CN213459795U - 燃料单电池和燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种燃料单电池和燃料电池堆，燃料单电池包括阳极板、阴极板、膜电极组件、第一密封圈和第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈。阳极板包括阳极反应区、第一突出部和第二突出部。阴极板包括阴极反应区、第三突出部和第四突出部。第三突出部的一部分向邻近膜电极组件的方向突出以便形成第一凸部和第一凹槽，第四突出部的一部分向邻近膜电极组件的方向突出以便形成第二凸部和第二凹槽。第一密封圈套设在第一凸部上，第二密封圈套设在第二凸部上，第三密封圈配合在第一凹槽中，第四密封圈配合在第二凹槽中。本实用新型实施例提供的燃料单电池具有密封可靠性好、结构稳定精简、体积小、重量轻、发电效率高等优点。

Description

燃料单电池和燃料电池堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池制造技术领域，尤其是涉及一种燃料单电池和具有该燃料单电池的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池尤其氢燃料电池主要用于新能源汽车系列的燃料电池动力汽车、新能源燃料电池动力机车、飞行器、家庭用分散电源等领域。燃料电池通常是由多个燃料单电池层叠而成的层叠体构成。燃料单电池一般包括发电体和隔板，发电体包含电解质膜和配置在电解质膜两面上的电极催化层。在燃料电池组中，层叠体的两端依次层叠集电板、绝缘板、端板，并使用连结装置将分别处于层叠体两侧的一对端板连结，使其保持层叠状态。

燃料单电池需具有燃料气体流路、氧化气体流路及冷却剂流路。其中燃料气体流路需具有密封特性。相关技术中的燃料电池存在体积大、重量大的缺点，不利于燃料电池的小型化与轻型化。此外，相关技术中多采用激光焊接的方式对极板间进行密封，但是要实现高质量密封的焊接需要留出焊接夹具位置，对于对体积分毫必争的燃料单电池来说，这是一个不小的体积浪费。另外，由于激光焊接中会产生大量的热，高温容易造成板材的变形，增大了装堆的难度，不利于燃料电池堆的结构一致性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种燃料单电池，该燃料单电池密封可靠性好、结构稳定精简、体积小、重量轻、发电效率高。根据本实用新型的实施例还提出了一种燃料电池堆，该燃料电池堆密封可靠性好、体积小、重量轻。

根据本实用新型一方面实施例的具有燃料单电池包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区、第一突出部和第二突出部，所述阳极反应区在所述阳极板的长度方向上位于所述第一突出部和第二突出部之间，所述第一突出部设有第一燃料气进口，所述第二突出部设有第一燃料气出口；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区、第三突出部和第四突出部，所述阴极反应区在所述阳极板的长度方向上位于所述第三突出部和第四突出部之间；膜电极组件，所述膜电极组件夹设在所述阳极板和所述阴极板之间，所述第三突出部的一部分向邻近所述膜电极组件的方向突出以便形成第一凸部和第一凹槽，所述第四突出部的一部分向邻近所述膜电极组件的方向突出以便形成第二凸部和第二凹槽，所述第一凸部上设有第二燃料气进口，所述第二凸部上设有第二燃料气出口，所述膜电极组件上设有第三燃料气进口和第三燃料气出口，所述第三燃料气进口在所述阳极板的厚度方向上与所述第一燃料气进口和所述第二燃料气进口中的每一者相对且连通，所述第三燃料气出口在所述阳极板的厚度方向上与所述第一燃料气出口和所述第二燃料气出口中的每一者相对且连通；第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈套设在所述第一凸部上，所述第二密封圈套设在所述第二凸部上，所述第一密封圈和所述第二密封圈中的每一者位于所述阴极板和所述膜电极组件之间，所述第一密封圈环绕所述第三燃料气进口，所述第二密封圈环绕所述第三燃料气出口；第三密封圈和第四密封圈，所述第三密封圈配合在所述第一凹槽中，所述第四密封圈配合在所述第二凹槽中，所述第一密封圈和所述第三密封圈中的每一者环绕所述第二燃料气进口，所述第二密封圈和所述第四密封圈中的每一者环绕所述第二燃料气出口。

根据本实用新型的实施例提供的燃料单电池的阳极板和阴极板上设置有开设有燃料气进/出口的突出部，膜电极组件上设置有相对应的燃料气进/出口，阴极板的突出部处配合有密封圈以实现燃料气进气通路和出气通路的密封。与相关技术中将燃料气进出口设置在阳极板边缘处的技术方案相比，本实用新型的实施例中突出部占据的空间体积较小，精炼了燃料单电池的结构，使得燃料单电池的体积与重量得以减小。

阳极板、阴极板和膜电极组件之间采用密封圈进行燃料气通路的密封，与相关技术中采用激光焊接的方式密封的技术方案相比，本申请提供的燃料单电池在密封过程中阳极板和阴极板的变形概率大大降低，密封可靠性好。此外，相关技术中采用激光焊接进行密封时需要预留夹具的位置，相比之下本申请提供的燃料单电池的阳极板和阴极板的浪费面积大大降低，使得燃料单电池的体积与重量进一步减小。

阴极板的突出部上的第一凸部(第二凸部)的设计能够同时形成两个用于安装密封圈的结构，结构简易可靠，且该设计的加工工艺简单，不会出现冗余面积，减少了加工工艺步骤。

并且，在燃料单电池体积(重量)一定的情况下，本实用新型的燃料单电池与相关技术中的燃料单电池相比，活性面积(反应面积)的占比更大，从而使得本实用新型的燃料单电池的发电效率更高。这里需要说明的是，活性面积是阳极反应区/阴极反应区的参与阳极反应/阴极反应的面积为活性面积(反应面积)。

此外，在对多个燃料单电池进行堆叠组装时，燃料气进口和燃料气出口还可以作为定位孔使用。具体地，将定位杆插入燃料气进口和/或燃料气出口中，组装完毕后将定位杆移除，能够实现对多个燃料单电池的组装定位。这样的组装方式便于燃料单电池堆叠时的定位，降低了装配难度，提高了装配精度。与相关技术中需要在燃料单电池上设置切口或单独的定位孔的技术方案相比，简化了燃料单电池的结构，进一步减小了燃料单电池的体积，便于实现燃料单电池的小型化和轻型化。

由此，本实用新型实施例的燃料单电池具有密封可靠性好、结构稳定精简、体积小、重量轻、发电效率高等优点。

另外，根据本实用新型的燃料单电池还具有如下附加技术特征：

在一些实施例中，燃料单电池还包括阳极密封圈，所述阳极密封圈位于所述阳极板和所述膜电极组件之间，所述阳极板的朝向所述膜电极组件的侧面设有阳极密封凹槽和燃料气流道，所述阳极密封凹槽围绕所述燃料气流道、所述第一燃料气进口和所述第一燃料气出口，所述阳极密封圈配合在所述阳极密封凹槽内，至少部分所述燃料气流道沿所述阳极板的长度方向延伸。

在一些实施例中，所述第三突出部的邻近所述膜电极组件的侧面设有第一环形支撑部，所述第一环形支撑部与所述第一凸部之间限定出第一环形凹槽，所述第一密封圈配合在所述第一环形凹槽中，所述第四突出部的邻近所述膜电极组件的侧面设有第二环形支撑部，所述第二环形支撑部与所述第二凸部之间限定出第二环形凹槽，所述第二密封圈配合在所述第二环形凹槽中。

在一些实施例中，所述阴极反应区的朝向所述膜电极组件的侧面设有氧化剂流道，所述阴极反应区的远离所述膜电极组件的侧面设有冷却剂流道，至少部分所述氧化剂流道沿所述阳极板的宽度方向延伸，至少部分所述冷却剂流道沿所述阳极板的宽度方向延伸。

在一些实施例中，所述阴极反应区的截面为波浪状，所述阴极反应区的朝向所述膜电极组件的侧面设有第一流道脊，所述氧化剂流道形成在相邻所述第一流道脊之间，所述阴极反应区的远离所述膜电极组件的侧面设有第二流道脊，所述冷却剂流道形成在相邻所述第二流道脊之间，所述第一流道脊在所述阳极板的厚度方向上与所述冷却剂流道相对，所述第二流道脊在所述阳极板的厚度方向上与所述氧化剂流道相对。

在一些实施例中，所述膜电极组件包括第五突出部和第六突出部，其中所述第五突出部夹设在所述第一突出部和所述第三突出部之间，所述第六突出部夹设在所述第二突出部和所述第四突出部之间，所述第三燃料气进口设在所述第五突出部上，所述第三燃料气出口设在所述第六突出部上，所述膜电极组件包括在所述阳极板的厚度方向上彼此叠置的阳极气路扩散层、膜电极和阴极气路扩散层，所述阳极气路扩散层与所述阳极反应区相对，所述阴极气路扩散层与所述阴极反应区相对。

在一些实施例中，所述第一突出部和所述第二突出部对角设置，所述第三突出部与所述第四突出部对角设置。

本实用新型的另一方面的实施例的燃料电池堆包括：多个上述任一实施例所述的燃料单电池，多个所述燃料单电池沿所述阳极板的厚度方向彼此叠置，相邻所述燃料单电池中，一个燃料单电池的阴极板与另一个燃料单电池的阳极板相邻设置；第一集流板和第二集流板，多个所述燃料单电池在所述阳极板的厚度方向上连接在所述第一集流板和所述第二集流板之间，所述第一集流板和所述第二集流板中的每一者包括在所述阳极板的厚度方向上相对布置的导电部和绝缘部，所述第一集流板的导电部和所述第二集流板的导电部均朝向所述燃料单电池。

在一些实施例中，相邻所述燃料单电池中，一个燃料单电池的第三密封圈位于该燃料单电池的阴极板和另一个燃料单电池的阳极板之间，一个燃料单电池的第四密封圈位于该燃料单电池的阴极板和另一个燃料单电池的阳极板之间。

在一些实施例中，燃料电池堆还包括附加阴极板，所述附加阴极板设在多个所述燃料单电池在所述阳极板厚度方向上的一端，且所述附加阴极板与多个所述燃料单电池中的阳极板相邻设置。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的燃料单电池的爆炸示意图。

图2是根据本实用新型的一个实施例的燃料单电池局部截面图。

图3是根据本实用新型的另一个实施例的燃料单电池局部截面图。

图4是根据本实用新型的实施例的阳极板的示意图。

图5是根据本实用新型的实施例的燃料电池堆的示意图。

附图标记：

燃料单电池100；

阳极板110；阳极反应区111；第一突出部112；第二突出部113；第一燃料气进口114；第一燃料气出口115；阳极密封凹槽116；阴极板120；阴极反应区121；第三突出部122；第一凸部1221；第一凹槽1222；第一环形支撑部1223；第一环形凹槽1224；第四突出部 123；第二燃料气进口124；第二燃料气出口125；氧化剂流道126；冷却剂流道127；第一流道脊128；第二流道脊129；膜电极组件130；第三燃料气进口131；第三燃料气出口132；第五突出部133；第六突出部134；第一密封圈140；第二密封圈150；第三密封圈160；第四密封圈170；阳极密封圈180；

燃料电池堆200；第一集流板210；第二集流板220；连接件230；第一端板231；第二端板232；紧固螺栓233。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1至图5描述根据本实用新型实施例的燃料单电池和燃料电池堆。

根据本实用新型的一方面的实施例的燃料单电池100包括阳极板110、阴极板120、膜电极组件130、第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170。

阳极板110包括阳极反应区111、第一突出部112和第二突出部113，阳极反应区111在阳极板110的长度方向上位于第一突出部112和第二突出部113之间。也就是说，在阳极板110的长度方向(例如图1中的上下方向)上，第一突出部112、阳极反应区111和第二突出部113依次布置。阳极反应区111为阳极板110中可参与阳极反应的一部分。

第一突出部112设有第一燃料气进口114，第二突出部113设有第一燃料气出口115。第一燃料气进口114沿阳极板110的厚度方向(例如图1中的左右方向)贯通第一突出部112，第一燃料气出口115沿阳极板110的厚度方向贯通第二突出部113。可以理解的是，第一燃料气进口114和第一燃料气出口115间隔布置。

阴极板120包括阴极反应区121、第三突出部122和第四突出部123，阴极反应区121在阳极板110的长度方向上位于第三突出部122和第四突出部123之间。也就是说，在阳极板110的长度方向上，第三突出部122、阴极反应区121和第四突出部123依次布置。阴极反应区121为阴极板120中可参与阴极反应的一部分。

膜电极组件130夹设在阳极板110和阴极板120之间。也就是说，阳极板110、膜电极组件130和阴极板120在沿阳极板110厚度方向上彼此叠置。可以理解的是，阳极板110 的厚度方向、膜电极组件130的厚度方向和阴极板120的厚度方向相同。阳极板110的长度方向、膜电极组件130的长度方向和阴极板120的长度方向相同。

第三突出部122的一部分向邻近膜电极组件130的方向突出以便形成第一凸部1221和第一凹槽1222。也就是说，第三突出部122的该一部分沿阳极板110的厚度方向朝向膜电极组件130突出，因此，第三突出部122的该一部分的朝向阳极板110的一侧形成了第一凸部1221，第三突出部122的该一部分的远离阳极板110的一侧形成了第一凹槽1222。第一凸部1221与第一凹槽1222在阳极板110的厚度方向上相对。

第四突出部123的一部分向邻近膜电极组件130的方向突出以便形成第二凸部和第二凹槽，第二凸部和第二凹槽在阳极板110的厚度方向上相对。也就是说，第四突出部123的该一部分沿阳极板110的厚度方向朝向膜电极组件130突出，因此，第四突出部123的该一部分的朝向阳极板110的一侧形成了第二凸部，第四突出部123的该一部分的远离阳极板110的一侧形成了第二凹槽。第二凸部与第二凹槽在阳极板110的厚度方向上相对。

第一凸部1221上设有第二燃料气进口124，第二凸部上设有第二燃料气出口125。

膜电极组件130上设有第三燃料气进口131和第三燃料气出口132。第三燃料气进口 131在阳极板110的厚度方向上与第一燃料气进口114和第二燃料气进口124中的每一者相对且连通。第三燃料气出口132在阳极板110的厚度方向上与第一燃料气出口115和第二燃料气出口125中的每一者相对且连通。

第一密封圈140套设在第一凸部1221上。第二密封圈150套设在第二凸部上。也就是说，第一密封圈140环绕第二燃料气进口124，第二密封圈150环绕第二燃料气出口125。第一密封圈140和第二密封圈150中的每一者位于阴极板120和膜电极组件130之间。第一密封圈140环绕第三燃料气进口131，第二密封圈150环绕第三燃料气出口132。由此第一密封圈140和第二密封圈150用于对燃料气的气路进行密封，防止燃料气进入阴极板120 和膜电极组件130之间。

第三密封圈160配合在第一凹槽1222中。第四密封圈170配合在第二凹槽中。第一密封圈140和第三密封圈160中的每一者环绕第二燃料气进口124，第二密封圈150和第四密封圈170中的每一者环绕第二燃料气出口125。

燃料气能够通过第一燃料气进口114，或者通过第二燃料气进口124和第三燃料气进口 131进入阳极反应区111与膜电极组件130之间的气路，以供应阳极反应所需燃料。燃料气能够通过第一燃料气出口115，或者通过第二燃料气出口125和第三燃料气出口132流出燃料单电池100。

第三密封圈160的中部通孔、第二燃料气进口124、第一密封圈140的中部通孔和第三燃料气进口131构成能够允许燃料气通过的密封的进气通路。该进气通路与阳极反应区111 与膜电极组件130之间的气路相连通。第三燃料气出口132、第二密封圈150的中部通孔、第二燃料气出口125和第四密封圈170的中部通孔构成能够允许燃料气通过的密封的出气通路。该出气通路与阳极反应区111与膜电极组件130之间的气路相连通。

氧化剂气体能够通过阴极板120上的氧化剂气体进气口进入阴极反应区121与膜电极组件130之间的气路参与阴极反应。燃料气和氧化剂气体通过膜电极组件130发生电化学反应，将化学能转化为电能。

例如，本实用新型实施例的燃料单电池100可以为氢燃料单电池，氢燃料单电池的燃料气为氢气，氧化剂气体为氧气。当然，通常阴极供应的氧化剂气体为空气。空气不仅提供阴极反应所需氧气，同时可以作为冷却剂为燃料单电池100提供散热所需的冷却空气。

根据本实用新型的实施例提供的燃料单电池的阳极板和阴极板上设置有开设有燃料气进/出口的突出部，膜电极组件上设置有相对应的燃料气进/出口，阴极板的突出部处配合有密封圈以实现燃料气进气通路和出气通路的密封。与相关技术中将燃料气进出口设置在阳极板边缘处的技术方案相比，本实用新型的实施例中突出部占据的空间体积较小，精炼了燃料单电池的结构，使得燃料单电池的体积与重量得以减小。

阳极板、阴极板和膜电极组件之间采用密封圈进行燃料气通路的密封，与相关技术中采用激光焊接的方式密封的技术方案相比，本申请提供的燃料单电池在密封过程中阳极板和阴极板的变形概率大大降低，密封可靠性好。此外，相关技术中采用激光焊接进行密封时需要预留夹具的位置，相比之下本申请提供的燃料单电池的阳极板和阴极板的浪费面积大大降低，使得燃料单电池的体积与重量进一步减小。

阴极板的突出部上的第一凸部(第二凸部)的设计能够同时形成两个用于安装密封圈的结构，结构简易可靠，且该设计的加工工艺简单，不会出现冗余面积，减少了加工工艺步骤。

并且，在燃料单电池体积(重量)一定的情况下，本实用新型的燃料单电池与相关技术中的燃料单电池相比，活性面积(反应面积)的占比更大，从而使得本实用新型的燃料单电池的发电效率更高。这里需要说明的是，活性面积是阳极反应区/阴极反应区的参与阳极反应/阴极反应的面积为活性面积(反应面积)。

此外，在对多个燃料单电池进行堆叠组装时，燃料气进口和燃料气出口还可以作为定位孔使用。具体地，将定位杆插入燃料气进口和/或燃料气出口中，组装完毕后将定位杆移除，能够实现对多个燃料单电池的组装定位。这样的组装方式便于燃料单电池堆叠时的定位，降低了装配难度，提高了装配精度。与相关技术中需要在燃料单电池上设置切口或单独的定位孔的技术方案相比，简化了燃料单电池的结构，进一步减小了燃料单电池的体积，便于实现燃料单电池的小型化和轻型化。

由此，本实用新型实施例的燃料单电池具有密封可靠性好、结构稳定精简、体积小、重量轻、发电效率高等优点。

为了使本申请的技术方案更加容易被理解，下面以阳极板110、阴极板120和膜电极组件130的厚度方向均沿左右方向(阳极板110、阴极板120和膜电极组件130的厚度方向均与左右方向一致)，阳极板110、阴极板120和膜电极组件130的长度方向均沿上下方向(阳极板110、阴极板120和膜电极组件130的长度方向均与上下方向一致)为例，进一步描述本申请的技术方案。上下方向和左右方向如图1的箭头所示。阳极板110、阴极板 120和膜电极组件130均具有沿其长度方向延伸的长边和沿其宽度方向延伸的宽边，该长度方向与该宽度方向相互垂直。该长度方向、该宽度方向与该厚度方向彼此垂直。

在一些实施例中，如图1所示，第一密封圈140在阳极板110的厚度方向上具有第一端和第二端。第一密封圈140的第一端与第三突出部122相抵，第一密封圈140的第二端与膜电极组件130相抵。第二密封圈150在阳极板110的厚度方向上具有第一端和第二端。第二密封圈150的第一端与第四突出部123相抵，第二密封圈150的第二端与膜电极组件130相抵。

在一些实施例中，如图1所示，第三密封圈160在阳极板110的厚度方向上具有第一端和第二端。第三密封圈160的第一端与第一凹槽1222的底部相抵。第四密封圈170在阳极板110的厚度方向上具有第一端和第二端。第四密封圈170的第一端第二凹槽的的底部相抵。

在一些实施例中，采用在第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170中的每一者的第一端和第二端粘结双面胶，提高第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170的位置稳定性。

在一些实施例中，如图2所示，第一密封圈140的内壁面与第一凸部1221的周面相抵，即第一密封圈140的中部通孔的尺寸与第一凸部1221的尺寸相适配。第二密封圈150同理。方便第一密封圈140和第二密封圈150的定位，提高其位置稳定性。

进一步地，如图2所示，第三密封圈160的外壁面与第一凹槽1222的周壁面相抵，即第三密封圈160的尺寸与第一凹槽1222的尺寸相适配。第四密封圈170同理。方便第三密封圈160和第四密封圈170的定位，提高其位置稳定性。以上设计还使得本实用新型提供的燃料单电池100的结构更加合理。

可选地，第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170可以由硅橡胶或氟橡胶制成。

作为示例，如图1所示，第一燃料气进口114、第一燃料气出口115、第二燃料气进口124、第二燃料气出口125、第三燃料气进口131以及第三燃料气出口132中的每一者的横截面为矩形。第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170中的每一者的中部通孔的横截面为矩形。

可以理解的是，在其他实施例中，第一燃料气进口114、第一燃料气出口115、第二燃料气进口124、第二燃料气出口125、第三燃料气进口131以及第三燃料气出口132可以为其他合适形状(例如圆形)，第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160和第四密封圈170的中部通孔的横截面可以为相配合的形状(例如圆形)。

在一些实施例中，如图1所示，本实用新型实施例的燃料单电池100还包括阳极密封圈180，阳极密封圈180位于阳极板110和膜电极组件130之间。如图4所示，阳极板110 的朝向膜电极组件130的侧面设有阳极密封凹槽116和燃料气流道，阳极密封凹槽116围绕燃料气流道、第一燃料气进口114和第一燃料气出口115。阳极密封圈116配合在阳极密封凹槽116内。阳极密封凹槽116防止阳极板110和膜电极组件130之间流通的燃料气泄露到燃料单电池100外。阳极密封凹槽116的设置有利于阳极密封圈180的定位，防止阳极密封圈180发生窜动和变形。

在一些实施例中，阳极板110上不设置阳极密封凹槽116，通过粘结部(例如双面胶) 将阳极密封圈140粘接于阳极板110上。

可选地，阳极密封圈140可以采用硅橡胶或氟橡胶制成。

在一些实施例中，至少部分燃料气流道沿阳极板110的长度方向延伸。燃料气流道设在阳极反应区111的朝向膜电极组件130的一侧。燃料气流道能够与第一燃料气进口114和第一燃料气出口115中的每一者连通。燃料气流道还可以与第三燃料气进口131和第三燃料气出口132中的每一者连通。燃料气能够沿着燃料气流道流通并发生阳极反应。

作为示例，阳极反应区111上设有多个间隔设置的流道脊。流道脊沿阳极板110的长度方向延伸。燃料气流道形成在相邻两个流道脊之间。阳极反应区111内从而形成有多个沿阳极板110的长度方向延伸的燃料气流道。

在一些实施例中，如图2所示，阴极反应区121的朝向膜电极组件130的侧面设有氧化剂流道126。阴极反应区121的远离膜电极组件130的侧面设有冷却剂流道127。至少部分氧化剂流道126沿阳极板110的宽度方向延伸，至少部分冷却剂流道127沿阳极板110 的宽度方向延伸。氧化剂流道126用于氧化剂气体(例如空气)的流通。冷却剂流道127 用于冷却剂气体(例如空气)的流通。

将至少部分氧化剂流道126设置为沿阳极板110的宽度方向延伸，可以使得燃料气和氧化剂气体在工作时基本可以保持相互垂直流动，反应中生成的水和热量的分布更均匀，从而有助于提高燃料电池的性能和使用寿命。

在一些实施例中，如图2所示，阴极反应区121的截面为波浪状，即阴极反应区121为波浪型板。具体地，阴极反应区121的朝向膜电极组件130的侧面形成有多个第一流道脊128。第一流道脊128沿阳极板110的宽度方向延伸。氧化剂流道126形成在相邻第一流道脊128之间。阴极反应区121的远离膜电极组件130的侧面形成有多个第二流道脊129。第二流道脊129沿阳极板110的宽度方向延伸。冷却剂流道127形成在相邻第二流道脊129 之间。第一流道脊128在阳极板110的厚度方向上与冷却剂流道127相对，第二流道脊129 在阳极板110的厚度方向上与氧化剂流道126相对。

或者说，阴极反应区121向邻近膜电极组件130的方向突出以便形成多个第一流道脊 128和多个第二流道脊129，即以便形成多个冷却剂流道127和多个氧化剂流道126。

在一些实施例中，阳极板110和阴极板120中的每一者为金属薄板材料采用冲压和/或辊压的方式成型。

在一些实施例中，如图3所示，第三突出部122的邻近膜电极组件130的侧面设有第一环形支撑部1223。第一环形支撑部1223与第一凸部1221之间限定出第一环形凹槽1224。第一密封圈140配合在第一环形凹槽1224中。

也就是说，第三突出部122具有在阳极板110的厚度方向上相对的第一表面和第二表面，该第一表面与膜电极组件130相对，即该第一表面在该厚度方向上位于该第二表面与膜电极组件130之间。第一环形支撑部1223设在该第一表面上。第一环形支撑部1223和第一环形凹槽1224用于对第一密封圈140进行定位和支撑。

作为示例，第一密封圈140的第一端与第一环形凹槽1124的底部相抵。

作为示例，第一密封圈140与第一环形凹槽1124的壁面相抵接，更好地起到支撑定位作用。

第四突出部123的邻近膜电极组件130的侧面设有第二环形支撑部，该第二环形支撑部与第二凸部之间限定出第二环形凹槽。第二密封圈150配合在该第二环形凹槽中。

作为示例，第二密封圈150的第一端与该第一环形凹槽的底部相抵。

在一些实施例中，如图1所示，膜电极组件130包括第五突出部133和第六突出部134。其中，第五突出部133夹设在第一突出部112和第三突出部122之间，第六突出部134夹设在第二突出部113和第四突出部123之间。即第五突出部133在阳极板110的厚度方向上与第一突出部112和第三突出部122相对应且位于第一突出部112和第三突出部122之间。第六突出部134第五突出部133在阳极板110的厚度方向上与第二突出部113和第四突出部123相对应且位于第二突出部113和第四突出部123之间。

如图1所示，第三燃料气进口131设在第五突出部133上，第三燃料气出口132设在第六突出部134上。

第五突出部133第六突出部134的设置减小了膜电极组件130的体积，进一步减小了燃料单电池100的重量和体积，并使得燃料单电池100的结构更加合理。

在一些实施例中，膜电极组件130包括在阳极板110的厚度方向上彼此叠置的阳极气路扩散层、膜电极和阴极气路扩散层。也就是说，膜电极位于阳极气路扩散层与阴极气路扩散层之间。阳极气路扩散层与阳极反应区111相对，阴极气路扩散层与阴极反应区121 相对。即阳极气路扩散层位于膜电极的靠近阳极板110的一侧，阴极气路扩散层位于膜电极的靠近阴极板120的一侧。

作为示例，如图1所示，第一突出部112和第二突出部113对角设置。如此设置使得燃料气能够更好地在阳极反应区111与阳极气路扩散层之间流通，有利于阳极反应的进行。

第三突出部122与第四突出部123对角设置以便与第一突出部112和第二突出部113 相适配。

如图5所示，本实用新型的另一方面实施例的燃料电池堆200包括多个上述实施例中的燃料单电池100。多个燃料单电池100沿阳极板110的厚度方向彼此叠置。相邻燃料单电池100中，一个燃料单电池100的阴极板120与另一个燃料单电池100的阳极板110相邻设置。也就是说，一个燃料单电池100的阴极板120与与其相邻的另一个燃料单电池100 的阳极板110相邻。或者说，一个燃料单电池100的阳极板110和与其相邻的另一个燃料单电池100的阴极板120相邻。由此，多个燃料单电池100按照上述顺序彼此叠置。

燃料电池堆200还包括第一集流板210和第二集流板220，多个燃料单电池100在阳极板110的厚度方向上连接在第一集流板210和第二集流板220之间。即多个燃料单电池100在阳极板110的厚度方向上夹设在第一集流板210和第二集流板220之间。

第一集流板210和第二集流板220中的每一者包括在阳极板110的厚度方向上相对布置的导电部和绝缘部，第一集流板210的导电部和第二集流板220的导电部均朝向燃料单电池100。换言之，第一集流板210的导电部和第二集流板220的导电部在阳极板110的厚度方向上相对设置，使得位于第一集流板210和第二集流板220之间的多个燃料单电池 100能够与第一集流板210的导电部和第二集流板220的导电部接触并导电。第一集流板 210和和第二集流板220用于电流的收集。

根据本实用新型的该实施例的燃料电池堆包括上述实施例中的燃料单电池。由于燃料电池堆对体积和重量具有较高的要求，因此燃料单电池的体积和重量减小有利于燃料电池堆向小型化与轻型化的方向发展。并且，在对多个燃料单电池进行组装时，由于燃料单电池上的燃料气进口和燃料气出口可以作为定位孔使用，因此能够降低了燃料电池堆的装配难度，提高燃料电池堆的装配精度。并且，由于密封圈具有弹性，密封圈可以对突出部进行支撑，装配时施加压装力之后，密封圈可以对燃料单电池间应力进行自动调节，避免燃料单电池的变形，有利于燃料电池堆结构的一致性。

由此，本实用新型的实施例的燃料电池堆具有体积小、重量轻、装配简便、结构一致等优点。

作为示例，第一集流板210和第二集流板220中的每一者具有在阳极板110厚度方向上相对的第一侧面和第二侧面。第一侧面作为导电部的侧面成为导电侧面，第二侧面作为绝缘部的侧面成为绝缘侧面。第一集流板210的第一侧面(导电侧面)与第二集流板220的第一侧面(导电侧面)均朝向燃料单电池100。

在一些实施例中，第一集流板210和第二集流板220中的每一者为绝缘板。第一集流板210的第一侧面上镀金形成导电侧面，第二集流板220的第一侧面上镀金形成导电侧面。第一集流板210的第二侧面和第二集流板220的第二侧面由于绝缘板本身的绝缘特性则成为绝缘侧面。需要说明的是，绝缘板为绝缘材料制成的具有绝缘特性的板状结构，此处不对绝缘材料进行限定，本领域的技术人员可根据实际需要选择合适的绝缘材料。

本实施例中集流板为具有导电侧面和绝缘侧面的一体成型板。与相关技术中一般采用导电的集流板与绝缘板组合使用的技术方案相比，本申请将集流板与绝缘板集成化为一体成型板，减少了装配零件的数量，降低了燃料电池堆200的总体重量。

在另一些实施例中，第一集流板210和第二集流板220中的每一者为导电板。第一集流板210的第二侧面以及第二集流板220的第二侧面可以镀上一层绝缘层或粘附上绝缘膜以形成绝缘侧面。第一集流板210的第一侧面和第二集流板220的第一侧面由于导电板本身的导电特性则成为导电侧面。需要说明的是，导电板为导电材料制成的具有导电特性的板状结构，此处不对导电材料进行限定，本领域的技术人员可根据实际需要选择合适的导电材料。可选地，导电板为金属板。

在一些实施例中，相邻燃料单电池100中，一个燃料单电池100的第三密封圈160位于该燃料单电池100的阴极板120和另一个燃料单电池100的阳极板110之间。该燃料单电池100的第四密封圈170位于该燃料单电池100的阴极板120和另一个燃料单电池100 的阳极板110之间。

换言之，该燃料单电池100的第三密封圈160的第二端与与其相邻的燃料单电池100 的阳极板110的第一突出部112相抵。该燃料单电池100的第四密封圈170的第二端与与其相邻的燃料单电池100的阳极板110的第二突出部113相抵。因此，燃料气不会向相邻的阳极板110及阴极板120之间流动。

在一些实施例中，本实用新型实施例的燃料电池堆200还包括附加阴极板(图中未示出)，该附加阴极板设在多个燃料单电池100在阳极板110厚度方向上的一端，且附加阴极板与多个燃料单电池100中的阳极板110相邻设置。也就是说，多个彼此叠置的燃料单电池100具有在阳极板110厚度方向上相对的第一端和第二端，第一端为阳极板110，另一端为阴极板120。在该第一端处，即阳极板110处设置一个附加阴极板，可选地，该附加阴极板为上述实施例中的阴极板120。该附加阴极板可以作为一个假电池，提高位于第一端处的阳极板110的散热效果。

可选地，本实用新型实施例的燃料电池堆200可以为氢燃料电池，

在一些实施例中，如图5所示，本实用新型实施例的燃料电池堆200还包括连接件230，连接件230包括第一端板231、第二端板232以及若干紧固螺栓233。第一集流板210、第二集流板220以及多个燃料单电池100在阳极板110的厚度方向上位于第一端板231和第二端板232之间。若干紧固螺栓233连接第一端板231和第二端板232。连接件230用于将第一集流板210、第二集流板220以及多个燃料单电池100进行压装。

在对本实用新型实施例的燃料电池堆200进行组装时，可以先将阳极板110与阴极板 120通过焊接(或粘接)的方式做成整体双极隔板形式。再将所述双极隔板与其他部件按照顺序进行重复叠加装配在一起。也可以将阳极板110与阴极板120分别作为单独的部件进行组装。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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实用新型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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型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)

1.一种燃料单电池，其特征在于，包括：

阳极板，所述阳极板包括阳极反应区、第一突出部和第二突出部，所述阳极反应区在所述阳极板的长度方向上位于所述第一突出部和第二突出部之间，所述第一突出部设有第一燃料气进口，所述第二突出部设有第一燃料气出口；

阴极板，所述阴极板包括阴极反应区、第三突出部和第四突出部，所述阴极反应区在所述阳极板的长度方向上位于所述第三突出部和第四突出部之间；

膜电极组件，所述膜电极组件夹设在所述阳极板和所述阴极板之间，所述第三突出部的一部分向邻近所述膜电极组件的方向突出以便形成第一凸部和第一凹槽，所述第四突出部的一部分向邻近所述膜电极组件的方向突出以便形成第二凸部和第二凹槽，所述第一凸部上设有第二燃料气进口，所述第二凸部上设有第二燃料气出口，

所述膜电极组件上设有第三燃料气进口和第三燃料气出口，所述第三燃料气进口在所述阳极板的厚度方向上与所述第一燃料气进口和所述第二燃料气进口中的每一者相对且连通，所述第三燃料气出口在所述阳极板的厚度方向上与所述第一燃料气出口和所述第二燃料气出口中的每一者相对且连通；

第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈套设在所述第一凸部上，所述第二密封圈套设在所述第二凸部上，所述第一密封圈和所述第二密封圈中的每一者位于所述阴极板和所述膜电极组件之间，所述第一密封圈环绕所述第三燃料气进口，所述第二密封圈环绕所述第三燃料气出口；

第三密封圈和第四密封圈，所述第三密封圈配合在所述第一凹槽中，所述第四密封圈配合在所述第二凹槽中，所述第一密封圈和所述第三密封圈中的每一者环绕所述第二燃料气进口，所述第二密封圈和所述第四密封圈中的每一者环绕所述第二燃料气出口。

2.根据权利要求1所述的燃料单电池，其特征在于，还包括阳极密封圈，所述阳极密封圈位于所述阳极板和所述膜电极组件之间，所述阳极板的朝向所述膜电极组件的侧面设有阳极密封凹槽和燃料气流道，所述阳极密封凹槽围绕所述燃料气流道、所述第一燃料气进口和所述第一燃料气出口，所述阳极密封圈配合在所述阳极密封凹槽内，至少部分所述燃料气流道沿所述阳极板的长度方向延伸。

3.根据权利要求1所述的燃料单电池，其特征在于，所述第三突出部的邻近所述膜电极组件的侧面设有第一环形支撑部，所述第一环形支撑部与所述第一凸部之间限定出第一环形凹槽，所述第一密封圈配合在所述第一环形凹槽中，所述第四突出部的邻近所述膜电极组件的侧面设有第二环形支撑部，所述第二环形支撑部与所述第二凸部之间限定出第二环形凹槽，所述第二密封圈配合在所述第二环形凹槽中。

4.根据权利要求1所述的燃料单电池，其特征在于，所述阴极反应区的朝向所述膜电极组件的侧面设有氧化剂流道，所述阴极反应区的远离所述膜电极组件的侧面设有冷却剂流道，至少部分所述氧化剂流道沿所述阳极板的宽度方向延伸，至少部分所述冷却剂流道沿所述阳极板的宽度方向延伸。

5.根据权利要求4所述的燃料单电池，其特征在于，所述阴极反应区的截面为波浪状，所述阴极反应区的朝向所述膜电极组件的侧面设有第一流道脊，所述氧化剂流道形成在相邻所述第一流道脊之间，所述阴极反应区的远离所述膜电极组件的侧面设有第二流道脊，所述冷却剂流道形成在相邻所述第二流道脊之间，所述第一流道脊在所述阳极板的厚度方向上与所述冷却剂流道相对，所述第二流道脊在所述阳极板的厚度方向上与所述氧化剂流道相对。

6.根据权利要求1所述的燃料单电池，其特征在于，所述膜电极组件包括第五突出部和第六突出部，其中所述第五突出部夹设在所述第一突出部和所述第三突出部之间，所述第六突出部夹设在所述第二突出部和所述第四突出部之间，所述第三燃料气进口设在所述第五突出部上，所述第三燃料气出口设在所述第六突出部上，

所述膜电极组件包括在所述阳极板的厚度方向上彼此叠置的阳极气路扩散层、膜电极和阴极气路扩散层，所述阳极气路扩散层与所述阳极反应区相对，所述阴极气路扩散层与所述阴极反应区相对。

7.根据权利要求1所述的燃料单电池，其特征在于，所述第一突出部和所述第二突出部对角设置，所述第三突出部与所述第四突出部对角设置。

8.一种燃料电池堆，其特征在于，包括：

多个如权利要求2-7中任一项所述的燃料单电池，多个所述燃料单电池沿所述阳极板的厚度方向彼此叠置，相邻所述燃料单电池中，一个燃料单电池的阴极板与另一个燃料单电池的阳极板相邻设置；

第一集流板和第二集流板，多个所述燃料单电池在所述阳极板的厚度方向上连接在所述第一集流板和所述第二集流板之间，所述第一集流板和所述第二集流板中的每一者包括在所述阳极板的厚度方向上相对布置的导电部和绝缘部，所述第一集流板的导电部和所述第二集流板的导电部均朝向所述燃料单电池。

9.根据权利要求8所述的燃料电池堆，其特征在于，相邻所述燃料单电池中，一个燃料单电池的第三密封圈位于该燃料单电池的阴极板和另一个燃料单电池的阳极板之间，一个燃料单电池的第四密封圈位于该燃料单电池的阴极板和另一个燃料单电池的阳极板之间。

10.根据权利要求8所述的燃料电池堆，其特征在于，还包括附加阴极板，所述附加阴极板设在多个所述燃料单电池在所述阳极板厚度方向上的一端，且所述附加阴极板与多个所述燃料单电池中的阳极板相邻设置。

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