本發明提供一燃料電池電堆以及燃料電池單體及其陰極板，其中所述陰極板具有一陰極板貼合側、一陰極板自由側、至少一散熱通道以及至少一流體通道，其中所述陰極板貼合側和所述陰極板自由側相互對應，其中每個所述散熱通道分別形成于所述陰極板的所述陰極板貼合側，并且每個所述散熱通道分別沿著所述陰極板的寬度方向延伸，其中每個所述流體通道分別自所述陰極板貼合側向所述陰極板自由側方向延伸，并且至少一個所述流體通道連通于至少一個所述散熱通道。本發明的所述陰極板通過提供每個所述流體通道的方式能夠實現所述陰極板的輕質化和顯著地提高所述陰極板的散熱效率。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，特別涉及一燃料電池電堆以及燃料電池單體及其陰極板。

背景技術

燃料電池是一種清潔能量源，其能夠提供清潔的電能，從而在近年來，燃料電池愈發引起人們的關注，例如，以氫氣為燃料的燃料電池，其在將化學能轉化為電能后的產物僅為水，能夠實現零排放，從而受到了市場的認可和追捧。具體地說，以氫氣為燃料的燃料電池包括陽極板、陰極板以及被夾持在陽極板和陰極板之間的質子交換膜，其中陽極板提供氫氣通道，陰極板提供散熱通道和連通于散熱通道的進氣通道，其中陰極板的每個散熱通道在陰極板的外側分別沿著陰極板的寬度方向延伸，每個進氣通道在陰極板的內側分別沿著陰極板的寬度方向延伸，并且每個散熱通道和每個進氣通道相互對齊和相互連通，以使每個散熱通道和每個進氣通道分別形成一個貫穿型通道。燃料電池在工作時，氫氣自陽極板的氫氣通道到達質子交換膜，空氣在沿著陰極板的每個散熱通道流動時自每個進氣通道達到質子交換膜，其中質子交換膜實現氫氣和空氣中的氧氣的化學反應，而將一部分化學能轉化為電能，同時，另一部分化學能轉化為熱能，并且在空氣在陰極板的每個散熱通道內流動時將熱量帶走，以起到降低燃料電池的溫度的作用。然而，燃料電池的熱效率非常高，甚至可以達到55％左右。尤其是在多個燃料電池單體組成一個燃料電池電堆時，燃料電池電堆的溫度上升的更快。換言之，在燃料電池電堆處于工作狀態時，相當大比例的化學能回轉化為熱量，如果燃料電池電堆在工作的過程中產生的熱量不能夠被及時地散熱，會導致燃料電池電堆的溫度非常高，并會進一步導致質子交換膜出現缺水的不良現象，而一旦質子交換膜出現了缺水的不良現象，則勢必會對質子交換膜的質子導電率產生不良影響，進而影響燃料電池電堆的性能。

為了提高燃料電池電堆的散熱效率，通常在燃料電池電堆的側部設置一個通風機，通風機以鼓風的方式加快空氣在陰極板的每個散熱通道內的流動速度，從而將燃料電池電堆產生的熱量帶走。盡管這種方式對于提高散熱電池電堆的散熱效率有一定的幫助，但是這種方式對陰極板的每個散熱通道的寬度尺寸的要求比較苛刻，例如，若陰極板的每個散熱通道的寬度尺寸過于狹窄，則在空氣通過陰極板的每個散熱通道時，過于狹窄的散熱通道會產生較大的阻力，不利于空氣進入。若空氣進入到陰極板的每個散熱通道的進入量比較少，不僅不利于燃料電池電堆散熱，而且還會對通風機等燃料電池電堆的附件的靜電、流量以及功率都會提出更為苛刻的要求，以至于增加了通風機等燃料電池電堆的附件的耗損，并且當燃料電池電堆的溫度較高的環境中被使用時，不利于燃料電池電堆的溫度的控制，極大地降低了燃料電池電堆的環境適應能力。更為重要的是，若空氣進入陰極板的每個散熱通道的進入量比較少，則勢必導致自陰極板的每個散熱通道進入每個進氣通道的空氣量比較少，進而導致到達質子交換膜的氧氣量比較少，這不利于氫氣和氧氣的充分反應，以至于進一步導致燃料電池電堆的工作效率比較低。

陰極板的每個散熱通道和每個進氣通道均沿著陰極板的寬度方向延伸，當空氣在陰極板的每個散熱通道內流動時，只有很少一部分空氣會自陰極板的每個散熱通道進入每個空氣通道而達到質子交換膜，這導致達到質子交換膜的空氣量比較少，進而導致到達質子交換膜的氧氣的量比較少。并且，由于陰極板的每個進氣通道呈長條形，且每個進氣通道的延伸方向和每個散熱通道的延伸方向一致，并均沿著陰極板的寬度方向延伸，這種結構導致自每個進氣通道到達質子交換膜的空氣會快速地流走，這不利于氫氣和氧氣的充分反應，以至于進一步導致燃料電池的工作效率比較低。