一种空冷燃料电池单体、空冷燃料电池堆及空冷燃料电池系统的制作方法

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种空冷燃料电池单体、空冷燃料电池堆及空冷燃料电池系统。

背景技术：

1、氢能是未来能源体系的重要发展方向，燃料电池是实现氢能大规模应用的核心技术。燃料电池是一种清洁、高效的电化学能量转化装置，可将氢燃料的化学能直接转化为电能，在交通运输、储能发电、移动电源、备用电源等领域有广泛的应用。根据散热的方式不同，燃料电池分为液冷燃料电池和空冷燃料电池，对于小功率燃料电池系统（<5kw）空冷燃料电池更显优势，空冷燃料电池系统结构简单，成本低及操作简单，适用于两轮车、无人机及移动电源等应用场景。

2、现有的大多数空冷燃料电池系统采用如图1的结构设计：图1中开放阴极-质子交换膜燃料电池电堆是空冷燃料电池系统的核心，操作时通过打开流量控制器1从而打开了氢气储存罐2的阀门，氢气流过燃料电池电堆的阳极，风扇3将空气吸入燃料电池电堆的阴极，氢气和空气中的氧气分别在燃料电池的阳极和阴极发生电化学反应并输出电能，依据系统中的压力和温度变化，排杂阀4排除多余气体，避免系统压力过高，保护电池不受伤害。不难看出这种系统设计只需要少数的bop零部件（氢气储存罐2、流量控制器1、风扇3及排杂阀4），虽然具有结构简单，操作也简单的优点，但是也存在效率低的缺点。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有的空冷燃料电池系统存在效率低的问题，本申请提供一种空冷燃料电池单体、空冷燃料电池堆及空冷燃料电池系统。

2、本实用新型提供了一种空冷燃料电池单体，包括双极板和气体扩散层，所述双极板包括阴极侧和阳极侧，所述气体扩散层包括阳极气体扩散层，所述阳极气体扩散层的一侧设置有所述阳极侧；所述阳极侧的表面设置有多个第一孔；

3、所述阳极气体扩散层的接触角＜90°；

4、所述阳极侧的接触角＜90°。

5、优选的，所述气体扩散层还包括阴极气体扩散层，所述阴极气体扩散层设置在所述阴极侧的一侧；

6、所述阴极气体扩散层的接触角＞90°。

7、优选的，所述阴极气体扩散层为疏水层，所述疏水层包括第一基层和疏水涂层，所述疏水涂层设置在所述第一基层的表面，所述疏水涂层为pvdf层或ptfe层；所述第一基层为碳层。

8、优选的，所述空冷燃料电池单体还包括催化层，所述催化层设置在所述阴极气体扩散层与所述阳极气体扩散层之间；

9、所述疏水层朝向所述催化层的一侧设置有多个第一孔，所述第一孔的孔径为0.1~3μm。

10、优选的，所述疏水层背离所述催化层的一侧设置有多个第二孔，所述第二孔的孔径为5~50μm。

11、优选的，所述阳极气体扩散层为亲水层，所述亲水层包括第二基层和亲水涂层，所述亲水涂层设置在所述第二基层的表面，所述亲水涂层为二氧化硅层；所述第二基层为碳层。

12、优选的，所述阴极侧背离所述阳极侧的一面设置有空气流道；所述阳极侧背离所述阴极侧的一面设置有氢气流道和冷却液流道，所述氢气流道和所述冷却液流道并排设置；

13、所述冷却液流道用于与外部的冷凝器连接，所述氢气流道用于与外部的氢气储存罐连接。

14、优选的，所述双极板的厚度为1mm~3mm，所述氢气流道的深度为0.05mm~0.2mm，所述氢气流道的宽度为0.05mm~0.2mm；

15、所述冷却液流道的深度为0.05mm~0.2mm，所述冷却液流道的宽度为0.05mm~0.2mm；

16、所述空气流道的深度为1mm~2mm，所述空气流道的宽度为0.5-2mm。

17、第二方面，本申请提供一种空冷燃料电池堆，包括上述所述的空冷燃料电池单体。

18、第三方面，本申请提供一种空冷燃料电池系统，包括上述所述的空冷燃料电池堆。

19、本申请提供的空冷燃料电池单体，阳极气体扩散层具有亲水性，增加对水的吸引力，阴极催化层中的水反扩散到阳极催化层的能力增加；阳极侧为多孔结构同时具有亲水性，电池体系中水多时能够起到存储水的作用，水少时能够释放水，增加膜电极内的水平衡；阳极气体扩散层和阳极侧协同，增加阳极的吸水能力，储存能力，增加膜电极内的水平衡，提高电池的效率。

1.一种空冷燃料电池单体，其特征在于，包括双极板和气体扩散层，所述双极板包括阴极侧和阳极侧，所述气体扩散层包括阳极气体扩散层，所述阳极气体扩散层的一侧设置有所述阳极侧；所述阳极侧为多孔结构件；

2.根据权利要求1所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述气体扩散层还包括阴极气体扩散层，所述阴极气体扩散层设置在所述阴极侧的一侧；

3.根据权利要求2所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述阴极气体扩散层为疏水层，所述疏水层包括第一基层和疏水涂层，所述疏水涂层设置在所述第一基层的表面，所述疏水涂层为pvdf层或ptfe层；所述第一基层为碳层。

4.根据权利要求3所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述空冷燃料电池单体还包括催化层，所述催化层设置在所述阴极气体扩散层与所述阳极气体扩散层之间；

5.根据权利要求4所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述疏水层背离所述催化层的一侧设置有多个第二孔，所述第二孔的孔径为5~50μm。

6.根据权利要求1所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述阳极气体扩散层为亲水层，所述亲水层包括第二基层和亲水涂层，所述亲水涂层设置在所述第二基层的表面，所述亲水涂层为二氧化硅层；所述第二基层为碳层。

7.根据权利要求1所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述阴极侧背离所述阳极侧的一面设置有空气流道；所述阳极侧背离所述阴极侧的一面设置有氢气流道和冷却液流道，所述氢气流道和所述冷却液流道并排设置；

8.根据权利要求7所述的空冷燃料电池单体，其特征在于，所述双极板的厚度为1mm~3mm，所述氢气流道的深度为0.05mm~0.2mm，所述氢气流道的宽度为0.05mm~0.2mm；

9.一种空冷燃料电池堆，其特征在于，包括至少两个权利要求1-8任意一项所述的空冷燃料电池单体。

10.一种空冷燃料电池系统，其特征在于，包括权利要求9所述的空冷燃料电池堆。