CN110112432A - 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法 - Google Patents

一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110112432A
CN110112432A CN201910313996.4A CN201910313996A CN110112432A CN 110112432 A CN110112432 A CN 110112432A CN 201910313996 A CN201910313996 A CN 201910313996A CN 110112432 A CN110112432 A CN 110112432A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bulge
membrane electrode
welding
support
flow field
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
CN201910313996.4A
Other languages
English (en)
Inventor
姜天豪
彭林法
蓝树槐
徐一凡
毕飞飞
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.)
Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
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 Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd filed Critical Shanghai Zhen Zhen New Energy Equipment Co Ltd
Priority to CN201910313996.4A priority Critical patent/CN110112432A/zh
Publication of CN110112432A publication Critical patent/CN110112432A/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
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • 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
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • 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

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

本发明针对传统金属极板中膜电极部件在流场区域与气体进/出口结构间的跨距区域发生凹陷的问题，在所述的层越结构和进/出气口结构与所述的流场区域之间的跨距区域内，引入支撑膜电极的点状凸起结构；提供一种金属极板中用于支撑膜电极边框的结构及激光焊接实施方法，满足了膜电极支撑、减少凹陷的发生、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求；在此基础上，利用焊接夹具压紧凸起结构，围绕凸起结构，布置曲线焊接路径，实现焊接过程中阴、阳单极板紧密配合，完成金属双极板组件的制备，并隔绝反应气体在阴、阳单极板夹层间的泄漏。

Description

一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的金属极板中用于支撑膜电极的激光焊接实施方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池的金属双极板由两块厚度为0.1-0.5mm的冲压成型的阴、阳极单板经激光焊接而成。阴极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氧气流道；阳极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氢气流道；氢气、空气进入燃料电池中，通过电化学反应产生电能来供给设备运行，其最终反应产物是水。该能源制备方式具有高效率、零排放等优势，成为未来能源科技发展的新方向。
金属双极板的密封性要求很高，若密封性不好则反应物质和冷却液可能会渗漏，将使电池性能下降或失去作用。目前连接阳、阴极的加工方法均采用焊接方式。在图1中，以氢气在金属双极板组件中的流动行为为例，氢气通过气腔2进入金属双极板1中，经过层越结构3进入进/出气口结构4中，最终通过层越结构3进入流场区域5中；其中，通过激光焊接连接阴、阳单极板，并隔绝氢气在阴、阳单极板夹层间泄漏，所布置激光焊接路径为密封结构6。
如图2所示，为了保证激光焊接良品率，需要通过双侧焊接夹持结构10将阴、阳单极板压紧，再利用激光按照直线焊接路径完成密封结构6的焊接。由于需要足够的空间来布置双侧焊接夹持结构10，从而导致在进/出气口结构4及流场区域5之间形成了4mm左右的跨距区域。
当金属双极板组装成燃料电池时，需要在进/出气口结构4及流场区域5上方覆盖膜电极7；如图3所示，由于膜电极7是采用柔性聚合物制成，在跨距区域由于自身刚度小、重力、内外压差等影响，极易发生坍塌形成凹陷，从而影响跨距区域反应气体流动，降低燃料电池使用效率。综上所述，现有金属双极板组件在该跨距区域的设计及处理已经无法满足燃料电池稳定、高效的使用要求。经过对现有技术的文献检索，发现针对膜电极边框在现有金属极板流场与气口衔接区域“塌陷”的解决方案匮乏，相对应的相关专利报道较少。
发明内容
本发明的目的就是提供一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法，以克服上述膜电极部件在传统金属极板流场区域与气体进/出口结构的跨距区域发生凹陷的问题。
本发明的第一个目的是提供一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板的阴或阳单极板上，依次平行排列着冲压成型的气腔、层越结构和流场区域；在所述的层越结构的缺口处，还设有进/出气口结构；在金属双极板的上方覆盖有膜电极；其特征在于，在所述的层越结构和进/出气口结构，与所述的流场区域之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；由激光焊接而成的密封结构绕经凸起结构的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径。
作为优选，所述凸起结构呈前后错位排列方式，以减少膜电极悬置面积及满足冲压制备工艺为选择前提。
进一步地，所述的凸起结构的直径为1~1.5mm，截面形状可为圆形、方形或者菱形，凸起结构的间距为1~1.5mm；该凸起结构主要用于支撑该处的膜电极，使其在反应过程中不因悬置区域过大而发生凹陷，影响该处反应气体的流动，以满足膜电极支撑、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求为前提。
作为优选，在膜电极上，对应于所述的进/出气口结构与所述的流场区域之间的跨距区域内，直接设有所述的凸起结构，而金属双极板上的密封结构采用直线焊接路径即可。
所述支撑膜电极的凸起结构可以在阴、阳单极板上通过冲压工艺直接制备，也可以通过注塑工艺将凸起结构制备于阴、阳单极板上。
本发明的第二个目的是提供一种适用于膜电极支撑结构的激光焊接实施方法，其特征在于，在金属双极板上的层越结构和进/出气口结构与所述的流场区域之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；将焊接夹具压紧凸起结构，使阴、阳单极板紧密接触，围绕凸起结构在其间隙内形成曲线形的焊接路径，完成金属双极板的连接，并隔绝反应气体在阴、阳单极板的夹层间发生泄漏。
在布置曲线焊接路径时，需要考虑凸起结构的间距大小，优选为在凸起结构的间距正中位置设置焊接路径。
本发明针对传统金属极板中膜电极部件在流场区域与气体进/出口结构间的跨距区域发生凹陷的问题，在所述的层越结构和进/出气口结构与所述的流场区域之间的跨距区域内，引入支撑膜电极的点状凸起结构，满足了膜电极支撑、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求；在此基础上，利用焊接夹具压紧凸起结构，实现焊接过程中阴、阳单极板紧密配合；围绕凸起结构，布置曲线焊接路径，完成金属双极板组件的制备，并隔绝反应气体在阴、阳单极板夹层间的泄漏。
附图说明
图1为传统金属极板布置示意图。
图2为传统金属极板焊接夹持及路径示意图。
图3为膜电极在跨距区域凹陷示意图。
图4为具有膜电极凸起结构的金属极板布置示意图。
图5为自带凸起结构的膜电极与金属极板配合示意图。
图6为针对具有膜电极凸起结构的金属极板焊接夹持示意图。
附图中：1-金属双极板，2-气腔流场区域，3-层越结构，4-进/出气口结构，5-流场区域，6-密封结构，7-膜电极，8-凸起结构，9-曲线密封路径，10-双侧焊接夹持结构，11-平面焊接夹持结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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。
如图4和图5。一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板1上，依次平行排列着冲压成型的气腔2、层越结构3和流场区域5；在所述的层越结构3的缺口处，还设有进/出气口结构4；在金属双极板1的上方还覆盖有膜电极7；其特征在于，在所述的层越结构3和进/出气口结构4与所述的流场区域5之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构8，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；由激光焊接而成的密封结构绕经凸起结构的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径。金属双极板1中，存在冲压成型的气腔2、层越结构3、进/出气口结构4以及流场区域5；其特征在于，在所述的层越结构3和进/出气口结构4与所述的流场区域5之间的跨距区域内，设置有点状凸起结构8，所述的凸起结构8的间距为1~1.5mm；而激光焊接而成的密封结构6的路经凸起结构8的间隙，形成曲线形的密封路径9。
氢气通过气腔2进入金属双极板1中，经过层越结构3进入进/出气口结构4中，最终通过层越结构3进入流场区域5中；具有曲线形的密封路径9的密封结构6通过激光焊而成，连接着阴、阳单极板，并隔绝氢气在阴、阳单极板夹层间泄漏。
作为优选，所述凸起结构8呈前后错位排列方式，以减少膜电极悬置面积及满足冲压制备工艺为选择前提。
进一步地，所述的凸起结构8的直径为1~1.5mm，截面形状可为圆形、方形或者菱形，凸起结构8的间距为1~1.5mm；该凸起结构主要用于支撑该处的膜电极，使其在反应过程中不因悬置区域过大而发生凹陷，影响该处反应气体的流动，以满足膜电极支撑、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求为前提。
实施例1
如图6所示，通过冲压或者注塑工艺将凸起结构8制备于阴、阳单极板上；然后，平面焊接夹持结构11通过压紧凸起结构8，使阴、阳单极板形成紧密连接，围绕凸起结构8，在凸起结构8的间距正中位置设置曲线密封路径9，来焊接制备金属双极板1，防止氢气在流动过程中在阴、阳单极板夹层间发生泄漏。
实施例2
如图5所示，所述支撑膜电极的凸起结构8为直接设置在膜电极7上，其结构尺寸为1~1.5mm，特征间距保持1~1.5mm，同样呈现双排错层排列，亦可防止膜电极13在跨距区域发生凹陷；在这种情况下，在所述的层越结构3和进/出气口结构4与所述的流场区域5之间的跨距区域内，可以保持传统的直线焊接路径即可，而焊接时也可延用图2中传统的双侧焊接夹持结构10来夹持并焊接。

Claims (6)

1.一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板（1）上，依次平行排列着冲压成型的气腔（2）、层越结构（3）和流场区域（5）；在所述的层越结构的缺口处，还设有进/出气口结构（4）；在金属双极板（1）的上方还覆盖有膜电极（7）；其特征在于，在所述的层越结构（3）和进/出气口结构（4）与所述的流场区域（5）之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构（8），若干点状凸起结构（8）共同形成一个条状支撑带；密封结构（6）绕经凸起结构（8）的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径（9）。
2.根据权利要求1所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，所述凸起结构（8）呈前后错位排列方式。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，所述的凸起结构（8）的直径为1~1.5mm，截面形状为圆形、方形或菱形，凸起结构（8）的间距为1~1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，在膜电极（7）上，对应于所述的进/出气口结构（4）与所述的流场区域（5）之间的跨距区域内，直接设有所述的凸起结构（8），而金属双极板（1）上的密封结构（6）采用直线焊接路径即可。
5.一种金属极板中用于支撑膜电极的结构的激光焊接方法，其特征在于：在金属双极板上的层越结构和进/出气口结构与所述的流场区域之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；将焊接夹具压紧凸起结构，使阴、阳单极板紧密接触，围绕凸起结构在其间隙内形成曲线形的焊接路径，完成金属双极板的连接。
6.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，在凸起结构的间距正中位置设置焊接路径。
CN201910313996.4A 2019-07-05 2019-07-05 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法 Pending CN110112432A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910313996.4A CN110112432A (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910313996.4A CN110112432A (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110112432A true CN110112432A (zh) 2019-08-09

Family

ID=67485892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910313996.4A Pending CN110112432A (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110112432A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114400347A (zh) * 2021-10-08 2022-04-26 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池的双极板以及燃料电池
CN114784313A (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 上海治臻新能源股份有限公司 一种改善燃料电池气体腔口膜电极边框变形的支撑结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114400347A (zh) * 2021-10-08 2022-04-26 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池的双极板以及燃料电池
CN114400347B (zh) * 2021-10-08 2024-04-16 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池的双极板以及燃料电池
CN114784313A (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 上海治臻新能源股份有限公司 一种改善燃料电池气体腔口膜电极边框变形的支撑结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8371587B2 (en) Metal bead seal for fuel cell plate
JP4418527B2 (ja) 燃料電池
US10720653B2 (en) Bipolar plate intake structure of fuel cell having drainage channels
JP5240282B2 (ja) 燃料電池セル
CA2766242C (en) Fuel cell including buffer with linear guides
JP5197995B2 (ja) 燃料電池
US8685586B2 (en) Fuel cell separator
US10056640B2 (en) Bipolar plate for fuel cell, fuel cell and method for producing the bipolar plate
CN108172857A (zh) 一种支持高电流密度放电的燃料电池电堆流场板
CN108963293A (zh) 一种质子交换膜燃料电池单元及燃料电池堆和组装工艺及控制方法
CN110112432A (zh) 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构及其激光焊接方法
CN209963153U (zh) 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构
US7572538B2 (en) Fuel cell
JP4214027B2 (ja) 燃料電池
CN210576257U (zh) 一种具有弹性与隔热端板机构的空冷燃料电池
CN218039302U (zh) 电池单元及具有其的电堆
JP2000323149A (ja) 燃料電池用セパレータ及び製造装置
CN110970647B (zh) 一种能够实现密封的液流电池和电池堆
JP2008034251A (ja) 燃料電池
CN101459253B (zh) 一种大面积熔融碳酸盐燃料电池
JP2004335179A (ja) 燃料電池
CN216389443U (zh) 一种燃料电池阴极开放式金属双极板及无人机
KR100546016B1 (ko) 연료전지용 전류집전체와 그 제조방법, 그리고 이를구비한 연료전지
JP2006210212A (ja) 高分子電解質型燃料電池
JP2008140721A (ja) 燃料電池、および、燃料電池に用いられるセパレータ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Jiang Tianhao

Inventor after: Lan Shuhuai

Inventor after: Xu Yifan

Inventor after: Bi Feifei

Inventor before: Jiang Tianhao

Inventor before: Peng Linfa

Inventor before: Lan Shuhuai

Inventor before: Xu Yifan

Inventor before: Bi Feifei

CB03 Change of inventor or designer information
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 201306 factory building 1, No. 1500, cenglin Road, Lingang New District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai

Applicant after: Shanghai Zhizhen new energy Co.,Ltd.

Address before: 201306 Building 1, No. 1500, cenglin Road, Nicheng Town, Pudong New Area, Shanghai

Applicant before: SHANGHAI ZHIZHEN NEW ENERGY EQUIPMENT CO.,LTD.

CB02 Change of applicant information