具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

由于现有技术中，膜电极组件的扩散层在装配时会产生积水的问题，而传统解决方案为修改双极板的分配区或更换不同型号的扩散层以改善积水问题。但是，双极板是冲压成型的零件，修改双极板结构只能通过修改冲压模具实现，冲压模具精度很高，修改过程繁琐，价格昂贵，如果双极板结构变化很大，则需要重新制造冲压模具，成本十分高昂。同时，扩散层的的材料决定了其结构特点，更换扩散层有可能小幅度改善积水问题，但无法从根本解决问题。因此，本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

如图1和图2所示，本发明的单电池结构包括双极板以及膜电极组件；双极板包括分配区以及反应区；膜电极组件包括CCM110、扩散层120、边框130以及垫片140；扩散层120的数量为两个，CCM110设置在两个扩散层120之间，边框130用于向扩散层120和CCM110提供支撑，垫片140设置在边框130上；双极板与膜电极组件对应设置，其中，反应区与扩散层120对应设置，分配区与垫片140对应设置，垫片140朝向分配区一侧的表面为光滑表面。

在本发明中，由于本发明的垫片140朝向分配区一侧的表面为光滑表面，因此水会沿着该光滑表面流向其他区域，而不会出现积水问题。

在现有技术中，双极板的分配区的支撑导流结构相比于反应区的流道结构更加稀疏，这就导致扩散层在双极板的挤压下更加容易侵入分配区当中，从而使分配区中的气体压降增大，而压降过大会使单电池结构的性能降低。为了解决这一问题，在本发明的一种实施方式中，垫片140为聚萘二甲酸乙二醇酯垫片、聚酰亚胺垫片以及涤纶树脂垫片中的任意一者，优选地，垫片140采用聚萘二甲酸乙二醇酯制成。聚萘二甲酸乙二醇酯制成的垫片140具有表面光滑、硬度高以及成本低的优点，由于其硬度较高，因此该垫片140不会由于双极板的挤压而侵入分配区当中。

为了使双极板能够更加稳固地安装在膜电极组件的两侧，可选的，垫片140朝向分配区一侧的表面与扩散层120朝向反应区一侧的表面基本上相互平齐。这就使得双极板能够与膜电极组件呈平行状态设置，从而防止因双极板与膜电极组件之间存在倾斜角度而导致的安装不稳固问题。

另外，由于膜电极组件的双极板分配区对应的部分采用了垫片140而非扩散层120，因此其在同等活化面积下，减少了扩散层的使用量，具有更低的成本。

在本发明的一种实施方式中，垫片140的数量为多个，多个垫片140相互叠加设置。这样设置的好处是，可以通过调节垫片140的数量来调节多个垫片140的整体厚度，从而改变气体在分配区的压降，以及燃料的分配。另外，通过调整垫片140厚度，当膜电极组件组装过程中压装力过大时，能够防止扩散层120被过量压缩，从而防止气体的传输阻力变大。

在现有技术中，大部分单电池结构的密封方式为在双极板上粘贴或注塑密封垫圈，但由于工艺上的限制，双极板上的密封垫圈无法与双极板密封槽的轴线完全贴合，即，双极板密封垫圈不在双极板密封槽的中心，这样会导致密封错位配合的现象发生，错位配合会导致密封垫圈局部过压，从而造成密封垫圈的寿命变短以及实际有效的密封区域缩小的问题。

传统的解决方案有两种，一是将密封垫圈与双极板作为一个整体组件，可采用自动化粘接胶条的设备进行密封垫圈与双极板之间的粘接，或者采用相关的工装辅助密封垫圈的粘接，以此提高密封垫圈的粘接精度，也可以通过密封垫圈本身进行定位设计，例如在密封垫圈上增加定位结构以此提高密封垫圈的安装精度；二是将密封垫圈通过粘接、点胶、平板硫化或注塑等工艺与膜电极组件一体化成型，形成一种带有密封的膜电极组件结构。

但是，由于目前的双极板加工工艺、密封胶条加工工艺、粘贴工艺、注塑成型工艺等都存在一定程度不成熟或误差，所以无法良好地解决密封错位配合的问题。如果在膜电极组件上进行注塑密封，形成带密封的膜电极组件结构，一种方案是将膜电极组件整体包裹，形成组件，但根据不同的膜电极组件结构，从歧管口到过渡区，都必须采用硅胶材质代替边框，注塑面积有可能过大，硅胶加热硫化成型后，在冷却过程中会发生回缩现象，整体精度难以控制，且硅胶注塑产品的强度不如碳纸或传统的密封边框材料，有侵入过渡区的风险。方案二为在密封边框上注塑形成密封，但边框材料比较薄，注塑过程中容易过压导致材料变形甚至破损，且薄边框的强度较差，在注塑时难以准确的定位，导致最终产品的精度低。

因此，本发明为了解决上述技术问题，将边框130设计为多层结构，当膜电极组件的阴极和阳极两侧压力不均匀时，多层结构的边框130更不容易受压力不均匀的影响。另外，由于CCM的质子交换膜与边框130的交界处存在应力突变现象，因此，使用多层结构的边框130还可以有效地降低质子交换膜受到的应力作用。

在本发明的一种实施方式中，，膜电极组件还包括分别设置在边框130的相对两侧的第一密封件151和第二密封件152，第一密封件151和第二密封件152分别与膜电极组件两侧的双极板密封连接。由于边框130设计为多层结构，其整体强度较高，因此不容易发生翘曲的现象，从而可以使第一密封件151和第二密封件152通过注塑或平板硫化的方式一体成型设置在边框130上，从而提高了密封件的成型精度。

由于现有技术中的密封垫圈不在双极板密封槽的中心，这样会导致密封错位配合的现象发生，错位配合会导致密封垫圈局部过压，从而会使膜电极组件受到剪切力从而导致膜电极组件的寿命缩短。为了解决这一技术问题，在本发明的一种实施方式中，第一密封件151在第二密封件152上的投影完全覆盖第二密封件152。也就是说，第一密封件151和第二密封件152的形状一致但宽度不一致，第二密封件152对第一密封件151的压力始终在第一密封件151的范围内，不会产生错位，也就不会产生剪切力，由此可以保证两侧胶线完全配合，实现最大的有效密封区域。

为了尽可能地保证第一密封件151和第二密封件152的配合不会产生错位，在本发明的一种实施方式中，第一密封件151的宽度(即图1中水平方向的宽度)大于第二密封件152的宽度，并且，第一密封件151沿其宽度方向的两侧超出第二密封件152的距离也相同，换言之，如图1所示，第二密封件152的纵轴线与第一密封件151的纵轴线重合，因此，即便在装配、运行的过程中，第一密封件151和第二密封件152发生了微小的相对移动，也能够基本上保证第一密封件151在第二密封件152上的投影完全覆盖第二密封件152，从而保证不会产生剪切力。

本发明还提供了一种燃料电池，燃料电池包括上述的单电池结构。

本发明的燃料电池与上述的单电池结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。