔71和第二主流道731，在本实施例中，第三连通流道732为凹槽，在第三连通流道732的靠近阴极端板50的槽开口处设置有金属垫片安装槽76，金属垫片安装槽76也为凹槽，金属垫片安装槽76的槽底壁相对于第三连通流道732的槽底壁更靠近阴极端板50，第三金属垫片设置在金属垫片安装槽76内，由于第三金属垫片的结构强度较大，当阳极密封垫片32受压朝向第三连通流道732形变时，第三金属垫片能够对阳极密封垫片32作支撑，以避免阳极密封垫片32形变将第三连通流道732封堵，进而影响低压气体从第三进气孔71通过第三连通流道732进入第二主流道731内；此外，第四金属垫片的安装位置和原理与第三金属垫片类似，在此不再赘述。

此外，在本实施例中，第一流道23包括第一主流道231、第一连通流道232以及第二连通流道233，第一连通流道232设置在第一进气通道61与第一主流道231之间，第二连通流道233设置在第一出气通道62与第一主流道231之间，气体加压装置还包括第一金属垫片和第二金属垫片，第一金属垫片位于第一连通流道232靠近阴极端板50的一侧，第二金属垫片位于第二连通流道233靠近阴极端板50的一侧。具体地，第一金属垫片和第二金属垫片的安装位置和原理与第三金属垫片类似，在此不再赘述。

如图7所示，气体加压装置还包括第一密封件64，第一密封件64设置在第六出气孔74的第一端以密封双极板70和阴极密封垫片31。具体地，第一密封件64为密封圈，以保证生成的氢气可以通过第四流道75进入第二出气通道63。

如图7所示，气体加压装置还包括第三密封件66，第四流道75包括沿双极板70的轴向方向延伸的第一流段751和沿双极板70的径向方向延伸的第二流段752，第三密封件66设置在第一流段751的外周，以密封双极板70和阴极密封垫片31。具体地，第三密封件66也为密封圈，第三密封件66进一步增强了双极板70和阴极密封垫片31之间的密封性。

如图7所示，气体加压装置还包括第二密封件65，第二密封件65设置在第六出气孔74的第二端以密封双极板70和阳极密封垫片32。具体地，第二密封件65也为密封圈，以保证低压气体不会泄漏到第六出气孔74内。

在本实施例中，在预设方向z上，阳极气体扩散层35包括依次设置的第一层状结构以及第二层状结构，其中，第一层状结构的压缩度在10％至20％之间，第二层状结构的压缩度在70％至85％之间。具体地，第一层状结构包括沿预设方向z依次设置的第一子层和第二子层，第一子层为钛网，第二子层为钛毡，第一层状结构的压缩度可以为10％、12％、15％、17％或者20％；第二层状结构包括沿预设方向z依次设置的第三子层和第四子层，第三子层为碳纸，第四子层为碳粉微孔层，第二层状结构的压缩度可以为70％、75％、77％、80％或者85％。

此外，第一子层的目数在40目至79目之间，第二子层的孔隙率在40％至55％之间，第三子层的孔隙率在30％至45％，第四子层的孔隙率在20％至35％之间。具体地，第一子层的目数可以为40目、53目、64目、71目或者79目，第二子层的孔隙率可以为40％、42％、45％、50％或者55％，第三子层的孔隙率可以为30％、32％、35％、40％或者45％，第四子层的孔隙率可以为20％、22％、25％、30％或者35％。

需要说明的是，阴极气体扩散层33的结构与阳极气体扩散层35的结构类似，其不同的是，阴极气体扩散层33的第一子层、第二子层、第三子层以及第四子层为在预设方向z的相反方向依次设置。

采用这种梯度化压缩度的气体扩散层能够优化催化交换膜的受力分布，降低了气体加压装置的接触电阻，有效地降低催化交换膜受到机械损伤的可能性；采用这种梯度化孔隙率的气体扩散层能够优化气体的分配和传质，使得低压氢气可以充分扩散到催化交换膜的表面，以此实现气体加压装置在高电流密度下进行工作。

此外，在本实施例中，催化交换膜34包括沿预设方向z依次设置的疏水层、阳极催化层、质子交换层以及阴极催化层。具体地，为了提高质子交换层的质子电导率，气体加压装置通常需要在高温高湿条件下工作，以满足质子交换层的最佳工作状态(高质子电导率)；随着温度和进气湿度的升高，阳极催化层水溺将变得更加严重；阳极催化层水溺是指高湿度下水蒸气覆盖阳极催化层，氢气无法顺利到达阳极催化层的表面，通过设置疏水层能够显著地降低阳极催化层水溺的程度，进而增强了气体加压装置的可靠性。疏水层具体可以由PTFE乳液制成。

具体地，在本实施例中，阳极催化层与阴极催化层包括铂碳催化剂、全氟磺酸离聚物以及乳状聚四氟乙烯。质子交换层为全氟磺酸膜质子交换膜。

此外，如图10所示，气体加压装置还包括穿设于阴极端板50和阳极端板10上的至少一个紧固件80，每个紧固件80的扭矩n满足：n＝10*a*b*c*d/e，其中，a为紧固件80的扭矩系数，b为阴极端板50的气体压力，c为双极板70的面积，d为紧固件80的直径，e为紧固件80的数量。具体地，紧固件80为紧固螺钉，紧固件80为多个，上述公式由以下两个公式整合得到：式(1)：n＝1000*a*紧压力*d，式(2)：紧压力*e＝0.01*b*c；此处的紧压力指的是一个紧固件80向气体加压装置提供的紧压力，满足上述条件的全部的紧固件80的扭矩n能够为气体加压装置提供合适的预紧力，从而使得气体不会发生泄露并且使得各个结构之间能够紧密接触，进而整体降低气体加压装置的接触电阻；也能够降低气体加压装置内的各个结构发生机械损伤的可能性。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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

Claims (10)

1.一种气体加压装置，其特征在于，包括：按照预设方向(z)依次设置的阳极端板(10)、阳极集流板(20)、膜电极组件(30)、阴极集流板(40)、阴极端板(50)，其中，

所述膜电极组件(30)包括阴极密封垫片(31)、阳极密封垫片(32)、阴极气体扩散层(33)、催化交换膜(34)、阳极气体扩散层(35)，所述阳极气体扩散层(35)、所述催化交换膜(34)与所述阴极气体扩散层(33)沿所述预设方向(z)依次设置，所述阳极密封垫片(32)围设在所述阳极气体扩散层(35)的外周并与所述阳极气体扩散层(35)共层设置，所述阴极密封垫片(31)围设在所述阴极气体扩散层(33)的外周并与所述阴极气体扩散层(33)共层设置，所述阴极气体扩散层(33)在所述催化交换膜(34)上的投影完全落入所述阳极气体扩散层(35)在所述催化交换膜(34)上的投影的范围内。

2.根据权利要求1所述的气体加压装置，其特征在于，所述阳极端板(10)上间隔设置有第一进气孔(11)和第一出气孔(12)，所述阳极集流板(20)上设置有第二进气孔(21)和第二出气孔(22)，所述第一进气孔(11)和所述第二进气孔(21)连通设置并形成第一进气通道(61)，所述第一出气孔(12)和所述第二出气孔(22)连通设置并形成第一出气通道(62)，所述阳极集流板(20)朝向所述阳极气体扩散层(35)的一面设置有第一流道(23)，所述第一流道(23)的一端与所述第一进气通道(61)连通，所述第一流道(23)的另一端与所述第一出气通道(62)连通，所述第一流道(23)与所述阳极气体扩散层(35)对应设置。

3.根据权利要求2所述的气体加压装置，其特征在于，所述第一流道(23)在所述阳极气体扩散层(35)上的投影面积与所述阳极集流板(20)与所述阳极气体扩散层(35)接触的面积的比值在1:2至3:2之间。

4.根据权利要求2或3所述的气体加压装置，其特征在于，所述膜电极组件(30)为多个，所述气体加压装置还包括双极板(70)，每相邻的两个所述膜电极组件(30)之间设置有一个所述双极板(70)，所述双极板(70)上设置有第三进气孔(71)、第三出气孔(72)以及第二流道(73)，所述双极板(70)具有沿所述预设方向(z)依次设置的阳极侧和阴极侧，所述第三进气孔(71)与所述第一进气通道(61)连通，所述第三出气孔(72)与所述第一出气通道(62)连通，所述第二流道(73)设置在所述阴极侧，所述第二流道(73)的一端与所述第三进气孔(71)连通，所述第二流道(73)的另一端与所述第三出气孔(72)连通，所述第二流道(73)与靠近所述阴极端板(50)的所述膜电极组件(30)的所述阳极气体扩散层(35)对应设置。

5.根据权利要求4所述的气体加压装置，其特征在于，所述阴极端板(50)上设置有第四出气孔(51)，所述阴极集流板(40)上设置有第五出气孔(41)以及第三流道(42)，所述第四出气孔(51)和所述第五出气孔(41)连通设置并形成第二出气通道(63)，所述第三流道(42)的一端贯穿所述阴极集流板(40)的远离所述阴极端板(50)的一侧并与所述阴极气体扩散层(33)对应设置，所述第三流道(42)的另一端与所述第五出气孔(41)连通，所述双极板(70)上设置有第六出气孔(74)以及第四流道(75)，所述第六出气孔(74)与所述第二出气通道(63)连通，所述第四流道(75)的一端贯穿所述阳极侧并与靠近所述阳极端板(10)的所述膜电极组件(30)的所述阴极气体扩散层(33)对应设置，所述第四流道(75)的另一端与所述第六出气孔(74)连通。

6.根据权利要求5所述的气体加压装置，其特征在于，

所述第一流道(23)包括第一主流道(231)、第一连通流道(232)以及第二连通流道(233)，所述第一连通流道(232)设置在所述第一进气通道(61)与所述第一主流道(231)之间，所述第二连通流道(233)设置在所述第一出气通道(62)与所述第一主流道(231)之间，所述气体加压装置还包括第一金属垫片和第二金属垫片，所述第一金属垫片位于所述第一连通流道(232)靠近所述阴极端板(50)的一侧，所述第二金属垫片位于所述第二连通流道(233)靠近所述阴极端板(50)的一侧；和/或，

所述第二流道(73)包括第二主流道(731)、第三连通流道(732)以及第四连通流道(733)，所述第三连通流道(732)设置在所述第三进气孔(71)与所述第二主流道(731)之间，所述第四连通流道(733)设置在所述第三出气孔(72)与所述第二主流道(731)之间，所述气体加压装置还包括位于所述阴极侧的第三金属垫片和第四金属垫片，所述第三金属垫片位于所述第三连通流道(732)靠近所述阴极端板(50)的一侧，所述第四金属垫片位于所述第四连通流道(733)靠近所述阴极端板(50)的一侧。

7.根据权利要求5所述的气体加压装置，其特征在于，

所述气体加压装置还包括第一密封件(64)，所述第一密封件(64)设置在所述第六出气孔(74)的第一端以密封所述双极板(70)和所述阴极密封垫片(31)；和/或，

所述气体加压装置还包括第二密封件(65)，所述第二密封件(65)设置在所述第六出气孔(74)的第二端以密封所述双极板(70)和所述阳极密封垫片(32)；和/或，

所述气体加压装置还包括第三密封件(66)，所述第四流道(75)包括沿所述双极板(70)的轴向方向延伸的第一流段(751)和沿所述双极板(70)的径向方向延伸的第二流段(752)，所述第三密封件(66)设置在所述第一流段(751)的外周，以密封所述双极板(70)和所述阴极密封垫片(31)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的气体加压装置，其特征在于，在所述预设方向(z)上，所述阳极气体扩散层(35)包括依次设置的第一层状结构以及第二层状结构，其中，

所述第一层状结构的压缩度在10％至20％之间，所述第二层状结构的压缩度在70％至85％之间；和/或，

所述第一层状结构包括沿所述预设方向(z)依次设置的第一子层和第二子层，所述第一子层的目数在40目至79目之间，所述第二子层的孔隙率在40％至55％之间；和/或，

所述第二层状结构包括沿所述预设方向(z)依次设置的第三子层和第四子层，所述第三子层的孔隙率在30％至45％，所述第四子层的孔隙率在20％至35％之间。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的气体加压装置，其特征在于，所述催化交换膜(34)包括沿所述预设方向(z)依次设置的疏水层、阳极催化层、质子交换层以及阴极催化层。

10.根据权利要求4所述的气体加压装置，其特征在于，所述气体加压装置还包括穿设于所述阴极端板(50)和所述阳极端板(10)上的至少一个紧固件(80)，每个所述紧固件(80)的扭矩n满足：

n＝10*a*b*c*d/e，其中，a为所述紧固件(80)的扭矩系数，b为所述阴极端板(50)的气体压力，c为所述双极板(70)的面积，d为所述紧固件(80)的直径，e为所述紧固件(80)的数量。