CN111384415A - 新型燃料单电池端板结构 - Google Patents

新型燃料单电池端板结构 Download PDF

Info

Publication number
CN111384415A
CN111384415A CN202010200476.5A CN202010200476A CN111384415A CN 111384415 A CN111384415 A CN 111384415A CN 202010200476 A CN202010200476 A CN 202010200476A CN 111384415 A CN111384415 A CN 111384415A
Authority
CN
China
Prior art keywords
end plate
fuel cell
main body
plate main
boss
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.)
Granted
Application number
CN202010200476.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111384415B (zh
Inventor
詹志刚
杨小凡
贺鲁炎
向蔚
杨小祥
余圆
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.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
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 Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN202010200476.5A priority Critical patent/CN111384415B/zh
Publication of CN111384415A publication Critical patent/CN111384415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111384415B publication Critical patent/CN111384415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M8/0273—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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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

本发明公开了一种新型燃料单电池端板结构，包括板体，所述燃料电池端板上端面四周开设有若干个均匀分布的螺栓孔，通过连接螺栓与燃料电池的其他结构部件相连。端板下端面开设有一圈深槽，端板整体结构为左右对称。本发明合理利用压力在结构部件上的力学传导，设计出下端面开设有深槽的端板结构，使燃料电池装夹中分布在四周的螺栓装夹载荷过渡到端板下端面的中间部分，使膜电极压力分布变得均匀，减少整个燃料电池的内阻，提升了质子交换膜燃料电池膜电极的综合性能，进而提高整个燃料电池的效率。

Description

新型燃料单电池端板结构
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种新型燃料单电池端板结构。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种通过氧气与氢气发生电化学反应产生电能的发电装置，其等温地按照电化学方式直接将化学能转化为电能，由于不经过热机过程，能量转化效率高(40％～60％)，几乎不排放氮氧化物和硫氧化物。
质子交换膜燃料电池由多个部件相互层叠组合而成，双极板与膜电极三合一组件叠合，之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池。燃料电池端板是一种对燃料电池内膜电极等部件施加紧固载荷，并使内部部件得到一定合适范围的工作载荷的结构部件。在一定的螺栓载荷作用下，经过前后端板压紧，使膜电极得到适当的压力，在一定程度上提高单电池的工作效率。而膜电极上压力的非均匀分布在一定程度上会影响单电池的工作效率。因此适当的端板结构设计是保证膜电极上压力均匀分布的关键。合理的燃料电池单电池端板的设计在一定程度上可以保证电池膜电极上的压力均匀分布，从而使燃料电池达到良好的工作效率。
目前常见的单电池的端板仅由其四周分布的一定数量的螺杆紧固拴牢。由于在正常装夹下，部件的微量形变作用使得膜电极上压力分布呈现四周高，中间低的分布，压力分布并不是均匀分布，因此在工作状态下膜电极上接触电阻分布不均，使其在一定程度上影响燃料电池的工作效率以及单电池的使用寿名。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种可以提高单电池膜电极上压力均匀分布的新型燃料单电池端板的模型。
为实现上述目的，本发明提供的新型燃料单电池端板结构，包括端板主体，其特征在于：
所述端板主体上四周开设有若干个均匀分布的螺栓孔，所述若干螺栓孔分别通过螺栓与燃料电池的其他结构部件相连；
所述端板主体下端面开设有一圈呈口字型的深槽；所述深槽距端板主体侧面的尺寸与所述螺栓孔距端板主体侧边的尺寸相同；所述端板主体的下端面中心部分设有凸台，所述凸台的对应位置与燃料电池膜电极活性区域位置一致；所述凸台的尺寸与活性区域最大尺寸相同；所述凸台的高度与深槽的深度一致，均为端板主体高度的四分之一。
作为优选方案，所述端板主体的整体结构为矩形。
进一步地，所述端板主体上开设有8个沿四周均匀分布的螺栓孔；
所述螺栓孔位置距端板主体侧边的距离E，端板主体高度H，端板主体长为D1，宽为D2；燃料电池膜电极矩形活性区域长为d1，宽为d2；所述深槽外圈长为A1，宽为A2；深槽深度h1；所述凸台为矩形，凸台高度为h2，长为B1，宽为B2；各参数满足以下关系：
B1＝d1；B2＝d2；A1＝D1-2E；A2＝D2-2E；H＝4h1＝4h2。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明合理利用压力在结构部件上的力学传导，设计出下端面开设有深槽的端板结构，将端板，极板以及膜电极通过层叠的方式连在一起，通过上下端板，螺杆螺母副将各部件紧固在一起。这种方式减少端板对边框部分受力面，使燃料电池分布在四周的螺栓装夹载荷可以更好的过渡到端板下端面所开设的凸台部分，在通过中间凸台与后续电池结构部件接触将压力一层层传导到膜电极上，使膜电极压力分布变得均匀，减少整个燃料电池的内阻，提升了质子交换膜燃料电池膜电极的综合性能，进而提高整个燃料电池的效率。
附图说明
图1是传统燃料电池单电池端板俯视图；
图2是图1的主视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是图3的主视图；
图5是图3的左视图；
图6是本发明的轴侧视图；
图7是实用本发明的单电池爆炸图；
图8是分别利用本发明端板与传统端板的燃料电池在装夹作用下膜电极上质子膜应力分布。
图中：1、深槽，2、螺栓孔#1，3、螺栓孔#2，4、螺栓孔#3，5、螺栓孔#4，6、螺栓孔#5，7、 螺栓孔#6，8、螺栓孔#7，9、螺栓孔#8，10、端板主体，11、绝缘板，12、集流板，13、石墨极板， 14、密封圈膜电极组件，15、凸台。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。
如图6所示的新型燃料单电池端板轴侧结构图，燃料电池端板端板上四周开设有8个均匀分布的螺栓孔，通过连接螺栓与燃料电池的其他结构部件相连。端板下端面开设有一圈深槽，深槽距端板侧面距离尺寸与螺栓孔位距端板侧边距离尺寸相同，下端面中心部分设有凸台，其相对位置与燃料电池膜电极活性区域位置一致，凸台尺寸与活性区域最大尺寸相同，凸台高度与深槽深度一致，为端板主体高度的四分之一，下端面深槽深度为端板高度的四分之一，端板整体结构为左右对称。
螺栓孔位置距端板主体10侧边的距离E，端板主体10高度H，端板主体10长宽分别为D1，D2；燃料电池膜电极矩形活性区域长宽分别为d1，d2；深槽1外圈长宽分别为A1，A2，深槽1深度h1，凸台15为矩形，凸台15高度h2，凸台长宽尺寸分别为B1，B2，各参数满足以下关系：
B1＝d1；B2＝d2；A1＝D1-2E；A2＝D2-2E；H＝4h1＝4h2。
如图5所示，本实施例中新型端板高度H为10mm，长宽均为100mm，膜电极组件模型区域尺寸d1＝d2＝50mm。螺栓孔径为6mm，距离端板主体侧边距离E为10mm。下端面开设的深槽尺寸A1＝A2＝80mm，深槽深度尺寸h1为2.5mm。下端面中心部分开设有凸台，处于端面中心，高度h2为2.5mm，长宽尺寸B1＝B2＝50mm。
图6表示出采用本新型燃料单电池端板的单电池结构。在使用本新型燃料单电池端板时，电池中绝缘板11，集流板12与石墨极板13结构并无变化，按照正常装配顺序组装。
这种燃料单电池将本实例中的端板，极板以及膜电极等部件通过层叠的方式连在一起，通过上下端板，螺杆螺母副将单电池紧固在一起，这种方式减少端板对边框部分受力面，使燃料电池分布在四周的螺栓装夹载荷可以更好的过渡到端板下端面的中间所开设的凸台部分，在通过中间凸台将压力传导到膜电极上，使膜电极均匀受力，减少整个燃料电池的内阻，提升了质子交换膜燃料电池膜电极的综合性能，进而提高整个燃料电池的效率。
采用本发明燃料单电池端板结构与采用传统燃料单电池端板结构的燃料电池在装夹作用下的膜电极上应力分布如图6所示。在燃料单电池装夹载荷为5Mpa的装夹条件下，从图6可以看出采用本发明的端板结构的燃料电池膜电极应力值整体比采用传统端板结构的燃料电池膜电极应力值略高，传统端板结构下的膜上应力值的标准差为0.05196，而采用本发明的端板结构的燃料电池膜电极应力值标准差为0.04479，可以得出新型端板下应力数值更加接近平均值，应力分布也更加均匀。从而可以得出本发明燃料电池端板结构不但在一定程度上提高了燃料电池膜电极应力值，拥有减小燃料电池整体的接触电阻的优点，并在一定程度上使燃料电极膜电极上应力分布更加均匀，一定程度上提升燃料电池整体效率。

Claims (3)

1.一种新型燃料单电池端板结构，包括端板主体(10)，其特征在于：
所述端板主体(10)上四周开设有若干个均匀分布的螺栓孔，所述若干螺栓孔分别通过螺栓与燃料电池的其他结构部件相连；
所述端板主体(10)下端面开设有一圈呈口字型的深槽(1)；所述深槽(1)距端板主体(10)侧面的尺寸与所述螺栓孔距端板主体(10)侧边的尺寸相同；所述端板主体(10)的下端面中心部分设有凸台(15)，所述凸台(15)的对应位置与燃料电池膜电极活性区域位置一致；所述凸台(15)的尺寸与活性区域最大尺寸相同；所述凸台(15)的高度与深槽(1)的深度一致，均为端板主体(10)高度的四分之一。
2.根据权利要求1所述的新型燃料单电池端板结构，其特征在于：所述端板主体(10)的整体结构为矩形。
3.根据权利要求1或2所述的新型燃料单电池端板结构，其特征在于：
所述端板主体(10)上开设有8个沿四周均匀分布的螺栓孔；
所述螺栓孔位置距端板主体(10)侧边的距离E，端板主体(10)高度H，端板主体(10)长为D1，宽为D2；燃料电池膜电极矩形活性区域长为d1，宽为d2；所述深槽(1)外圈长为A1，宽为A2；深槽(1)深度h1；所述凸台(15)为矩形，凸台(15)高度为h2，长为B1，宽为B2；各参数满足以下关系：
B1＝d1；B2＝d2；A1＝D1-2E；A2＝D2-2E；H＝4h1＝4h2。
CN202010200476.5A 2020-03-20 2020-03-20 新型燃料单电池端板结构 Active CN111384415B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010200476.5A CN111384415B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 新型燃料单电池端板结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010200476.5A CN111384415B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 新型燃料单电池端板结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111384415A true CN111384415A (zh) 2020-07-07
CN111384415B CN111384415B (zh) 2021-08-03

Family

ID=71221765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010200476.5A Active CN111384415B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 新型燃料单电池端板结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111384415B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2460241A1 (en) * 2001-09-18 2003-03-27 Dupont Canada Inc. Modular fuel cell cartridge and stack
CN101542816A (zh) * 2007-01-09 2009-09-23 松下电器产业株式会社 燃料电池
CN103779586A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种燃料电池端板
CN206878111U (zh) * 2017-06-20 2018-01-12 骆驼集团武汉光谷研发中心有限公司 一种燃料电池堆紧固端板结构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2460241A1 (en) * 2001-09-18 2003-03-27 Dupont Canada Inc. Modular fuel cell cartridge and stack
CN101542816A (zh) * 2007-01-09 2009-09-23 松下电器产业株式会社 燃料电池
CN103779586A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 一种燃料电池端板
CN206878111U (zh) * 2017-06-20 2018-01-12 骆驼集团武汉光谷研发中心有限公司 一种燃料电池堆紧固端板结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN111384415B (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4252623B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池
US8962212B2 (en) Unit cell module and gasket for polymer electrolyte fuel cell
JP5105742B2 (ja) 燃料電池スタック
US7232582B2 (en) Fuel cell
WO2013161200A1 (en) Solid polymer electrolyte type fuel cell, and electrolyte membrane-electrode-frame assembly
CN210576257U (zh) 一种具有弹性与隔热端板机构的空冷燃料电池
US20100159345A1 (en) Cell stack of fuel cell and method of fastening cell stack of fuel cell
CN111952652A (zh) 一种具有弹性与隔热端板机构的空冷燃料电池
US7867000B1 (en) Stack height tolerance compensating busbar structure
CN215008384U (zh) 一种内双极柱锂离子电池盖板结构
CN111384415B (zh) 新型燃料单电池端板结构
KR100514375B1 (ko) 연료전지 스택 체결장치
CN114865039B (zh) 端板组件及燃料电池电堆
JPH0837012A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
CN109449455A (zh) 一种低内阻的膜电极及含有该膜电极的燃料电池
JP2010212149A (ja) 燃料電池スタック
CN115064723A (zh) 用于燃料电池的密封件及密封结构
CN114464836A (zh) 一种一体化膜电极燃料电池的密封结构
CN114122448B (zh) 燃料电池以及具有其的车辆
JP4539069B2 (ja) 燃料電池
JP5136051B2 (ja) 燃料電池
CN216648377U (zh) 一种氢燃料电池验证电堆的装配结构
CN220731582U (zh) 用于氢燃料电池电堆的复合型绝缘板组件
CN220692062U (zh) 一种空气外流腔电堆结构
CN217214781U (zh) 一种一体化膜电极燃料电池的密封结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant