本發(fā)明涉及燃料電池，特別涉及一種燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是通過(guò)甲醇或氫等燃料在膜電極組件的催化劑層與氧化氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲取電能的發(fā)電裝置。燃料電池是一種清潔能量源，其能夠提供清潔的電能，因而得到了越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。

2、近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)日趨成熟和低空經(jīng)濟(jì)空域管制逐步開(kāi)放，國(guó)內(nèi)龐大的低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈雛形初現(xiàn)，低空經(jīng)濟(jì)成為各地競(jìng)相角逐的新的經(jīng)濟(jì)“增長(zhǎng)極”。飛機(jī)作為一個(gè)飛行平臺(tái)，其價(jià)值取決于航時(shí)和載重，而氫燃料電池的能量密度是鋰電池的三倍，能夠?yàn)檩d人載貨、evtol(electric?vertical?takeoff?and?landing，電動(dòng)垂直起降飛行器)、飛行汽車等航空器提供更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，眾多evtol、飛行汽車等航空器的頭部企業(yè)正在到處尋找氫能解決方案，對(duì)燃料電池空冷電堆功率及功率密度的提高提出了迫切需求。而市面上現(xiàn)有燃料電池空冷電堆多采用石墨板電堆，陰極側(cè)多采用敞口式設(shè)置，大量的空氣一方面作為反應(yīng)氣體與氫氣進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)還作為冷卻氣體對(duì)電堆進(jìn)行散熱。為保證充足的風(fēng)冷散熱效果，空氣需保證足夠大的氣量，但大氣量容易導(dǎo)致膜電極被吹干，膜電極在不停地進(jìn)行干濕切換，加速了質(zhì)子膜的機(jī)械性老化?？諝庵休^多的雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入陰極流場(chǎng)直接與膜電極組件接觸。敞口式風(fēng)冷電堆的這種工作模式，影響了質(zhì)子交換膜的使用壽命，敞口式空冷電堆的壽命普遍僅維持在300-500小時(shí)；同時(shí)降低了燃料電池電堆的性能，敞口式空冷堆普遍只有幾百或幾千瓦，很難超過(guò)5kw。

3、因此，希望能有一種新的燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆，能夠克服上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆，特別是一種大功率長(zhǎng)壽命金屬-石墨復(fù)合型空冷單電池及電堆，從而使單電池及電堆的功率增大、壽命延長(zhǎng)、可靠性增強(qiáng)以及電性能提高。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種燃料電池單電池，包括：

3、膜電極組件；

4、陽(yáng)極板和陰極板，所述陽(yáng)極板和所述陰極板分別位于所述膜電極組件的兩側(cè)；

5、陽(yáng)極散熱板，所述陽(yáng)極散熱板位于所述陽(yáng)極板的一側(cè)，所述陽(yáng)極板介于所述陽(yáng)極散熱板和所述膜電極組件之間；以及

6、陰極散熱板，所述陰極散熱板位于所述陰極板的一側(cè)，所述陰極板介于所述陰極散熱板和所述膜電極組件之間，

7、其中，所述燃料電池單電池為陰極封閉式；

8、所述陽(yáng)極散熱板背離所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，所述散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陰極散熱板的直接接觸；或

9、所述陰極散熱板背離所述陰極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，所述散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陽(yáng)極散熱板的直接接觸。

10、可選地，在所述陽(yáng)極散熱板背離所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，所述散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陰極散熱板的直接接觸時(shí)，所述陽(yáng)極散熱板靠近所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面為平面；所述陰極散熱板背離所述陰極板一側(cè)的表面為平面，所述陰極散熱板靠近所述陰極板一側(cè)的表面上設(shè)置有開(kāi)槽；或

11、在所述陰極散熱板背離所述陰極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，所述散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陽(yáng)極散熱板的直接接觸時(shí)，所述陰極散熱板靠近所述陰極板一側(cè)的表面為平面；所述陽(yáng)極散熱板背離所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面為平面，所述陽(yáng)極散熱板靠近所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面上設(shè)置有開(kāi)槽。

12、可選地，所述燃料電池單電池還包括：

13、第一密封件，所述第一密封件設(shè)置在所述陽(yáng)極散熱板和所述陰極散熱板之間，用于所述膜電極組件的密封。

14、可選地，所述燃料電池單電池還包括：

15、第二密封件，所述第二密封件位于所述陽(yáng)極散熱板與相鄰的燃料電池單電池的陰極散熱板之間和/或位于所述陰極散熱板與相鄰的燃料電池單電池的陽(yáng)極散熱板之間。

16、可選地，所述陰極板為石墨板，所述陽(yáng)極板為金屬板；

17、所述陰極散熱板和/或所述陽(yáng)極散熱板為金屬板，所述金屬板包括選自銀板、銅板、鋁板和不銹鋼板中的至少一種。

18、可選地，所述陰極板位于封閉腔中，所述燃料電池單電池還包括：

19、氣體源，所述氣體源與所述封閉腔相連通，以向所述陰極板提供反應(yīng)氣體。

20、可選地，所述散熱齒為條狀，所述散熱齒的長(zhǎng)度方向與所述陰極散熱板和/或所述陽(yáng)極散熱板的寬度方向相同。

21、可選地，所述散熱齒的寬度介于1mm至5mm之間，所述散熱齒的高度介于1mm至5mm之間。

22、可選地，相鄰的所述散熱齒之間形成有散熱通道，所述散熱通道的寬度介于1mm至8mm之間。

23、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種燃料電池電堆，包括：

24、安裝架；以及

25、如上所述的燃料電池單電池，所述燃料電池單電池設(shè)置在所述安裝架上。

26、本發(fā)明提供的燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆，為陰極封閉式，散熱板背離極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，散熱齒還用于與相鄰燃料電池單電池的散熱板的直接接觸，在保證燃料電池散熱充分的同時(shí)，還能起到良好的密封作用，并減小電池間的歐姆內(nèi)阻從而提高燃料電池的性能。

27、進(jìn)一步地，散熱板上的散熱齒(散熱通道)采用特定的尺寸比，保證了電堆具有良好的散熱性、電子導(dǎo)通性及密封性能。

28、進(jìn)一步地，將石墨材質(zhì)的散熱板的散熱齒參數(shù)限定在一定范圍，既保證了與電池平面接觸良好、減小接觸內(nèi)阻，又保證了散熱通道的散熱通暢。

29、進(jìn)一步地，陰極封閉，采用氣體源向陰極提供反應(yīng)氣體，并對(duì)陰極進(jìn)行加濕，能夠提高單電池/電堆的電性能，并增大功率、延長(zhǎng)壽命、增強(qiáng)可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池單電池，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，在所述陽(yáng)極散熱板背離所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，所述散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陰極散熱板的直接接觸時(shí)，所述陽(yáng)極散熱板靠近所述陽(yáng)極板一側(cè)的表面為平面；所述陰極散熱板背離所述陰極板一側(cè)的表面為平面，所述陰極散熱板靠近所述陰極板一側(cè)的表面上設(shè)置有開(kāi)槽；或

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述燃料電池單電池還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述燃料電池單電池還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述陰極板為石墨板，所述陽(yáng)極板為金屬板；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述陰極板位于封閉腔中，所述燃料電池單電池還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述散熱齒為條狀，所述散熱齒的長(zhǎng)度方向與所述陰極散熱板和/或所述陽(yáng)極散熱板的寬度方向相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池單電池，其中，所述散熱齒的寬度介于1mm至5mm之間，所述散熱齒的高度介于1mm至5mm之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池單電池，其中，相鄰的所述散熱齒之間形成有散熱通道，所述散熱通道的寬度介于1mm至8mm之間。

10.一種燃料電池電堆，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆。根據(jù)本公開(kāi)的燃料電池單電池包括膜電極組件；陽(yáng)極板和陰極板分別位于膜電極組件的兩側(cè)；陽(yáng)極散熱板位于陽(yáng)極板的一側(cè)，陽(yáng)極板介于陽(yáng)極散熱板和膜電極組件之間；陰極散熱板位于陰極板的一側(cè)，陰極板介于陰極散熱板和膜電極組件之間，其中，燃料電池單電池為陰極封閉式；陽(yáng)極散熱板背離陽(yáng)極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陰極散熱板的直接接觸；或陰極散熱板背離陰極板一側(cè)的表面上設(shè)置有散熱齒，散熱齒用于與相鄰燃料電池單電池的陽(yáng)極散熱板的直接接觸。根據(jù)本公開(kāi)的燃料電池單電池及包括其的燃料電池電堆，功率大、壽命長(zhǎng)、可靠性好，具有良好的電性能。

技術(shù)研發(fā)人員：孫敏敏,方謀,王志輝,王子雄,方達(dá)杰,師健,禇連勝,楊新宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京朔景新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19