專利名稱：燃料電池濕化器及燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池濕化器和燃料電池。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池由膜電極集合體(Membrane Electrode Assembly; 以下簡(jiǎn)稱MEA)以及緊貼于MEA兩面的氣體導(dǎo)流板組成一個(gè)基本單元。當(dāng) 分別在MEA兩面的氣體導(dǎo)流板上加入一定壓力的氫氣和氧氣(或空氣)時(shí)， 由于電化學(xué)的反應(yīng)而發(fā)電。而在具體應(yīng)用中，所加入的氣體必須是濕潤(rùn)的， 濕潤(rùn)的氣體能提高質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)電效率，而干燥的氣體會(huì)把MEA 表面的水份也同時(shí)帶走，很容易造成MEA因干燥產(chǎn)生龜裂而損壞。在氫-氧 型燃料電池中，干燥的氧氣還很容易引發(fā)自燃。如果氣體濕化處理不好，不 僅降低了燃料電池的發(fā)電效率，而且增大了燃料電池自燃的風(fēng)險(xiǎn)；因此，在 燃料電池中，應(yīng)配有安全、可靠、高效的濕化系統(tǒng)。
對(duì)所加入的氣體進(jìn)行"濕化，'處理的裝置叫做濕化器，與燃料電池分離 的濕化器叫外濕化器，外濕化器適用于大功率如1000KW的電堆；與燃料電 池合并為一整體的濕化器叫內(nèi)濕化器，內(nèi)濕化器結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、成本低、 適用于小功率如IOKW的電堆。
現(xiàn)有濕化器中，導(dǎo)流板的濕化區(qū)和非濕化區(qū)均直接覆蓋棵露的質(zhì)子交換 膜，此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以下缺陷
(1) 由于質(zhì)子交換膜遇水后膨脹，而干燥后又會(huì)收縮，其尺寸不易控 制，尤其是使用一段時(shí)間后經(jīng)過拆卸、再組裝后，質(zhì)子交換膜變形十分嚴(yán)重， 造成安裝困難；且極易因變形后密封不嚴(yán)而產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象；
(2) 由于在導(dǎo)流板濕化區(qū)部分，濕化膜兩側(cè)一側(cè)通有水，另一側(cè)通有帶
有一定壓力的氣體，因而兩側(cè)壓力相差較大，易造成質(zhì)子交換膜變形堵塞流 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池濕化器和燃料電池，有效解決現(xiàn)有濕化器中質(zhì)子 交換膜易變形等缺陷，達(dá)到燃料電池中質(zhì)子交換膜不易變形的目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例子提供一種燃料電池濕化器，包括數(shù)個(gè)導(dǎo) 流板和設(shè)置在所述導(dǎo)流板之間的濕化膜單元，所述導(dǎo)流板包括濕化區(qū)和非濕化 區(qū)，所述濕化膜單元包括濕化膜和將所述濕化膜夾設(shè)在中間的兩片碳布，所述 濕化膜單元的中部設(shè)置有碳布的區(qū)域覆蓋與其相鄰的導(dǎo)流板的濕化區(qū)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種燃料電池，包括燃料電池濕化器， 所述燃料電池濕化器包括數(shù)個(gè)導(dǎo)流板和設(shè)置在所述導(dǎo)流板之間的濕化膜單元， 所述導(dǎo)流板包括濕化區(qū)和非濕化區(qū)，所述濕化膜單元包括濕化膜和將所述濕化 膜夾設(shè)在中間的兩片碳布，所述濕化膜單元的中部設(shè)置有碳布的區(qū)域覆蓋與其 相鄰的導(dǎo)流板的濕化區(qū)。
本發(fā)明采用質(zhì)子交換膜作為濕化膜。
本發(fā)明提供的燃料電池濕化器和燃料電池，有以下優(yōu)點(diǎn) (l)碳布和質(zhì)子交換膜壓制成一體，固定了質(zhì)子交換膜的尺寸，質(zhì)子交換
膜不易變形，且使?jié)窕鞣磸?fù)安裝操作簡(jiǎn)單、可靠；
(2 )碳布能支撐質(zhì)子交換膜，在兩側(cè)壓力差較大時(shí)也不會(huì)變形堵塞導(dǎo)流槽，
而且不易損壞，保證了氣體的濕化效果。


圖1為本發(fā)明燃料電池濕化器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明燃料電池濕化器中導(dǎo)流板示意圖； 圖3為本發(fā)明燃料電池濕化器中濕化膜單元示意圖4為本發(fā)明燃料電池濕化器中濕化膜單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明燃料電池濕化器與現(xiàn)有燃料電池濕化器的濕化效果對(duì)比 示意圖6為本發(fā)明燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。 圖1為本發(fā)明燃料電池濕化器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖l所示，燃料電池濕化 器包括數(shù)個(gè)導(dǎo)流板1和設(shè)置在導(dǎo)流板1之間的濕化膜單元2;燃料電池濕化 器的端部設(shè)有端板3。
圖2為本發(fā)明燃料電池濕化器中導(dǎo)流板示意圖，如圖2所示，導(dǎo)流板l 上設(shè)置有濕化區(qū)11和非濕化區(qū)12兩部分區(qū)域。圖3為本發(fā)明燃料電池濕化 器中濕化膜單元示意圖，濕化膜單元2的中部設(shè)置有碳布22的部分覆蓋其 相鄰的導(dǎo)流板1的濕化區(qū)11,而濕化膜單元未被碳布覆蓋的棵露在外的濕 化膜21的邊緣部分覆蓋導(dǎo)流板1的非濕化區(qū)12。圖4為本發(fā)明燃料電池濕 化器中濕化膜單元結(jié)構(gòu)示意圖，側(cè)視濕化膜單元如圖4所示，濕化膜單元2 包括濕化膜21和將濕化膜21夾設(shè)在中間的兩片碳布22,濕化膜21與導(dǎo)流 板l的尺寸應(yīng)相適應(yīng)，即濕化膜21全部覆蓋導(dǎo)流板1,碳布22與導(dǎo)流板1 的濕化區(qū)11的尺寸應(yīng)相適應(yīng)，即濕化膜21兩側(cè)設(shè)有碳布22的部分覆蓋導(dǎo) 流板1的濕化區(qū)11。碳布就是碳化纖維織成的布。濕化膜21與碳布22在 加熱、加壓的條件下壓制成類似"三明治"的結(jié)構(gòu)，留下濕化膜21的邊緣 部分用于密封。
本實(shí)施例提供的燃料電池濕化器中導(dǎo)流板1的濕化區(qū)11和非濕化區(qū)12 之間設(shè)置有緩沖區(qū)13。與現(xiàn)有導(dǎo)流板不同之處在于，本實(shí)施例提供的導(dǎo)流 板擴(kuò)大濕化區(qū)ll和非濕化區(qū)12之間的距離，形成一具有一定寬度的緩沖區(qū) 13，通過設(shè)置緩沖區(qū)可以避免在進(jìn)行燃料電池的安裝過程中稍有錯(cuò)位便出現(xiàn)
漏氣現(xiàn)象的缺陷。
導(dǎo)流板1與濕化膜單元2之間采用密封圈14密封，具體為，每個(gè)導(dǎo)流 板1的濕化區(qū)11周圍和非濕化區(qū)12的周圍設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)分別設(shè)置密 封圈14,即將導(dǎo)流板1的濕化區(qū)11和非濕化區(qū)12分別應(yīng)用單獨(dú)的密封圈 14進(jìn)行分別密封；兩塊導(dǎo)流板1通過濕化區(qū)11周圍設(shè)置的密封圏14將濕 化膜單元2的碳布22部分密封起來；兩塊導(dǎo)流板1通過非濕化區(qū)12周圍設(shè) 置的密封圈14將濕化膜單元2的濕化膜21覆蓋非濕化區(qū)12的部分密封起 來，使得流經(jīng)濕化器的氣體不會(huì)發(fā)生泄漏。
上述濕化膜單元2和其相鄰的導(dǎo)流板1組成濕化單元，用于對(duì)通過由數(shù) 個(gè)導(dǎo)流板1和濕化膜單元2依次排列所組成的燃料電池濕化器的氣體進(jìn)行 "濕化"處理；非濕化區(qū)12用于導(dǎo)通流經(jīng)燃料電池濕化器的氣體和水。如 圖2所示，導(dǎo)流板1上濕化區(qū)11的四周區(qū)域?yàn)榉菨窕瘏^(qū)12，在非濕化區(qū)12 上設(shè)置有用于通氣和通水的立井通道121，立井通道121上具體設(shè)置有用于 通氣的進(jìn)氣孔和出氣孔，用于通水的進(jìn)水孔和出水孔；氣體和水分別由對(duì)應(yīng) 的孔進(jìn)入濕化器中，氣體通過導(dǎo)流槽15端部的進(jìn)/出氣口 16進(jìn)出導(dǎo)流槽15, 并流經(jīng)各導(dǎo)流板1后，氣體和水再由立井通道121上對(duì)應(yīng)的孔流出。
圖5為本發(fā)明燃料電池濕化器與現(xiàn)有燃料電池濕化器的濕化效果對(duì)比 示意圖，如圖5所示，橫坐標(biāo)表示電流值(單位為安培A),縱坐標(biāo)表示電 壓值(單位為伏特V),其中a線表示燃料電池濕化器中使用碳布的濕化效 果曲線圖，p線表示燃料電池濕化器中使用碳紙的濕化效果曲線圖；從圖中 可以得出，在分別使用碳布和碳紙的燃料電池上施加電壓后，當(dāng)達(dá)到相同電 流的情況下，使用碳布與使用碳紙的燃料電池對(duì)氣體的濕化效果是相同的， 也就是說在濕化單元上使用碳布可以達(dá)到原有使用碳紙相同的濕化效果。
本實(shí)施例所述的濕化膜是質(zhì)子交換膜，目前通用的質(zhì)子交換膜為含有 C-F鏈的全氟磺酸膜，在C-F鏈支鏈的末端為磺酸基。質(zhì)子交換膜的作用在于 通水不通氣體，本發(fā)明也可以采用 一般技術(shù)人員常用的其他具有水分可以通
過而氣體無(wú)法通過特性的薄膜。
本實(shí)施例提供的燃料電池濕化器，質(zhì)子交換膜兩面覆蓋碳布既不易損
壞，又不易堵塞導(dǎo)流槽，保證了氣體的濕化效果；而且將質(zhì)子交換膜與碳布 壓制成一體，固定了質(zhì)子交換膜的尺寸，使得濕化器安裝簡(jiǎn)單、方便。
圖6為本發(fā)明燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用上述實(shí)施 例中提供的燃料電池濕化器作為內(nèi)濕化器，如圖6所示，質(zhì)子交換膜燃料電 池由兩蓋板100夾設(shè)基本單元組101及燃料電池濕化器102而成，蓋板100與基本 單元組101及燃料電池濕化器102之間還設(shè)有電極板103;基本單元組101由基本 單元組成，基本單元是由膜電極集合體以及緊貼于所述膜電極集合體兩面的氣 體導(dǎo)流板組成。本實(shí)施例中燃料電池濕化器102作為后濕化器，若將燃料電池濕 化器102設(shè)置于基本單元組101之前，也可以作為前濕化器使用。
本實(shí)施例提供的質(zhì)子交換膜燃料電池，其中的燃料電池濕化器中濕化膜單 元采用碳布夾設(shè)質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu)，提高了燃料電池的濕化效果，使用安全 可靠。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其 限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或 者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技
術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池濕化器，包括數(shù)個(gè)導(dǎo)流板和設(shè)置在所述導(dǎo)流板之間的濕化膜單元，所述導(dǎo)流板包括濕化區(qū)和非濕化區(qū)，其特征在于所述濕化膜單元包括濕化膜和將所述濕化膜夾設(shè)在中間的兩片碳布，所述濕化膜單元的中部設(shè)置有碳布的區(qū)域覆蓋與其相鄰的導(dǎo)流板的濕化區(qū)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池濕化器，其特征在于所述導(dǎo)流板的 濕化區(qū)和非濕化區(qū)之間設(shè)置有緩沖區(qū)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池濕化器，其特征在于所述導(dǎo)流板 的濕化區(qū)與所述濕化膜單元的碳布之間，以及所述導(dǎo)流板的非濕化區(qū)與所述 濕化膜單元的濕化膜之間分別采用密封圈密封。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池濕化器，其特征在于所述導(dǎo)流板的 非濕化區(qū)內(nèi)設(shè)置有用于通氣和通水的立井通道。
5、 一種燃料電池，包括燃料電池濕化器，其特征在于所述燃料電池 濕化器包括數(shù)個(gè)導(dǎo)流板和設(shè)置在所述導(dǎo)流板之間的濕化膜單元，所述導(dǎo)流板 包括濕化區(qū)和非濕化區(qū)，所述濕化膜單元包括濕化膜和將所述濕化膜夾設(shè)在 中間的兩片碳布，所述濕化膜單元的中部設(shè)置有碳布的區(qū)域覆蓋與其相鄰的 導(dǎo)流板的濕化區(qū)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于所述導(dǎo)流板的濕化區(qū) 和非濕化區(qū)之間設(shè)置有緩沖區(qū)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的燃料電池，其特征在于所述導(dǎo)流板的濕化 區(qū)與所述濕化膜單元的碳布之間以及所述導(dǎo)流板的非濕化區(qū)與所述濕化膜 單元的濕化膜之間分別采用密封圈密封。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于所述導(dǎo)流板的非濕化 區(qū)內(nèi)設(shè)置有用于通氣和通水的立井通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池濕化器和燃料電池。該燃料電池濕化器包括數(shù)個(gè)導(dǎo)流板和設(shè)置在所述導(dǎo)流板中間的濕化膜單元，所述濕化膜單元覆蓋與其相鄰的導(dǎo)流板，所述濕化膜單元包括濕化膜和將所述濕化膜夾設(shè)在中間的兩片碳布。該燃料電池包括上述的燃料電池濕化器。本發(fā)明提供的燃料電池濕化器和燃料電池具有質(zhì)子交換膜不易變形、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101170191SQ20071018737
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者勇 張, 張玉萍, 歡 陳 申請(qǐng)人:重慶宗申技術(shù)開發(fā)研究有限公司