CN113594491A - 一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框 - Google Patents

一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，包括边框本体，边框本体的腔体内从上至下依次设置有阳极气体通气口、冷却剂通孔和阴极气体通气口，边框本体上对应阴极气体通气口和阳极气体通气口的位置均设有多个腰型通槽，阴极气体通气口的腰型通槽的顶端和底端均设有阴极贴片，阳极气体通气口的腰型通槽的顶端和底端均设有阳极贴片。与现有技术相比，本发明具有提高密封性能和气体通道的稳定性和可靠性、有效降低生产成本、提高极板利用率等优点。

Description

一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框
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氢燃料电池的膜电极硬质边框。
背景技术
氢燃料电池是一种新型的能源转换装置，用于将燃料中的化学能转化为电能输出，电池单元由双极板、膜电极及密封件等组成，多个电池单元可串联组装为电堆结构。燃料电池的产电性能及可靠性受冷却液侧流场、气侧流场均匀性的影响较大。具体地，若气侧流场不均，会引起流场局部缺气，产生浓差极化，进而影响燃料电池的产电性能，严重的会引起反极导致催化剂降解，损坏电堆。目前燃料电池的进气结构设置在金属极板上，通过冲压形成，但是容易与电池单元之间的密封结构相互干涉影响，限制了密封性能和气体通道的稳定性和可靠性。
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设置在金属极板上的进气结构容易与电池单元之间的密封结构相互干涉影响的缺陷而提供一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，包括边框本体，所述边框本体的腔体内从上至下依次设置有阳极气体通气口、冷却剂通孔和阴极气体通气口，所述边框本体上对应阴极气体通气口和阳极气体通气口的位置均设有多个腰型通槽，所述阴极气体通气口的腰型通槽的顶端和底端均设有阴极贴片，所述阳极气体通气口的腰型通槽的顶端和底端均设有阳极贴片。
多个所述腰型通槽并行排列，相邻槽间距的范围为2.5mm～5mm。
所述腰型通槽的槽宽的范围为1mm～3mm。
所述边框本体为C型结构，边框本体的开口处设有反应区，所述反应区上设有碳纸和质子膜。
进一步地，所述阴极贴片和阳极贴片的厚度与压缩后反应区碳纸和质子膜的总厚度相匹配。
进一步地，所述边框本体中除反应区、阳极气体通气口、冷却剂通孔和阴极气体通气口的部分设有注塑胶膜，形成气体密封。
所述注塑胶膜使用的材料为氟胶、硅胶或EPDM。
所述边框本体的腰型通槽处设有粘接胶膜。
进一步地，所述粘接胶膜的厚度范围为0.1mm～0.2mm。
所述粘接胶膜上设有背胶，所述背胶为热敏胶或压敏胶。
进一步地，所述阴极贴片和阳极贴片通过所述背胶分别粘接在阴极气体通气口和阳极气体通气口上。
所述阴极贴片和阳极贴片的材质与边框本体的材料相同，具体为PEN或PI。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过在阴极气体通气口和阳极气体通气口的边沿位置处设置腰型通槽，将原本位于金属极板上的进气结构转移到膜电极上，避免了与电池单元之间的密封结构相互干涉影响，提高了密封性能和气体通道的稳定性和可靠性。
2.本发明相比于传统膜电极，具有进气结构的膜电极能匹配单极板形成一个单元电池，在装配电堆堆芯时，不需要额外装配膜电极，有效降低了生产成本。
3.本发明相对于燃料电池的传统结构，有效减小了膜电极的尺寸较小，节省了面积，提高了极板利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1的A-A剖面图；
图3为本发明阳极气体通气口的局部示意图；
图4为本发明实施例中气体流通的示意图。
附图标记：
1-边框本体；2-阳极气体通气口；3-冷却剂通孔；4-阴极气体通气口；5-阳极贴片；6-阴极贴片；7-反应区；8-注塑胶膜；9-腰型通槽；10-阴极板；11-阳极板；12-冷却剂密封区；13-阳极气体公共口。
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。
实施例
如图1和图2所示，一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，包括边框本体1，边框本体1的腔体内从上至下依次设置有阳极气体通气口2、冷却剂通孔3和阴极气体通气口4，边框本体1上对应阴极气体通气口4和阳极气体通气口2的位置均设有多个腰型通槽9，如图3所示，阴极气体通气口4的腰型通槽9的顶端和底端均设有阴极贴片6，阳极气体通气口2的腰型通槽9的顶端和底端均设有阳极贴片5。
多个腰型通槽9并行排列，相邻槽间距的范围为2.5mm～5mm。
腰型通槽9的槽宽的范围为1mm～3mm。
腰型通槽9的一侧设有冷却剂密封区12。
边框本体1为C型结构，边框本体1的开口处设有反应区7，反应区7上设有碳纸和质子膜。
阴极贴片6和阳极贴片5的厚度与压缩后反应区7碳纸和质子膜的总厚度相匹配。
边框本体1中除反应区7、阳极气体通气口2、冷却剂通孔3和阴极气体通气口4的部分设有注塑胶膜8，形成气体密封。
注塑胶膜使用的材料为氟胶、硅胶或EPDM。
边框本体1的腰型通槽处9设有粘接胶膜，通过刀模切割成所需形状，然后通过压机可以进行压力压紧也可以运用热压机将胶膜固定在边框本体1上。
粘接胶膜的厚度范围为0.1mm～0.2mm。
粘接胶膜上设有背胶，背胶为热敏胶或压敏胶。
阴极贴片6和阳极贴片5通过背胶分别粘接在阴极气体通气口4和阳极气体通气口2上。
阴极贴片6和阳极贴片5的材质与边框本体1的材料相同，具体为PEN或PI。
具体实施时，如图4所示，边框主体1所在的膜电极位于阴极板10和阳极板11之间，阴极板10和阳极板11的一端均设有开口，形成阳极气体公共口13，从阳极气体公共口13输入氢气，氢气经过边框主体1的腰型通槽9形成的通道进入燃料电池内部，然后从腰型通槽9进入阳极侧反应区。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，包括边框本体(1)，所述边框本体(1)的腔体内从上至下依次设置有阳极气体通气口(2)、冷却剂通孔(3)和阴极气体通气口(4)，其特征在于，所述边框本体(1)上对应阴极气体通气口(4)和阳极气体通气口(2)的位置均设有多个腰型通槽(9)，所述阴极气体通气口(4)的腰型通槽(9)的顶端和底端均设有阴极贴片(6)，所述阳极气体通气口(2)的腰型通槽(9)的顶端和底端均设有阳极贴片(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，多个所述腰型通槽(9)并行排列，相邻槽间距的范围为2.5mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述腰型通槽(9)的槽宽的范围为1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述边框本体(1)为C型结构，边框本体(1)的开口处设有反应区(7)，所述反应区(7)上设有碳纸和质子膜。
5.根据权利要求4所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述阴极贴片(6)和阳极贴片(5)的厚度与压缩后反应区(7)碳纸和质子膜的总厚度相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述边框本体(1)中除反应区(7)、阳极气体通气口(2)、冷却剂通孔(3)和阴极气体通气口(4)的部分设有注塑胶膜(8)。
7.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述边框本体(1)的腰型通槽处(9)设有粘接胶膜。
8.根据权利要求7所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述粘接胶膜的厚度范围为0.1mm～0.2mm。
9.根据权利要求7所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述粘接胶膜上设有背胶。
10.根据权利要求9所述的一种用于氢燃料电池的膜电极硬质边框，其特征在于，所述阴极贴片(6)和阳极贴片(5)通过所述背胶分别粘接在阴极气体通气口(4)和阳极气体通气口(2)上。
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