高性能燃料电池的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种高性能燃料电池。

背景技术：

1、燃料电池的主要原理是将化学能转化为电能，燃料电池单体内部最重要的部件就是膜电极，在实际应用当中可以根据设计的需要将多个单电池组合成为燃料电池电堆以满足不同大小功率输出的需要，目前主要以氢气为主要燃料，相较于甲烷或石油气为原料时因反应不充分使得阳极发生积碳进而附着在阳极的催化剂活性位点表面，加速燃料电池的活性衰退，氢气的好处在于反应生成水蒸气非常清洁。

2、现有技术中的燃料电池在使用的时候，容易出现通入燃料电池的氢气和空气的气量与流速在z轴方向（即燃料电池中与膜电极垂直的方向）上出现分配不均匀的情况，这种情况在长度越长（即单电池组合数量越多）的燃料电池中更为明显。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种高性能燃料电池，以解决现有技术中燃料电池的氢气和空气的气量与流速分配不均匀，导致影响整体燃料电池的均匀性的问题。

2、根据本发明的一方面提供一种高性能燃料电池，包括至少两组堆叠设置的电池单元，每组电池单元均包括极板组件和膜电极，所述极板组件包括阳极极板和阴极极板，所述膜电极设置在阳极极板和阴极极板之间；

3、各极板组件上均分别设置有至少两组空气进出口结构，不同极板组件上的各组空气进出口结构的布置方式相同，至少部分的电池单元中的阴极极板的流道连接的相应极板组件上的空气进出口结构与其他电池单元中的阴极极板的流道连接的相应极板组件上的空气进出口结构不同。

4、本发明的高性能燃料电池组在极板组件上设置有至少两组空气进出口结构，能够利用不同组的空气进出口结构控制空气在高性能燃料电池中的各电池单元上的分配情况，使得空气在燃料电池中每一个电池单元中分配时会具有差异化，从而使得能够从整体上提高燃料电池中在x、y二维方向（即膜电极的长度与宽度方向）上的气体和流体的分配均匀性，并且能够提升燃料电池中的气体与流体在z轴方向上的流速分配均匀性，从而使得整体燃料电池的流速、温度、压力等参数也能够分配更均匀，令燃料电池的电化学反应也更加均匀，不容易造成各个电池单元特别是x、y二维方向上的出现产热不均匀，提高膜电极的寿命。对于本领域技术人员来说，可以理解的是，对于一般的燃料电池结构来说，在结构设计时一般会考虑进出口在极板组件上的占比，在保证进气量的前提下进出口的大小越小越好，这样能满足电堆压降小和体积比功率密度高的要求，而本发明的创新性地增加了一组空气进出口，无疑会增大了进出口的大小占比，但是通过这样的设计，能够降低空气由同一共用管道通入并分配至极板组件上时的分配次数，使得空气由同一共用管道通入并分配至极板组件上时每次的分配量能够更加均匀，从而能够有效提高整体燃料电池中气体和流体的分配均匀性，属于开拓性的创新设计。

5、在一些实施方式中，相邻设置的电池单元中的阴极极板的流道分别连接相应极板组件上的不同组的空气进出口结构。

6、由此，通过这样设置，能够使得连接不同组的空气进出口结构的极板组件的数量相近，从而能够更好地提高整体燃料电池中气体和流体的分配均匀性。

7、在一些实施方式中，空气在连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为不同。

8、由此，通过这样设置，能够使得整体燃料电池在反应时能够令产热点均匀分布在x、y二维方向上的各个位置，均匀整体燃料电池中的热量分布，提高整体燃料电池使用寿命。

9、在一些实施方式中，空气在连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为相互不平行。

10、由此，通过这样设置，能够加强高性能燃料电池在工作时，通入的空气在高性能电池内的交错流动的程度，从整体上提高燃料电池中的气体和流体的分配均匀性。

11、在一些实施方式中，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为不同。

12、由此，通过这样设置，能够通过对流道的流道方向进行设计，从而加强高性能燃料电池在工作时，通入的空气在高性能电池内的交错流动的程度，从整体上提高燃料电池中的气体和流体的分配均匀性。

13、在一些实施方式中，空气在连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为相互垂直。

14、由此，通过这样设置，能够加强高性能燃料电池在工作时，通入的空气在高性能电池内的交错流动的程度，增加整体燃料电池的气体和流体的分配均匀性。

15、在一些实施方式中，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为互相不平行。

16、由此，通过这样设置，能够通过对流道的流道方向进行设计，从而加强高性能燃料电池在工作时，通入的空气在高性能电池内的交错流动的程度，从整体上提高燃料电池中的气体和流体的分配均匀性。

17、在一些实施方式中，各极板组件的阳极极板和阴极极板上均分别设置有两组空气进出口结构组。

18、由此，通过这样设置，高性能燃料电池中相邻设置的燃料电池能够在两组不同的空气进出口结构中进行交错地设置，以避免空气进出口结构数量设置过多影响极板组件的结构性能以及增加极板组件的制作成本，也能够确保可以有效提高燃料电池中气体和流体的分配均匀性。

19、在一些实施方式中，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为相互垂直。

20、由此，通过这样设置，能够通过对流道的流道方向进行设计，使得空气在高性能燃料电池内的流道位置更加交错，从而加强高性能燃料电池在工作时，通入的空气在高性能电池内的交错流动的程度，从整体上提高燃料电池中的气体和流体的分配均匀性。

21、在一些实施方式中，每组空气进出口结构均贯穿相应极板组件的阳极极板和阴极极板设置，位于堆叠设置的所有电池单元的极板组件的相同位置处的所有组空气进出口结构形成用于将空气通入各阴极极板的流道中和将空气从各阴极极板的流道中排出的一组共用管道。

22、由此，通过这样设置，能够利用空气进出口结构形成共用管道，以实现将空气通入阴极极板的流道中和将空气从阴极极板的流道中排出。

23、在一些实施方式中，各组空气进出口结构均包括空气进口和空气出口；

24、位于同一极板组件上的不同组的空气进出口结构的空气进口分别设置在该极板组件上的不同侧，位于同一极板组件上的不同组的空气进出口结构的空气出口分别设置在该极板组件上的不同侧。

25、由此，通过这样设置，能够使得不同的空气进出口的空气进口和空气出口的设置位置错开，进而能够确保在高性能燃料电池中相邻设置的电池单元上的空气能够交错流动。

26、在一些实施方式中，位于同一极板组件上的同一组空气进出口结构的空气进口和空气出口分别设置在该极板组件上的相对的两侧。

27、由此，通过这样设置，能够使得空气进口和空气出口的设置位置相对设置，确保空气在极板组件的阴极极板上流动时的流动方向，使通入的空气会在相邻的不同的电池单元中交错分配流动。

技术特征：

1.一种高性能燃料电池，其特征在于，包括至少两组堆叠设置的电池单元，每组电池单元均包括极板组件和膜电极，所述极板组件包括阳极极板和阴极极板，所述膜电极设置在阳极极板和阴极极板之间；

2.根据权利要求1所述的高性能燃料电池，其特征在于，相邻设置的电池单元中的阴极极板的流道分别连接相应极板组件上的不同组的空气进出口结构。

3.根据权利要求1所述的高性能燃料电池，其特征在于，空气在连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为不同。

4.根据权利要求3所述的高性能燃料电池，其特征在于，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为不同。

5.根据权利要求3所述的高性能燃料电池，其特征在于，空气在连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为相互不平行。

6.根据权利要求5所述的高性能燃料电池，其特征在于，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为互相不平行。

7.根据权利要求5所述的高性能燃料电池，其特征在于，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道中流动时的流动方向设置为相互垂直。

8.根据权利要求7所述的高性能燃料电池，其特征在于，连接不同组的空气进出口结构的阴极极板的流道的流道方向设置为相互垂直。

9.根据权利要求1所述的高性能燃料电池，其特征在于，各极板组件的阳极极板和阴极极板上均分别设置有两组空气进出口结构，每组空气进出口结构均贯穿相应极板组件的阳极极板和阴极极板设置，位于堆叠设置的所有电池单元的极板组件的相同位置处的所有组空气进出口结构形成用于将空气通入各阴极极板的流道中和将空气从各阴极极板的流道中排出的一组共用管道。

10.根据权利要求9所述的高性能燃料电池，其特征在于，各组空气进出口结构均包括空气进口和空气出口；

技术总结
本发明公开一种高性能燃料电池，包括至少两组堆叠设置的电池单元，每组电池单元均包括极板组件和膜电极，所述极板组件包括阳极极板和阴极极板，所述膜电极设置在阳极极板和阴极极板之间；各极板组件上均分别设置有至少两组空气进出口结构，不同极板组件上的各组空气进出口结构的布置方式相同，至少部分的电池单元中的阴极极板的流道连接的相应极板组件上的空气进出口结构与其他电池单元中的阴极极板的流道连接的相应极板组件上的空气进出口结构不同。本发明能够使得高性能燃料电池在工作时，通入的空气会在相邻的不同的电池单元中交错分配流动，进而能够使得整体燃料电池的流速、温度、压力等参数也能够分配更均匀，提高膜电极的寿命。

技术研发人员：侯俊波,沈学恩,沈万中
受保护的技术使用者：浙江海盐力源环保科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21