CN106711475A - 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法 - Google Patents

一种金属板燃料电池单电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106711475A
CN106711475A CN201611012620.2A CN201611012620A CN106711475A CN 106711475 A CN106711475 A CN 106711475A CN 201611012620 A CN201611012620 A CN 201611012620A CN 106711475 A CN106711475 A CN 106711475A
Authority
CN
China
Prior art keywords
field plate
flow
membrane electrode
cell
diffusion layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611012620.2A
Other languages
English (en)
Inventor
董辉
鲍军辉
富石权
陈卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DANYE HYDROGEN ENERGY-SOURCE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Original Assignee
DANYE HYDROGEN ENERGY-SOURCE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DANYE HYDROGEN ENERGY-SOURCE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI filed Critical DANYE HYDROGEN ENERGY-SOURCE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Priority to CN201611012620.2A priority Critical patent/CN106711475A/zh
Publication of CN106711475A publication Critical patent/CN106711475A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种金属板燃料电池单电池及其制作方法，包括以下几个步骤：(1)将空气金属流场板和流场板主体焊接，并在端头粘结支撑体；(2)将氢气扩散层、膜电极依次覆盖，并将膜电极与氢气流场板的两侧进行粘接。(3)将空气扩散层放在电极上部，并流出空白区域，在端头以及空白区域涂上粘结剂，形成单电池。与现有技术相比，本发明形成一体化的单电池，在进行电池堆组装时简单方便，不需要另外安装密封胶条；此外采用金属双极板，可以减轻燃料电池的重量和体积，有利于在低温条件下燃料电池快速启动。

Description

一种金属板燃料电池单电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种金属板燃料电池单电池及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。氢-氧燃料电池的工作原理如下。
负极：H2→2H++2e-
正极：0.5O2+H++2e-→H2O
电池反应：H2+0.5O2＝＝H2O
由于燃料电池的比能量高、环境友好、兼容可再生能源等特点，得到了全球各国政府、企业及研究团体的极大重视。美、日、欧等发达国家持续加强对燃料电池领域的支持，相关技术不断突破，车用质子膜燃料电池已经开始商用。
传统的燃料电池双极板采用石墨。石墨虽然有好的导电和导热性能，但是抗震性差，双极板厚并且重量重。所以，金属双极板逐渐引起重视。但是，现有的金属双极板燃料电池都需要增设密封圈进行密封，制造生产的过程较为复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制作方便、密封效果好的金属板燃料电池单电池及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种金属板燃料电池单电池，所述的单电池包括依次叠加的空气金属流场板、氢气金属流场板、氢气扩散层、膜电极和空气扩散层，所述氢气金属流场板包括流场板主体以及设置在流场板主体长度方向两端的端头，所述空气金属流场板和流场板主体通过焊接连接，所述端头与空气金属流场板同方向的一侧粘结有支撑体，所述的膜电极与氢气金属流场板粘接，所述的空气扩散层的长度小于膜电极，并在膜电极的两端留出空白区域，将胶黏剂涂覆在端头及空白区域，形成胶黏剂层。
采用该结构的单电池形成了电极、金属板、密封胶条一体化的结构，在进行电池堆组装时摆放部件少，简单方便，不需要另外安装密封胶条；此外采用金属双极板，可以减轻燃料电池的重量和体积，有利于在低温条件下燃料电池快速启动。
所述的膜电极为质子交换膜燃料电池电极。
所述的氢气扩散层覆盖在流场板主体的一侧，氢气扩散层的长度与流场板主体相同，宽度小于流场板主体，且在流场板主体宽度方向的两端均留有涂胶区域；
所述的膜电极与流场板主体的大小一致，且通过胶黏剂将膜电极与涂胶区域粘结；
所述空气扩散层的宽度与流场板主体相同，空气扩散层的长度小于膜电极的长度，且空气扩散层覆盖在膜电极上，在膜电极长度方向上的两端留有空白区域。
所述的涂胶区域的宽度为1～3mm。
所述的空白区域在沿膜电极长度方向上的宽度为2～5mm。
所述的空气金属流场板中空气流道的截面呈弧形、梯形或矩形中的一种。
所述的胶黏剂包括聚硫密封胶、硅密封胶、聚氨醋密封胶或含氟密封胶中的一种。一种如上所述金属板燃料电池单电池的制作方法，包括以下几个步骤：
(1)将空气金属流场板和流场板主体焊接，并在端头的一侧粘结支撑体；
(2)将氢气扩散层、膜电极依次覆盖在流场板主体上，并将膜电极与氢气流场板的两侧进行粘接；
(3)将空气扩散层放在膜电极上部，并留出空白区域，在端头以及空白区域涂上胶黏剂，形成胶黏剂层，即得所述金属板燃料电池单电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)在进行电堆组装时，需要放置的部件少，操作方便；
(2)把密封圈、金属双极板和膜电极结合成一个整体，在进行燃料电池组装时不容易引起由于密封圈的放置不好造成的燃料电池堆氢气泄露；
(3)采用金属板比采用石墨板的电堆抗震性好，电堆的体积小；
(4)金属板电堆的热容小，有利于燃料电池堆再低温的快速启动。
附图说明
图1为本发明的燃料电池的结构示意图；
图2为实施例1中步骤(1)的操作示意图；
图3为实施例1中步骤(2)的操作示意图；
图4为实施例1中步骤(3)的操作示意图；
图5为实施例1中步骤(4)的操作示意图；
图6为实施例1中步骤(5)的操作示意图；
图7为实施例1中步骤(6)的操作示意图及得到的单电池外形图；
图8为将实施例制得的60块单电池堆叠而成的电堆的放电曲线。
其中，1为空气金属流场板，2为氢气金属流场板，21为流场板主体，22为端头，23为涂胶区域，3为氢气扩散层，4为膜电极，41为空白区域，5为空气扩散层，6为支撑体，7为胶黏剂层。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种金属板燃料电池单电池，其结构如图1或图7所示，该单电池由依次叠加的空气金属流场板1、氢气金属流场板2、氢气扩散层3、膜电极4和空气扩散层5组成，氢气金属流场1板包括流场板主体21以及设置在流场板主体21长度方向两端的端头22，空气金属流场板1和流场板主体22通过焊接连接，端头22的下侧粘结有支撑体6，膜电极4与氢气金属流场板2粘接，空气扩散层5的长度小于膜电极4，并在膜电极4的两端留出空白区域，将胶黏剂涂覆在端头22及空白区域，形成胶黏剂层7。其中，膜电极4为质子交换膜燃料电池电极，膜电极4沿长度方向的两条边与流场板主体21粘结。
上述单电池的制作包括以下几个步骤：
(1)先通过焊接的方式把空气金属流场板1与流场板主体21长连接到一起，其中，空气金属流场板空气流道的截面呈弧形，其示意图如图2所示；
(2)把支撑体6通过聚硫密封胶与端头22连接到一起，其示意图如图3所示；
(3)把氢气扩散层3覆盖在流场板主体21上，氢气扩散层3的宽度方向到流场板主体21两侧分别留出2mm的空间，形成涂胶区域23，其示意图如图4所示；
(4)在涂胶区域23上涂上聚硫密封胶，然后把膜电极4平铺在氢气扩散层3上，并将膜电极4与涂胶区域23粘合，其示意图如图5所示，由于氢气扩散层和涂胶区域被盖在膜电极下面，所以图中未显示氢气扩散层3和涂胶区域23；
(5)在膜电极4的上面放上空气扩散层5，空气扩散层5的宽度与流场板主体的宽度一致，在长度方向比膜电极4两端各小3mm，在膜电极4上形成空白区域41，其示意图如图6所示；
(6)在空白区域41及端头22上涂上聚硫密封胶，形成粘结剂层7，从而形成金属板燃料电池单电池，其示意图如图7所示。
经检测，本实施例所得金属板燃料电池单电池单电池具有优良的密封性能，组装成60片的电池堆后电池放电曲线见图8所示。通过改图可以看出，采用金属板单电池的电池堆具有好的放电性能。
实施例2
采用与实施例相同的制作步骤，区别在于：
(1)涂胶区域的宽度为1mm；
(2)空白区域的宽度为2mm。
(3)采用的胶黏剂为硅密封胶。
将得到的燃料电池进行检测，性能与实施例1的燃料电池相同。
实施例3
采用与实施例相同的制作步骤，区别在于：
(1)涂胶区域的宽度为3mm；
(2)空白区域的宽度为5mm。
(3)采用的胶黏剂为聚氨酯密封胶。
将得到的燃料电池进行检测，性能与实施例1的燃料电池相同。

Claims (8)

1.一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的单电池包括依次叠加的空气金属流场板(1)、氢气金属流场板(2)、氢气扩散层(3)、膜电极(4)和空气扩散层(5)，所述氢气金属流场板(2)包括流场板主体(21)以及设置在流场板主体(21)长度方向两端的端头(22)，所述空气金属流场板(1)和流场板主体(21)通过焊接连接，所述端头(22)与空气金属流场板(1)同方向的一侧粘结有支撑体(6)，所述的膜电极(4)与氢气金属流场板粘接，所述的空气扩散层(5)的长度小于膜电极(4)，并在膜电极(4)的两端留出空白区域(41)，将胶黏剂涂覆在端头(22)及空白区域(41)，形成胶黏剂层(7)。
2.根据权利要求1所述的一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的膜电极(4)为质子交换膜燃料电池电极。
3.根据权利要求1所述的一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的氢气扩散层(3)覆盖在流场板主体(21)的一侧，氢气扩散层(3)的长度与流场板主体(21)相同，宽度小于流场板主体(21)，且在流场板主体(21)宽度方向的两端均留有涂胶区域(23)；
所述的膜电极(4)与流场板主体(21)的大小一致，且通过胶黏剂将膜电极(4)与涂胶区域(23)粘结；
所述空气扩散层(5)的宽度与流场板主体(21)相同，空气扩散层(5)的长度小于膜电极(4)的长度，且空气扩散层(5)覆盖在膜电极(4)上，在膜电极(4)长度方向上的两端留有空白区域(41)。
4.根据权利要求3所述的一种金属板燃料单池，其特征在于，所述的涂胶区域(23)的宽度为1～3mm。
5.根据权利要求3所述的一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的空白区域(41)在沿膜电极(4)长度方向上的宽度为2～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的空气金属流场板(1)中空气流道的截面呈弧形、梯形或矩形中的一种。
7.根据权利要求1或3所述的一种金属板燃料电池单电池，其特征在于，所述的胶黏剂包括聚硫密封胶、硅密封胶、聚氨酯密封胶或含氟密封胶中的一种。
8.一种如权利要求1～7任一所述金属板燃料电池单电池的制作方法，其特征在于，所述的制作方法包括以下几个步骤：
(1)将空气金属流场板(1)和流场板主体(21)焊接，并在端头(22)的一侧粘结支撑体(6)；
(2)将氢气扩散层(3)、膜电极(4)依次覆盖在流场板主体(21)上，并将膜电极与氢气流场板的两侧(23)进行粘接；
(3)将空气扩散层(5)放在膜电极(4)上部，并留出空白区域(41)，在端头(22)以及空白区域(41)涂上胶黏剂，形成胶黏剂层(7)，即得所述金属板燃料电池单电池。
CN201611012620.2A 2016-11-17 2016-11-17 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法 Pending CN106711475A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611012620.2A CN106711475A (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611012620.2A CN106711475A (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106711475A true CN106711475A (zh) 2017-05-24

Family

ID=58940481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611012620.2A Pending CN106711475A (zh) 2016-11-17 2016-11-17 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106711475A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108400348A (zh) * 2018-01-29 2018-08-14 上海攀业氢能源科技有限公司 一种采用金属为双极板的空冷燃料电池堆
CN110752387A (zh) * 2019-10-30 2020-02-04 无锡威孚高科技集团股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201051524Y (zh) * 2007-04-29 2008-04-23 上海攀业氢能源科技有限公司 一种适合低温启动的空气直接冷却型燃料电池
CN201266641Y (zh) * 2008-09-24 2009-07-01 上海攀业氢能源科技有限公司 一种燃料电池金属双极板
CN105514461A (zh) * 2014-10-08 2016-04-20 丰田自动车株式会社 燃料电池单电池的制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201051524Y (zh) * 2007-04-29 2008-04-23 上海攀业氢能源科技有限公司 一种适合低温启动的空气直接冷却型燃料电池
CN201266641Y (zh) * 2008-09-24 2009-07-01 上海攀业氢能源科技有限公司 一种燃料电池金属双极板
CN105514461A (zh) * 2014-10-08 2016-04-20 丰田自动车株式会社 燃料电池单电池的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108400348A (zh) * 2018-01-29 2018-08-14 上海攀业氢能源科技有限公司 一种采用金属为双极板的空冷燃料电池堆
CN110752387A (zh) * 2019-10-30 2020-02-04 无锡威孚高科技集团股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101118972B (zh) 一种燃料电池的密封结构
CN103985886B (zh) 一种燃料电池网状支撑双极板及其组成的电堆
US20050244703A1 (en) Membrane based electrochemical cell stacks
WO2020098106A1 (zh) 一种一体化双极性电极及其制备方法、应用
CN105684201B (zh) 带分隔件的燃料电池单电池及燃料电池堆
CN108550886A (zh) 一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法
WO2021035888A1 (zh) 膜电极组件、制备方法及燃料电池单电池
CN106992305A (zh) 一种燃料电池膜电极边框制备方法
CN105702987B (zh) 一种燃料电池膜电极组件及其制作方法
CN102593492B (zh) 一种燃料电池
WO2023169600A1 (zh) 液流电池堆或单电池、电极-隔膜复合组件及其复合电极结构
CN111224124A (zh) 一种燃料电池单体及其制备方法
CN106711475A (zh) 一种金属板燃料电池单电池及其制备方法
CN201060896Y (zh) 一种质子交换膜燃料电池复合膜电极
JP2019106344A (ja) 燃料電池の製造方法
CN108155397A (zh) 一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆及其制备方法
CN208173711U (zh) 一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆
CN219350270U (zh) 一种燃料电池膜电极边框和膜电极组件
JP2002343377A (ja) 燃料電池用電解質膜−電極接合体およびその製造方法
CN105428672B (zh) 一种高功率密度pemfc电堆专用极板的内嵌密封方法
CN209183651U (zh) 燃料电池分隔件、单体燃料电池、燃料电池电堆和极板
CN110311152B (zh) 密封方法
CN218351509U (zh) 一种燃料电池膜电极结构
CN112421070A (zh) 一种提升膜电极密封性能的方法
CN109935842A (zh) 一种燃料电池电堆的金属双极板和组装方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170524

RJ01 Rejection of invention patent application after publication