CN105789658B - 一种燃料电池集流板 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种燃料电池集流板，解决了现有技术中集流板耐腐蚀性差、可靠性低和传导性差等技术问题。本发明实施例提供的燃料电池集流板包括绝缘层，贴合在所述绝缘层上表面的集流层，贯穿所述集流层和所述绝缘层的多个通孔，以及覆盖所述集流层上表面以及所述多个通孔孔壁的耐腐蚀层。

Description

一种燃料电池集流板

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池集流板。

背景技术

燃料电池作为21世纪一种新型的能源转换装置，以其能量转换率高、可靠性强、清洁、无噪声等诸多优点受到越来越广泛的关注。燃料电池由膜电极、双极板、集流板和端板将若干个单电池串联组成，其中集流板是燃料电池的重要组件之一，不仅要求具有良好的导电性和灵活性，还要求具有优良的耐电化学腐蚀性能。

集流板的一面与端板连接，另外一面与燃料电池末端的双极板连接，双极板上的电流会经过集流板传输给负载，所以集流板需要有良好的导电性。目前市面上用作集流板的材料大多是钢板(不锈钢)，纯铜基板以及石墨板等，它们组成的燃料电池系统应用在不同的领域和场合。然而钢板、铜板以及石墨板具有各自的优缺点：钢板比较厚重且传导性不是很好；纯铜基板和石墨板导电性都较好，但是铜基板比较重，而且长期曝露在空气中会氧化影响美观，石墨板强度又比较低。

另外，采用全导电材料的集流板，比如全铜或者全钢，还需要另加绝缘材料以在装配成电池堆的过程中分割集流板与端板，这增加了安装过程的工艺复杂程度。

申请号为201410014436.6的中国专利申请介绍了一种燃料电池集电板，该集电板包括基材板，基材板的一个侧面上涂覆有涂覆层，另一个侧面上设置有金属箔层，金属箔层的表面镀有镀金层。其中的金属箔层用于保证该集电板的导电性，涂覆层则避免了因另加绝缘层使得安装工艺复杂的问题。但是因为这种集电板的两面采用两种不同材料，那么在集电板的气体出入孔或者安装孔的孔壁上就有可能出现两种材料的分界面，这样的分界面遇到水时会加速腐蚀，电池堆长期工作时会将腐蚀后的金属离子带入电堆当中，这会极大影响产品的可靠性和美观性以及电池堆的寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃料电池集流板，解决了现有技术中集流板耐腐蚀性差、可靠性低和传导性差等技术问题。

本发明实施例提供了一种燃料电池集流板，包括：绝缘层；

集流层，贴合在所述绝缘层的上表面；

多个通孔，贯穿所述集流层和所述绝缘层；以及

耐腐蚀层，覆盖所述集流层的上表面以及所述多个通孔的孔壁。

进一步地，所述耐腐蚀层为耐腐蚀金属镀层。

进一步地，所述多个通孔包括：用于气体和水通过的出入孔；和/或用于装配形成电池堆的安装孔。

进一步地，所述燃料电池集流板进一步包括：测温器件、金属布线和焊盘；其中，所述测温器件设置于所述集流层上，所述金属布线和焊盘设置于所述绝缘层的下表面；

其中，所述多个通孔包括引线过孔，所述测温器件通过所述引线过孔与所述金属布线形成电连接，所述金属布线与所述焊盘相连接。

进一步地，所述耐腐蚀层从所述引线过孔的孔壁延伸至所述焊盘表面，并覆盖所述焊盘表面。

进一步地，所述燃料电池集流板进一步包括：绝缘涂层，所述绝缘涂层设置于所述绝缘层的下表面，覆盖所述金属布线和所述耐腐蚀层。

进一步地，所述测温器件设置于所述集流层上包括：

所述测温器件通过表贴的方式或插件的方式设置在所述集流层上。

进一步地，所述耐腐蚀层覆盖所述集流层的上表面、所述绝缘层下表面的金属布线、所述绝缘层下表面的焊盘以及所述多个通孔的孔壁。

进一步地，所述燃料电池集流板进一步包括：辅助检测电路，设置在所述集流层上。

进一步地，所述集流层通过挤压或者粘连工艺贴合在所述绝缘层的上表面。

进一步地，所述集流层为金属箔层；和/或，所述绝缘层为玻璃纤维环氧树脂层。

进一步地，所述燃料电池集流板进一步包括：电池堆输出接口，与所述集流层电连接。

进一步地，所述电池堆输出接口包括母座和插针两部分，所述母座与所述集流层电连接，所述插针与外接的电源输出线连接；

其中，所述母座包含安装孔，所述安装孔内设有弹簧卡片，所述插针插入所述安装孔内时，所述弹簧卡片将所述插针与所述母座相固定。

进一步地，所述母座焊接固定在所述集流层上。

本发明一实施例还提供一种燃料电池堆，所述燃料电池堆的集流板包括：绝缘层；集流层，贴合在所述绝缘层的上表面；多个通孔，贯穿所述集流层和所述绝缘层；以及耐腐蚀层，覆盖所述集流层的上表面、所述绝缘层下表面的金属布线、所述绝缘层下表面的焊盘以及所述多个通孔的孔壁；所述燃料电池堆的端板采用绝缘材料制成。

本发明一实施例还提供一种燃料电池堆端板，采用绝缘材料制成，用于与一种集流板连接构成燃料电池堆；其中，所述集流板包括：绝缘层；集流层，贴合在所述绝缘层的上表面；多个通孔，贯穿所述集流层和所述绝缘层；以及耐腐蚀层，覆盖所述集流层的上表面、所述绝缘层下表面的金属布线、所述绝缘层下表面的焊盘以及所述多个通孔的孔壁。

本发明实施例提供的燃料电池集流板，包括绝缘层、集流层以及贯穿所述绝缘层和集流层的多个通孔，集流层的上表面及多个通孔的孔壁上覆盖有耐腐蚀层，有效防止了集流板气体出入孔及安装孔位置的腐蚀，同时也提高了集流板的导通性，解决了现有技术中集流板耐腐蚀性差、可靠性低和传导性差等技术问题。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图；

图2所示为本发明另一实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图；

图3所示为本发明另一实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图；

图4所示为本发明一实施例提供的燃料电池集流板上的电池堆输出接口的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图。如图1所示，该燃料电池集流板包括绝缘层1、集流层2、多个通孔3和耐腐蚀层4，集流层2贴合在绝缘层1的上表面，多个通孔3贯穿绝缘层1和集流层2，耐腐蚀层4覆盖集流层2的上表面以及多个通孔3的孔壁5。

应当理解，虽然图1中仅示意出了一个通孔3，但通孔3的具体数量是可根据实际的设计需要而定的，本发明并不限定通孔3的具体数量。在本发明一实施例中，多个通孔3可具体包括：用于气体和水通过的出入孔8；和/或用于装配形成电池堆的安装孔9。

由于通孔3贯穿绝缘层1和集流层2，因此在这些通孔3的孔壁处就会出现绝缘层1和集流层2的分界面。当通孔3中有水气穿过时，绝缘层1和集流层2的分界面会在遇到水后被腐蚀。本发明实施例通过在集流层2的上表面以及多个通孔3的孔壁覆盖耐腐蚀层4，使集流层2和孔壁表面的耐腐蚀层4无缝连接，可有效地防止绝缘层1和集流层2的分界面处的腐蚀，增加了美观性和可靠性。

在本发明一实施例中，耐腐蚀层4可为耐腐蚀金属镀层，例如可为金、银或者其他导电性好的耐腐蚀金属镀层。这样不仅可以防止绝缘层1和集流层2的分界面被腐蚀，还可以减小集流板和双极板之间的接触电阻，增强导通性。

图2所示为本发明另一实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图。如图2所示，该燃料电池集流板进一步包括：测温器件6、金属布线7和焊盘13，测温器件6设置于集流层2上，金属布线7和焊盘13设置于绝缘层1的下表面。多个通孔3包括引线过孔，引线过孔贯穿绝缘层1和集流层2，由于图2中的引线过孔位于测温器件6的下边，所以在图中未标出引线过孔。图中8为气体出入孔，9为安装孔。

测温器件6通过引线过孔与焊盘13形成电连接，再经焊盘13与金属布线7相连接，并通过金属布线7形成与外围控制电路的连接。需要注意的是，由于测温器件6本身具备一定厚度，因此该集流板上的测温器件6在封装选型时要考虑该集流板上方双极板的通风间隙、高度以及绝缘等问题，因此通常选择小型的测温器件6。

应当理解，测温器件6的种类、数量、具体的设置位置和设置方式均可根据实际需要而定，本发明对此不做限定。例如，为了监控燃料电池堆内部和进风口的温度，两组测温器件6可分别设置在靠近电池堆温度测量的位置10和进风口的位置11。测温器件6可具体通过热敏电阻实现，设置在集流层2上的具体方式可为表贴的方式或插件的方式。

在燃料电池领域中，温度对燃料电池工作状态和性能的影响非常显著，因此有必要对燃料电池堆内部和进风口的温度进行实时监控。在现有技术中，将测温器件6设置到电堆的内部是个艰难的工作。这是因为测量位置一般处于封闭狭小的空间，另外还要考虑传感器安装时的固定，位置和深度问题。本发明实施例直接在集流层上设置小型的测温器件6，再经引线过孔和金属布线7从绝缘层的下表面形成与外电路连接，有效地解决了测温器件6安装的位置和深度以及固定的问题。

图3所示为本发明另一实施例提供的燃料电池集流板的结构示意图。如图3所示，该燃料电池集流板的耐腐蚀层4从引线过孔的孔壁延伸至焊盘13表面，并覆盖焊盘13表面。由此形成从引线过孔到焊盘13表面之间耐腐蚀层4的无缝衔接，进一步提高产品的耐腐蚀性。此外，该燃料电池集流板还进一步包括：绝缘涂层12，绝缘涂层12设置于绝缘层1的下表面，覆盖金属布线7和焊盘13表面的耐腐蚀层4。绝缘涂层12进一步避免了通孔周围和金属布线7腐蚀的问题。

在本发明一实施例中，该燃料电池集流板还可进一步包括辅助检测电路，该辅助检测电路设置在集流层2上，以完成其他的辅助检测功能。直接在集流板上添加辅助检测电路可增加燃料电池自身的紧凑性，简化了产品制造的工艺流程，提高了系统的可靠性。

在本发明另一实施例中，耐腐蚀层4除了覆盖集流层2的上表面以及多个通孔3的孔壁外，还覆盖了绝缘层1下表面的金属布线7以及绝缘层1下表面的焊盘13。这样所形成的燃料电池集流板的上下表面均覆盖有耐腐蚀层4，此时绝缘层1的下表面就不必制备前述的绝缘涂层12了。为了保证耐腐蚀层4具备一定的耐磨性能，耐腐蚀层4的厚度可在3微英寸(约0.0762μm)以上。

在本发明一实施例中，当集流板的上下表面均覆盖有耐腐蚀层4，尤其是耐腐蚀层4为耐腐蚀金属镀层(例如金镀层)时，为了避免最终所组成的电池堆从端板处漏电，需保证该电池堆中的集流板和端板之间是绝缘的，这样与该集流板相连接的端板需采用绝缘材料(例如非金属材料)制成。

在本发明一实施例中，集流层2通过挤压或者粘连工艺贴合在绝缘层1的上表面。

在本发明一实施例中，集流层2为金属箔层，绝缘层1为玻璃纤维环氧树脂层。这样该集流板其实构成了一种印刷电路板，该印刷电路板的一面由玻璃纤维环氧树脂构成绝缘层，另一面由铜箔构成导通层，且在铜箔面上覆盖有金属镀层。

图4所示为本发明一实施例提供的燃料电池集流板上的电池堆输出接口的结构示意图。如图4所示，该燃料电池集流板进一步包括：与集流层2电连接的电池堆输出接口13。具体而言，电池堆输出接口13包括母座14和插针15两部分，母座14与集流层2电连接，插针15与外接的电源输出线连接；其中，母座14包含安装孔16，安装孔16内设有弹簧卡片(在图中并未标示)，插针15插入安装孔16内时，弹簧卡片将插针15与母座14相固定。在本发明一实施例中，母座14可直接焊接固定在集流层2上。

现有技术中的电池堆输出接口采用螺栓加螺母的连接方式，这种连接方式成本低廉，但是用户体验不是很好。在狭小的空间里，操作不方便，螺栓螺母容易脱落。而本发明实施例中，用户安装时只需要将插针插入到母座的安装孔内，通过弹簧卡片就可将插针与母座相固定，不需要任何的辅助安装工具，操作方便快捷。

本发明实施例提供的燃料电池集流板，包括绝缘层、集流层以及贯穿所述绝缘层和集流层的多个通孔，集流层的上表面及多个通孔的孔壁上覆盖有耐腐蚀层，有效防止了集流板气体出入孔及安装孔位置的腐蚀，同时也提高了集流板的导通性，解决了现有技术中集流板耐腐蚀性差、可靠性低和传导性差等技术问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种燃料电池集流板，其特征在于，包括：

绝缘层；

集流层，贴合在所述绝缘层的上表面；

多个通孔，贯穿所述集流层和所述绝缘层；以及

耐腐蚀层，覆盖所述集流层的上表面以及所述多个通孔的孔壁；

所述燃料电池集流板进一步包括：测温器件、金属布线和焊盘；其中，所述测温器件设置于所述集流层上，所述金属布线和所述焊盘设置于所述绝缘层的下表面；

其中，所述多个通孔包括引线过孔，所述测温器件通过所述引线过孔与所述焊盘形成电连接，再经所述焊盘与所述金属布线相连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述耐腐蚀层为耐腐蚀金属镀层。

3.根据权利要求1所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述多个通孔还包括：用于气体和水通过的出入孔；和/或用于装配形成电池堆的安装孔。

4.根据权利要求1所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述耐腐蚀层从所述引线过孔的孔壁延伸至所述焊盘表面，并覆盖所述焊盘表面。

5.根据权利要求4所述的燃料电池集流板，其特征在于，进一步包括：绝缘涂层，所述绝缘涂层设置于所述绝缘层的下表面，覆盖所述金属布线和所述焊盘表面的所述耐腐蚀层。

6.根据权利要求1所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述测温器件设置于所述集流层上包括：

所述测温器件通过表贴的方式或插件的方式设置在所述集流层上。

7.根据权利要求1所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述耐腐蚀层覆盖所述集流层的上表面、所述绝缘层下表面的金属布线、所述绝缘层下表面的焊盘以及所述多个通孔的孔壁。

8.根据权利要求1至7中任一所述的燃料电池集流板，其特征在于，进一步包括：辅助检测电路，设置在所述集流层上。

9.根据权利要求1至7中任一所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述集流层通过挤压或者粘连工艺贴合在所述绝缘层的上表面。

10.根据权利要求1至7中任一所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述集流层为金属箔层；和/或，所述绝缘层为玻璃纤维环氧树脂层。

11.根据权利要求1至7中任一所述的燃料电池集流板，其特征在于，进一步包括：电池堆输出接口，与所述集流层电连接。

12.根据权利要求11所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述电池堆输出接口包括母座和插针两部分，所述母座与所述集流层电连接，所述插针与外接的电源输出线连接；

其中，所述母座包含安装孔，所述安装孔内设有弹簧卡片，所述插针插入所述安装孔内时，所述弹簧卡片将所述插针与所述母座相固定。

13.根据权利要求12所述的燃料电池集流板，其特征在于，所述母座焊接固定在所述集流层上。

14.一种燃料电池堆，其特征在于，所述燃料电池堆的集流板采用如权利要求7所述的燃料电池集流板，所述燃料电池堆的端板采用绝缘材料制成。

15.一种燃料电池堆端板，其特征在于，采用绝缘材料制成，用于与如权利要求7所述的集流板连接构成燃料电池堆。