CN113130927A - 一种用于燃料电池的双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃料电池的双极板，包括板芯模块、外围模块和多个连接模块，板芯模块上设有流场单元，外围模块为框体结构，板芯模块通过多个连接模块安装在框体结构内部；板芯模块的外边、外围模块的内边和连接模块形成多个镂空结构，部分的镂空结构即为燃料电池的气体通道或者液体通道；连接模块包括第一连接部和第二连接部，第一连接部连接板芯模块的外边，第二连接部连接外围模块的内边，第一连接部和第二连接部可拆卸式互相连接。与现有技术相比，本发明可实现燃料电池电堆设计的柔性和绝缘性要求，提升产品适用范围，降低修改制造成本，便于后期更改及维护。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种用于燃料电池的双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种通过催化剂将阳极氢气分解为质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，电子则通过外电路到达阴极，电子、质子与氧气在阴极催化剂催化下生成水的电化学装置，具有效率高，温度低，清洁环保等优点。
质子交换膜燃料电池结构上可分成发生反应释放能量的有功部分和不发生反应不释放能量的无功部分。无功部分包括流体分配和密封等结构，是有功部分实现其功能的必要组成部分。
现有的质子交换膜燃料电池的双极板一般采用一整块极板的方式，在一整块极板上同时包含有功部分和无功部分。该结构存在以下问题：1、一整块的双极板既要满足有功部分的耐腐蚀导电要求，又要满足无功部分密封绝缘的功能要求，提高了整版工艺要求。2、一整块极板的生产方式无法实现多种应用场景下不同流场设计和分配密封结构设计的灵活搭配。3、双极板和壳体直接接触容易发生漏电，存在安全隐患。
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用于燃料电池的双极板。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于燃料电池的双极板，包括板芯模块、外围模块和多个连接模块，所述的板芯模块上设有流场单元，所述的外围模块为框体结构，所述的板芯模块通过多个连接模块安装在框体结构内部；板芯模块的外边、外围模块的内边和连接模块形成多个镂空结构，部分的镂空结构即为燃料电池的气体通道或者液体通道；所述的连接模块包括第一连接部和第二连接部，所述的第一连接部连接板芯模块的外边，所述的第二连接部连接外围模块的内边，所述的第一连接部和第二连接部可拆卸式互相连接。
进一步地，所述的第一连接部的端部上设有凸块或者凹槽，所述的第二连接部的端部上设有和第一连接部相对应的凹槽或者凸块，凹槽和凸块互相嵌合形成连接。
进一步地，凸块和凹槽的嵌合处涂有封胶。
进一步地，凸块和凹槽过盈配合连接。
进一步地，所述的外围模块上设有电堆密封结构，当燃料电池内的双极板和膜电极间隔层叠时，相邻双极板上的电堆密封结构互相连接形成整体密封。
进一步地，所述的外围模块采用工程塑料板或者橡胶板。
进一步地，所述的外围模块上设有定位销安装孔。
进一步地，所述的板芯模块采用一体成形的金属板或者石墨复合板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过将双极板中的有功区(流场单元)集成到板芯模块上，无功区集成在外围模块上，然后将板芯模块和外围模块通过连接模块组合构成了新型的设计结构；只需要针对不同型号的燃料电池电堆设计不同的外围模块配合相同的板芯模块，即可将同样的流场用于不同功率等级的电堆中；同样也可以在一个型号的燃料电池电堆中替换板芯模块实现不同的流场设计；有效提高了双极板的适用功率范围以及实现了电堆的设计柔性。
2、板芯模块和外围模块可采用不同的材料分别制造，既能够提高反应区耐腐蚀导电要求，又能够提高无功部分密封绝缘的功能要求，同时降低了制造的工艺难度和成本，便于后期更改及维护。
3、连接模块使得板芯模块和外围模块之间形成镂空结构，在两端的镂空结构自然形成燃料电池的气体通道或者液体通道，在两侧的镂空结构能够有效使得板芯模块和外部隔离，更好地起到漏电防护的作用。
4、在外围模块的上设有电堆密封结构，当燃料电池内的双极板和膜电极间隔层叠时，使得双极板之间形成一个封闭的整体，起到最佳的绝缘密封效果。
5、在外围模块上设有定位销安装孔，便于双极板在燃料电池壳体内的安装和定位。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图结构：1、板芯模块，2、外围模块，21、定位销安装孔，3、连接模块，31、第一连接部，32、第二连接部，4、镂空结构。
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1所示，本实施例提供了一种用于燃料电池的双极板，包括板芯模块1、外围模块2和多个连接模块3。外围模块2为框体结构，板芯模块1通过多个连接模块3安装在框体结构的内部。在板芯模块1上设有流场单元，流场单元是用于燃料电池电堆的反应工作的元件。
板芯模块1的外边、外围模块2的内边和连接模块3形成多个镂空结构4。位于板芯模块1左、右两端的镂空结构4即为燃料电池的气体通道或者液体通道。位于板芯模块1上、下两侧的镂空结构4形成板芯模块1和外围模块2的隔离层，能够有效使得板芯模块1和外部隔离，更好地起到漏电防护的作用。
每个连接模块3包括第一连接部31和第二连接部32。第一连接部31连接板芯模块1的外边，第二连接部32连接外围模块2的内边，第一连接部31和第二连接部32可拆卸式互相连接。本实施例中一共有三种形式的连接模块3，分别如图中标注的A、B、C所示。在B型连接模块3中，第一连接部31的端部上设有一个凸块，在第二连接部32的端部上设有一个凹槽，第一连接部31上的凸块和第二连接部32上的凹槽互相嵌合形成连接，并且在嵌合处涂有封胶。在A型连接模块3中，第一连接部31的端部上的凸块为T型，和第二连接部32上的凹槽过盈配合连接，使得连接更加容易拆卸、维修或者替换。在C型连接模块3中，第一连接部31的端部上的凸块和第二连接部32上的凹槽均为L型，互相嵌合；C型连接模块3位于板芯模块1的边角处，能够提高第一连接部31和第二连接部32的连接强度。
外围模块2上设有电堆密封结构，当燃料电池内的双极板和膜电极间隔层叠时，相邻双极板上的电堆密封结构互相连接形成整体密封。电堆密封结构采用传统的密封结构，包括但不限于点胶/注胶区域、贴装胶线密封槽。最外围的密封结构连续，将芯板模块完全隔离，具备优秀的绝缘性能。外围模块2上还设有定位销安装孔21，便于双极板在燃料电池壳体内的安装和定位。
外围模块2可以采用工程塑料板或者橡胶板，其制造工艺可以通过直接注塑一体成形于板芯模块1上，也可以通过离线加工再和板芯模块1装配。
板芯模块1可以采用辊压、冲压一体成形的金属材料，也可以采用模压、机加工的石墨复合材料，本实施例中采用一体成型的金属板。
本实施例通过将双极板中的有功区集成到板芯模块1上，无功区集成在外围模块2上，然后将板芯模块1和外围模块2通过连接模块3组合构成了新型的设计结构。
在使用时，只需要针对不同型号的燃料电池电堆设计不同的外围模块2配合相同的板芯模块1，即可将同样的流场用于不同功率等级的电堆中；同样也可以在一个型号的燃料电池电堆中替换板芯模块1实现不同流场设计；有效提高双极板的适用功率范围和实现电堆的设计柔性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，包括板芯模块(1)、外围模块(2)和多个连接模块(3)，所述的板芯模块(1)上设有流场单元，所述的外围模块(2)为框体结构，所述的板芯模块(1)通过多个连接模块(3)安装在框体结构内部；板芯模块(1)的外边、外围模块(2)的内边和连接模块(3)形成多个镂空结构(4)，部分的镂空结构(4)即为燃料电池的气体通道或者液体通道；所述的连接模块(3)包括第一连接部(31)和第二连接部(32)，所述的第一连接部(31)连接板芯模块(1)的外边，所述的第二连接部(32)连接外围模块(2)的内边，所述的第一连接部(31)和第二连接部(32)可拆卸式互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，所述的第一连接部(31)的端部上设有凸块或者凹槽，所述的第二连接部(32)的端部上设有和第一连接部(31)相对应的凹槽或者凸块，凹槽和凸块互相嵌合形成连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，凸块和凹槽的嵌合处涂有封胶。
4.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，凸块和凹槽过盈配合连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，所述的外围模块(2)上设有电堆密封结构，当燃料电池内的双极板和膜电极间隔层叠时，相邻双极板上的电堆密封结构互相连接形成整体密封。
6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，所述的外围模块(2)采用工程塑料板或者橡胶板。
7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，所述的外围模块(2)上设有定位销安装孔(21)。
8.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的双极板，其特征在于，所述的板芯模块(1)采用一体成形的金属板或者石墨复合板。
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