CN214280017U - 燃料电池极板、燃料单电池和燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种燃料电池极板、燃料单电池和燃料电池堆。所述燃料电池极板包括开设有燃料气进口和燃料气出口的反应区。所述燃料单电池包括阳极板、阴极板和膜电极组件。阳极板包括阳极反应区，阳极反应区上开设第一燃料气进口和第一燃料气出口。阴极板与阳极板相对布置且包括阴极反应区，阴极反应区上开设有第二燃料气进口和第二燃料气出口。膜电极组件夹设在阳极板和阴极板之间，膜电极组件上设有与第一燃料气进口和第二燃料气进口中的每一者相对且连通的第三燃料气进口以及与第一燃料气出口和第二燃料气出口中的每一者相对且连通的第三燃料气出口。本实用新型的燃料单电池结构精简、体积小、重量轻、发电效率高。

Description

燃料电池极板、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电池极板、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。

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电池极板，该燃料电池极板结构精简、体积小、重量轻。根据本实用新型的实施例还提出了一种燃料单电池，该燃料单电池结构精简、体积小、重量轻。根据本实用新型的实施例还提出了一种燃料电池堆，该燃料电池堆体积小、重量轻。

根据本实用新型一方面的实施例的燃料电池极板包括反应区，所述反应区上开设有沿所述燃料电池极板的厚度方向贯通所述燃料电池极板的燃料气进口和燃料气出口，所述燃料气进口和所述燃料气出口间隔布置。

根据本实用新型另一方面的实施例的燃料单电池包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区，所述阳极反应区上开设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阳极板的第一燃料气进口和第一燃料气出口，所述第一燃料气进口和第一燃料气出口间隔布置；阴极板，所述阴极板与所述阳极板相对布置且包括阴极反应区，所述阴极反应区上开设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阴极板的第二燃料气进口和第二燃料气出口，所述第二燃料气进口和第二燃料气出口间隔布置；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，所述膜电极组件上设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述膜电极组件的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。

根据本实用新型的上述实施例的燃料单电池，通过将燃料气进口和燃料气出口均设置在阳极板(阴极板)的阳极反应区(阴极反应区)内以实现燃料气的进出。与相关技术中在独立于阳极反应区(阴极反应区)的单独歧管区(配流区)上开设燃料气进口和燃料气出口的技术方案相比，本实用新型实施例的燃料单电池无需另外开辟歧管区，精简了燃料单电池的结构，使得燃料单电池的体积和重量得以减小。或者，在燃料单电池体积相同的情况下，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结构精简、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，所述阳极板邻近所述阴极板的侧面的外边缘设有阳极密封凹槽，所述阳极密封圈配合在所述阳极密封凹槽内。

在一些实施例中，燃料单电池还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈通过所述第二燃料气进口贯穿所述阴极板，且所述第一密封圈的第一端抵接在所述膜电极组件上，所述第二密封圈通过所述第二燃料气出口贯穿所述阴极板，且所述第二密封圈的第一端抵接在所述膜电极组件上。

在一些实施例中，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板相对，所述阴极气路扩散层与所述阴极板相对，所述第三燃料气进口包括依次连通的第一段、第二段和第三段，所述第三燃料气出口包括依次连通的第四段、第五段和第六段，所述第一段和所述第四段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阳极气路扩散层，所述第二段和所述第五段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述膜电极，所述第三段和所述第六段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阴极气路扩散层。

在一些实施例中，所述第三段的横截面积大于所述第二段的横截面积，所述第六段的横截面积大于所述第五段的横截面积，所述第一密封圈的第一端穿过所述第三段以抵接在所述膜电极朝向所述阴极气路扩散层的侧面，所述第二密封圈的第一端穿过所述第六段以抵接在所述膜电极朝向所述阴极气路扩散层的侧面。

在一些实施例中，所述阳极反应区设有沿所述阳极板的长度方向上依次间隔布置的第一阳极流道区、第二阳极流道区和第三阳极流道区，所述第一燃料气进口在所述阳极板的长度方向上位于所述第一阳极流道区和所述第二阳极流道区之间，所述第一燃料气出口在所述阳极板的长度方向上位于所述第二阳极流道区和所述第三阳极流道区之间，所述第一阳极流道区内设有第一阳极流道，所述第二阳极流道区内设有第二阳极流道，所述第三阳极流道区内设有第三阳极流道，所述第二阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸，所述第一阳极流道区上设有多个间隔布置的凸起，所述第一阳极流道形成在多个所述凸起之间，或者，所述第一阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸，所述第三阳极流道区上设有多个间隔布置的凸部，所述第三阳极流道形成在多个所述凸部之间，或者，所述第三阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸。

在一些实施例中，所述阳极板上还设有均沿所述阳极板的宽度方向延伸的第一配流流道和第二配流流道，所述第一配流流道与所述第一燃料气进口连通，所述第二配流流道与所述第一燃料气出口连通。

本实用新型的再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。

本实用新型的实施例的燃料电池堆具有体积小、重量轻、发电效率高、装配简便等优点。

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一密封圈的第二端和所述第二密封圈的第二端均与另一个燃料单电池的所述阳极板抵接。

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实施例的燃料单电池的截面图。

图3是图2的局部放大示意图。

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膜电极组件的示意图。

图6是图5的局部放大示意图。

图7是图6的截面图。

图8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；第一燃料气进口112；第一燃料气出口113；第一阳极流道区114；第一阳极流道1141；凸起1142；第二阳极流道区115；第二阳极流道1151；流道脊1152；第三阳极流道区116；第三阳极流道1161；凸部1162；第一配流流道117；第二配流流道118；

阴极板120；阴极反应区121；第二燃料气进口122；第二燃料气出口123；

膜电极组件130；第三燃料气进口131；第三燃料气出口132；阳极气路扩散层133；第一段1331；膜电极134；第二段1341；阴极气路扩散层135；第三段1351；

阳极密封圈140；阳极密封凹槽150；第一密封圈160；第二密封圈170；

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8描述根据本实用新型实施例的燃料电池极板、燃料单电池和燃料电池堆。

根据本实用新型一方面的实施例的燃料电池极板包括反应区，所述反应区上开设有沿所述燃料电池极板的厚度方向贯通所述燃料电池极板的燃料气进口和燃料气出口，所述燃料气进口和所述燃料气出口间隔布置。

根据本实用新型的实施例的燃料电池极板将燃料气进口和燃料气出口设在反应区内，使得燃料电池极板的结构精简、体积小、重量轻。

根据本实用新型的另一方面的实施例的燃料单电池100包括阳极板110、阴极板120 和膜电极组件130。

阳极板110包括阳极反应区111，阳极反应区111上设有第一燃料气进口112和第一燃料气出口113，第一燃料气进口112和第一燃料气出口113沿阳极板110的厚度方向(如图1中的左右方向)贯通阳极板110且间隔布置。这里需要说明的是，阳极反应区111为阳极板110中可参与阳极反应的一部分。

阴极板120与阳极板110相对布置且包括阴极反应区121，阴极反应区121上设有第二燃料气进口122和第二燃料气出口123，第二燃料气进口122和第二燃料气出口123沿阳极板110的厚度方向(如图1中的左右方向)贯通阴极板120且间隔布置。其中，阴极板 120与阳极板110相对布置是指阴极板120与阳极板110在阳极板110的厚度方向上排布。这里需要说明的是，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。

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和第三燃料气出口132均沿阳极板110的厚度方向贯通膜电极组件130。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112和第二燃料气进口122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113和第二燃料气出口123中的每一者相对且连通。

燃料气能够通过第一燃料气进口112，或者通过第二燃料气进口122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113，或者通过第二燃料气出口123和第三燃料气出口132流出燃料单电池100。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。

根据本实用新型实施例的燃料单电池，通过将燃料气进口和燃料气出口均设置在阳极板(阴极板)的阳极反应区(阴极反应区)内以实现燃料气的进出。与相关技术中在独立于阳极反应区(阴极反应区)的单独歧管区(配流区)上开设燃料气进口和燃料气出口的技术方案相比，本实用新型实施例的燃料单电池无需另外开辟歧管区，精简了燃料单电池的结构，使得燃料单电池的体积和重量得以减小。

或者，在燃料单电池体积相同的情况下，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结构精简、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。

如图1所示，在一个本申请提供的燃料单电池100中，阳极板110具有邻近阴极板120 的第一侧面(阳极板110的右侧面)以及远离阴极板120的第二侧面(阳极板110的左侧面)，该第一侧面和该第二侧面在阳极板110的厚度方向(左右方向)上相对。阴极板120 具有邻近阳极板110的第三侧面(阴极板120的左侧面)以及远离阳极板110的第四侧面 (阴极板120的右侧面)，该第三侧面和该第四侧面在左右方向上相对。膜电极组件130具有邻近阳极板110的第五侧面(膜电极组件130的左侧面)和邻近阴极板120的第六侧面 (膜电极组件130的右侧面)，该第五侧面和该第六侧面在左右方向上相对。

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140，阳极密封圈140设在阳极板110邻近阴极板120的侧面(第一侧面)的外边缘。进一步地，如图4所示，阳极板110邻近阴极板120的侧面(第一侧面)的外边缘设有阳极密封凹槽150，阳极密封圈140配合在阳极密封凹槽150内。阳极密封凹槽150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150 的设置有利于阳极密封圈140的定位，防止阳极密封圈140发生窜动和变形。

其中，将阳极密封圈140设在阳极板11的第一侧面的外边缘是指阳极密封圈140与阳极板110的第一侧面的外边缘相抵，以便将燃料气限制在阳极板110与膜电极组件130之间。

阳极密封圈140设在阳极板110的第一侧面的外边缘，可以实现阳极反应区111的面积最大化。换言之，阳极密封圈140设在阳极板11的第一侧面的外边缘，能够在最大程度上降低阳极板110的无反应区域面积，精简燃料单电池100的结构，使得燃料单电池100 的体积和重量得以减小。或者说，阳极密封圈140设在阳极板11的第一侧面的外边缘，能够最大程度上增大阳极板110的反应区面积，从而提高燃料单电池100的发电效率。

可选地，膜电极组件130的第五侧面(膜电极组件130的左侧面)设置有与阳极密封圈140相配合的环形密封凹槽(未示出)，阳极密封圈140的一端在阳极密封凹槽150内，阳极密封圈140的另一端配合在该环形密封凹槽内。

可选地，阳极密封圈140粘接于阳极板110的第一侧面上。进一步可选地，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，本实用新型实施例的燃料单电池100还包括第一密封圈160和第二密封圈170。第一密封圈160通过第二燃料气进口122贯穿阴极板120，且第一密封圈160的第一端抵接在膜电极组件130上。第二密封圈170通过第二燃料气出口123贯穿阴极板120，且第二密封圈170的第一端抵接在膜电极组件130上。第一密封圈160和第二密封圈170用于对燃料气的气路进行密封，避免燃料气进入膜电极组件130与阴极板120之间。燃料气可以通过第一密封圈160和第二密封圈170上的通气孔流通。

作为示例，如图1所示，第一燃料气进口112位于第一燃料气出口113的上方，第二燃料气进口122位于第二燃料气出口123的上方，第三燃料气进口131位于第三燃料气出口132的上方。第一密封圈160位于第二密封圈170的上方。第一密封圈160的第一端为其左端，第二密封圈170的第一端为其左端，第一密封圈160的第一端和第二密封圈170 的第一端均抵接在膜电极组件130的第六侧面(右侧面)上。

作为示例，第一燃料气进口112、第一燃料气出口113、第二燃料气进口122、第二燃料气出口123、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均为圆形。第一密封圈160与第二密封圈170为圆环状。可以理解的是，在其他实施例中，第一燃料气进口112、第一燃料气出口113、第二燃料气进口122、第二燃料气出口123、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(例如方形)，第一密封圈160与第二密封圈170为与第一燃料气进口112、第一燃料气出口113、第二燃料气进口122、第二燃料气出口123、第三燃料气进口131以及第三燃料气出口132相配合的结构。

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133、膜电极134和阴极气路扩散层135。也就是说，膜电极134位于阳极气路扩散层133与阴极气路扩散层135之间。以图5所示的膜电极组件130为例，阳极气路扩散层133位于膜电极134的左侧，阴极气路扩散层135位于膜电极134的右侧。

阳极气路扩散层133与阳极板110相对，阴极气路扩散层135与阴极板120相对。也就是说，阳极气路扩散层133位于膜电极134的靠近阳极板110的一侧，阴极气路扩散层 135位于膜电极134的靠近阴极板120的一侧。

第三燃料气进口131包括依次连通的第一段1331、第二段1341和第三段1351。第三燃料气出口132包括依次连通的第四段、第五段和第六段(未示出)。第一段1331和该第四段沿阳极板110的厚度方向(左右方向)贯通阳极气路扩散层133。第二段1341和该第五段沿左右方向贯通膜电极134。第三段1351和该第六段沿左右方向贯通阴极气路扩散层 135。也就是说，阳极气路扩散层133上设有第三燃料气进口131的第一段1331和第三燃料气出口132的该第四段。膜电极134上设有第三燃料气进口131的第二段1341和第三燃料气出口132的该第五段。阴极气路扩散层135上设有第三燃料气进口131的第三段1351 和第三燃料气出口132的该第六段。第一段1331、第二段1341和第三段1351依次连通形成第三燃料气进口131，该第四段、该第五段和该第六段次连通形成第三燃料气出口132。

在一些实施例中，如图5-图7所示，第三燃料气进口131的第三段1351的横截面积大于第二段1341的横截面积。第三燃料气出口132的该第六段的横截面积大于该第五段的横截面积。第一密封圈160的第一端穿过第三段1351以抵接在膜电极134朝向阴极气路扩散层135的侧面。第二密封圈170的第一端穿过该第六段以抵接在膜电极134朝向阴极气路扩散层135的侧面。

由于第三燃料气进口131的第三段1351的横截面积大于第二段1341的横截面积，则在膜电极134的邻近第二段1341处，有一部分膜电极134的朝向阴极气路扩散层135的侧面在左右方向上不与阴极气路扩散层135抵接。因此，第一密封圈160的第一端穿过阴极气路扩散层135上开设的第三段1351后能够与膜电极134的朝向阴极气路扩散层135的侧面的该部分相抵。

由于第三燃料气进口131的该第六段的横截面积大于该第五段的横截面积，则在膜电极134的邻近该第五段处，有一部分膜电极134的朝向阴极气路扩散层135的侧面在左右方向上不与阴极气路扩散层135抵接。因此，第二密封圈170的第一端穿过阴极气路扩散层135上开设的该第六段后能够与膜电极134的朝向阴极气路扩散层135的侧面的该部分相抵。

因此，第一密封圈160和第二密封圈170能够避免燃料气扩散入阴极气路扩散层135。

作为示例，如图5-图7所示，第三燃料气进口131的第二段1341和第三段1351，以及第三燃料气出口132的该第五段和该第六段均为圆形通孔，且第二段1341的轴线和第三段1351的轴线在同一直线上，该第五段和该第六段的轴线在同一直线上。第一密封圈160 和第二密封圈170均为圆环状。第三燃料气进口131的第二段1341的直径为R1,第三段1351 的直径为R2。第一密封圈160的直径为R3。则R1＜R3＜R2。第三燃料气进口131的该第五段的直径为R4,该第六段的直径为R5。第二密封圈170的直径为R6。则R4＜R6＜R5。

需要说明的是，第三燃料气进口131的第一段1331和第三燃料气出口132的该第四段的形状和横截面积不作具体限制。

在一些实施例中，阳极反应区111设有沿阳极板110的长度方向(上下方向)上依次间隔布置的第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区116。第一燃料气进口112在阳极板110的长度方向上位于第一阳极流道区114和第二阳极流道区115之间。第一燃料气出口113在阳极板110的长度方向上位于第二阳极流道区115和第三阳极流道区116之间。如图1所示，第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区 116从上至下依次设置。

在具体实施例中，第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区116中的每一者设在阳极板110的第一侧面的与阳极反应区111对应的部分上。也就是说，第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区116设在阳极板110的第一侧面上。第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区116用于对燃料气进行导流。

可选地，如图1所示，第二阳极流道区115在阳极板110长度方向上的长度大于第一阳极流道区114和第三阳极流道区116中的每一者在阳极板110长度方向上的长度。如此设置有利于燃料气更好地流通，便于燃料气的充分反应，可以提高燃料气的反应率。

第一阳极流道区114内设有第一阳极流道1141。第二阳极流道区115内设有第二阳极流道1151。第三阳极流道区116内设有第三阳极流道1161。

作为示例，第二阳极流道115的至少部分沿阳极板110的长度方向延伸。具体地，如图1所示，第二阳极流道区115上设有多个间隔设置的流道脊1152。流道脊1152沿阳极板110的长度方向延伸。第二阳极流道115形成在相邻两个流道脊1152之间。第二阳极流道区115内形成有多个第二阳极流道115。第二阳极流道115沿阳极板110的长度方向延伸。

在其他实施例中，第二阳极流道115的主体部分沿阳极板110的长度方向延伸。

作为示例，如图1所示，第一阳极流道区114上设有多个间隔布置的凸起1142。第一阳极流道1141形成在多个凸起1142之间。也就是说，燃料气能够在相邻两个凸起1142之间形成的第一阳极流道1141中流通。在其他实施例中，第一阳极流道1141的至少部分阳极板110的长度方向延伸。

作为示例，如图1所示，第三阳极流道区116上设有多个间隔布置的凸部1162，第三阳极流道1161形成在多个凸部1162之间。也就是说，燃料气能够在相邻两个凸部1162之间形成的第一阳极流道1141中流通。在其他实施例中，第三阳极流道1161的至少部分沿阳极板110的长度方向延伸。

在一些实施例中，阳极板110上还设有均沿阳极板110的宽度方向延伸的第一配流流道117和第二配流流道118。第一配流流道117与第一燃料气进口112连通，第二配流流道118与第一燃料气出口113连通。第一配流流道117和第二配流流道118用于对燃料气进行配流。第一配流流道117有利于将燃料气更好地分散在第一阳极流道区114、第二阳极流道区115和第三阳极流道区116上，促进燃料气发生阳极反应，提高燃料单电池100 的使用性能。第二配流流道118有利于燃料气的收集，使得燃料气更顺利地从第一燃料气出口113流出。第一配流流道117和第二配流流道118使得阳极板110的结构更加合理。

作为示例，第一配流流道117和第二配流流道118中的每一者设在阳极板110的第一侧面上。第一配流流道117在阳极板110的长度方向上位于第一阳极流道区114和第二阳极流道区115之间。第二配流流道118在阳极板110的长度方向上位于第二阳极流道区115和第三阳极流道区116之间，使得阳极板110的结构更加合理。

在具体实施例中，如图1所示，第一配流流道117具有第一子配流流道1171和第二子配流流道1172。第一子配流流道1171和第二子配流流道1172在阳极板110的宽度方向上分别位于第一燃料气进口112两侧，且第一子配流流道1171和第二子配流流道1172均与第一燃料气进口112连通。即第一燃料气进口112在阳极板110的宽度方向上位于第一子配流流道1171和第二子配流流道1172之间。第二配流流道118的结构可与第一配流流道 117结构类似，这里不作详述。如此设置使得阳极板110的结构更加合理。

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。作为示例，如图4所示，阳极板110具有冲压成型的多个凸起1142、多个凸部1162以及沿阳极板110长度方向延伸的第一阳极流道1141。

在一些实施例中，如图1所示，阴极板120为波浪型板。即阴极板120的横截面为波浪状。阴极板120的第三侧面形成有阴极流道，用于氧化剂气体的流通。阴极板120的第四侧面形成有冷却剂流道，用于冷却剂的流通。作为示例，所述阴极流道的至少部分沿阳极板110的宽度方向延伸。将所述阴极流道的至少部分设计为沿阳极板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。

如图8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。此外，燃料单电池发电效率的提高有利于燃料电池堆的发电效率的提高。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。

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、发电效率高、装配简便等优点。

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的第一密封圈160的第二端和第二密封圈170的第二端均与另一个燃料单电池100的阳极板110抵接。因此，燃料气在第一密封圈160和第二密封圈170中通过时，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，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阳极密封圈140、膜电极组件130、第一密封圈160和第二密封圈170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，组装时先按顺序将阳极板110 阳极密封圈140、膜电极组件130、第一密封圈160、第二密封圈170和阴极板120组装成为燃料单电池100，然后再通过重复层叠燃料单电池100实现燃料电池堆200的组装与封装。

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)

1.一种燃料电池极板，其特征在于，包括反应区，所述反应区上开设有沿所述燃料电池极板的厚度方向贯通所述燃料电池极板的燃料气进口和燃料气出口，所述燃料气进口和所述燃料气出口间隔布置。

2.一种燃料单电池，其特征在于，包括：

阳极板，所述阳极板包括阳极反应区，所述阳极反应区上开设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阳极板的第一燃料气进口和第一燃料气出口，所述第一燃料气进口和第一燃料气出口间隔布置；

阴极板，所述阴极板与所述阳极板相对布置且包括阴极反应区，所述阴极反应区上开设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阴极板的第二燃料气进口和第二燃料气出口，所述第二燃料气进口和第二燃料气出口间隔布置；

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，所述膜电极组件上设有沿所述阳极板的厚度方向贯通所述膜电极组件的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。

3.根据权利要求2所述的燃料单电池，其特征在于，还包括：

阳极密封圈，所述阳极板邻近所述膜电极组件的侧面的外边缘设有阳极密封凹槽，所述阳极密封圈配合在所述阳极密封凹槽内；

第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈通过所述第二燃料气进口贯穿所述阴极板，且所述第一密封圈的第一端抵接在所述膜电极组件上，所述第二密封圈通过所述第二燃料气出口贯穿所述阴极板，且所述第二密封圈的第一端抵接在所述膜电极组件上。

4.根据权利要求3所述的燃料单电池，其特征在于，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板相对，所述阴极气路扩散层与所述阴极板相对，所述第三燃料气进口包括依次连通的第一段、第二段和第三段，所述第三燃料气出口包括依次连通的第四段、第五段和第六段，所述第一段和所述第四段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阳极气路扩散层，所述第二段和所述第五段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述膜电极，所述第三段和所述第六段沿所述阳极板的厚度方向贯通所述阴极气路扩散层。

5.根据权利要求4所述的燃料单电池，其特征在于，所述第三段的横截面积大于所述第二段的横截面积，所述第六段的横截面积大于所述第五段的横截面积，所述第一密封圈的第一端穿过所述第三段以抵接在所述膜电极朝向所述阴极气路扩散层的侧面，所述第二密封圈的第一端穿过所述第六段以抵接在所述膜电极朝向所述阴极气路扩散层的侧面。

6.根据权利要求2所述的燃料单电池，其特征在于，所述阳极反应区设有沿所述阳极板的长度方向上依次间隔布置的第一阳极流道区、第二阳极流道区和第三阳极流道区，所述第一燃料气进口在所述阳极板的长度方向上位于所述第一阳极流道区和所述第二阳极流道区之间，所述第一燃料气出口在所述阳极板的长度方向上位于所述第二阳极流道区和所述第三阳极流道区之间，

所述第一阳极流道区内设有第一阳极流道，所述第二阳极流道区内设有第二阳极流道，所述第三阳极流道区内设有第三阳极流道，所述第二阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸，

所述第一阳极流道区上设有多个间隔布置的凸起，所述第一阳极流道形成在多个所述凸起之间，或者，所述第一阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸，

所述第三阳极流道区上设有多个间隔布置的凸部，所述第三阳极流道形成在多个所述凸部之间，或者，所述第三阳极流道的至少部分沿所述阳极板的长度方向延伸。

7.根据权利要求2所述的燃料单电池，其特征在于，所述阳极板上还设有均沿所述阳极板的宽度方向延伸的第一配流流道和第二配流流道，所述第一配流流道与所述第一燃料气进口连通，所述第二配流流道与所述第一燃料气出口连通。

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，所述燃料单电池为根据权利要求3-5中任一项所述的燃料单电池，相邻所述燃料单电池中，一个燃料单电池的第一密封圈的第二端和所述第二密封圈的第二端均与另一个燃料单电池的所述阳极板抵接。

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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