本實用新型涉及燃料電池領(lǐng)域，特別是涉及到一種燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，產(chǎn)生電流。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”，需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應才能發(fā)電。燃料電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應，反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷產(chǎn)生，燃料電池連續(xù)地發(fā)電。

燃料電池的優(yōu)勢在于，目前的科技手段中，尚沒有一項能源生成技術(shù)能如燃料電池一樣將諸多優(yōu)點集合于一身。它只排放水，完全沒有污染，可以廣泛應用于固定式電站和移動式發(fā)電裝置，如海陸空等交通、運輸行業(yè)，特別是汽車，非常能發(fā)揮其優(yōu)勢，受到各國政府的重視、支持。

但是，燃料電池產(chǎn)業(yè)化導入階段中，轉(zhuǎn)化效率尚待進一步提高，使用壽命延長、降低成本等成為諸多迫切急需解決的問題。燃料電池的研發(fā)、生產(chǎn)集聚多學科、多領(lǐng)域的尖端技術(shù)，任何在轉(zhuǎn)化效率、使用壽命和降低成本方面的改進，都具有很大的經(jīng)濟價值和社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是要提供一種能夠提高性能、延長使用壽命的燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)。

本實用新型的目的是由如下方案來實現(xiàn)的：

一種燃料電池雙極板結(jié)構(gòu)，由燃料氣體單極板、氧氣單極板和位于兩極板之間的膜電極構(gòu)成電池單元，

所述電池單元的燃料氣體單極板與膜電極的一側(cè)形成燃料氣體腔，所述燃料氣體腔的兩端分別是燃料氣體入口和燃料氣體出口，氧氣單極板與膜電極的另一側(cè)形成空氣腔，所述空氣腔的兩端分別是空氣入口和空氣出口；

所述燃料氣體入口的截面積大于燃料氣體出口的截面積，所述空氣入口的截面積大于或等于空氣出口的截面積，

所述燃料氣體入口的燃料氣體導入量大于其反應當量。

進一步的，所述空氣出、入口和燃料氣體出、入口的截面積的改變采用改變出入口寬度的方式。

采用本實用新型所述結(jié)構(gòu)的燃料電池，其燃料氣體入口的截面積大于燃料氣體出口的截面積，空氣入口的截面積大于空氣出口的截面積，同時增加燃料氣體的導入量，使其導入量大于其反應當量，反應剩余的燃料氣體會通過燃料氣體出口循環(huán)使用，減小燃料電池氣體進出口的壓差，增加燃料氣體腔內(nèi)氣體濃度的均勻性，增加燃料電池的性能，延長膜電極的壽命。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：

1.充分利用了膜電極催化劑，提高了燃料電池的發(fā)電效率。

2.平衡了燃料氣體出口處附近的膜電極受到的兩側(cè)壓力，提高了膜電極的使用壽命、進而提高了燃料電池的使用壽命，也即降低了燃料電池的成本。

附圖說明

圖1為燃料電池雙極板的部分截面示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型所述的電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實用新型所述的實施例1的壓力梯度示意圖。

圖6為本實用新型所述的實施例2的壓力梯度示意圖。

圖7為本實用新型一種實施方式的燃料氣體入口和燃料氣體出口的示意圖。

圖8為本實用新型一種實施方式的空氣入口和空氣出口的示意圖。

圖中：a1是燃料氣體入口、a2燃料氣體出口、a3是空氣入口、a4是空氣出口、c1是燃料氣體單極板、c2是膜電極、c3是氧氣單極板、b1是燃料氣體入口、b2是燃料氣體出口，b3是空氣入口、b4是空氣出口、d1是燃料氣體腔、d2是空氣腔。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)。

參見圖2，傳統(tǒng)的燃料電池本體主要由燃料氣體單極板c1、氧氣單極板c3和膜電極c2組成，燃料氣體和空氣分別從燃料氣體單極板的燃料氣體入口a1和氧氣單極板的空氣入口a3流入，且分別流經(jīng)膜電極的兩側(cè)，在膜電極催化劑的作用下，燃料氣體分子中的氫原子失去電子，被氧化為氫質(zhì)子，并穿過質(zhì)子膜與空氣中的氧分子進行反應，生成對應的氧化物。在上述反應過程中，氧氣單極板和燃料氣體單極板之間產(chǎn)生電壓，負載與電池形成閉環(huán)后產(chǎn)生電流。

出于成本方面的考量，傳統(tǒng)燃料電池使用時都會導入足量或過量的空氣，根據(jù)空氣中含有的氧氣與燃料氣體的反應當量，在該種情況下燃料氣體在燃料氣體出口a2處附近接近全部消耗，燃料氣體單極板c1一側(cè)給予膜電極的壓力會降低，因此此處膜電極受到的氧氣單極板c3一側(cè)的壓力和受到的燃料氣體單極板c1一側(cè)的壓力差值會增大，膜電極會被逐漸壓向燃料氣體單極板一側(cè)，從而影響該處的膜電極催化劑的催化作用，并影響燃料電池發(fā)電。

參見圖1、圖3和圖4，本實用新型所述的一種燃料電池雙極板氣體出入口的非對稱結(jié)構(gòu)，由燃料氣體單極板、氧氣單極板和位于兩極板之間的膜電極構(gòu)成電池單元，

所述電池單元的燃料氣體單極板與膜電極的一側(cè)形成燃料氣體腔d1，所述燃料氣體腔的兩端分別是燃料氣體入口和燃料氣體出口，氧氣單極板與膜電極的另一側(cè)形成空氣腔d2，所述空氣腔的兩端分別是空氣入口和空氣出口；

在完全反應的情況下，空氣含有的氧氣會在空氣出口b4處附近接近完全消耗，空氣的體積約為原有的80％(假設(shè)此處導入的空氣中氧氣的占比為20％)。由以上可知，空氣出口b1的寬度和截面積在變?yōu)樵鹊?/5的情況下，即可滿足需求。

實施例1

本實用新型通過將原先空氣出口a4的截面積減小，并將減小的這部分截面積增加到原先燃料氣體入口a1處，在沒有改變?nèi)剂蠚怏w單極板c1和氧氣單極板c3總體尺寸的前提下，得到了具有新的截面積的空氣出口b4和燃料氣體入口b1。在本實施例中，通過改變空氣出口a4和燃料氣體入口a1的寬度實現(xiàn)改變截面積。

此時，所述燃料氣體入口b1的截面積大于燃料氣體出口b2的截面積，所述空氣入口b3的截面積大于空氣出口b4的截面積。

由于燃料氣體入口b1的截面積增大，單位時間內(nèi)燃料氣體的流入量也增大，同時通過增大燃料氣體泵的功率，使得燃料氣體的導入量大于其反應當量，將原先燃料電池的過氧反應改變?yōu)槿剂蠚怏w過量反應。

在燃料氣體過量的反應條件下，燃料氣體出口b2處則會有較多的剩余，并通過燃料氣體出口排出。此處膜電極受到的氧氣單極板c3側(cè)壓力和受到的燃料氣體單極板c1側(cè)壓力的差值較小，從而有效的減輕了膜電極的偏移現(xiàn)象，提高了膜電極催化劑的利用率，充分發(fā)揮了燃料電池的發(fā)電能力。

實施例2

本實用新型在保持原先空氣出口a4截面積不變的前提下，僅通過增加燃料氣體入口b1的寬度來增加其截面積。

此時，此時，所述燃料氣體入口b1的截面積大于燃料氣體出口b2的截面積，所述空氣入口b3的截面積等于空氣出口b4的截面積。

由于燃料氣體入口b1的截面積增大，單位時間內(nèi)燃料氣體的流入量也增大，同時通過增大燃料氣體泵的功率，使得燃料氣體的導入量大于其反應當量，將原先燃料電池的過氧反應改變?yōu)槿剂蠚怏w過量反應。

在燃料氣體過量的反應條件下，燃料氣體出口b2處則會有較多的剩余，并通過燃料氣體出口排出。此處膜電極受到的氧氣單極板c3側(cè)壓力和受到的燃料氣體單極板c1側(cè)壓力的差值較小，從而有效的減輕了膜電極的偏移現(xiàn)象，提高了膜電極催化劑的利用率，充分發(fā)揮了燃料電池的發(fā)電能力。

參見圖5和圖6，采用實施例1和實施例2方案的燃料電池，與傳統(tǒng)燃料電池相比，其膜電極兩側(cè)受到的壓力梯度曲線有了明顯的改善。