CN111477911A - 燃料电池单电池、燃料电池电堆 - Google Patents

燃料电池单电池、燃料电池电堆 Download PDF

Info

Publication number
CN111477911A
CN111477911A CN202010338667.8A CN202010338667A CN111477911A CN 111477911 A CN111477911 A CN 111477911A CN 202010338667 A CN202010338667 A CN 202010338667A CN 111477911 A CN111477911 A CN 111477911A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flange
flow channel
hole
fuel cell
width
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
CN202010338667.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111477911B (zh
Inventor
袁蕴超
钱聪
杨其良
董文超
王海峰
王利生
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.)
Fengyuan Xinchuang Technology Beijing Co ltd
Zhejiang Fengyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Fengyuan Xinchuang Technology Beijing Co ltd
Zhejiang Fengyuan Hydrogen Energy Technology 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 Fengyuan Xinchuang Technology Beijing Co ltd, Zhejiang Fengyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd filed Critical Fengyuan Xinchuang Technology Beijing Co ltd
Priority to CN202010338667.8A priority Critical patent/CN111477911B/zh
Publication of CN111477911A publication Critical patent/CN111477911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111477911B publication Critical patent/CN111477911B/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
    • H01M8/02—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
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of 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
    • 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

本发明提供一种燃料电池单电池、燃料电池电堆。其中的燃料电池单电池，包括第一流道极板、第二流道极板、膜电极组件、密封垫，密封垫包括基体，基体上具有第一通孔，第一通孔的孔口边缘具有与膜电极组件的质子交换膜的边缘对应的第一环面，第一环面上具有用于与质子交换膜粘接的第一凸缘，第一凸缘沿第一环面的环形方向延伸形成封闭环形，且第一凸缘的最大宽度小于或等于第一环面的宽度。根据本发明的一种燃料电池单电池、燃料电池电堆，能够有效降低密封垫的材料用料且能够有效收纳压合过程中密封垫材料溢流部分，提升单电池的性能及产品成品率、一致性。

Description

燃料电池单电池、燃料电池电堆
技术领域
本发明属于燃料电池制造技术领域，具体涉及一种燃料电池单电池、燃料电池电堆。
背景技术
燃料电池电堆是将燃料通过电化学反应直接生成电能的装置，是由一片一片燃料电池单电池堆叠而成。燃料电池的单电池技术在不断发展成熟，产品向更加集成化方向发展。目前已经有一些燃料电池产品开始使用单电池单元的集成化技术，将密封垫与双极板、膜电极粘接在一起的形式。
单电池在粘接固化的过程中，如果粘接材料与双极板、膜电极粘接不牢，容易出现漏气现象。阴极、阳极、冷却腔和外界四个区域之间都有可能出现互漏，导致单电池不合格无法使用。
粘接不牢的部分情况是密封材料与粘接平面接触不良引起的，这就导致设计中为了保证接触，增加预成型密封垫的厚度，以保证在压合密封时密封材料与粘接平面接触良好。以图1、图2所示出的现有技术中单电池进行压合粘贴过程工艺需要满足的条件为例，具体的，需要设计保证：hB＞hA+h1且hC＞h2+h3，以保证WB平面与膜电极的对应粘结平面接触良好，WC平面与流道极板的对应粘接平面接触良好。而在实际制造工艺中，考虑到预成型密封垫固化的收缩，以及预成型密封垫在摆放过程中可能的变形，厚度方向的余量通常相对于整体厚度来讲比较大。图1中hA代表流道极板上的流道厚度，h2代表质子交换膜(CCM)的厚度，h1、h3分别代表CCM两侧的碳纸(气体扩散层，GDL)的厚度，在现有技术中的实际生产过程中，hA＝0.4mm、h1＝0.2mm、h2＝0.1mm、h3＝0.2mm，对应的密封垫的相关尺寸则需要设计为：hB＝0.8mm，hC＝0.5mm，也即hB比hA与h1的厚度和厚0.2mm，hC比h2与h3的厚度和厚0.2mm，以保障压合粘接的密封性。此时，密封垫在整体厚度上hB+hC＝1.3mm，相对于实际需要的密封材料多出了30％多，这一方面提高了密封垫材料成本，而更为重要的是，过后的密封材料会导致密封材料的相对过多，过多的密封材料在压合粘贴过程中存在溢流的风险，它们一部分会从单电池开放的外侧溢出，还有少部分可能会向单电池内侧流动，导致膜电极有效面积变小，甚至有可能污染膜电极、堵塞流道等。另外，过多的密封材料会更容易出现固化后应力不均的情况，撤压后密封区域回弹不均，进而双极板与膜电极接触不良，单电池内阻变大，性能下降等不足，为了至少部分地克服现有技术中前述的不足，提出本发明。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池单电池、燃料电池电堆，密封垫具有的第一凸缘的宽度小于与之相对应的基体第一环面的宽度，能够有效降低密封垫的材料用料且能够有效收纳压合过程中密封垫材料溢流部分，从而能够有效克服现有技术中由于材料溢流导致的膜电极有效面积减小、污染膜电极、堵塞流道的现象产生，提升单电池的性能及产品成品率、一致性。
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池单电池，包括第一流道极板、第二流道极板、膜电极组件、密封垫，所述膜电极组件被所述第一流道极板与所述第二流道极板所夹持，所述密封垫压合粘接于所述第一流道极板、第二流道极板和/或膜电极组件之间，所述密封垫包括基体，所述基体上具有第一通孔，所述第一通孔的孔口边缘具有与所述膜电极组件的质子交换膜的边缘对应的第一环面，所述第一环面上具有用于与所述质子交换膜粘接的第一凸缘，所述第一凸缘沿所述第一环面的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第一凸缘的最大宽度小于所述第一环面的宽度。
优选地，在垂直于所述第一凸缘的环行延伸方向的任一平面上，所述第一凸缘的最大宽度均为Wa，所述第一环面的宽度均为Wb，Wb·10％≤Wa≤Wb·70％；和/或，所述基体的厚度为Hb，所述第一凸缘的凸起最大高度为Ha，Hb·20％≤Ha≤Hb·50％。
优选地，在所述第一环面的周向外侧，所述基体还具有环台，所述环台朝向所述膜电极组件的一侧延伸，形成与所述第一通孔贯通的第二通孔，所述第二通孔的孔口边缘具有与所述第二流道极板的边缘对应的第二环面，所述第二环面上具有用于所述第二流道极板粘接的第二凸缘，所述第二凸缘沿所述第二环面的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第二凸缘的最大宽度小于所述第二环面的宽度。
优选地，在垂直于所述第二凸缘的环行延伸方向的任一平面上，所述第二凸缘的最大宽度均为Wc，所述第二环面的宽度均为Wd，Wd·10％≤Wc≤Wd·70％，且Wd＞Wb，Wc＞Wa；和/或，所述环台的厚度为Hd，所述第二凸缘的凸起最大高度为Hc，(Hd+Hb)·20％≤Hc≤(Hd+Hb)·50％。
优选地，所述基体上还具有多个第三通孔，所述第二凸缘还具有延伸凸缘段，所述延伸凸缘段由所述第二凸缘朝向所述第三通孔一侧延伸且环行所述第三通孔的孔口边缘。
优选地，所述膜电极组件还包括分别处于所述质子交换膜两侧第一气体扩散层、第二气体扩散层，所述第一气体扩散层处于所述第一通孔内且所述第一气体扩散层的周向外侧与所述第一通孔的孔壁之间形成第一间隙△a；和/或，所述第二气体扩散层处于所述第二通孔内且所述第二气体扩散层的周向外侧与所述第二通孔的孔壁之间形成第二间隙△b。
优选地，所述第二气体扩散层与所述质子交换膜的长宽尺寸一致，所述第一气体扩散层的长宽尺寸小于所述质子交换膜的长宽尺寸，以使所述膜电极组件的周侧边缘在单电池的压合粘接方向上形成台阶结构。
优选地，所述第一流道极板、第二流道极板中的任意一个具有外凸型流道，另一个具有内凹型流道。
本发明还提供一种燃料电池电堆，包括上述的燃料电池单电池。
本发明提供的一种燃料电池单电池、燃料电池电堆，密封垫具有的所述第一凸缘的最大宽度小于或等于与之相对应的基体第一环面的宽度，而其他的凸起部位的宽度则小于最大宽度，能够有效降低密封垫的材料用料，而由于材料用料的减少能够使所述单电池在压合粘接过程中能够更加有效收纳密封垫材料溢流部分，从而能够有效克服现有技术中由于材料溢流导致的膜电极有效面积减小、污染膜电极、堵塞流道的现象产生，提升单电池的性能及产品成品率、一致性，同时，由于所述密封垫的材料减少，还能够有效降低密封垫固化后的应力不均匀现象发生概率，在压合结束撤压后，在密封区域的回弹更加均匀，进而能够保证密封区域的密封效果。
附图说明
图1为现有技术中燃料电池单电池的压合粘接在粘接前的示意图；
图2为图1中的燃料电池单电池压合粘接后的示意图；
图3本发明实施例的燃料电池单电池的组装结构示意图；
图4为图3中的密封垫的立体结构示意图；
图5为图4的局部结构示意图；
图6为图5中A处的局部放大示意图；
图7为图5中B处的局部放大示意图；
图8为图3中密封垫在压合粘接过程中在膜电极组件及第一流道极板、第二流道极板的接触位置的变形示意图；
图9为图8中C处的局部放大示意图。
附图标记表示为：
1、第一流道极板；11、外凸型流道；2、第二流道极板；21、内凹型流道；3、膜电极组件；31、质子交换膜；32、第一气体扩散层；33、第二气体扩散层；4、密封垫；41、基体；411、第一通孔；412、第一环面；413、第一凸缘；42、环台；421、第二通孔；422、第二环面；423、第二凸缘；424、延伸凸缘段；431、第三通孔。
具体实施方式
结合参见图3至图9所示，根据本发明的实施例，提供一种燃料电池单电池，包括第一流道极板1、第二流道极板2、膜电极组件3、密封垫4，所述膜电极组件3被所述第一流道极板1与所述第二流道极板2所夹持，所述密封垫4压合粘接于所述第一流道极板1、第二流道极板2和/或膜电极组件3之间，已形成所述膜电极组件3的两侧燃料气体的彼此隔离以及所述燃料电池单电池与外部的密封，所述膜电极组件3包括质子交换膜31以及分别处于所述质子交换膜31两侧的第一气体扩散层32、第二气体扩散层33，所述密封垫4包括基体41，所述基体41上具有第一通孔411，所述第一通孔411的孔口边缘具有与所述膜电极组件3的质子交换膜31的边缘对应的第一环面412，所述第一通孔411形成所述膜电极组件3的第一气体扩散层32的容纳空间，也即所述第一气体扩散层32凸出且处于所述第一通孔411所对应的区域内，所述第一环面412上具有用于与所述质子交换膜31粘接的第一凸缘413，所述第一凸缘413沿所述第一环面412的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第一凸缘413的最大宽度小于或等于所述第一环面412的宽度，也即所述第一凸缘413沿着远离所述基体41的方向的宽度是渐缩的。该技术方案中，密封垫具有的所述第一凸缘413的最大宽度小于与之相对应的基体41第一环面412的宽度，而其他的凸起部位的宽度则小于最大宽度，能够有效降低密封垫4的材料用料，而由于材料用料的减少能够使所述单电池在压合粘接过程中能够更加有效收纳密封垫4材料溢流部分，从而能够有效克服现有技术中由于材料溢流导致的膜电极有效面积减小、污染膜电极、堵塞流道的现象产生，提升单电池的性能及产品成品率、一致性，同时，由于所述密封垫4的材料减少，还能够有效降低密封垫固化后的应力不均匀现象发生概率，在压合结束撤压后，在密封区域的回弹更加均匀，进而能够保证密封区域的密封效果。进一步可以理解的是，由于该技术方案中的第一凸缘413的宽度较小，从而可以通过控制其宽度的大小变化进而控制密封材料的富余量。
所述密封垫4的材质可以选择硅胶、热熔胶、环氧胶、橡胶等材料，需要考虑的是与所述第一流道极板1、第二流道极板2、膜电极组件3的粘合效果以及未固化前的可塑性、固化条件、固化后的强度、耐腐蚀性、弹性等。固化粘接前的可塑性应控制在一定范围内，如果太软，则更容易向膜电极内部溢胶，且不容易成型；太硬，则流动性不好，压合的时候有可能不能够充满整个密封空间。粘合固化条件可能是加热、加湿或者等待一段时间。应尽量选择粘合强度、耐腐蚀性、弹性比较高的密封垫，根据当前主流密封垫的参数，比较合适的有硅胶和三元乙丙橡胶等。在进行单电池的压合粘接之前，所述密封垫4已按照相应的设计需求预制成型。
为了保证所述第一凸缘413的尺寸能够在最大程度的减少密封材料的同时还能够具有最大的密封能力，优选地，在垂直于所述第一凸缘413的环行延伸方向的任一平面上，所述第一凸缘413的最大宽度均为Wa，所述第一环面412的宽度均为Wb，Wb·10％≤Wa≤Wb·70％；和/或，所述基体41的厚度为Hb，所述第一凸缘413的凸起最大高度为Ha，Hb·20％≤Ha≤Hb·50％。
进一步的，如图6所示，在所述第一环面412的周向外侧，所述基体41还具有环台42，而可以理解的是，所述环台42是与所述基体41一体成型的部分，所述环台42朝向所述膜电极组件3的一侧延伸，形成与所述第一通孔411贯通的第二通孔421，所述第二通孔421的孔口边缘具有与所述第二流道极板2的边缘对应的第二环面422，所述第二环面422上具有用于所述第二流道极板2粘接的第二凸缘423，所述第二凸缘423沿所述第二环面422的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第二凸缘423的最大宽度小于所述第二环面422的宽度。而此时，所述第二通孔421与所述第一通孔411两者同心匹配的设置，使所述密封垫朝向所述膜电极组件3的一侧形成台阶结构，所述台阶结构的形成一方面能够便利所述密封垫4与所述膜电极组件3的组装预定位，提高压合粘接过程中的位置固定效果，另一方面则能够利于所述第一凸缘413、第二凸缘423在受到压合时的变形与收纳，提高密封效果。
与所述第一凸缘413的尺寸设计处于同样的考虑，优选地，在垂直于所述第二凸缘423的环行延伸方向的任一平面上，所述第二凸缘423的最大宽度均为Wc，所述第二环面422的宽度均为Wd，Wd·x％≤Wc≤Wd·y％，且Wd＞Wb，Wc＞Wa；和/或，所述环台42的厚度为Hd，所述第二凸缘423的凸起最大高度为Hc，(Hd+Hb)·20％≤Hc≤(Hd+Hb)·50％。该技术方案中，使所述Wd＞Wb，Wc＞Wa，能够最大程度的保证所述密封垫4与所述第二流道极板2之间的密封效果。
作为所述第一凸缘413、第二凸缘423在断面形状的一种优选示例，在垂直于所述第一凸缘413的环行延伸方向的平面上，所述第一凸缘413的断面成弧形，且所述弧形的弧顶朝向所述质子交换膜31的一侧；和/或，在垂直于所述第二凸缘423的环行延伸方向的平面上，所述第二凸缘423的断面成弧形，且所述弧形的弧顶朝向所述质子交换膜31的一侧，这样设计能够方便机械加工和预成型密封垫脱模。当然，所述第一凸缘413、第二凸缘423在断面形状的还可以是其他合适的形状，例如三角形，理论上，应优选在压合粘接之初为线接触密封，随着压合粘接过程的进行逐渐变形为有限宽度的面接触密封，以能够提升密封的同时减少压合过程中密封材料的溢流量，而可以理解的，不论所述第一凸缘413、第二凸缘423在断面形状上具体设计为何种，其都应遵循沿着远离所述基体41的方向的宽度是渐缩的基本原则，目的是为了方便密封垫4在预制的时候脱模。
进一步的，如图7所示，所述基体41上还具有多个第三通孔431，所述第三通孔431例如可以与所述第一流道极板1和/或第二流道极板2上的进出气口或者进出液口(冷却液)相对应，所述第二凸缘423还具有延伸凸缘段424，所述延伸凸缘段424由所述第二凸缘423朝向所述第三通孔431一侧延伸且环行所述第三通孔431的孔口边缘。也即所述延伸凸缘段424起始于所述第二凸缘423，此时对应的所述环台42所占据的区域将被对应扩展到所述第三通孔431的孔周区域，所述延伸凸缘段424作为与所述第二凸缘423的一个延伸部分，在所述基体41朝向所述第二流道极板2的一侧形成多个与所述第三通孔431分别对应的分隔密封区域。
优选地，所述第一气体扩散层32处于所述第一通孔411内且所述第一气体扩散层32的周向外侧与所述第一通孔411的孔壁之间形成第一间隙△a；和/或，所述第二气体扩散层33处于所述第二通孔421内且所述第二气体扩散层33的周向外侧与所述第二通孔421的孔壁之间形成第二间隙△b，所述第一间隙与所述第二间隙的设置能够有效收纳所述第一凸缘413、第二凸缘423在压合过程中的横向延展变形，防止所述第一凸缘413或者第二凸缘423在延展变形时覆盖质子交换膜31的有效区域或者堵塞流道；优选地，△a及△b的尺寸设计原则以能够分别容纳相应的第一凸缘413、第二凸缘423的变形溢流量为基本原则，通常设计为0.5mm即可，此时所述第一凸缘413、第二凸缘423在压合变形时材料溢流将迫使△a及△b处的气体经由相邻的第一气体扩散层32、第二气体扩散层33扩散至对应的流道处，不会在单电池内形成过大孔洞。如图8及图9，分别示出了相应的第一凸缘413、第二凸缘423、延伸凸缘段424在单电池压合(图中空心箭头)过程中的变形方向(图中实心箭头)。
所述第二气体扩散层33与所述质子交换膜31的长宽尺寸(也即与其贴合面平行的侧面面积)一致，所述第一气体扩散层32的长宽尺寸小于所述质子交换膜31的长宽尺寸，以使所述膜电极组件3的周侧边缘在单电池的压合粘接方向上形成台阶结构，此时所述膜电极组件3所形成的台阶结构与所述密封垫4所形成的台阶结构两者匹配，在压合时两个台阶结构彼此搭接吻合，实现组装定位的同时还实现密封效果的提升。值得注意的是，所述第一气体扩散层32与所述第二气体扩散层33的面积差不应过大，应在既保证粘接效果的前提下，尽可能增大膜电极组件3的有效面积占比。而更为重要的是，两个台阶结构的对应匹配，使密封垫4仅与所述第一气体扩散层32、第二气体扩散层33的侧面接触并粘接，而不会占用所述第一气体扩散层32、第二气体扩散层33与所述第一流道极板1及第二流道极板2相对应的平面面积，保证了所述膜电极组件3的有效面积。
最好的，所述第一流道极板1、第二流道极板2中的任意一个具有外凸型流道11，另一个具有内凹型流道21，如此能够防止：(1)第一流道极板1、第二流道极板2两者皆采用内凹型流道所带来的密封垫4的厚度过小，使密封垫4的预制成型难以实现，所述内凹型流道21能够为所述膜电极组件3的气体扩散层提供相应的密封平面；(2)第一流道极板1、第二流道极板2两者皆采用外凸型流道，则第一环面412、第一凸缘413压合膜电极的背面缺少支撑，会导致粘接不牢。优选地，所述第一流道极板1的膜电极有效部分与所述第二流道极板2的膜电极有效部分长宽尺寸相同，且与所述第一气体扩散层32的长宽尺寸相同，在组装完毕后，三者彼此匹配的重合。
以下给出给出一个具体的设计实例，该设计实例采用了本申请的技术方案，结合图8所示出，燃料电池的设计参考尺寸分别为：外凸型流道11的厚度hj为0.4mm、第一气体扩散层32的厚度hm1与第二气体扩散层33的厚度hm3相等皆为0.2mm；质子交换膜31的厚度hm2为0.2mm，相应的预成型密封垫4的基础设计尺寸分别为：基体41的厚度hb＝hj+hm1＝0.6mm；环台42的厚度hd＝hm2+hm3＝0.3mm；第一环面412的宽度Wb＝3mm，第二环面422的宽度Wd＝4mm；第一间隙Δa与第二间隙Δb皆取0.5mm，所述第一凸缘413的宽度Wa设计为1mm、高度ha设计为0.2mm，第二凸缘423的宽度Wc设计为2mm、高度hc设计为0.3mm，结果证明这种设计，以第一凸缘413高度ha＝0.2mm、宽度Wa＝1mm、Wb＝3mm计算，增加所述第一凸缘413、第二凸缘423相对于整体密封材料仅增加约10％，相对于加厚所有区域，增加的裕量材料减少到原来的1/3，且密封性更加有保障，而同时增大了密封材料相对于膜电极的公差，可以有效收纳这些多余的密封材料。本方案在实施中，大大提升了燃料电池单电池的成品率以及一致性，并且对于燃料电池性能都有一定的提升。
本发明还提供一种燃料电池电堆，包括上述的燃料电池单电池。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池单电池，包括第一流道极板(1)、第二流道极板(2)、膜电极组件(3)、密封垫(4)，所述膜电极组件(3)被所述第一流道极板(1)与所述第二流道极板(2)所夹持，所述密封垫(4)压合粘接于所述第一流道极板(1)、第二流道极板(2)和/或膜电极组件(3)之间，其特征在于，所述密封垫(4)包括基体(41)，所述基体(41)上具有第一通孔(411)，所述第一通孔(411)的孔口边缘具有与所述膜电极组件(3)的质子交换膜(31)的边缘对应的第一环面(412)，所述第一环面(412)上具有用于与所述质子交换膜(31)粘接的第一凸缘(413)，所述第一凸缘(413)沿所述第一环面(412)的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第一凸缘(413)的最大宽度小于或等于所述第一环面(412)的宽度。
2.根据权利要求1所述的单电池，其特征在于，在垂直于所述第一凸缘(413)的环行延伸方向的任一平面上，所述第一凸缘(413)的最大宽度均为Wa，所述第一环面(412)的宽度均为Wb，Wb·10％≤Wa≤Wb·70％；和/或，所述基体(41)的厚度为Hb，所述第一凸缘(413)的凸起最大高度为Ha，Hb·20％≤Ha≤Hb·50％。
3.根据权利要求2所述的单电池，其特征在于，在所述第一环面(412)的周向外侧，所述基体(41)还具有环台(42)，所述环台(42)朝向所述膜电极组件(3)的一侧延伸，形成与所述第一通孔(411)贯通的第二通孔(421)，所述第二通孔(421))的孔口边缘具有与所述第二流道极板(2)的边缘对应的第二环面(422)，所述第二环面(422)上具有用于所述第二流道极板(2)粘接的第二凸缘(423)，所述第二凸缘(423)沿所述第二环面(422)的环形方向延伸形成封闭环形，且所述第二凸缘(423)的最大宽度小于所述第二环面(422)的宽度。
4.根据权利要求3所述的单电池，其特征在于，在垂直于所述第二凸缘(423)的环行延伸方向的任一平面上，所述第二凸缘(423)的最大宽度均为Wc，所述第二环面(422)的宽度均为Wd，Wd·10％≤Wc≤Wd·70％，且Wd＞Wb，Wc＞Wa；和/或，所述环台(42)的厚度为Hd，所述第二凸缘(423)的凸起最大高度为Hc，(Hd+Hb)·20％≤Hc≤(Hd+Hb)·50％。
5.根据权利要求3所述的单电池，其特征在于，所述基体(41)上还具有多个第三通孔(431)，所述第二凸缘(423)还具有延伸凸缘段(424)，所述延伸凸缘段(424)由所述第二凸缘(423)朝向所述第三通孔(431)一侧延伸且环行所述第三通孔(431)的孔口边缘。
6.根据权利要求3所述的单电池，其特征在于，所述膜电极组件(3)还包括分别处于所述质子交换膜(31)两侧第一气体扩散层(32)、第二气体扩散层(33)，所述第一气体扩散层(32)处于所述第一通孔(411)内且所述第一气体扩散层(32)的周向外侧与所述第一通孔(411)的孔壁之间形成第一间隙△a；和/或，所述第二气体扩散层(33)处于所述第二通孔(421)内且所述第二气体扩散层(33)的周向外侧与所述第二通孔(421)的孔壁之间形成第二间隙△b。
7.根据权利要求6所述的单电池，其特征在于，所述第二气体扩散层(33)与所述质子交换膜(31)的长宽尺寸一致，所述第一气体扩散层(32)的长宽尺寸小于所述质子交换膜(31)的长宽尺寸，以使所述膜电极组件(3)的周侧边缘在单电池的压合粘接方向上形成台阶结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的单电池，其特征在于，所述第一流道极板(1)、第二流道极板(2)中的任意一个具有外凸型流道(11)，另一个具有内凹型流道(21)。
9.一种燃料电池电堆，包括燃料电池单电池，其特征在于，所述燃料电池单电池为权利要求1至8中任一项所述的燃料电池单电池。
CN202010338667.8A 2020-04-26 2020-04-26 燃料电池单电池、燃料电池电堆 Active CN111477911B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010338667.8A CN111477911B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 燃料电池单电池、燃料电池电堆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010338667.8A CN111477911B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 燃料电池单电池、燃料电池电堆

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111477911A true CN111477911A (zh) 2020-07-31
CN111477911B CN111477911B (zh) 2021-08-17

Family

ID=71756109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010338667.8A Active CN111477911B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 燃料电池单电池、燃料电池电堆

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111477911B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117976932A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 成都岷山绿氢能源有限公司 单电池单元的预装结构、装配方法及无接触应力soc电堆

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101160679A (zh) * 2005-04-16 2008-04-09 再生燃料技术有限公司 电化学电池组
CN102197527A (zh) * 2008-10-31 2011-09-21 Nok株式会社 燃料电池的密封构造
CN106611864A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 本田技研工业株式会社 燃料电池用带树脂框的电解质膜‑电极构造体及其制造方法
CN109638313A (zh) * 2017-10-05 2019-04-16 丰田自动车株式会社 燃料电池的单体电池的制造方法
JP6520666B2 (ja) * 2015-12-01 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池のシール構造

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101160679A (zh) * 2005-04-16 2008-04-09 再生燃料技术有限公司 电化学电池组
CN102197527A (zh) * 2008-10-31 2011-09-21 Nok株式会社 燃料电池的密封构造
CN106611864A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 本田技研工业株式会社 燃料电池用带树脂框的电解质膜‑电极构造体及其制造方法
JP6520666B2 (ja) * 2015-12-01 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池のシール構造
CN109638313A (zh) * 2017-10-05 2019-04-16 丰田自动车株式会社 燃料电池的单体电池的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117976932A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 成都岷山绿氢能源有限公司 单电池单元的预装结构、装配方法及无接触应力soc电堆
CN117976932B (zh) * 2024-03-29 2024-05-31 成都岷山绿氢能源有限公司 单电池单元的预装结构、装配方法及无接触应力soc电堆

Also Published As

Publication number Publication date
CN111477911B (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104577158B (zh) 燃料电池用带有树脂框的电解质膜‑电极结构体
CN107069060B (zh) 燃料电池单元及燃料电池单元的制造方法
WO2020134160A1 (zh) 一种燃料电池金属双极板
US20150295210A1 (en) Base material integrated type seal and metal mold for manufacturing the same
JP6258839B2 (ja) 燃料電池用セパレータ、燃料電池用集電板、燃料電池、および燃料電池スタック
KR20180017039A (ko) 전기화학 장치 및 전기화학 장치용 전기화학 유닛을 제조하는 방법
JP6119589B2 (ja) フレーム付き膜電極接合体の製造方法および燃料電池の製造方法
JP2013125680A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法
CN110518268A (zh) 燃料电池及其制作方法和模具
CN112133944A (zh) 一种单侧边框质子交换膜燃料电池
JP2013098155A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池スタック
CN113314725B (zh) 一种燃料电池双极板及其粘接方法
CN110752387A (zh) 一种质子交换膜燃料电池单体电池及其电堆的制造方法
CN111477911B (zh) 燃料电池单电池、燃料电池电堆
CN114005994A (zh) 一种通过高度补偿粘结的一体化双极板结构
CN211530079U (zh) 一种用于燃料电池膜电极密封装置的制备夹具
CN212625674U (zh) 一种一体化燃料电池单电池及燃料电池电池堆
CN110380080B (zh) 燃料电池用带树脂框的电解质膜-电极构造体
JP7257851B2 (ja) 燃料電池用弾性体セルフレームおよびその製造方法とそれを用いた単位セル
CN116014162A (zh) 一种一体化燃料电池单元及其制造方法
JP4826716B2 (ja) 燃料電池用ガスケット
JP2016012435A (ja) 燃料電池の製造方法
KR100851596B1 (ko) 일체형 연료전지 분리판 및 그 제조방법
CN221708744U (zh) 一种燃料电池单体电池结构
JP2005216733A (ja) 燃料電池の製造方法

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