专利名称：燃料电池湿化器及燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池湿化器和燃料电池。
背景技术：
质子交换膜燃料电池由膜电极集合体(Membrane Electrode Assembly; 以下简称MEA)以及紧贴于MEA两面的气体导流板组成一个基本单元。当 分别在MEA两面的气体导流板上加入一定压力的氢气和氧气(或空气)时， 由于电化学的反应而发电。而在具体应用中，所加入的气体必须是湿润的， 湿润的气体能提高质子交换膜燃料电池的发电效率，而干燥的气体会把MEA 表面的水份也同时带走，很容易造成MEA因干燥产生龟裂而损坏。在氢-氧 型燃料电池中，干燥的氧气还很容易引发自燃。如果气体湿化处理不好，不 仅降低了燃料电池的发电效率，而且增大了燃料电池自燃的风险；因此，在 燃料电池中，应配有安全、可靠、高效的湿化系统。
对所加入的气体进行"湿化，'处理的装置叫做湿化器，与燃料电池分离 的湿化器叫外湿化器，外湿化器适用于大功率如1000KW的电堆；与燃料电 池合并为一整体的湿化器叫内湿化器，内湿化器结构紧凑、效率高、成本低、 适用于小功率如IOKW的电堆。
现有湿化器中，导流板的湿化区和非湿化区均直接覆盖棵露的质子交换 膜，此结构产生以下缺陷
(1) 由于质子交换膜遇水后膨胀，而干燥后又会收缩，其尺寸不易控 制，尤其是使用一段时间后经过拆卸、再组装后，质子交换膜变形十分严重， 造成安装困难；且极易因变形后密封不严而产生漏气现象；
(2) 由于在导流板湿化区部分，湿化膜两侧一侧通有水，另一侧通有带
有一定压力的气体，因而两侧压力相差较大，易造成质子交换膜变形堵塞流 道。
发明内容
本发明提供一种燃料电池湿化器和燃料电池，有效解决现有湿化器中质子 交换膜易变形等缺陷，达到燃料电池中质子交换膜不易变形的目的。
为达到上述目的，本发明实施例子提供一种燃料电池湿化器，包括数个导 流板和设置在所述导流板之间的湿化膜单元，所述导流板包括湿化区和非湿化 区，所述湿化膜单元包括湿化膜和将所述湿化膜夹设在中间的两片碳布，所述 湿化膜单元的中部设置有碳布的区域覆盖与其相邻的导流板的湿化区。
为达到上述目的，本发明实施例提供一种燃料电池，包括燃料电池湿化器， 所述燃料电池湿化器包括数个导流板和设置在所述导流板之间的湿化膜单元， 所述导流板包括湿化区和非湿化区，所述湿化膜单元包括湿化膜和将所述湿化 膜夹设在中间的两片碳布，所述湿化膜单元的中部设置有碳布的区域覆盖与其 相邻的导流板的湿化区。
本发明采用质子交换膜作为湿化膜。
本发明提供的燃料电池湿化器和燃料电池，有以下优点 (l)碳布和质子交换膜压制成一体，固定了质子交换膜的尺寸，质子交换
膜不易变形，且使湿化器反复安装操作简单、可靠；
(2 )碳布能支撑质子交换膜，在两侧压力差较大时也不会变形堵塞导流槽，
而且不易损坏，保证了气体的湿化效果。
图1为本发明燃料电池湿化器结构示意图； 图2为本发明燃料电池湿化器中导流板示意图； 图3为本发明燃料电池湿化器中湿化膜单元示意图4为本发明燃料电池湿化器中湿化膜单元结构示意图； 图5为本发明燃料电池湿化器与现有燃料电池湿化器的湿化效果对比 示意图6为本发明燃料电池结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。 图1为本发明燃料电池湿化器结构示意图，如图l所示，燃料电池湿化 器包括数个导流板1和设置在导流板1之间的湿化膜单元2;燃料电池湿化 器的端部设有端板3。
图2为本发明燃料电池湿化器中导流板示意图，如图2所示，导流板l 上设置有湿化区11和非湿化区12两部分区域。图3为本发明燃料电池湿化 器中湿化膜单元示意图，湿化膜单元2的中部设置有碳布22的部分覆盖其 相邻的导流板1的湿化区11,而湿化膜单元未被碳布覆盖的棵露在外的湿 化膜21的边缘部分覆盖导流板1的非湿化区12。图4为本发明燃料电池湿 化器中湿化膜单元结构示意图，侧视湿化膜单元如图4所示，湿化膜单元2 包括湿化膜21和将湿化膜21夹设在中间的两片碳布22,湿化膜21与导流 板l的尺寸应相适应，即湿化膜21全部覆盖导流板1,碳布22与导流板1 的湿化区11的尺寸应相适应，即湿化膜21两侧设有碳布22的部分覆盖导 流板1的湿化区11。碳布就是碳化纤维织成的布。湿化膜21与碳布22在 加热、加压的条件下压制成类似"三明治"的结构，留下湿化膜21的边缘 部分用于密封。
本实施例提供的燃料电池湿化器中导流板1的湿化区11和非湿化区12 之间设置有緩沖区13。与现有导流板不同之处在于，本实施例提供的导流 板扩大湿化区ll和非湿化区12之间的距离，形成一具有一定宽度的緩冲区 13，通过设置緩冲区可以避免在进行燃料电池的安装过程中稍有错位便出现
漏气现象的缺陷。
导流板1与湿化膜单元2之间采用密封圈14密封，具体为，每个导流 板1的湿化区11周围和非湿化区12的周围设置有凹槽，凹槽内分别设置密 封圈14,即将导流板1的湿化区11和非湿化区12分别应用单独的密封圈 14进行分別密封；两块导流板1通过湿化区11周围设置的密封圏14将湿 化膜单元2的碳布22部分密封起来；两块导流板1通过非湿化区12周围设 置的密封圈14将湿化膜单元2的湿化膜21覆盖非湿化区12的部分密封起 来，使得流经湿化器的气体不会发生泄漏。
上述湿化膜单元2和其相邻的导流板1组成湿化单元，用于对通过由数 个导流板1和湿化膜单元2依次排列所组成的燃料电池湿化器的气体进行 "湿化"处理；非湿化区12用于导通流经燃料电池湿化器的气体和水。如 图2所示，导流板1上湿化区11的四周区域为非湿化区12，在非湿化区12 上设置有用于通气和通水的立井通道121，立井通道121上具体设置有用于 通气的进气孔和出气孔，用于通水的进水孔和出水孔；气体和水分别由对应 的孔进入湿化器中，气体通过导流槽15端部的进/出气口 16进出导流槽15, 并流经各导流板1后，气体和水再由立井通道121上对应的孔流出。
图5为本发明燃料电池湿化器与现有燃料电池湿化器的湿化效果对比 示意图，如图5所示，横坐标表示电流值(单位为安培A),纵坐标表示电 压值(单位为伏特V),其中a线表示燃料电池湿化器中使用碳布的湿化效 果曲线图，p线表示燃料电池湿化器中使用碳纸的湿化效果曲线图；从图中 可以得出，在分别使用碳布和碳纸的燃料电池上施加电压后，当达到相同电 流的情况下，使用碳布与使用碳纸的燃料电池对气体的湿化效果是相同的， 也就是说在湿化单元上使用碳布可以达到原有使用碳纸相同的湿化效果。
本实施例所述的湿化膜是质子交换膜，目前通用的质子交换膜为含有 C-F链的全氟磺酸膜，在C-F链支链的末端为磺酸基。质子交换膜的作用在于 通水不通气体，本发明也可以采用 一般技术人员常用的其他具有水分可以通
过而气体无法通过特性的薄膜。
本实施例提供的燃料电池湿化器，质子交换膜两面覆盖碳布既不易损
坏，又不易堵塞导流槽，保证了气体的湿化效果；而且将质子交换膜与碳布 压制成一体，固定了质子交换膜的尺寸，使得湿化器安装简单、方便。
图6为本发明燃料电池结构示意图。质子交换膜燃料电池应用上述实施 例中提供的燃料电池湿化器作为内湿化器，如图6所示，质子交换膜燃料电 池由两盖板100夹设基本单元组101及燃料电池湿化器102而成，盖板100与基本 单元组101及燃料电池湿化器102之间还设有电极板103;基本单元组101由基本 单元组成，基本单元是由膜电极集合体以及紧贴于所述膜电极集合体两面的气 体导流板组成。本实施例中燃料电池湿化器102作为后湿化器，若将燃料电池湿 化器102设置于基本单元组101之前，也可以作为前湿化器使用。
本实施例提供的质子交换膜燃料电池，其中的燃料电池湿化器中湿化膜单 元采用碳布夹设质子交换膜的结构，提高了燃料电池的湿化效果，使用安全 可靠。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技
术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种燃料电池湿化器，包括数个导流板和设置在所述导流板之间的湿化膜单元，所述导流板包括湿化区和非湿化区，其特征在于所述湿化膜单元包括湿化膜和将所述湿化膜夹设在中间的两片碳布，所述湿化膜单元的中部设置有碳布的区域覆盖与其相邻的导流板的湿化区。
2、 根据权利要求l所述的燃料电池湿化器，其特征在于所述导流板的 湿化区和非湿化区之间设置有緩沖区。
3、 根据权利要求1或2所述的燃料电池湿化器，其特征在于所述导流板 的湿化区与所述湿化膜单元的碳布之间，以及所述导流板的非湿化区与所述 湿化膜单元的湿化膜之间分别采用密封圈密封。
4、 根据权利要求l所述的燃料电池湿化器，其特征在于所述导流板的 非湿化区内设置有用于通气和通水的立井通道。
5、 一种燃料电池，包括燃料电池湿化器，其特征在于所述燃料电池 湿化器包括数个导流板和设置在所述导流板之间的湿化膜单元，所述导流板 包括湿化区和非湿化区，所述湿化膜单元包括湿化膜和将所述湿化膜夹设在 中间的两片碳布，所述湿化膜单元的中部设置有碳布的区域覆盖与其相邻的 导流板的湿化区。
6、 根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于所述导流板的湿化区 和非湿化区之间设置有緩沖区。
7、 根据权利要求5或6所述的燃料电池，其特征在于所述导流板的湿化 区与所述湿化膜单元的碳布之间以及所述导流板的非湿化区与所述湿化膜 单元的湿化膜之间分别采用密封圈密封。
8、 根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于所述导流板的非湿化 区内设置有用于通气和通水的立井通道。
全文摘要
本发明涉及燃料电池湿化器和燃料电池。该燃料电池湿化器包括数个导流板和设置在所述导流板中间的湿化膜单元，所述湿化膜单元覆盖与其相邻的导流板，所述湿化膜单元包括湿化膜和将所述湿化膜夹设在中间的两片碳布。该燃料电池包括上述的燃料电池湿化器。本发明提供的燃料电池湿化器和燃料电池具有质子交换膜不易变形、便于安装等优点。
文档编号H01M8/04GK101170191SQ20071018737
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者勇 张, 张玉萍, 欢 陈 申请人:重庆宗申技术开发研究有限公司