CN215731790U - 一种燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一的种燃料电池包括：电极板、固定在电极板之间的质子交换组件、以及设置在质子交换组件和电极板之间的气体扩散层。电极板设置有容槽，容槽内相互平行的有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板间隔设置在所述容槽内并分别固定在所述容槽相对的两侧内壁上。所述第一隔板和所述第二隔板间隔所述容槽形成流道，所述流道两端连通有用于流入或流出气体的气孔，气体进入流道内的气体扩散层接触所述质子交换组件。本实用新型通过相互平行的第一隔板和第二隔板相互间隔设置的方式对容槽进行分隔，避免了隔板弯曲而在流道内形成静滞区域，同时，气孔设置在流道的端部避免气体滞留在流道两端造成燃料的浪费。

Description

一种燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池。

背景技术

近年来开发问世的燃料电池逐渐成为可量化且具备实用性的发电装置，燃料电池具有温度低、启动快、能量密度高、污染低、使用范围广等一系列的优点。

以典型的质子交换膜形态的燃料电池而言，其主要由膜、催化剂层、气体扩散层和电极板构成，运作原理为：氢气导入阳极接触膜上的催化剂形成氢离子与电子，氢离子与阴极通入的氧气结合生成水，发生氧化还原反应，电子交换经由电极板连接外接电路即可为外接电路供电。

通过上述可知，电池的供电效率与氢气氧气的反应速率息息相关，而反应速率与燃料电池内的气体流道的长度、截面形状、管道宽度相关。现有技术中，燃料电池由于管道设计不佳，通常会在管道内存在气体静滞区域，静滞区域内的气体缺少流动性，位于静滞区域内的气体很少甚至无法参与电化学反应，不仅降低了燃料电池的反应面积，降低电池的反应效率，也增加了燃料电池的燃料消耗，造成燃料的浪费。

实用新型内容

为了解决现有技术中燃料电池燃料流道设计不佳，易出现气体静滞区域，浪费燃料且降低电池的工作效率，本实用新型提出一种通过改进燃料流道以消除流道静滞区域的燃料电池。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

一种燃料电池，包括：相对设置的电极板、固定在所述电极板之间用于催化电化学反应的质子交换组件、以及设置在所述质子交换组件和所述电极板之间的气体扩散层；

所述电极板朝向所述质子交换组件的一面设置有容槽，所述容槽内设置有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板相互平行，所述第一隔板和所述第二隔板间隔设置在所述容槽内，所述第一隔板和所述第二隔板分别固定在所述容槽相对的两侧内壁上；所述第一隔板和所述第二隔板间隔所述容槽形成流道，所述气体扩散层容纳在所述流道中；

所述流道两端连通有用于流入或流出气体的气孔，气体进入流道内的气体扩散层接触所述质子交换组件。

进一步的，所述容槽为矩形，所述第一隔板和所述第二隔板呈直线型，所述第一隔板数量与所述第二隔板数量相等。

进一步的，所述第一隔板与所述第二隔板的高度相同，所述第一隔板和所述第二隔板的高度与所述容槽侧壁高度相同。

进一步的，所述质子交换组件包括框体、固定安装在所述框体中的膜体；所述框体夹束固定在所述电极板之间，所述框体和所述膜体密封所述流道。

进一步的，所述膜体覆盖在所述流道和所述气体扩散层上，使所述气体扩散层填充并固定在所述流道内。

进一步的，所述电极板包括第一固定孔，所述框体包括第二固定孔，固定件依次穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔固定所述电极板和所述质子交换组件。

进一步的，所述质子交换组件两侧的所述流道以所述质子交换组件为平面呈镜像对称。

进一步的，所述质子交换组件两侧的流道呈旋转对称。

进一步的，所述气孔露出所述电极板外表面一端设置有接气柱，外接管道通过所述接气柱向所述气孔及所述流道内充入空气。

进一步的，所述气体扩散层为多孔材料。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过相互平行的第一隔板和第二隔板相互间隔设置的方式对容槽进行分隔，避免了隔板弯曲而在流道内形成静滞区域，所述第一隔板和第二隔板分别固定在容槽内壁的两端，使容槽内流道形成连贯的通路，延长容槽内流道长度，使流道内气体充分与质子交换组件接触以发生电化学反应，增加燃料的利用率；同时，所述气孔设置在所述流道的端部避免气体滞留在流道两端造成燃料的浪费。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的分解结构示意图；

图3是本实用新型中电极板的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图1和图3，本实用新型公开一种燃料电池，包括：相对设置的电极板1、固定在所述电极板1之间用于催化电化学反应的质子交换组件2、以及设置在所述质子交换组件2和所述电极板1之间的气体扩散层3。

本实用新型中，燃料即氢气和氧气通入所述电极板1中，燃料进入气体扩散层3后接触质子交换组件2进行电化学反应，电子在燃料电池内定向流动，外接电路与所述电极板1电连接，燃料电池实现对外供电。

请参考图3，具体的，所述电极板1朝向所述质子交换组件2的一面设置有容槽11，所述容槽11内设置有第一隔板12和第二隔板13，所述第一隔板12和所述第二隔板13相互平行，所述第一隔板12和所述第二隔板13间隔设置在所述容槽11内，所述第一隔板12和所述第二隔板13分别固定在所述容槽11相对的两侧内壁上；所述第一隔板12和所述第二隔板13间隔所述容槽11形成流道14，所述气体扩散层3容纳在所述流道14中。

所述第一隔板12和所述第二隔板13相互间隔设置，将所述容槽11进行分隔，所述第一隔板12和所述第二隔板13相互平行的目的是使气体能够充分沿第一隔板12和第二隔板13移动，避免隔板弯曲造成流道14内存在静滞区域，避免气体在流道14内滞留。所述第一隔板12和所述第二隔板13分别固定在所述容槽11相对的两侧内壁上，而第一隔板12和第二隔板13的另一端与容槽11的内壁具有一定距离，以使流道14形成连贯的通路，流道14的形状呈“W”型弯曲折叠设置。这样的结构可以在尽量延长容槽11内流道14的长度，增加气体在流道14内流动的时间，使气体充分与所述质子交换组件2接触，使气体尽可能多的发生电化学反应，起到充分利用燃料的目的。气体进入所述流道14内后，即进入所述气体扩散层3，并通过所述气体扩散层3接触所述质子交换组件2。

所述流道14两端连通有用于流入或流出气体的气孔15，气体进入流道14内的气体扩散层3接触所述质子交换组件2。气孔15设置在流道14的端点的目的是避免气体集中于流道14的端部，使流道14端部形成静滞区域。气体充入流道14后，即沿流道14移动，到达流道14另一端后，即可通过气孔15流出流道14，避免凝滞。

在本实用新型的一个优选的实施例中，所述容槽11为矩形，所述第一隔板12和所述第二隔板13呈直线型，所述第一隔板12数量与所述第二隔板13数量相等。

在本实用新型的其它可实现的实施例中，所述容槽11也可以设置为圆形，所述容槽11为圆形时，所述第一隔板12和所述第二隔板13的形状为弧形，即第一隔板12和第二隔板13与容槽11的内壁相平行，保证形成的流道14的宽度处处相同，流道14内不会因流道14截面变大而产生气体凝滞。

所述第一隔板12与所述第二隔板13的高度相同，所述第一隔板12和所述第二隔板13的高度与所述容槽11侧壁高度相同。

在本实施例中，所述质子交换组件2安装在所述电极板1上后，由于第一隔板12和第二隔板13的高度与容槽11的侧壁高度相同，所述电极板1固定在所述电极板1上即封闭所述流道14，避免流道14内的气体在电极板1和质子交换组件2之间泄漏出燃料电池。

请参考图3，由于所述第一隔板12和所述第二隔板13的数量相同，所述流道14的两端必然分别位于所述容槽11的不同侧，以所述容槽11为矩形举例，所述第一隔板12与所述第二隔板13的数量相同且分别固定在所述容槽11相对的侧壁上，且所述气孔15位于所述流道14的端部，则所述气孔15必然位于所述容槽11的对角位置上。

在本实用新型的一个可实现的实施例中，所述质子交换组件2两侧的所述流道14以所述质子交换组件2为平面呈镜像对称。此时，所述燃料电池的整体呈对称式设置。质子交换组件2左右两侧的电极板1完全对称，质子交换组件2两侧的气孔15位于同一直线上。

而在本实用新型的其他可实现的实施例中，所述质子交换组件2两侧的流道14呈旋转对称。旋转角度为180度。该结构的设置目的是便于质子交换组件2两侧的燃料以相反的方向进行流动。所述气孔15分别位于所述电极板1的四个对角位置。

所述气孔15露出所述电极板1外表面一端设置有接气柱15a，外接管道通过所述接气柱15a向所述气孔15及所述流道14内充入空气。

请参考图2，所述质子交换组件2包括框体21、固定安装在所述框体21中的膜体22；所述框体21夹束固定在所述电极板1之间，所述框体21和所述膜体22密封所述流道14。

其中，所述膜体22覆盖在所述流道14和所述气体扩散层3上，使所述气体扩散层3填充并固定在所述流道14内。气体沿流道14移动并进入气体扩散层3后，即延气体扩散层3扩散至膜体22上，所述膜体22上设置有用于催化电化学反应的催化剂，氢气和氧气在催化剂的作用下，在膜体22上发生氧化还原反应，生成的电子则集中在所述电极板1上用于对外供电。本实用新型中，所述膜体22的材质，所述催化剂的种类，本领域的技术人员通过现有技术即可实现，本实用新型主要的技术方案集中于流道14的改进，至于膜体22及催化剂的实现发生并催化电化学反应的方法在本实用新型中不做赘述。

请参考图1和图2，所述电极板1包括第一固定孔16，所述框体21包括第二固定孔23，固定件依次穿过所述第一固定孔16和所述第二固定孔23固定所述电极板1和所述质子交换组件2。

所述框体21用于固定所述质子交换组件2，所述质子交换组件2由于同时具有催化反应、固定气体扩散层3和密封流道14的作用，在安装过程中，必须保证质子交换组件2与电极板1之间的相对位置，若质子交换组件2安装偏移，容易出现燃料泄漏的问题。因而本实用新型在所述框体21上设置有第二固定孔23用于与所述电极板1上的所述第一固定孔16相配，第二固定孔23与第一固定孔16之间的位置一一对应。在本实用新型的一个可实现的实施例中，螺栓依次穿过“第一固定孔16、第二固定孔23、第一固定孔16”的方式将电极板1与质子交换组件2进行定位安装，然后将螺母固定在螺栓的一端，实现燃料电池的组装。

在上述的实施例中，所述气体扩散层3为多孔材料。所述气体扩散层3可以为发泡金属、活性炭、导电泡棉中的一种或几种。

本实用新型通过相互平行的第一隔板12和第二隔板13相互间隔设置的方式对容槽11进行分隔，避免了隔板弯曲而在流道14内形成静滞区域，所述第一隔板12和第二隔板13分别固定在容槽11内壁的两端，使容槽11内流道14形成连贯的通路，延长容槽11内流道14长度，使流道14内气体充分与质子交换组件2接触以发生电化学反应，增加燃料的利用率；同时，所述气孔15设置在所述流道14的端部避免气体滞留在流道14两端造成燃料的浪费。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括：相对设置的电极板、固定在所述电极板之间用于催化电化学反应的质子交换组件、以及设置在所述质子交换组件和所述电极板之间的气体扩散层；

所述电极板朝向所述质子交换组件的一面设置有容槽，所述容槽内设置有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板相互平行，所述第一隔板和所述第二隔板间隔设置在所述容槽内，所述第一隔板和所述第二隔板分别固定在所述容槽相对的两侧内壁上；所述第一隔板和所述第二隔板间隔所述容槽形成流道，所述气体扩散层容纳在所述流道中；

所述流道两端连通有用于流入或流出气体的气孔，气体进入流道内的气体扩散层接触所述质子交换组件。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述容槽为矩形，所述第一隔板和所述第二隔板呈直线型，所述第一隔板数量与所述第二隔板数量相等。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一隔板与所述第二隔板的高度相同，所述第一隔板和所述第二隔板的高度与所述容槽侧壁高度相同。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述质子交换组件两侧的所述流道以所述质子交换组件为平面呈镜像对称。

5.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述质子交换组件两侧的流道呈旋转对称。

6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述质子交换组件包括框体、固定安装在所述框体中的膜体；所述框体夹束固定在所述电极板之间，所述框体和所述膜体密封所述流道。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述膜体覆盖在所述流道和所述气体扩散层上，使所述气体扩散层填充并固定在所述流道内。

8.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述电极板包括第一固定孔，所述框体包括第二固定孔，固定件依次穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔固定所述电极板和所述质子交换组件。

9.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述气孔露出所述电极板外表面一端设置有接气柱，外接管道通过所述接气柱向所述气孔及所述流道内充入空气。

10.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述气体扩散层为多孔材料。

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