CN102013493A - 空冷型质子交换膜燃料电池双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其使得气体密封可靠，且材料和加工成本低、电池的装配难度低，进而确保电池的性能。双极板的一面为阴极极面、另一面为阳极极面，其特征在于：所述阴极极面开有阴极密封槽腔体，所述阴极密封槽腔体包裹空气平行直道，所述空气平行直道通过两侧的进气直槽连通外部空气，所述进气直槽位于所述阴极密封槽腔体厚度方向的内侧；所述阳极极面的两端开有通孔，所述阳极极面开有氢气流道，所述阳极极面开有阳极密封槽腔体，所述阳极密封槽腔体将两个通孔、氢气流道分别单独包围，两个所述通孔内侧分别开有导通槽连通所述氢气流道，所述导通槽位于所述阳极密封槽腔体厚度方向的内侧。
Description
技术领域
本发明涉及空冷型质子交换膜燃料电池结构技术领域，其具体为空冷型质子交换膜燃料电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种采用氢气为燃料、空气中的氧气为氧化剂的发电装置，由于燃料电池的电化学反应机理，可使其不受卡诺尔循环效率的限制，因此，质子交换膜燃料电池具有效率高、环境友好等特点。
空冷型质子交换膜燃料电池的主要特点是风机在为燃料电池供应空气的同时将燃料电池内部的热量排出，空冷型质子交换膜燃料电池的上述特性使系统的结构简化，从而特别适合用于作为小型便携式电源或需快速启动的应急用电源。
为了减少风机的流动阻力，空冷型质子交换膜燃料电池双极板的阴极流场通常设计成与大气相通的平行直道，轴流风机将空气从双极板阴极流场的一边吹入平行直道，空气经反应后携带热量从阴极流场的另一边被排出电池。空冷型质子交换膜燃料电池阴极流场从其侧面看总是在空气平行直道处下凹、在空气平行直道间的筋处上凸，基于此，在双极板阴极面上不能加工形成连续的密封槽，从而使空冷型质子交换膜燃料电池不能使用硅橡胶线密封结构，而必须采用面密封结构，但是面密封的材料一般为聚四氟乙烯或涂覆聚四氟乙烯的玻璃纤维布等，其强度较差，在燃料电池预紧力的作用下容易在阴极流场的空气平行直道处被挤压变形并塌陷在直道内，从而使密封困难，引起空气和氢气的互串和外漏。
中国专利号ZL 200610035283.9，授权公告日2008.09.03，专利名称为《一种含有组合流道的质子交换膜燃料电池极板》，给出了一种新的空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其公开了一种能改善燃料电池极板排水性能，使燃料电池运行稳定的含有组合流道的质子交换膜燃料电池极板，其阴极极板是设有由平行流道和矩阵通孔二合一组合形成组合流道的极板，其阳极极板是设有蛇行流道的极板；其中所述平行流道是平行的散热、进排气流道，贯穿阴极极板两端，所述通孔分布于平行流道的槽上。所述燃料电池的极板边沿的一侧或者四周还设有平行刺片。本发明的极板可用于制作微型及小型燃料电池，该技术通过将双极板分成阴极极板和阳极极板，在阴极极板的矩阵通孔面加工连续的密封槽，从而使该双极板能采用硅橡胶线密封结构，解决了面密封材料由于强度差被挤压变形后塌陷在空气平行直道内引起密封失效的缺点。
但是上述结构需单独制作阴极极板、阳极极板，这必然增加了加工成本和材料成本，也增加了燃料电池装配的工时；其次，阴极极板的空气平行直道和矩阵通孔的组合结构十分复杂，从而进一步增加了加工难度和制造成本；再次，阴极极板的空气平行直道和矩阵通孔的结构使得由空气平行直道导入的空气不能与燃料电池的膜电极直接接触，而必须通过矩阵通孔的再分配扩散至膜电极，从而大大增加空气的传质阻力，影响电池的性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其使得气体密封可靠，且材料和加工成本低、电池的装配难度低，进而确保电池的性能。
空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其技术方案是这样的： 双极板的一面为阴极极面、另一面为阳极极面，其特征在于：所述阴极极面开有阴极密封槽腔体，所述阴极密封槽腔体包裹空气平行直道，所述空气平行直道通过两侧的进气直槽连通外部空气，所述进气直槽位于所述阴极密封槽腔体厚度方向的内侧；所述阳极极面的两端开有通孔，所述阳极极面开有氢气流道，所述阳极极面开有阳极密封槽腔体，所述阳极密封槽腔体将两个通孔、氢气流道分别单独包围，两个所述通孔内侧分别开有导通槽连通所述氢气流道，所述导通槽位于所述阳极密封槽腔体厚度方向的内侧。
其进一步特征在于：所述阴极极面的中心部分开有所述空气平行直道，所述阴极极面的两侧部内凹，两侧内凹部分分别开有与所述空气平行直道相通的所述进气直槽，两侧内凹部分上盖装有阴极嵌片，所述阴极嵌片分别开有阴极密封槽，所述阴极极面的另外两侧部开有通孔，所述通孔四周开有阴极密封槽，所述通孔四周的阴极密封槽、阴极嵌片的阴极密封槽相互连通成为整体，其即为所述的阴极密封槽腔体，阴极硅胶密封件配合嵌套于所述阴极密封槽腔体；
所述阳极极面的中心部分开有所述氢气流道，所述阳极极面的通孔靠内部分内凹，所述内凹部分开有所述导通槽连通所述氢气流道和通孔，阳极嵌片配合安装于所述内凹部分，所述阳极嵌片开有阳极密封槽，所述阳极极面的四周开有阳极密封槽，所述通孔位于所述阳极面四周的阳极密封槽的内部，所述阳极嵌片的阳极密封槽、所述阳极极面的四周的阳极密封槽相互连通成为整体，其即为所述的阳极密封槽腔体，阳极硅胶密封件配合嵌套于所述阳极密封槽腔体；
其更进一步特征在于：所述阴极密封槽腔体、阳极密封槽腔体形状相同，所述阴极硅胶密封件、阳极硅胶密封件为相同的硅胶密封件。
采用本发明的结构后，双极板的材料和加工成本低；取两片双极板，在一片双极板的阴极极面和另一片双极板的阳极极面之间安装膜电极，并分别通过一片双极板的阴极硅胶密封件和另一片双极板的阳极硅胶密封件密封，由于导通空气的进气直槽位于阴极密封槽腔体厚度方向的内侧，空气能顺利进入空气平行直道，且连接通孔、氢气流道的导通槽位于所述阳极密封槽腔体厚度方向的内侧，氢气能从其中一个通孔进入，然后反应后顺利地流出另一个通孔，硅胶密封件密封使得气体密封可靠，确保电池的性能；空气平行直道使得空气直接与燃料电池的膜电极接触，降低空气的传质阻力，从而进一步确保电池的性能。
附图说明
图1为本发明的阴极极面的装配结构示意立体图；
图2为本发明的阳极极面的装配结构示意立体图；
图3为本发明的双极板与膜电极的装配示意立体图。
具体实施方式
具体实施方式：见图1、图2、图3，双极板1的四角开有定位孔2，双极板1一面为阴极极面3、另一面为阳极极面4，阴极极面3的中心部分开有空气平行直道5，阴极极面3的两侧为内凹部分6，两侧内凹部分6分别开有与空气平行直道5相通的进气直槽7，两侧内凹部分6上盖装有阴极嵌片9，阴极嵌片9分别开有阴极密封槽8，阴极极面3的另外两侧部开有通孔10，通孔10四周开有阴极密封槽11，通孔10四周的阴极密封槽11、阴极嵌片9的阴极密封槽8相互连通成为整体，其即为的阴极密封槽腔体，阴极硅胶密封件12配合嵌套于阴极密封槽腔体；
阳极极面4的中心部分开有氢气流道13，阳极极面4的通孔10靠内部分内凹，内凹部分14开有导通槽15连通氢气流道13和通孔10，阳极嵌片16配合安装于内凹部分14，阳极嵌片16开有阳极密封槽17，阳极极面4的四周开有阳极密封槽18，通孔10位于阳极面4四周的阳极密封槽18的内部，阳极嵌片16的阳极密封槽17、阳极极面4的四周的阳极密封槽18相互连通成为整体，其即为的阳极密封槽腔体，阳极硅胶密封件19配合嵌套于阳极密封槽腔体。
装配时，将一片双极板的阴极极面3和另一片双极板的阳极极面板极面4之间插入膜电极20，然后通过预紧力使三者紧密贴合，其中膜电极20对应于通孔10的位置开有贯穿孔21。
Claims (4)
1.空冷型质子交换膜燃料电池双极板，双极板的一面为阴极极面、另一面为阳极极面，其特征在于：所述阴极极面开有阴极密封槽腔体，所述阴极密封槽腔体包裹空气平行直道，所述空气平行直道通过两侧的进气直槽连通外部空气，所述进气直槽位于所述阴极密封槽腔体厚度方向的内侧；所述阳极极面的两端开有通孔，所述阳极极面开有氢气流道，所述阳极极面开有阳极密封槽腔体，所述阳极密封槽腔体将两个通孔、氢气流道分别单独包围，两个所述通孔内侧分别开有导通槽连通所述氢气流道，所述导通槽位于所述阳极密封槽腔体厚度方向的内侧。
2.根据权利要求1所述的空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述阴极极面的中心部分开有所述空气平行直道，所述阴极极面的两侧部内凹，两侧内凹部分分别开有与所述空气平行直道相通的所述进气直槽，两侧内凹部分上盖装有阴极嵌片，所述阴极嵌片分别开有阴极密封槽，所述阴极极面的另外两侧部开有通孔，所述通孔四周开有阴极密封槽，所述通孔四周的阴极密封槽、阴极嵌片的阴极密封槽相互连通成为整体，其即为所述的阴极密封槽腔体，阴极硅胶密封件配合嵌套于所述阴极密封槽腔体。
3.根据权利要求1或2所述的空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述阳极极面的中心部分开有所述氢气流道，所述阳极极面的通孔靠内部分内凹，所述内凹部分开有所述导通槽连通所述氢气流道和通孔，阳极嵌片配合安装于所述内凹部分，所述阳极嵌片开有阳极密封槽，所述阳极极面的四周开有阳极密封槽，所述通孔位于所述阳极面四周的阳极密封槽的内部，所述阳极嵌片的阳极密封槽、所述阳极极面的四周的阳极密封槽相互连通成为整体，其即为所述的阳极密封槽腔体，阳极硅胶密封件配合嵌套于所述阳极密封槽腔体。
4.根据权利要求3所述的空冷型质子交换膜燃料电池双极板，其特征在于：所述阴极密封槽腔体、阳极密封槽腔体形状相同，所述阴极硅胶密封件、阳极硅胶密封件为相同的硅胶密封件。
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