1.本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有自增濕功能的燃料電池。

背景技術(shù)：

2.質(zhì)子交換膜燃料電池具有潔凈、噪音小、操作溫度低、電流密度大、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點。小功率的這種燃料電池可以用作電動自行車、電動滑板車、電動割草機、電動摩托車、電動輪椅車、電動工具等的動力電源。這種燃料電池系統(tǒng)除了燃料電池堆之外，還需要燃料和氧化劑的供給系統(tǒng)、電子智能控制等輔助系統(tǒng)。其燃料氫的供給一般都有一個可通過調(diào)節(jié)水溫來調(diào)節(jié)氫氣濕度的對氫增濕系統(tǒng)，電池堆則有一個用水或其他液體對電池堆進行溫度控制的液體冷卻系統(tǒng)。膜電極是電堆的核心部件。它由一張質(zhì)子交換膜和陰陽兩個電極熱壓而成。在膜電極的陽極側(cè)，燃料氫氣在催化劑的表面發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電子和質(zhì)子，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極側(cè)，并與從外電路傳導過來的電子結(jié)合而生成水。陽極側(cè)的質(zhì)子在膜內(nèi)與水結(jié)合成水合質(zhì)子并在電滲力的作用下向陰極遷移，結(jié)果會導致陽極側(cè)的膜脫水。雖然存在水在濃度差作用下的反滲透現(xiàn)象，但在風機抽風或鼓(吹)風過程中，這種反滲透作用往往會被大大地削弱，從而使質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導性能嚴重下降而危及電堆的電性能。

3.因此，相關(guān)技術(shù)存在的以下缺陷：

4.(1)采用外增濕系統(tǒng)和采用壓縮機來提供高壓空氣源的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的體積大、重量重、結(jié)構(gòu)不緊湊，不適于用作可移動電源，特別不適于用作可移動的動力電源。

5.(2)對采用常壓空氣作為空氣源的質(zhì)子交換膜燃料電池，若采用風機抽風或鼓(吹)風作為其動力，在空氣經(jīng)過電堆雙極板的貫通式流道時，會使水從陰極向陽極的反滲透現(xiàn)象削弱，若不對陽極的氫氣進行增濕，則在陽極側(cè)的膜就會脫水，從而使本來功率較低的電堆的電性會發(fā)生進一步下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

7.為此，本發(fā)明的目的在于提出一種具有自增濕功能的燃料電池，該燃料電池可以有效解決燃料電池外用增濕系統(tǒng)過于復雜結(jié)構(gòu)不緊湊、且易產(chǎn)生陰極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱現(xiàn)象等問題。

8.為達到上述目的，本發(fā)明實施例提出了一種具有自增濕功能的燃料電池，包括：陰極流道和陽極流道，其中，陽極氣體出口位置的另一側(cè)對應陰極氣體入口，陽極氣體入口的另一側(cè)對應陰極氣體出口，以使得所述燃料電池具有逆流流場結(jié)構(gòu)；多個雙極板，所述雙極板為流場結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別設置所述陰極流道和所述陽極流道，其中，所述陰極流道和陽極流道包括：多條流道，所述流道包括流道入口和流道出口；多個擾流板，所述擾流板與所述流道截面呈預設角度設置，所述擾流板的前端朝向所述流道入口，使得流道中的水聚集于所

述擾流板的前端，以在所述陰極流道和所述陽極流道兩側(cè)產(chǎn)生水濃度差和氣體濕度差，使得陰極流道出口處的水反向滲透到陽極流道入口處的同時，使得陽極流道出口處的水反向滲透到陰極流道入口處。

9.本發(fā)明實施例的具有自增濕功能的燃料電池，通過具有擾流結(jié)構(gòu)的自增濕雙極板流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自增濕，加濕效果顯著，可以有效的減少外部加濕設備的使用，實現(xiàn)降低成本、簡化結(jié)構(gòu)的目的，有效解決燃料電池外用增濕系統(tǒng)過于復雜、結(jié)構(gòu)不緊湊、且易產(chǎn)生陰極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱等問題。

10.另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的具有自增濕功能的燃料電池還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

11.可選地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述預設角度的范圍可以為30

°?

150

°

。

12.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述擾流板設置于所述流道出口的預設距離處。

13.可選地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述預設距離可以為所述雙極板長度的5％-15％。

14.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述擾流板的高度為預設高度。

15.可選地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述預設高度可以為所述流道高度的30％-60％。

16.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述流道的出入口分別與所述陰極流道和陽極流道的出入口對應設置。

17.可選地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述擾流板的形狀可以包括但不限于長方形、斜坡、梯形和圓形。

18.本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

19.本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

20.圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有自增濕功能的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

21.圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有擾流結(jié)構(gòu)的自增濕雙極板流場結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

22.下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

23.下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的具有自增濕功能的燃料電池。

24.圖1是本發(fā)明一個實施例的具有自增濕功能的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

25.如圖1所示，該具有自增濕功能的燃料電池包括多個雙極板。

26.其中，雙極板為流場結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別設置陰極流道和陽極流道，陽極流道中陽極氣體出口位置的另一側(cè)對應陰極流道中陰極氣體入口，陽極流道中陽極氣體入口的另一側(cè)對

應陰極流道中陰極氣體出口，以使得燃料電池具有逆流流場結(jié)構(gòu)；陰極流道和陽極流道包括：多條流道和多個擾流板，流道包括流道入口和流道出口，擾流板與流道截面呈預設角度設置，擾流板的前端朝向流道入口，使得流道中的水聚集于擾流板的前端，以在陰極流道和陽極流道兩側(cè)產(chǎn)生水濃度差和氣體濕度差，使得陰極流道出口處的水反向滲透到陽極流道入口處的同時，使得陽極流道出口處的水反向滲透到陰極流道入口處。

27.其中，水可以為液態(tài)水或氣態(tài)水?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明實施例可以通過具有擾流結(jié)構(gòu)的自增濕雙極板流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自增濕，其中，具有擾流結(jié)構(gòu)的自增濕雙極板流場結(jié)構(gòu)如圖2所示，適用于逆流流場形式的燃料電池雙極板設計，通過在陰陽極流道出口處設計擾流板，使擾流板前端積聚較多水分，進而陰陽極兩側(cè)出現(xiàn)水的濃度差和氣體濕度差，可以將出口處的水反向滲透到進口處，對另一側(cè)的氣體加濕。需要說明的是，圖2中凸起為擾流板安裝位置。

28.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，預設角度范圍可以為30

°?

150

°

。其中，預設角度可以根據(jù)具體設計需求進行設定，不做具體限定。

29.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，擾流板設置于流道出口的預設距離處。其中，距離出口的距離根據(jù)具體設計需求可以定為整個雙極板長度的5％～15％，不做具體限定。

30.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，擾流板的高度為預設高度，其中，高度可以根據(jù)具體設計需求占流道高度的30％～60％不等。

31.進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，擾流板的朝向進氣口一面的形狀包括但不限于長方形、斜坡、梯形、圓形等。

32.根據(jù)本發(fā)明實施例提出的具有自增濕功能的燃料電池，通過具有擾流結(jié)構(gòu)的自增濕雙極板流場結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自增濕，加濕效果顯著，可以有效的減少外部加濕設備的使用，實現(xiàn)降低成本、簡化結(jié)構(gòu)的目的，有效解決燃料電池外用增濕系統(tǒng)過于復雜、結(jié)構(gòu)不緊湊、且易產(chǎn)生陰極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱等問題。

33.在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

34.此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

35.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

36.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以

是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

37.在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

38.盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。技術(shù)特征：

1.一種具有自增濕功能的燃料電池，其特征在于，包括：陰極流道和陽極流道，其中，陽極氣體出口位置的另一側(cè)對應陰極氣體入口，陽極氣體入口的另一側(cè)對應陰極氣體出口，以使得所述燃料電池具有逆流流場結(jié)構(gòu)；多個雙極板，所述雙極板為流場結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別設置所述陰極流道和所述陽極流道，其中，所述陰極流道和陽極流道包括：多條流道，所述流道包括流道入口和流道出口；多個擾流板，所述擾流板與所述流道截面呈預設角度設置，所述擾流板的前端朝向所述流道入口，使得流道中的水聚集于所述擾流板的前端，以在所述陰極流道和所述陽極流道兩側(cè)產(chǎn)生水濃度差和氣體濕度差，使得陰極流道出口處的水反向滲透到陽極流道入口處的同時，使得陽極流道出口處的水反向滲透到陰極流道入口處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述預設角度范圍為30

°?

150

°

。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述擾流板設置于所述流道出口的預設距離處。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于，所述預設距離為所述雙極板長度的5％-15％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述擾流板的高度為預設高度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述預設高度為所述流道高度的30％-60％。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述流道的出入口分別與所述陰極流道和陽極流道的出入口對應設置。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的燃料電池，其特征在于，所述擾流板的形狀包括長方形、斜坡、梯形和圓形。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種具有自增濕功能的燃料電池，燃料電池具有逆流流場結(jié)構(gòu)，包括多個雙極板，雙極板為流場結(jié)構(gòu)，雙極板兩側(cè)分別設置陰極流道和陽極流道，陰極流道和陽極流道包括：多條流道和多個擾流板，流道包括流道入口和流道出口，擾流板與流道截面呈預設角度設置，擾流板的前端朝向流道入口，使得流道中的水聚集于擾流板的前端，以在陰極流道和陽極流道兩側(cè)產(chǎn)生水濃度差和氣體濕度差，使得陰極流道出口處的水反向滲透到陽極流道入口處的同時，使得陽極流道出口處的水反向滲透到陰極流道入口處。該燃料電池可以有效解決燃料電池外用增濕系統(tǒng)過于復雜、結(jié)構(gòu)不緊湊、且易產(chǎn)生陰極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱等問題。極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱等問題。極向陽極反滲透現(xiàn)象削弱等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：徐曉明 洪吉超 赤騁 陳東方 胡松 王越 李躍華 李仁政 趙磊 唐偉 孫旭東 袁秋奇

受保護的技術(shù)使用者：北京格睿能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.15

技術(shù)公布日：2022/4/12