專利名稱：一種帶單體電池增濕區的燃料電池的制作方法
技術領域：
本發明是屬于燃料電池領域，尤其是指使用無外加濕的質子交換膜燃料電池技術。
背景技術：
燃料電池是一種將外部供給的燃料和氧化劑中的化學能轉變成電能的連續發電裝置。 由于燃料電池功率密度和能量密度高，清潔高效，功率范圍寬廣，在微型電源、移動電源、 車用發動機、固定電站等各個領域都有著廣泛的應用前景，因此受到世界各國的廣泛重視。 美國、日本、加拿大、歐洲各國都在積極開發燃料電池技術，目前世界上幾乎所有大汽車 制造商都在開發燃料電池電動汽車。
目前的燃料電池技術主要根據電解質的不同分作幾種類型，堿性燃料電池、磷酸燃料 電池、熔融碳酸鹽燃料電池、質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等。目前發展得 比較成熟而且應用前景最為廣泛的是質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)。
在質子交換膜燃料電池中，電解質為具有質子傳到性能的質子交換膜，目前廣泛采用 的是全氟磺酸膜。質子在電解質膜中的傳遞要依靠水分子作為傳導載體，所以，質子交換 膜中的水含量對燃料電池的性能有非常大的影響，膜中水處于飽和狀態時具有最佳的質子 導電性，燃料電池也能發揮最好的發電性能。所以，對于質子交換膜進行增濕或者保濕是 質子交換膜燃料電池中的必然選擇。
目前，傳統的PEMFC增濕技術為有源增濕方式，即從外界提供水源。增濕方法有鼓泡 增濕、膜增濕、露點加濕、直接注水等，按與電池堆的集成緊密程度可分為外增濕與內增 濕兩類外增濕是將增濕子系統與電池分開，在反應氣體進入電池之前進行增濕；內增濕 是將增濕子系統與電池集成為一體，在反應氣體進入電池之后進行增濕。
加拿大的巴拉德能源系統公司提出了在電堆中構建增濕器的方案，使用電堆的冷卻水 增濕反應氣體(WO 01/67533)。這樣的電池系統通常用膜來實現內增濕作用，加濕器膜材 質目前普遍選用杜邦公司生產的NafioW系列離子交換膜，也有利用超濾膜(UF)和反滲透 膜(RO)作為增濕膜的研究報道(Journal of Power Sources, 1998， 74:146-150)。對于膜 增濕器，實用采用外部水循環提供增濕水，同時電堆冷卻需要冷卻水，由于水質要求不同， 兩種水又不能合二為一，系統中需要構建兩套水循環系統，造成系統復雜，輔機功耗高。
直接注水加濕能讓用戶定制在反應氣體中的增濕量，可注入液態水或注入水蒸氣。前 者是依靠增壓泵加壓噴射水流，使水流通過高壓噴嘴為反應氣體注水。美國DynEco公司開 發出一種112B4型濕氫氣循環器，額定功率為30W，能很好地配合直接注水增濕技術 (US6268074),增壓泵(12Vdc， 48W)能使水壓提升到60~145Psi。美國專利US5958613公開了一種為PEMFC陽極直接注入液態水的技術，既能為電池發電提供水量，又可利用液態 水的蒸發潛熱來冷卻電堆。美國專利US5432020公開的增濕器使用高速的反應氣流與水霧 共混來達到增濕的目的，尤其適合于對空氣的增濕，因為空氣在進入PEMFC之前經過壓縮 處理后溫度會升高，加入液態水有利于降溫。液態水直接增濕能夠簡化增濕系統，但是進 入電池的液態水量需要精細控制。
利用外加水源對燃料電池電堆進行增濕必須要構建水路系統，至少需要水箱、水循環 管路、泵、閥門等相關組件，同時需要對水位進行監控，在水箱水位不足時進行補水。然 而，由于燃料電池在工作時氫氣和氧氣反應生成水，產生的水可以經過汽水分離后循環到 水箱。從這一點來看，外加水增濕帶來了系統的復雜性。對于燃料電池而言，水所起的作 用在于保持膜的潤濕性，以保持良好的離子導電性能，其實反應產生的水就足夠了。所以， 回收燃料電池尾氣中的水蒸氣給進氣進行增濕就非常重要了，特別是燃料電池陰極尾氣。 回收尾氣中的水蒸氣用于增濕進氣，有利于簡化系統，降低系統內部輔機功耗，提高功率 密度。
美國E即rise公司開發了一種利用電堆的反應尾氣對反應氣體進行增濕的外增濕器 (US6013385)，其核心是一塊圓盤狀的陶瓷多孔材料，化學成分為堇青石 (2Mg0-2A1203-5Si02)，該材料氣體傳遞阻力小，具有高機械強度和強吸水性。增濕器分 為兩個腔體，從電堆中排放出的尾氣含有一定的廢熱和大量的水分，流經堇青石材料時， 釋放出熱量并被脫水，這樣當電機帶動堇青石圓盤旋轉時，在另一側的干反應氣體就被增 濕。水量回收率可達到85-90%，其壽命測試已超過了 10000小時。美國專利US 6471195公 開了一種中空纖維增濕器，采用直徑為2mra，長250ram的中空纖維管作為水分交換材料。當 燃料電池陰極排放的廢氣流經這些中空纖維隔膜材料時，廢氣中的大量水分被凝結下來， 并通過管壁上的毛細管傳遞到外部的新鮮空氣，達到增濕的目的。
以上兩種增濕方法都是利用陰極尾氣來增濕空氣進氣，采用Nafion管增濕器回收陰極 尾氣中的水蒸氣進行空氣加濕效果良好，這種增濕器已經取得商業化應用。在燃料電池系 統中，采用外增濕器的能夠取得良好的加濕效果，不管是采用有外部水源加濕方式還是無 外部水源的水蒸氣回收方式。但是，反應氣體經過外部增濕器增濕后，需要通過保溫管道 輸送到燃料電池，避免水蒸氣冷凝。同時，增濕后的反應氣體進入電堆的氣體分配管道中， 再通過單電池上的氣體通道進入到單電池的氣體分配流場中。由于增濕后的反應氣體從氣 體分配管道進入到電池流場的過程中水蒸氣會在氣體分配管中部分凝結，要保持進入每個 單體電池的氣體保持在相同的濕度水平是很難做到的。由于氣體分配的不均勻性，容易造 成單體電池性能的差異，這種差異在電堆長時間工作后會得到放大。經過實驗證明，處于
燃料電池兩端的單體電池性能衰減的幾率和幅度都要比處于中部的單體電池要大。所以， 如何保持每個單體電池中的氣體和水分布的均勻性是燃料電池長期穩定運行需要解決的一
個關鍵問題。在燃料電池電堆中，由于是通過串聯連接，每節單體電池流過的電流是相同的，所產 生的水量是相同的。也就是說，如果通過流場優化使進入每節單體電池的反應氣體量大致 相同的話，流出單體電池的氣體濕度也是大致相同的。如果利用流出每節單體電池的尾氣 來為流入該節單體電池的進氣進行增濕的話，就能夠保證每節單體電池電池都處于相近的 濕度水平，使得燃料電池保持較好的一致性。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種帶增濕區的燃料電池，每個燃料電池單體內部有增濕區和 反應區，進入燃料電池單體的反應氣體首先經過增濕區進行增濕，然后再進入反應區參加 電化學反應，經過反應區后的高濕度尾氣流過增濕區來為進氣進行增濕。通過這種增濕方 式，能夠使得進入每節單體燃料電池的反應氣體保持一致的濕度，有利于燃料電池長期穩 定操作，同時，利用這種內增濕方式，簡化了燃料電池系統的水管理，能使電池結構更加 緊湊，提高系統能量密度。
本發明的技術方案如下
一種帶單體電池增濕區的燃料電池，它由至少兩個燃料電池單體疊加而成，每個燃料 電池單體依次含有陽極流場板100、膜電極200和陰極流場板300，其特征在于每個燃料 電池單體膜電極200包含增濕區202和反應區203，每個燃料電池單體陽極流場板100包含 陽極增濕流場102和陽極氣體反應流場103，每個燃料電池單體陰極流場板300包含陰極增 濕流場302和陰極氣體反應流場303;陽極增濕流場102、膜電極增濕區202、陰極增濕流 場302位置相互對應；陰極反應氣體309進入燃料電池單體后，流經陰極增濕流場302增 濕后進入陰極氣體反應流場303，再穿過膜電極流經陽極增濕流場102后流出電池；在陽極 增濕流場102中，陰極反應尾氣310中的水蒸氣透過膜電極的增濕區202傳遞到陰極增濕 流場302中，為陰極反應氣體309和陽極反應氣體109中至少一種進行增濕。
本發明所述燃料電池單體膜電極200的反應區203包含陽極擴散層211、陽極催化層 212、質子交換膜213、陰極催化層214、陰極擴散層215;所述燃料電池單體膜電極200的 增濕區202包含陽極支撐層216、質子交換膜213、陰極支撐層217;所述燃料電池單體膜 電極200上布置有氣體通孔204，連通陰極流場板300上的陰極氣體反應流場303和陽極流 場板100上的陽極增濕流場102。
本發明的技術特征還在于所述的陽極流場板100與膜電極200之間設有陽極密封件 106，將陽極反應氣體109與陰極反應尾氣310隔離開，同時保持陽極反應氣體109和陰極 反應氣體309對外界的氣密性。所述的陰極流場板300與膜電極200之間設有陰極密封件 306，保持陽極反應氣體109和陰極反應氣體309對外界的氣密性，并能使陰極氣體按照設 計的流動方式流動。
所述的陽極增濕流場102和陽極氣體反應流場103設置在陽極流場板100面向膜電極 200的一側，在陽極流場板背向膜電極的一側上設有燃料電池冷卻流場401。所述的陰極增濕流場302和陰極氣體反應流場303設置在陰極流場板300面向膜電極200的一側，在陰 極流場板背向膜電極一側設有燃料電池冷卻流場401。本發明所述的陽極反應氣體109為氫氣或含氫氣的混合氣體，所述的陰極反應氣體309 為氧氣、富氧氣體或空氣。本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果①同一個燃料電池單體膜電極 上包含反應區和增濕區，直接利用流過反應區的高濕度反應尾氣在增濕區對進氣進行增濕， 能夠使電堆中各個單體燃料電池反應氣濕度保持一致，有利于提高燃料電池穩定性。②燃 料電池增濕區集成到膜電極中，避免了使用外部增濕器，降低了燃料電池系統復雜性，減 少了水管理輔機功耗，提高了燃料電池的功率密度與能量密度。③增濕區與反應區集成在 一個膜電極中，只在陽極流場板和陰極流場板上對相應的氣體流道進行一定設計，組堆方 式與傳統燃料電池完全一致，方便簡單。
圖1是本發明帶單電池增濕區的燃料電池結構立體分解圖。圖2是本發明一種實施方式的側面示意圖。圖3是本發明另一種實施方式的側面簡化示意圖。附圖標記100—陽極流場板； 101 —陽極流場板上的陰極氣體進氣分配管；102 —陽極增濕流場； 103—陽極反應流場；104 —從陰極流場板進入陽極流場板的陰極氣體進口；105 —陽極流場板上的陰極氣體排氣分配管；106 —陽極密封件； 107—陽極流場板上的陽極氣體進氣分配管；108— 陽極流場板上的陽極氣體排氣分配管；109— 陽極反應氣體； HO—陽極反應尾氣；200 —膜電極； 201—膜電極上的陰極氣體進氣孔； 202 —增濕區； 203 —反應區;204—膜電極上的氣體通孔； 205—膜電極上的陰極氣體排氣孔；207—膜電極上的陽極氣體進氣孔；208—膜電極上的陽極氣體排氣孔；211—膜電極陽極擴散層; 212 —膜電極陽極催化層；213 —質子交換膜； 214 —膜電極陰極催化層；215 —膜電極陰極擴散層； 216 —膜電極增濕區陽極支撐層；217—膜電極增濕區陰極支撐層；300—陰極流場板；301 —陰極流場板上的陰極氣體進氣分配管；302 —陰極增濕流場； 303—陰極反應流場； 304—從陰極流場板流向陽極流場板的陰極氣體出口；；306—陰極密封件； 307—陰極流場板上的陽極氣體進氣分配管；308— 陰極流場板上的陽極氣體排氣分配管；309— 陰極反應氣體； 310—陰極反應尾氣401—燃料電池冷卻流場。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構和具體實施方式
作進一步的說明。實施例一圖1和圖2中顯示了本發明的一種實施方式。本發明帶單體電池增濕區的燃料電池由 兩個及兩個以上的燃料電池單體疊加而成，圖l顯示了該發明一個燃料電池單體的立體分解結構示意圖，圖2為一個燃料電池單體的側面示意圖。從圖l中可以看到，燃料電池單 體中依次含有陽極流場板100、膜電極200和陰極流場板300，其中，燃料電池單體膜電極 200包含增濕區202和反應區203，陽極流場板100包含陽極增濕流場102和陽極氣體反應 流場103，陰極流場板300包含陰極增濕流場302和陰極氣體反應流場303。陽極氣體反應 流場103、膜電極的反應區203以及陰極氣體反應流場303位置相互對應，構成燃料電池單 體的電化學反應部分，在這個區域，發生電化學反應，將陽極反應氣體109和陰極反應氣 體309中的化學能轉變成電能。陽極增濕流場102、膜電極的增濕區202以及陰極增濕流場 302位置相互對應，構成燃料電池單體的增濕部分，水蒸汽從陽極增濕流場202中透過膜電 極的增濕區202進入陰極增濕流場302，為陰極反應氣體309進行增濕。在本實施例中，燃 料電池單體的增濕部分位于電池下部，反應部分位于上部。燃料電池單體的增濕部分以及 反應部分在燃料電池單體中的位置并不一定為固定位置，增濕部分可以在燃料電池單體的 上部或下部，左部或右部，但必須保持陰、陽極反應流場及膜電極反應區位置對應，陰、 陽極增濕流場及膜電極增濕區位置對應。本實施例中采取了增濕部分在反應部分下部的布 置，本布置有一個優點，在反應部分產生的過飽和水凝結成液態后，會隨著重力作用往下 流到增濕部分，即有利于保持增濕部分的水源，又有利于燃料電池的排水。在本實施例中，只對陰極反應氣體309進行增濕，對陽極反應氣體109不進行增濕。 結合圖1和圖2，氣體在燃料電池單體中的具體流動方式為陰極反應氣體309從電堆的陰 極氣體入口進入燃料電池分配管，從陰極流場板上的陰極氣體進氣分配管301處進入單體 燃料電池流場，首先流經陰極流場板上的增濕流場302，在此處，水蒸氣透過膜電極增濕區 的陽極支撐層216、質子交換膜213以及陰極支撐層217從陽極增濕流場102傳遞到陰極增 濕流場302，使進入燃料電池的陰極氣體濕度得以增加。增濕后的陰極反應氣體再流入陰極 流場板上的陰極反應流場303。在反應區，由于燃料電池電化學反應的發生，在陰極生成水， 隨著陰極氣體在流道中的流動，陰極氣體的濕度隨之增大。經過反應區的陰極氣體最后通 過陰極流場板流向陽極流場板的陰極氣體出口 304流出陰極流場板，穿過膜電極上的氣體 通孔204，流道陽極流場板上的陰極氣體進口 104而進入陽極流場板的增濕流場中。在陽極增濕流場中，陰極氣體尾氣中的水蒸汽能夠透過膜電極增濕區進入陰極增濕流場302為陰 極氣體進氣進行增濕，同時，陰極氣體尾氣中的熱量以及陰極氣體尾氣水蒸汽在凝結過程 中釋放出的潛熱也透過膜電極增濕區傳遞給陰極氣體進氣，起到熱交換的作用，這樣能夠 讓陰極氣體進入反應區之前先得到預熱。由于增濕區設置在燃料電池的下部，反應過程中 如果陰極氣體過飽和，凝結成的液態水也能通過氣體流道被陰極氣體帶到增濕區，保持膜 電極增濕區質子交換膜的高濕度。在陽極增濕流場發生充分的水和熱的交換后，陰極氣體 尾氣進入陽極流場板上的陰極氣體排氣分配管105，最后經過電堆的陰極氣體出口排出電 堆。電堆中過量的液態水也通過陰極氣體排氣分配管流出電池。陽極氣體從電堆陽極氣體 入口進入電堆陽極氣體進氣分配管后，從陽極板上的陽極氣體進氣分配管107進入單體燃 料電池，流經陽極反應流場103后從陽極板上的陽極氣體排氣分配管流出單體燃料電池， 再從電堆陽極氣體排氣出口流出燃料電池電堆。從圖2中可以看到，本實施例中，陽極流場板100與膜電極200之間設有陽極密封件 106，將陽極反應氣體109與陰極反應尾氣310隔離開，同時保持陽極反應氣體109和陰極 反應氣體309對外界的氣密性。陰極流場板300與膜電極200之間設有陰極密封件306，保 持陽極反應氣體109和陰極反應氣體309對外界的氣密性，并能使陰極氣體上述的流動方 式流動。對于燃料電池的密封，也可以只采用陽極密封件106和陰極密封件306中的一個， 只要設計得當，也能夠實現既保證陽極氣體和陰極氣體的隔離，反應氣體和外界的隔離， 又能夠保證陽極氣體和陰極氣體按照設計的流動方式流動。從圖2中可以看到，陽極流場板100面向膜電極200的一側布置有陽極增濕流場102 和陽極氣體反應流場103，背向膜電極200 —側上有燃料電池冷卻流場401，而陰極流場板 300面向膜電極200的一側布置有陰極增濕流場302和陰極氣體反應流場303，背向膜電極 200的一側為光板。燃料電池冷卻流場401中流過冷卻劑(可以為空氣、水或其他冷卻劑)， 以控制燃料電池的溫度。在此種設計中，陽極流場板100為雙極板，即發揮陽極氣體流場 板的作用，也發揮冷卻板的作用。對于燃料電池的冷卻，有多種設計方式，既可以在陽極 流場板100背向膜電極200的一側設置冷卻流場401，也可以在陰極流場板300背向膜電極 200的一側設置冷卻流場401，還可以在陽極流場板100和陰極流場板300上都設置冷卻流 場401，甚至也可以在陽極流場板100和陰極流場板300上都不設計冷卻流場401，而在兩 個燃料電池單體中間再增加一塊冷卻板，在冷卻板上設計冷卻流場。燃料電池中最為常用的陽極反應氣體109為氫氣，也可以是含氫的混合氣體，例如天 然氣重整氣等，最常用的陰極反應氣體為空氣，也可以為氧氣或富氧氣體。本實施例中，僅利用陰極氣體尾氣對陰極氣體進氣進行增濕，沒有對陽極氣體進氣進 行增濕。對于氫空燃料電池而言，由于空氣流量要比氫氣流量大2 5倍，如果陰極以空氣 干氣進氣，極其容易把燃料電池內部水分全以氣態形式帶出，使得膜電極反應區被吹干， 電池性能及壽命都會下降。這種情況對于常壓操作的燃料電池而言是非常重要的，所以，對陰極空氣進氣的加濕非常必要。而陽極氫氣流量較小，也可以采用陽極封閉操作，配合 以間歇排氣方法，燃料電池性能不會有太大降低，故可以只對陰極空氣進氣進行增濕，不 對陽極氫氣進氣進行增濕。 實施例二圖3顯示的是另一種實施方式的簡化示意圖，即利用空氣尾氣同時對陽極氣體和陰極 氣體進氣進行增濕。在本實施方式中，陰極氣體的流動方式與實施例一相同，不同的是，陽極氣體進入單體燃料電池時，首先流經陰極流場板300上增濕流場302。此時陰極流場板 上的增濕流場分為兩部分， 一部分為陽極氣體增濕流場，另一部分為陰極氣體增濕流場， 陽極氣體增濕流場與陰極氣體增濕流場之間通過密封件306相互隔開，避免陽極氣體與陰 極氣體相互混合。對應膜電極增濕區也分做陽極氣體增濕區和陰極氣體增濕區兩個部分。 陽極氣體進入陰極流場板上的陽極氣體增濕區后，吸收了從陽極增濕流場102中經膜電極 200上的陽極氣體增濕區傳遞過來的水分和熱量后，濕度得以增加，然后再經過膜電極上的 氣體通孔204從陰極流場板300上的陽極氣體增濕流場流到陽極流場板100上的陽極反應 流場103，在膜電極反應區203參與電化學反應，最后流進陽極氣體排氣分配管再流出電池。 本實施例中，陽極反應氣體109和陰極反應氣體309都通過陰極氣體310尾氣進行增濕和 預熱，更加有利于燃料電池的反應。但是，由于陽極反應氣體109和陰極反應氣體309都 需要經過增濕，陽極流場板100和陰極流場板300上必須對兩種氣體進行分隔，需要增加 密封件，結構上復雜程度增加了，膜電極制作更麻煩了。同時，由于陽極氣體和陰極氣體 分享同一增濕區域，為了保證充分增濕，增濕區的面積需要相應增大。本發明專利的實際工作原理如下質子交換膜燃料電池在工作過程中，會在陰極生成 水，隨著陰極氣體在陰極流場中從入口到出口方向的流動，氣體濕度會組件增大，并可能 達到過飽和。而對于進入燃料電池的陽極和陰極反應氣體而言，需要進行一定程度的增濕 才能更好的發揮燃料電池的性能。燃料電池膜電極中的質子交換膜本身是親水性的，水能 夠在濃度梯度下在質子交換膜中傳遞，因此，利用高濕度的陰極尾氣為陽極和陰極反應氣 體干氣進行增濕成為可能。在本發明中，燃料電池單體的膜電極中包含反應區和增濕區， 在反應區發生的是燃料電池的反應，而增濕區只發生水蒸汽在質子交換膜中的傳遞。相應 陽極流場板包含陽極反應流場和陽極增濕流場，陰極流場板也包含陰極反應流場和陰極增 濕流場。陰極反應氣體干氣進入燃料電池單體時先流經陰極增濕流場，濕度得到增大，然 后進入陰極反應流場，發生電化學反應，濕度逐步增大，最后進入陽極增濕流場，其中的 水蒸汽透過質子交換膜傳遞到陰極增濕流場，為陰極反應氣體增濕。同樣，陽極反應氣體 也可以先進入陰極流場板上的陰極增濕流場，獲得增濕后進入陽極反應流場，發生電化學 反應后流出燃料電池單體。陽極反應氣體也可以不經過增濕，直接進入陽極反應流場后流 出燃料電池單體。在本發明中，將燃料電池的增濕與反應集成為一體，有利于簡化增濕， 降低系統的復雜性，提高燃料電池系統的能量密度。
權利要求
1.一種帶單體電池增濕區的燃料電池，它由至少兩個燃料電池單體疊加而成，每個燃料電池單體依次含有陽極流場板(100)、膜電極(200)和陰極流場板(300)，其特征在于每個燃料電池單體膜電極(200)包含增濕區(202)和反應區(203)，每個燃料電池單體陽極流場板(100)包含陽極增濕流場(102)和陽極氣體反應流場(103)，每個燃料電池單體陰極流場板(300)包含陰極增濕流場(302)和陰極氣體反應流場(303)；陽極增濕流場(102)、膜電極增濕區(202)、陰極增濕流場(302)位置相互對應；陰極反應氣體(309)進入燃料電池單體后，流經陰極增濕流場(302)增濕后進入陰極氣體反應流場(303)，再穿過膜電極流經陽極增濕流場(102)后流出電池；在陽極增濕流場(102)中，陰極反應尾氣(310)中的水蒸氣透過膜電極的增濕區(202)傳遞到陰極增濕流場(302)中，為陰極反應氣體(309)和陽極反應氣體(109)中至少一種進行增濕。
2. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述燃料 電池單體膜電極(200)的反應區(203)包含陽極擴散層(211)、陽極催化層(212)、質 子交換膜(213)、陰極催化層(214)和陰極擴散層(215);所述燃料電池單體膜電極(200) 的增濕區(202)包含陽極支撐層(216)、質子交換膜(213)和陰極支撐層(217);所述 燃料電池單體膜電極(200)上布置有氣體通孔(204)，氣體通孔連通陰極流場板(300) 上的陰極氣體反應流場(303)和陽極流場板(100)上的陽極增濕流場(102)。
3. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述的陽 極流場板(100)與膜電極(200)之間設有陽極密封件(106)，將陽極反應氣體(109)與 陰極反應尾氣(310)隔離開，同時保持陽極反應氣體(109)和陰極反應氣體(309)對外 界的氣密性。
4. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述的陰 極流場板(300)與膜電極(200)之間設有陰極密封件(306)，保持陽極反應氣體(109) 和陰極反應氣體(309)對外界的氣密性，并能使陰極氣體按照設計的流動方式流動。
5. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述的陽 極增濕流場(102)和陽極氣體反應流場(103)設置在陽極流場板(100)面向膜電極(200) 的一側，在陽極流場板背向膜電極的一側上設有燃料電池冷卻流場(401)。
6. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述的陰 極增濕流場(302)和陰極氣體反應流場(303)設置在陰極流場板(300)面向膜電極(200) 的一側，在陰極流場板背向膜電極一側設有燃料電池冷卻流場(401)。
7. 按照權利要求1所述的一種帶單體電池增濕區的燃料電池，其特征在于所述的陽極反應氣體(109)為氫氣或含氫氣的混合氣體，所述的陰極反應氣體(309)為氧氣、富氧氣體或空氣。
全文摘要
一種帶單體電池增濕區的燃料電池。這種燃料電池由多個單體疊加而成，每個單體包含陰極流場板、陽極流場板、密封件及膜電極，該膜電極由反應區和增濕區構成，在陽極流場板和陰極流場板中也包含相應的反應區和增濕區。陰極反應空氣進入燃料電池單體后先經過陰極流場板增濕區，然后進入反應區參與電化學反應，再通過膜電極上設置的氣體通道進入陽極流場板上的增濕區，尾氣中的水能夠透過膜電極增濕區的質子交換膜為進氣進行增濕。本發明直接利用空氣尾氣為進氣進行增濕，增濕區與反應區在同一個膜電極上，結構簡單，能夠大大簡化燃料電池水管理，提高系統功率密度。本燃料電池可以應用于不間斷電源系統、電動汽車發動機系統等各個領域。
文檔編號H01M4/86GK101577342SQ200910086830
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者劉志祥, 毛宗強, 誠 王 申請人:清華大學