[实用新型]各单元活性区域空间位置交替错位的燃料电池结构

说明书

技术领域

本实用新型属于质子交换膜燃料电池领域，涉及到质子交换膜燃料电池的气体导流板的设计。

背景技术

质子交换膜燃料电池电堆是由多个单体电池组成，而每一个单体电池则由一块用于通入燃料(氢气)的“燃料气体导流板”和另一块用于通入氧化剂(空气或氧气)的“氧化剂气体导流板”以及在上述两者之间的膜电极组件所构成；在导流板的整个面积中，通常分为“活性区域”和“非活性区域”两部分，“活性区域”是指在膜电极组件的催化剂作用下，由于氧化还原作用在膜电极组件的两面间产生电势差，实际用于发电的那一部分有效区域，而没有进行实际发电的区域叫“非活性区域”，两个区域应该以密封圈分隔开。

对于质子交换膜燃料电池电堆，在其他参数(如质子交换膜、催化剂、燃料气体和氧化气体等)都一样的前提下，各单体电池的发电能量(功率)是与活性面积的大小成正比的。因此，为了保证各单体电池的发电能量的一致性，必须使各单体电池的活性面积相等。一般来说，各单元活性区域的形状和空间位置都是相同的，如果气体要从共用管道进入到活性区域(或从活性区域排出到共用管道)主要有两种方式。

第一种方法是直接从气体导流板1′的两面通过密封圈“桥”底隧道的方式(见图1)，使气体从共用管道2′连通至活性区域。这种方法会带来如导流板加工的复杂、密封性能不能保证、质子交换膜的浪费和膜电极集合体容易损坏等多种缺陷，因此不宜采用。

第二种方法是从气体导流板1″的背面把共用管道2″与活性区域通过导流槽6″而连通的方式(见图2)，由于两个相邻的单体电池的活性区域在大小和形状上是一样的，空间位置又是重迭的，在现有的气体导流板加工的条件下，第二种方法就必须让每一个单体电池都分别有自己独立的“燃料气体导流板”和“氧化剂气体导流板”，而不能让相邻的两个单体电池共用一块导流板的两个面。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种各单元活性区域空间位置交替错位的燃料电池结构。

本实用新型采用的技术方案是：

一种各单元活性区域空间位置交替错位的燃料电池结构，包括多个单体电池，相邻的两个单体电池共用一块气体导流板的两面，一面为燃料气体导流板，另一面为氧化剂气体导流板，其活性区域在空间位置上交替错位，各气体导流板两面的活性区域分别通过导流槽从另一面连接到共用管道。

所述相邻两个单体电池的活性区域在空间位置上交替错位90度。

所述同一气体导流板上的燃料气体导流槽和氧化剂气体导流槽在空间位置上错位90度。

所述同一气体导流板的两面分别在上下和左右预留出一定宽度的非活性区域，对应的燃料气体导流槽和氧化剂气体导流槽分别为横向槽或纵向槽。

所述相邻气体导流板的燃料气体导流槽和氧化剂气体导流槽位于其同一面，并分别在空间位置上交替错位90度。

所述燃料气体导流槽为纵向槽，氧化剂气体导流槽为横向槽。

所述燃料气体导流槽为横向槽，氧化剂气体导流槽为纵向槽。

所述相邻气体导流板对合面的活性区域布局相同。

所述各单体电池活性区域的面积相等。

所述各单体电池活性区域的形状相同。

本实用新型在保证各单体电池的活性面积相等的前提下(甚至也可以使各单体电池的活性区域的形状也相同)，相邻的两个单体电池的活性区域在空间位置上交替错开，这种设计使相邻的两个单体电池可以共用一块气体导流板的两个面，一面为燃料气体导流板，另一面为氧化剂气体导流板，同时在这种情况下，使各自所需的气体从另一面连接到共用管道，避免采取“桥”的连接方式。

具有以下优点：

(1)相邻的两个单体电池连接更直接、内阻更小、发电效率更高；

(2)完全排除了相邻的两个单体电池之间可能出现气体泄漏的问题；

(3)使燃料电池电堆的结构更简单，制作和装配更容易；

(4)大大缩短了电堆的总长度，也就是减少了电堆的体积和重量；

(5)节省了约50％的导流板，降低了成本。

附图说明

图1是现有第一种燃料电池的结构示意图；

图2是图1中I部的放大图；

图3是现有第二种燃料电池的结构示意图；

图4是图3中II部的A面放大图；

图5是图3中II部的B面放大图；

图6是本实用新型燃料电池的结构示意图；

图7是图6中III部的A面放大图；

图8是图6中III部的B面放大图；

图9是图6中IV部的B面放大图；

图10是图6中IV部的A面放大图。