專利名稱：燃料電池極板及使用該極板的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池極板，特別是一種質(zhì)子交換膜燃料電池的極板 及使用該極板的燃料電池。
背景技術(shù)：
近年來，燃料電池技術(shù)有了許多重大突破，其中質(zhì)子交換膜燃料電池
(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)受到相當(dāng)大的關(guān)注，世界各國 政府以及企業(yè)界無不投入相當(dāng)大的研發(fā)能量。
質(zhì)子交換膜燃料電池除了具有無污染，能量轉(zhuǎn)換效率高等一般燃料電池 的優(yōu)點(diǎn)外，更具備接近常溫操作以及激活迅速的特性，特別適合運(yùn)輸動(dòng)力， 可攜式電力以及家用發(fā)電。
構(gòu)成燃料電池的關(guān)鍵組件包括電極(electrode)，質(zhì)子交換膜(electrolyte membrane)與極板(bipolar plate)等。而極板具有進(jìn)氣導(dǎo)流與收集電流兩項(xiàng)主要 功能。在極板上所加工的各種形狀的流道的主要目的是提供反應(yīng)氣流及產(chǎn)物 進(jìn)出燃料電池的流道。所以在一定的反應(yīng)氣體供應(yīng)下，如何能夠使得電極各 處均能充分獲得反應(yīng)氣體，其關(guān)鍵在于流道的設(shè)計(jì)。
圖5所示為一種現(xiàn)有燃料電池極板的俯-現(xiàn)圖。該;f及板50為一長方體板狀 結(jié)構(gòu)，該極板50上設(shè)有一進(jìn)氣流道52、 一出氣流道54及若干條擴(kuò)散流道56。 這些擴(kuò)散流道56之間被若干平行排列的壁板51間隔。這些擴(kuò)散流道56的一 端與該進(jìn)氣流道52連通，另一端與該出氣流道54連通。使用時(shí)，氣流60從 進(jìn)氣流道52經(jīng)擴(kuò)散流道56進(jìn)行擴(kuò)散流動(dòng)，在擴(kuò)散流動(dòng)的過程中參與燃料電 池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，而未參與反應(yīng)的剩余氣體及反應(yīng)的產(chǎn)物則傳遞至出氣 流道54排出。其中，氣流60主要通過擴(kuò)散效應(yīng)進(jìn)入多孔性的氣體擴(kuò)散層(圖 未示)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
然而，氣流60在該進(jìn)氣流道52、出氣流道54及擴(kuò)散流道56內(nèi)的流動(dòng)基 本為層流流動(dòng)，難于通過擴(kuò)散效應(yīng)充分地進(jìn)入氣體擴(kuò)散層參與電化學(xué)反應(yīng)， 使得燃料電池的發(fā)電效率不高。另外，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的過多的水分也不能 通過出氣流道54及時(shí)排放出來，而這些過多的水分將會聚集并堵塞氣體擴(kuò)散層內(nèi)的孔隙，影響氣體的傳輸，從而進(jìn)一步阻礙電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有增強(qiáng)氣體擴(kuò)散效果、防止過多水分在氣 體擴(kuò)散層內(nèi)聚集的燃料電池極板及使用該極板的燃料電池。
一種燃料電池極板，該極板的其中一表面上設(shè)有流道，所述流道包括兩 組進(jìn)氣流道及一組出氣流道，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該出氣流道兩側(cè)，所 述每一組進(jìn)氣流道與該出氣流道之間設(shè)有隔板，所述隔板將進(jìn)氣流道與出氣 流道分隔開來。
一種燃料電池，包括至少一極板及與所述極板相鄰的氣體擴(kuò)散層，該極 板于鄰接氣體擴(kuò)散層的表面上設(shè)有流道，所述流道包括兩組進(jìn)氣流道及一組 出氣流道，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該出氣流道兩側(cè)，所述每一組進(jìn)氣流道 與該出氣流道之間設(shè)有呈蛇形彎折的隔板。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該燃料電池通過所述進(jìn)氣流道、出氣流道及隔板的設(shè) 置，迫使極板上的氣流以強(qiáng)制對流方式進(jìn)入氣體擴(kuò)散層，增加電化學(xué)反應(yīng)的 速度。同時(shí)，該強(qiáng)制對流效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)大的剪應(yīng)力還可帶走氣體擴(kuò)散層中電 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的過多的水分，提高燃料電池的發(fā)電效率。


下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的描述
圖l為本發(fā)明燃料電池第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖l所示燃料電池中極板的立體圖。
圖3為圖1所示燃料電池中極板的俯視圖。
圖4為本發(fā)明燃料電池中極板第二實(shí)施例的俯一見圖。
圖5為現(xiàn)有燃料電池中極板的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明燃料電池其中一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該燃料電池100 包括一下極板10、 一膜電極組20及一上極板30,該膜電極組20夾設(shè)于該下 極板10與該上極板30之間。該膜電極組20包括一質(zhì)子交換膜21 、兩催化劑 層22、 23及兩氣體擴(kuò)散層24、 25,該兩催化劑層22、 23分別夾設(shè)于該質(zhì)子 交換膜21與該兩氣體擴(kuò)散層24、 25之間。該上極板30與該下極板10在燃料電池100中主要起導(dǎo)氣、導(dǎo)電和導(dǎo)水的作用。該兩氣體擴(kuò)散層24、 25由多 孔性材料制成。由上極板30和下極板IO進(jìn)入的氣體(如氫氣或者空氣)通過擴(kuò) 散作用進(jìn)入該兩氣體擴(kuò)散層24、 25及該兩催化劑層22、 23,分別參與該燃料 電池100的電化學(xué)反應(yīng)。該下極板IO及上極板30可由導(dǎo)電金屬制成，例如 銅金屬；亦可由導(dǎo)電性非金屬制成，例如石墨。
請參照圖1至圖3，該下極板IO為一長方體板狀結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有兩組進(jìn) 氣流道12、 14及一組出氣流道16。該出氣流道16位于該下極板IO的中央， 該兩進(jìn)氣流道12、 14分別位于該出氣流道16的兩側(cè)。該兩進(jìn)氣流道12、 14 與該出氣流道16之間分別設(shè)有一隔板11,該兩隔板11分別將進(jìn)氣流道12、 14與出氣流道16分隔開來。該兩隔板ll均為蛇形彎折結(jié)構(gòu)(如圖2及圖3所 示)。每一隔板ll在各個(gè)彎折處形成一擋止部112,該擋止部112為平板狀結(jié) 構(gòu)。該兩進(jìn)氣流道12、 14的進(jìn)氣口 121、 141位于該下相j反IO的同一側(cè)。該 出氣流道16設(shè)有一出氣口 161，該出氣口 161位于與進(jìn)氣口 121、 141相對的 另一側(cè)。該上極^反30上的流道結(jié)構(gòu)與該下才及板IO相同。
圖1所示燃料電池IOO僅為單體結(jié)構(gòu)，為獲得足夠的發(fā)電功率，可以將 多個(gè)電池單體串聯(lián)起來，以形成電池組。其中，相鄰的兩個(gè)電池單體可以共 享一個(gè)極板。因此，該下極板IO或上極板30相對的另一表面上也可設(shè)有與 上述進(jìn)氣流道12、 14及出氣流道16結(jié)構(gòu)相同的流道，從而構(gòu)成一雙極板。
請參照圖l及圖3，使用時(shí)，對下招i!10而言，氣流40(比如氫氣或者 空氣)分別通過進(jìn)氣口 121、 141進(jìn)入該下極板10的進(jìn)氣流道12、 14。當(dāng)氣流 40在上游時(shí)，其主要通過擴(kuò)散效應(yīng)而進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25參與燃料電池100 內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)氣流40流至擋止部112處時(shí)，其^皮擋止部112所阻隔， 該擋止部112迫使氣流40以強(qiáng)制對流方式進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25。進(jìn)入氣體擴(kuò)散 層25的氣流40會尋求最短路徑越過隔板11進(jìn)入出氣流道16中，于是就產(chǎn) 生一強(qiáng)制對流效應(yīng)。該強(qiáng)制對流效應(yīng)可使更多的氣流40進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25, 增加電化學(xué)反應(yīng)的速度，提高該燃料電池100的發(fā)電效率。同時(shí)，該強(qiáng)制對 流效應(yīng)可產(chǎn)生強(qiáng)大的剪應(yīng)力以帶走氣體擴(kuò)散層25中電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的過多 的水分。另外，當(dāng)氣流40進(jìn)入出氣流道16內(nèi)時(shí)，出氣流道16依然可以繼續(xù) 為氣流40提供擴(kuò)散效應(yīng)，直至氣流40通過出氣口 161離開下極板10，使得 氣流40可以更加均勻地進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25 。
請參照圖4,其所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的俯視圖，其與第一實(shí)施例的 不同之處在于，該兩進(jìn)氣流道12、 14的進(jìn)氣口 121、 141a分別位于該下極板10a的對角處。由于進(jìn)氣口 121、 141a處氣流40的流速壽交高，相應(yīng)擴(kuò)散效應(yīng)、 強(qiáng)制對流效應(yīng)也較強(qiáng)，通過將進(jìn)氣口 121、 141a設(shè)置與該下極板10a的對角 處，可以使得進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25的氣流40的分布更加均勻，提高燃料電池 IOO內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)的速度，進(jìn)而提高整體的發(fā)電效率。
綜上所述，通過該隔板ll的設(shè)置，對行進(jìn)中的氣流40產(chǎn)生阻擋作用， 使得氣流40在進(jìn)氣流道12、 14與出氣流道16之間以強(qiáng)制對流方式進(jìn)入氣體 擴(kuò)散層25，產(chǎn)生強(qiáng)制對流效應(yīng)。該強(qiáng)制對流效應(yīng)可使更多的氣流40進(jìn)入氣體 擴(kuò)散層25,并產(chǎn)生強(qiáng)大的剪應(yīng)力以帶走氣體擴(kuò)散層25中電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的過 多的水分。
通過該兩進(jìn)氣流道12、 14與該位于中央的出氣流道16的設(shè)置，相對于 傳統(tǒng)單進(jìn)氣流道的設(shè)計(jì)而言，可使更多的氣流40經(jīng)強(qiáng)制對流進(jìn)入氣體擴(kuò)散層 25。由于進(jìn)氣口 121、 141處的氣流40比較容易進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25,故進(jìn)氣 流道12、 14的設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)單進(jìn)氣流道而言，可使氣流40以更均勻的方式 進(jìn)入氣體擴(kuò)散層25參與電化學(xué)反應(yīng)。
另外，通過該兩進(jìn)氣流道12、 14及該出氣流道16的設(shè)計(jì)，相對現(xiàn)有技 術(shù)有效縮短進(jìn)氣氣流40的流動(dòng)路徑，有效地減少附面層的屏蔽作用，從而提 高電化學(xué)反應(yīng)速度，提高燃料電池的發(fā)電效率。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池極板，該極板的其中一表面上設(shè)有流道，其特征在于，所述流道包括兩組進(jìn)氣流道及一組出氣流道，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該出氣流道兩側(cè)，所述每一組進(jìn)氣流道與該出氣流道之間設(shè)有隔板，所述隔板將進(jìn)氣流道與出氣流道分隔開來。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池極板，其特征在于，所述隔板呈蛇形 彎折結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池極板，其特征在于，所述兩組進(jìn)氣流 道的進(jìn)氣口位于該4及板的同一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池極板，其特征在于，所述兩組進(jìn)氣流 道的進(jìn)氣口分別位于該極板的對角處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池極板，其特征在于，該出氣流道的出 氣口位于與所述兩進(jìn)氣流道的進(jìn)氣口相對的另 一側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池極板，其特征在于，該出氣流道位于 該極板中央，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該核j反的兩側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池極板，其特征在于，該極板相對另一 表面上也設(shè)有相同構(gòu)造的上述流道，從而構(gòu)成雙極板。
8. —種燃料電池，包括至少一極板及與所述極板相鄰的氣體擴(kuò)散層，該 極板于鄰接氣體擴(kuò)散層的表面上設(shè)有流道，其特征在于，所述流道包括兩組 進(jìn)氣流道及一組出氣流道，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該出氣流道兩側(cè)，所述 每一組進(jìn)氣流道與該出氣流道之間設(shè)有呈蛇形彎折的隔板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述兩組進(jìn)氣流道的 進(jìn)氣口位于該極板的同 一側(cè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述兩組進(jìn)氣流道的 進(jìn)氣口分別位于該核il的對角處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于，該出氣流道的出氣口 位于與所述兩流道進(jìn)氣口相對的另 一側(cè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，該極板相對的另一表 面上也i殳有相同構(gòu)造的上述流道，/人而構(gòu)成雙才及板。
全文摘要
一種燃料電池極板，該極板的其中一表面上設(shè)有流道，所述流道包括兩組進(jìn)氣流道及一組出氣流道，該兩組進(jìn)氣流道分別位于該出氣流道兩側(cè)，所述每一組進(jìn)氣流道與該出氣流道之間設(shè)有隔板，所述隔板將進(jìn)氣流道與出氣流道分隔開來，促使氣體以強(qiáng)制對流方式進(jìn)入與隔板相鄰的氣體擴(kuò)散層。通過該兩組進(jìn)氣流道及該隔板的設(shè)置，可以有效增強(qiáng)極板流道內(nèi)氣流的強(qiáng)制對流擴(kuò)散效果，并帶走氣體擴(kuò)散層中聚集的過多的水分，提高燃料電池的發(fā)電效率。
文檔編號H01M8/10GK101304094SQ20071007432
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者陳名恩 申請人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司