CN212783525U - 气体扩散组件、膜电极组件、燃料电池单元和燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，提供一种气体扩散组件、膜电极组件、燃料电池单元和燃料电池堆。气体扩散组件包括气体扩散层和支撑架，气体扩散层形成有多个间隔布置的流道，支撑架设置在流道内并支撑在流道的通道壁上。由于气体扩散层形成有多个间隔布置的流道，通过多个流道的表面，可以有效扩大气体扩散层与流体的接触面积，从而更易于使通过气体扩散层的流体均匀分布并流过气体扩散层，避免流体在气体扩散层处形成集聚，由于支撑架设置在流道内并支撑在流道的通道壁上，这样可以有效地提升气体扩散层的自身结构强度，避免气体扩散层由于老化、高压和各电化学反应的影响而出现的自身结构强度降低的问题，从而提升了气体扩散层的使用寿命。

Description

气体扩散组件、膜电极组件、燃料电池单元和燃料电池堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种气体扩散组件，一种膜电极组件，一种电池单元和一种燃料电池堆。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，膜电极组件通常包括电解质膜层和分别位于电解质膜的膜面两侧阳极催化层和阴极催化层以及阳电极板和阴电极板，阳极催化层和阳电极板之间设置有第一气体扩散层，阴极催化层和阴电极板之间设置有第二气体扩散层。导电的气体扩散层有助于重新分布燃料气体。

然而，现有的膜电极组件中，在使用一段时间后，由于高压和老化，将使得气体扩散层的结构出现塌陷，从而影响了燃料气体的均匀分布。

为此，本申请提供一种新的气体扩散组件。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种气体扩散组件，该气体扩散组件具有较好的结构强度，并且能够使通过的流体均匀地分布。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种气体扩散组件，所述气体扩散组件用于燃料电池，所述气体扩散组件包括气体扩散层和支撑架，其中，所述气体扩散层形成有多个间隔布置的流道，所述支撑架设置在所述流道内并支撑在所述流道的通道壁上。

在该技术方案中，由于气体扩散层形成有多个间隔布置的流道，这样通过多个流道的表面，可以有效扩大气体扩散层与流体的接触面积，从而更易于使通过气体扩散层的流体均匀分布并流过气体扩散层，避免流体在气体扩散层处形成集聚，同时，由于支撑架设置在流道内并支撑在流道的通道壁上，这样可以有效地提升气体扩散层的自身结构强度，避免气体扩散层由于老化、高压和各电化学反应的影响而出现的自身结构强度降低的问题，从而提升了气体扩散层的使用寿命。

进一步地，所述支撑架沿着所述流道的延伸方向延伸，并且所述支撑架上形成有多个气孔。

更进一步地，所述支撑架支撑在所述流道的全部的通道壁上。

另外，所述支撑架和所述流道的通道壁形状适配地支撑。

进一步地，所述气体扩散层的表面上形成有凹槽以作为所述流道，每个所述凹槽内形状适配地嵌设有所述支撑架。

更进一步地，多个所述支撑架通过连接板依次连接为整体，所述连接板设置在所述凹槽的槽口边沿上。

另外，本实用新型提供一种膜电极组件，该膜电极组件包括电解质膜、阳极催化层、阴极催化层和以上任意所述的气体扩散组件，其中，所述阳极催化层和所述阴极催化层分别设置在所述电解质膜的两侧膜面上；所述气体扩散组件分别设置在所述阳极催化层和所述阴极催化层的背向所述电解质膜的外侧表面上，以分别作为第一气体扩散层和第二气体扩散层。这样，如上所述的，通过上述的气体扩散组件，该膜电极组件的自身结构强度得到提升，流体能够有效地均匀分布。

此外，本实用新型还提供一种燃料电池单元，该燃料电池单元包括阳极板、阴极板和以上所述的膜电极组件，其中，所述阳极板和所述阴极板分别位于所述电解质膜的两侧。

进一步地，所述燃料电池单元包括分别设置在第一气体扩散层和第二气体扩散层各自的外侧面上的隔离件，一侧的隔离件包括所述阳极板，另一侧的隔离件包括所述阴极板。

此外，本实用新型还提供一种燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个以上所述的燃料电池单元，多个所述燃料电池单元电路串联连接。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施方式所述的气体扩散组件中一种气体扩散层的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施方式所述的气体扩散组件中一种支撑架的立体结构示意图；

图3是图2的支撑架设置在图1的气体扩散层上的结构示意图，其中，仅画出了支撑架上的一部分气孔；

图4为本实用新型实施方式所述的膜电极组件的一种结构示意图。

附图标记说明：

1-气体扩散层，2-支撑架，3-流道，4-连接板，5-槽口边沿，6-电解质膜，7-阳极板，8-阴极板，9-气体扩散组件，10-膜电极组件，11-阳极催化层，12-阴极催化层，13-气孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

参考图1、图2和图3，本实用新型提供的气体扩散组件用于燃料电池，该气体扩散组件包括气体扩散层1和支撑架2，其中，气体扩散层1形成有多个间隔布置的流道3，支撑架2设置在流道3内并支撑在流道3的通道壁上。

在该气体扩散组件中，由于气体扩散层1形成有多个间隔布置的流道3，这样通过多个流道3的表面，可以有效扩大气体扩散层1与流体的接触面积，从而更易于使通过气体扩散层1的流体均匀分布并易于流过气体扩散层1，避免流体在气体扩散层1处形成集聚，同时，由于支撑架2设置在流道3内并支撑在流道3的通道壁上，这样可以有效地提升气体扩散层1的自身结构强度，避免气体扩散层1由于老化、高压和各电化学反应的影响而出现的自身结构强度降低的问题，从而提升了气体扩散层1的使用寿命。

在该气体扩散组件中，支撑架2可以具有多种结构形式，例如，支撑架2的一种结构形式中，支撑架2可以为具有预设长度的支撑条，该支撑条可以沿着流道3的延伸方向连接在流道3的通道壁上，这样可以增加通道壁的强度，避免流道3由于通道壁的结构发生改变例如坍陷而改变流道3的形状。或者，支持架2的另一种结构形式中，支持架2可以为支撑条，支撑条的两端分别设置有支撑板，支撑条可以横向布置在流道3内，两端的支撑板可以分别抵压在流道3的通道壁上，同样，这样可以增加通道壁的强度，避免流道3由于通道壁的结构发生改变例如坍陷而改变流道3的形状。或者，支撑架2的再一种结构形式中，支撑架2可以为周向延伸的弯曲板，该弯曲板可以支撑在流道3的通道壁上，同样，这样可以增加通道壁的强度，避免流道3由于通道壁的结构发生改变例如坍陷而改变流道3的形状。另外，由于气体扩散层1以及流道3能够长时间保持自身结构的完整性，这样，可以使得流体易于通过气体扩散层，有效地避免流体在气体扩散层处集聚。

另外，为了能够进一步提升支撑架2对流道3的支撑效果，一种实施例中，参考图3，支撑架2沿着流道3的延伸方向延伸，并且支撑架2上形成有多个气孔13。这样，由于支撑架2沿着流道3的延伸方向延伸，例如，支撑架2为板件时，由于板件会覆盖流道3的通道表面，因此，支撑架2上形成有多个气孔13，这样，气体或其他流体则可以通过多个气孔13流动而并不影响气体扩散层1对流体的均匀分布效果。

另外，支撑架2可以形成为沿着流道3的延伸方向延伸的支撑架段，例如支撑板段，这样，多个这样的支撑架段可以轴向间隔地设置在流道3中。或者，可选择地，如图3所示的，支撑架2在流道3的整个延伸长度上布置，支撑架2支撑在流道3的全部的通道壁上，这样，由于支撑架2支撑流道3的全部通道壁，可以有效提升流道3的强度，从而使得气体扩散层1能够易于长时间保持自身结构，同时，通过多个气孔13，气体或其他流体则可以通过多个气孔13流动而并不影响气体扩散层1对流体的均匀分布效果。另外，气体扩散层1中可以设置有结构增强物质例如树脂、硬化剂或其他任何可以增加强度的碳纤维，而由于支撑架2支撑在流道3的全部的通道壁上，这样，即便是长时间运行或由于电化学反应，支撑架2还可以止挡这些结构增强物质渗出，从而更进一步提升了气体扩散层1的自身结构强度。

另外，为了提升支撑架2对流道3的支撑效果，参考图1-图3，支撑架2和流道3的通道壁形状适配地支撑，这样，在流道3的整个通道壁上，支撑架2都可以对流道3的通道壁形成良好的支撑，同时，通过多个气孔13，气体或其他流体则可以通过多个气孔13流动而并不影响气体扩散层1对流体的均匀分布效果。另外，气体扩散层1中可以设置有结构增强物质例如树脂、硬化剂或其他任何可以增加强度的碳纤维，而在流道3的整个通道壁上，支撑架2都可以对流道3的通道壁形成良好的支撑，这样，即便是长时间运行或由于电化学反应，支撑架2还可以止挡这些结构增强物质渗出，从而更进一步提升了气体扩散层1的自身结构强度。

另外，在该气体扩散组件中，流道3可以具有多种形状，例如，流道3可以平直延伸，或者弯曲延伸。流道3可以形成在气体扩散层1的内部，也可以形成在气体扩散层1的表面上。例如，一种实施例中，参考图1、图2和图3，气体扩散层1的表面上形成有凹槽以作为流道3，每个凹槽内形状适配地嵌设有支撑架2。这样，支撑架2可以形状适配在压制在凹槽内即可。例如，凹槽可以为U形槽，支撑架2可以为U形板，U形板的板面上形成有多个气孔13，这样，一个凹槽内可以压制有一个U形板。

当然，凹槽可以为其他形状，例如凹槽的横截面可以为开口大槽底小的U形，或者为半圆形，或者为V形，相应地，支撑架2为适配的横截面为开口大槽底小的U形板、半圆形板或者为V形板。

当然，上述的各个支撑架2可以为单独的个体，或者，另一种实施例中，如图2和图3所示的，多个支撑架2通过连接板4依次连接为整体，连接板4设置在凹槽的槽口边沿5上。这样，多个支撑架2通过连接板4依次连接后将形成为一个弯折延伸的板体，从而可以将该板体整体压制在气体扩散层1的表面上的多个适配的凹槽中即可。另外，由于连接板4设置在凹槽的槽口边沿5上，这样，连接板4可以增加气体扩散组件9与外侧部件例如阳极板7、阴极板8的接触面积，从而提升了该气体扩散组件9的导热效果。

此外，本实用新型提供一种膜电极组件，该膜电极组件包括电解质膜6、阳极催化层11、阴极催化层12和以上任意所述的气体扩散组件9，其中，阳极催化层11和阴极催化层12分别设置在电解质膜6的两侧膜面上；气体扩散组件9分别设置在阳极催化层11和阴极催化层12的背向电解质膜6的外侧表面上，以分别作为第一气体扩散层和第二气体扩散层。这样，如上的，通过上述的气体扩散组件，该膜电极组件的自身结构强度得到提升，流体例如燃料气体能够有效地均匀分布。

此外，本实用新型提供一种燃料电池单元，该燃料电池单元包括阳极板7、阴极板8和以上所述的膜电极组件10，其中，阳极板7和阴极板8分别位于电解质膜6的两侧。这样，如上所述的，通过该膜电极组件10，该燃料电池单元的自身结构强度得到提升，性能得到提升。

当然，该燃料电池单元具有多种结构形式，例如，一种结构形式中，阳极板7可以布置在阳极催化层11和第一气体扩散层之间，而阴极板8则可以布置在阴极催化层12和第二气体扩散层之间。或者，另一种结构形式中，参考图4，第一气体扩散层背向阳极催化层11的一侧设置有阳极板7，第二气体扩散层背向阴极催化层12的一侧设置有阴极板8。这样，第一气体扩散层和阳极板7之间将存在多个间隔布置的流道3，同样，第二气体扩散层和阴极板8之间将存在多个间隔布置的流道3。

此外，燃料电池单元包括分别设置在第一气体扩散层和第二气体扩散层各自的外侧面上的隔离件，一侧的隔离件包括阳极板7，另一侧的隔离件包括阴极板8，这样，通过两侧的隔离件，可以保持该燃料电池单元的整体性，也就是，该燃料电池单元可以作为一个整体的燃料电池模块。

此外，本实用新型提供一种燃料电池堆，该燃料电池堆包括多个以上所述的燃料电池单元，多个燃料电池单元电路串联连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体扩散组件，其特征在于，所述气体扩散组件用于燃料电池，所述气体扩散组件包括气体扩散层(1)和支撑架(2)，其中，所述气体扩散层(1)形成有多个间隔布置的流道(3)，所述支撑架(2)设置在所述流道(3)内并支撑在所述流道(3)的通道壁上。

2.根据权利要求1所述的气体扩散组件，其特征在于，所述支撑架(2)沿着所述流道(3)的延伸方向延伸，并且所述支撑架(2)上形成有多个气孔(13)。

3.根据权利要求2所述的气体扩散组件，其特征在于，所述支撑架(2)支撑在所述流道(3)的全部的通道壁上。

4.根据权利要求2所述的气体扩散组件，其特征在于，所述支撑架(2)和所述流道(3)的通道壁形状适配地支撑。

5.根据权利要求1所述的气体扩散组件，其特征在于，所述气体扩散层(1)的表面上形成有凹槽以作为所述流道(3)，每个所述凹槽内形状适配地嵌设有所述支撑架(2)。

6.根据权利要求5所述的气体扩散组件，其特征在于，多个所述支撑架(2)通过连接板(4)依次连接为整体，所述连接板(4)设置在所述凹槽的槽口边沿(5)上。

7.一种膜电极组件，其特征在于，包括电解质膜(6)、阳极催化层(11)、阴极催化层(12)和权利要求1-6中任意一项所述的气体扩散组件(9)，其中，

所述阳极催化层(11)和所述阴极催化层(12)分别设置在所述电解质膜(6)的两侧膜面上；

所述气体扩散组件(9)分别设置在所述阳极催化层(11)和所述阴极催化层(12)的背向所述电解质膜(6)的外侧表面上，以分别作为第一气体扩散层和第二气体扩散层。

8.一种燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元包括阳极板(7)、阴极板(8)和权利要求7所述的膜电极组件(10)，其中，所述阳极板(7)和所述阴极板(8)分别位于所述电解质膜(6)的两侧。

9.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元包括分别设置在第一气体扩散层和第二气体扩散层各自的外侧面上的隔离件，一侧的隔离件包括所述阳极板(7)，另一侧的隔离件包括所述阴极板(8)。

10.一种燃料电池堆，其特征在于，所述燃料电池堆包括多个权利要求8或9所述的燃料电池单元，多个所述燃料电池单元电路串联连接。

Images