[实用新型]一种燃料电池

说明书

本申请公开了一种燃料电池。该燃料电池包括：多个重复部件，分别包括阳极极板、阴极极板、以及夹在二者之间的膜电极组件，在多个重复部件中，相邻重复部件的阳极极板的第二表面与阴极极板的第二表面邻接以形成冷却管路。该燃料电池采用模块化设计，可以采用堆叠重复部件和在重复部件内形成多个发电单元的方式制造不同规格的电池堆，从而简化燃料电池的设计和制造难度。在多个重复部件的双极板第二表面形成与反应物相独立的冷却流场结构，可以兼容不同的冷却介质。在多个重复部件之间形成公共的冷却管路可以减小电池堆的尺寸。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，更具体地，涉及一种模块化的燃料电池。

背景技术

燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获取电能的发电装置。燃料电池包括电解质膜以及位于电解质膜两侧表面的催化剂层、扩散层以及双极板。

在燃料电池工作期间，燃料流体通过双极板的阳极流场的流道被传递到膜电极组件表面，在膜电极组件内部的传递过程为燃料流体通过扩散层扩散到阳极催化层，并在催化剂层催化剂的作用下，放出电子形成阳离子。电子从催化剂表面经由扩散层传递到双极板，再从双极板传递到外部电路，再从外部电路传送到阴极双极板，从阴极双极板传递到扩散层，从扩散层传送至阴极催化剂层；阳离子则经由电解质膜传递到阴极侧催化剂层。氧化气体在阴极催化剂层上与从阳极传递过来的电子结合形成形成阴离子，阴离子与经由电解质膜迁移过来的阳离子结合生成水，从而形成完整的电子回路和离子回路。电解质膜兼有离子通道和阻挡气体以及电子的作用。

燃料流体和氧化气体电化学反应是放热反应。为了维持燃料电池内部的反应温度条件，需要对燃料电池进行冷却。冷却介质可以是液体也可以是气体，例如水或空气。水的比热容远大于空气的比热容，在相同体积下，水的冷却能力是空气冷却能力的4000倍。因此，水冷燃料电池的冷却效率远高于空气冷却燃料电池。水冷燃料电池的反应条件更稳定可靠，冷却空间可以更小，通常采用紧凑的封闭式结构，空气冷却燃料电池需要更大的气流量实现冷却，通常采用双极板暴露的开放式结构。

进一步地，燃料电池的额定功率是在正常运行条件下达到的最大连续电输出功率。在不同应用场景下，采用不同规格的燃料电池以提供不同的额定功率。不同额定功率的燃料电池的内部结构、活性面积也不相同，需要重新设计燃料电池的内部管路结构和流场结构以适配设计所需要的活性面积。即使同一规格的燃料电池也可能存在着制造工艺一致性差的问题。

燃料电池的内部结构与冷却介质的类型、流场结构以及额定功率的大小等因素相关。产业界期望有更好的解决方案，以兼容不同类型的冷却介质以及降低不同规格的燃料电池的设计和制造难度。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供采用模块化设计和制造的燃料电池，以兼容不同类型的冷却介质以及降低不同规格的燃料电池的设计和制造难度。

本实用新型公开了一种燃料电池，其特征在于，包括：堆叠的多个重复部件，所述多个重复部件分别包括阳极极板、阴极极板、以及夹在二者之间的膜电极组件，在所述多个重复部件的侧边部分形成沿堆叠方向延伸的第一组主管路、第二组主管路和第三组主管路以分别输送燃料流体、氧化气体和冷却介质，其中，所述阳极极板在与所述膜电极组件邻接的第一表面上形成与所述第一组主管路连接的超细密流场结构以供给所述燃料流体，在与第一表面相对的第二表面上形成有与所述第三组主管路连接的冷却流场结构以供给所述冷却介质，所述阴极极板在与所述膜电极组件邻接的第一表面上形成与所述第二组主管路连接的超细密流场结构以供给所述氧化气体，在与第一表面相对的第二表面上形成有与所述第三组主管路连接的冷却流场结构以供给所述冷却介质，在所述多个重复部件中，相邻重复部件的阳极极板的第二表面与阴极极板的第二表面邻接以形成冷却管路。