CN108091912B - 用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池，其中用于燃料电池的分隔体，包括：分离板，其设有从其边缘突出的联接突起；以及多孔体，其设有供联接突起固定插入的联接孔，使得多孔体联接到分离板的平面，多孔体限定反应气体能够流经的路径。

Description

用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池。
背景技术
燃料电池是一种发电机，其使电池堆中的燃料发生电化学反应以便将化学能转化为电能。燃料电池可用来不仅为工业、家庭和车辆提供驱动电力，而且还可以为诸如便携式设备的手持电子设备等提供电力。近年来，燃料电池的应用领域正在逐渐扩大为高效的清洁能源。
图1是示出常规的燃料电池堆的分解透视图。
如图1所示，常规的燃料电池堆包括膜电极组件(MEA)4，其具有电解质膜和布置在其两个表面上的电极；一对气体扩散层(GDL)6，其附接到膜电极组件的电极，并且有助于使反应气体扩散；分隔体8，与每个气体扩散层紧密接触以供应反应气体；以及垫圈8a，其防止反应气体泄漏。
分隔体8防止作为反应气体的氢和氧彼此混合，并且电连接到膜电极组件4以对其进行支撑，从而保持燃料电池堆的形状。
因此，分隔体8的结构应该是精细的，以防止反应气体彼此混合，并且应当具有高强度和高导电性以用作导体和载体。因此，主要使用由金属材料制成的分隔体8。
由于从具有膜电极组件4、气体扩散层6、垫圈8a和分隔体8的一个单元电池2产生的电压较低，因此根据所需电压堆叠和使用多个单元电池。
然而，在堆叠多个单元电池2的情况下，分隔体8不保持均匀的表面压力，从而导致局部变形或不保持密封。
此外，为了固定多个堆叠的分隔体8，利用点焊或激光焊接。然而，焊接部分的耐腐蚀性低，使得焊接部分可能会被腐蚀，并且焊接部分的强度低于周边部分，从而会产生裂纹等。
具体地，当分隔体8的厚度为0.1mm或更小时，焊接过程中的压力作用会引起变形，并且堆叠性会劣化。
为了提高常规分隔体8的堆叠性，已开发出一种技术，其中在分隔体8的两侧形成用于装配的不平坦部，以提高堆叠性。然而，上述方法存在的问题在于，需要确保足够的高度以使不平坦部形成用于装配的形状，并且0.1mm或更小的分隔体8在用于装配不平坦部的加压操作中可能会产生变形或破裂。
上述内容仅旨在有助于理解本发明的背景技术，并不旨在意味着本发明落在本领域技术人员已知的现有技术的范围中。
发明内容
本发明涉及一种用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池。这些实施例涉及一种用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池，其使包含使用联接突起的多孔体的用于燃料电池的分隔体的组装更容易，其中在相邻的分隔体上分别形成联接突起和联接槽，从而提高了燃料电池的单元电池的堆叠能力。
本发明的实施例考虑了现有技术中出现的上述问题。例如，本发明的实施例提供一种用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池，其更容易联接分隔体与多孔体，从而缩短组装时间，并且防止耐腐蚀性降低。
本发明的其它实施例提供用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池，其减小了分隔体的厚度，因此减小了燃料电池的体积和重量。
还有的实施例提供了用于燃料电池的分隔体和燃料电池的单元电池，其能够改善燃料电池的相邻单元电池的堆叠能力。
各种实施例可结合使用。
根据一个方面，一种用于燃料电池的分隔体，包括：分离板，其设有从其边缘突出的联接突起；以及多孔体，其设有供联接突起固定插入的联接孔，使得多孔体联接到分离板的平面，多孔体限定反应气体流经的路径。
分离板和多孔体在其边缘的两侧，分别包括彼此面对的至少一对联接突起和联接孔。
联接孔中的每个联接孔可以以狭缝的形状形成，并且具有使得联接孔的短轴的长度与对应联接突起的直径相对应的宽度。
彼此相反布置的联接孔可形成为使得其长轴彼此垂直。
每个联接突起可被形成为，使得其端部的直径大于对应联接孔的短轴的长度。
联接突起可插入联接孔中，以能够在联接孔的长轴的方向上移动，因而在分离板与多孔体联接时吸收由回弹引起的变形，从而确保平坦度。
分离板还可包括附接到其平面的垫圈，在垫圈上形成固定突起。
根据另一个方面，用于燃料电池的单元电池通过堆叠多个单元电池而形成。单元电池包括布置在单元电池两侧上的一对分隔体。固定突起设置在选自一对分隔体的一个分隔体上，并且固定槽形成在一对分隔体中的剩下一个分隔体中，以使固定突起能够牢固地插入其中。固定突起和固定槽使燃料电池的相邻单元电池能够容易地彼此联接。
固定突起可包括多个固定突起，并且固定槽可包括多个固定槽，并且固定槽中的每一个可以以狭缝的形状形成，以使固定突起能够在位于固定槽中可移动。
彼此相反布置的固定槽可被形成为，使得其长轴彼此垂直。
固定突起可被形成为使得其直径朝向其端部增加，并且固定槽可被形成为使其宽度在固定突起插入的方向上逐渐增加，以便与固定突起的截面相对应。
附图说明
通过以下详细描述，并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，将更加显而易见，其中：
图1是示出常规的燃料电池堆的分解透视图；
图2是示出根据本发明的实施例的分隔体的视图；
图3是示出根据本发明的实施例的联接突起与联接孔相联接的视图；
图4是示出根据本发明的另一个实施例的分隔体的视图；
图5是示出根据本发明的实施例的燃料电池的单元电池的视图；
图6是示出根据本发明的实施例的固定槽的视图；以及
图7是示出根据本发明的实施例的固定突起与固定槽相联接的视图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面进行描述。尽管将结合示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代方案、修改、等同物和其它实施例。
图2是示出根据本发明一个实施例的分隔体的视图，图3是示出根据本发明一个实施例的联接突起与联接孔相联接的视图。
如图2和图3所示，根据本发明的实施例的用于燃料电池的分隔体10包括分离板100和多孔体200，分离板100在其边缘上具有联接突起110，多孔体200具有供联接突起110固定插入的联接孔210，并且联接到分离板100的平面。
分离板100由平板状的金属材料制成。多孔体200由诸如金属泡沫、碳泡沫(carbonfoam)或金属丝网等具有微孔结构的导电材料制成，并且联接到分离板的平面，从而限定反应气体在其中流动的路径。
根据本发明的实施例的多孔体200，可通过利用压制法，在金属薄板上形成诸如微孔和通道等多孔结构并由此形成三维微孔结构而制成。
以这种方式制成的多孔体200，通过联接突起110和联接孔210一体地固定到分离板100的平面，并且均匀地对气体扩散层(GDL)6加压以分散表面压力，从而使电阻最小，并且使燃料电池的性能最大。
此外，当使用常规焊接方法固定分隔体时，可防止焊接部分的耐腐蚀性降低，以防止由于焊接部分的微裂纹而导致的气密性降低，并且消除以一定的时间间隔更换和管理焊接部分的必要性，从而实现管理成本的降低，并且使分隔体10的变形最小。
具体地，即使分隔体100的厚度被形成为0.1mm或更小，也不需要用于固定多孔体200的单独焊接工艺，因此使因诸如变形等损害所引起的堆叠性的降低最小。
优选地，根据本发明的实施例的分离板100和多孔体200的特征在于，至少一对联接突起110和联接孔210被定位成彼此面对。这是因为，如果分离板100和多孔体200通过单个联接突起110和联接孔210彼此联接，则可能不期望地围绕联接部进行旋转。因此，优选地，形成至少一对联接部，以便固定联接位置。
根据本发明的实施例的联接孔210被形成为具有在一个方向上延伸的狭缝形状。优选地，联接孔210被形成为使得其短轴B的长度对应于联接突起110的直径。
通常地，在将分离板100联接到多孔体200时使用点焊等固定两端的情况下，当分离板100与多孔体200联接时，由于分离板100和多孔体200之间存在宽度差异，因此具有较大宽度的分离板100和多孔体200可能会在中心部分处彼此分开。
这种分离现象使得难以确保分离板100和多孔体200的平坦度，从而导致由于表面压力不均匀而引起的性能和耐久性的降低，并且难以组装燃料电池堆，从而导致性能下降。
由此，根据本发明的实施例的多孔体200的联接孔210以狭缝的形状形成，并且联接突起110被插入到联接孔210中。在该状态下，联接突起在联接孔210的长轴A的方向上可移动长轴A的长度。当分离板100与多孔体200联接时，这种配置可吸收因回弹引起的变形，从而防止分离现象发生，并且确保分离板100和多孔体200的平坦度。因此，可提高燃料电池堆的组装性和性能。
优选地，在多孔体200两端上彼此相对布置的联接孔210被形成为，使得它们的长轴A彼此垂直。其原因在于各自具有矩形平板形状的多孔体200和分离板100不应沿垂直方向，即宽度方向和长度方向两个方向变形。
优选地，根据本发明的实施例的联接突起110被形成为，使得其突出端的直径C大于联接孔210的短轴B的长度。其原因在于可防止被插入到联接孔210中的联接突起110从联接孔210离开。
图4是示出根据本发明另一个实施例的分隔体的视图。
如图4所示，根据本发明另一个实施例的分隔体10还包括附接到其平面的边缘的垫圈120。在此，联接突起110从垫圈120延伸，然后向上突出。因此，形成在固定于分离板100的平面上的垫圈120上的联接突起110固定地插入到多孔体200的联接孔210中，使得分离板100可与多孔体200一体地联接。
图5是示出根据本发明的实施例的燃料电池的单元电池的视图，图6是示出根据本发明的实施例的固定槽的视图，图7是示出根据本发明的实施例的固定突起与固定槽进行联接的视图。
如图5至图7所示，根据本发明的实施例，堆叠多个单元电池1以构成燃料电池。单元电池包括膜电极组件(MEA)4、一对气体扩散层(GDL)6以及附接到膜电极组件4的两侧的一对分隔体10。
在此，与上述分离板100与多孔体200的联接结构类似，为了提高相邻分隔体10的堆叠性，固定突起11从选自一对分隔体10的一个分隔体10突出，同时固定槽12形成在剩余的分隔体10中，以使固定突起11能够固定地插入其中。
这种配置可提高相邻分隔体10的堆叠性，从而容易地组装燃料电池堆，从而缩短制造周期并提高生产率，另外，可以使燃料电池的单元电池1的变形最小，从而提高燃料电池的性能和使用寿命。
与联接突起110和联接孔210类似，根据本发明的实施例提供多个固定突起11和固定槽12。每个固定槽12以狭缝形状形成，从而使被插入到固定槽12中的固定突起11可以在预定范围内移动。
此外，彼此相反布置的固定槽12被形成为使得它们的长轴彼此垂直，从而防止燃料电池的单元电池1变形，从而提高燃料电池的单元电池1的堆叠性。
优选地，根据本发明的实施例的固定突起11可被形成为使得其直径在其突出方向上朝向端部增大。此外，固定槽12可被形成为使得其具有与固定突起11的截面相对应的形状，并且其宽度在固定突起11被插入的方向上逐渐增大。
因此，这种配置在燃料电池的相邻单元电池1彼此联接时，可防止固定突起11从固定槽12离开，从而增加燃料电池的单元电池1之间的堆叠性和结合力。
本发明在组装燃料电池的单元电池时使多孔体与分隔体容易对准，从而提高组装性，并且可消除出于固定的目的而执行单独的焊接工艺的必要性，因此防止耐腐蚀性降低，并缩短组装时间，从而提高生产率。
此外，即使分隔体的厚度减小，也可以使组装燃料电池的单元电池的工艺中的变形和损坏最小，并且可减小燃料电池的体积和重量，从而提高车辆的性能。
尽管已经出于说明的目的对本发明的优选实施例进行描述，然而本领域技术人员应该理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，还可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的分隔体，包括：
分离板，其设有从所述分离板的第一边缘突出的第一联接突起，和从所述分离板的第二边缘突出的第二联接突起；以及
多孔体，其设有与所述多孔体的第一边缘相邻的第一联接孔和与所述多孔体的第二边缘相邻的第二联接孔，其中所述第一联接突起插入所述第一联接孔，所述第二联接突起插入所述第二联接孔，使得所述多孔体联接到所述分离板的平面，所述多孔体限定反应气体能够流经的路径；
其中所述第一联接突起面向所述第一联接孔，并且所述第二联接突起面向所述第二联接孔；
其中所述联接孔中的每个联接孔以狭缝的形状形成，并且具有使得所述联接孔的短轴的长度与对应联接突起的直径相对应的宽度；
其中所述多孔体的所述第一边缘与所述多孔体的所述第二边缘相反，并且所述分离板的第一边缘与所述分离板的第二边缘相反；且
其中所述第一联接孔的长轴垂直于所述第二联接孔的长轴。
2.根据权利要求1所述的分隔体，其中所述第一联接突起和所述第二联接突起中的每个联接突起被形成为，使得其端部的直径大于对应联接孔的短轴的长度。
3.根据权利要求2所述的分隔体，其中所述第一联接突起被插入到所述第一联接孔中，以便能够在所述第一联接孔的长轴方向上移动。
4.根据权利要求3所述的分隔体，其中所述分隔体被配置成当所述分隔体与所述多孔体结合时，所述分隔体吸收因回弹引起的变形，从而确保平坦度。
5.根据权利要求1所述的分隔体，其中所述分离板还包括附接到其平面上的垫圈，在所述垫圈上形成第一固定突起。
6.一种用于燃料电池的分隔体，包括：
分离板，其设有从所述分离板的第一边缘突出的第一联接突起，和从所述分离板的第二边缘突出的第二联接突起，所述分离板的第一边缘与所述分离板的第二边缘相反；以及
多孔体，具有与所述分离板的主表面平行的主表面，并限定有反应气体能够流动的通道，所述多孔体设有与所述多孔体的第一边缘相邻且与所述第一联接突起相邻的第一联接孔，并且还设置有
与所述多孔体的第二边缘相邻且与所述第二联接突起相邻的第二联接孔，其中所述第一联接孔和所述第二联接孔均形成为具有长轴和短轴的狭缝形状，长轴比短轴长，并且每个联接孔的短轴具有对应于相应的联接突起的直径的宽度，并且在所述多孔体的第一边缘和第二边缘之间延伸的平面中，所述第一联接孔的长轴垂直于所述第二联接孔的长轴。
7.根据权利要求6所述的分隔体，其中所述第一联接突起和所述第二联接突起中的每个联接突起被形成为，使得其端部的直径大于对应联接孔的短轴的长度。
8.根据权利要求7所述的分隔体，其中所述第一联接突起被插入到所述第一联接孔中，以便能够在所述第一联接孔的长轴方向上移动。
9.根据权利要求8所述的分隔体，其中所述分隔体被配置成当所述分隔体与所述多孔体结合时，所述分隔体吸收因回弹引起的变形。
10.根据权利要求6所述的分隔体，其中所述分离板还包括附接到其平面上的垫圈，在所述垫圈上形成所述第一联接突起。
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