CN114497621A - 一种多功能燃料电池用双面密封材 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能燃料电池用双面密封材，复合在电池片中，所述电池片包括依次复合的阳极板、阳极碳纸、双面密封材、阴极碳纸、阴极板，所述双面密封材包括膜本体以及开设在膜本体中间的矩形通槽，所述膜本体上沿着通槽的轮廓设置有口字型的补强层，所述补强层的内圈延伸至通槽内；所述阴极碳纸的外框尺寸大于补强层的外框尺寸，且置于补强层的顶部；所述阳极碳纸的外框尺寸小于通槽的外框尺寸。通过在双面密封材的膜片出口一、膜片出口二、膜片冷却液出口上设置用于固定排水吸管的圆形卡槽，排水吸管能够沿着若干串联的圆形卡槽延伸插至壳体最底部的聚水处，利用出口处大量出气所形成的负压，将积水通过排水吸管排出电堆外。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种多功能燃料电池用双面密封材。
背景技术
燃料电池动力系统将燃料和氧化剂转换成电。一种燃料电池动力系统采用质子交换膜(以下称为“PEM”)以催化方式利于燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧气)反应而发电。PEM是一种固体聚合物电解质，其利于质子在燃料电池动力系统通常采用的一组发电电池的每一个电池片中从阳极迁移到阴极。
每个单元电池片包括阳极、阴极和膜电极(阳极、阴极碳纸)。膜电极是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件，是燃料电池内部能量转换的场所。膜电极承担燃料电池内的多相物质传输(包括液态水、氢气、氧气、质子和电子传输)，通过电化学反应，负责将燃料氢气的化学能转换成电能。膜电极的性能直接影响PEMFC的寿命。
现有的电池片存在以下几个问题：第一，由于电堆在设置时具有一定的倾斜角度，所以发电电池反应产生的水容易在自身重力的作用下沿着倾斜方向聚集在电堆壳体的底部，排水效果不好；第二，由于现有的膜电极中阳极碳纸和阴极碳纸都是直接接触复合，阴极碳纸作用在双面密封材的通槽边缘和阳极碳纸上的局部应力较大，由于凹凸的偏差容易造成碳纸形变，而碳纸的材质较脆，阳极碳纸、阴极碳纸容易碎裂。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多功能燃料电池用双面密封材，解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多功能燃料电池用双面密封材，复合在电池片中，所述电池片包括依次复合的阳极板、阳极碳纸、双面密封材、阴极碳纸、阴极板，所述双面密封材包括膜本体以及开设在膜本体中间的矩形通槽，所述膜本体上沿着通槽的轮廓设置有口字型的补强层，所述补强层的内圈延伸至通槽内；
所述阴极碳纸的外框尺寸大于补强层的外框尺寸，且置于补强层的顶部；所述阳极碳纸的外框尺寸小于通槽的外框尺寸，且置于补强层的底部，所述阴极碳纸与阳极碳纸之间设置有质子交换膜；
所述阳极板包括极板本体以及设置在极板本体上的极板进口一、极板出口一、极板进口二、极板出口二、极板冷却液进口、极板冷却液出口、连接上述对应进出口的通道，所述双面密封材还包括设置在膜本体上的膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二、膜片冷却液进口、膜片冷却液出口，所述膜片出口一、膜片出口二、膜片冷却液出口上均设置有用于卡紧排水吸管的圆形卡槽，所述圆形卡槽的外侧开有缺口。
优选的，所述膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二、膜片冷却液进口、膜片冷却液出口的边框相较于极板进口一、极板出口一、极板进口二、极板出口二、极板冷却液进口、极板冷却液出口的边框等距缩小。
优选的，所述膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二边缘均设置有与通道相适配的排水道，所述排水道的出口端延伸至相邻膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二边框边缘，所述膜本体的外边框相较于极板本体的外边框等距扩大。
优选的，所述阳极板、阴极板、膜本体的外边框上均开设有用于卡接巡检指针的卡槽。
优选的，所述巡检指针的外形包括依次设立的卡紧部、滑行部、插接部，所述插接部的宽度小于卡槽的宽度，所述卡紧部的宽度大于卡槽的宽度，所述滑行部为衔接卡紧部、插接部的斜面。
优选的，所述膜本体上的卡槽入口处设置有与卡紧部相对应的圆形凸块。
优选的，所述膜本体的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽。
(三)有益效果
本发明提供了一种多功能燃料电池用双面密封材。具备以下有益效果：
1、该多功能燃料电池用双面密封材，通过在双面密封材的膜片出口一、膜片出口二、膜片冷却液出口上设置用于固定排水吸管的圆形卡槽，排水吸管能够沿着若干串联的圆形卡槽延伸插至壳体最底部的聚水处，利用出口处大量出气所形成的负压，将积水通过排水吸管排出电堆外。
2、该多功能燃料电池用双面密封材，通过在膜本体上沿着通槽的轮廓设置口字型的补强层，使阳极碳纸和阴极碳纸的应力均匀的集中在补强层上，避免阴、阳极碳纸由于应力不均造成的破损，有效提升电池片的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的极板与双面密封材轴测爆炸图；
图2为本发明的极板与双面密封材复合平面图；
图3为本发明的双面密封材平面图；
图4为本发明的图3中A处放大图；
图5为本发明的凸起实施例一示意图；
图6为本发明的凸起实施例二示意图；
图7为本发明的凸起实施例三示意图；
图8为本发明的补强层与阳极碳纸结合示意图；
图9为本发明的补强层与阴极碳纸结合示意图；
图10为本发明的补强层与阳极碳纸、阴极碳纸结合局部剖视图。
图中：1电池片、2巡检指针、21卡紧部、22滑行部、23插接部、24凸起、3阳极板、30极板本体、31极板进口一、32极板出口一、33极板进口二、34极板出口二、35极板冷却液进口、36极板冷却液出口、37通道、4阴极板、5双面密封材、50膜本体、51膜片进口一、52膜片出口一、53膜片进口二、54膜片出口二、55膜片冷却液进口、56膜片冷却液出口、57碳纸通槽、58排水道、59圆形卡槽、6阳极碳纸、7阴极碳纸、8卡槽、81凸块、9补强层、10粘着剂、11导向装配槽。
具体实施方式
本发明实施例提供一种多功能燃料电池用双面密封材，如图1-10所示，复合在电池片1中，电池片1包括依次复合的阳极板3、阳极碳纸6、双面密封材5、阴极碳纸7、阴极板4。
如图1-3所示，双面密封材5为塑料材质。双面密封材5包括膜本体50以及开设在膜本体50中间的矩形通槽57，膜本体50上沿着通槽57的轮廓设置有口字型的补强层9，补强层9的内圈延伸至通槽57内，补强层9的材质与双面密封材5一致。阴极碳纸7与阳极碳纸6之间设置有质子交换膜。补强层9通过粘着剂10与阴极碳纸7复合。使阴极碳纸7作用在补强层9上。
如图10所示，补强层9靠近阴极碳纸7的一侧，可有粘着剂10，也可以没有粘着剂10。
如图8-9所示，当阳极碳纸6和阴极碳纸7的尺寸一样大时，两者一但错位接触面积会变小，为达到最大接触面积，将阴极碳纸7、阳极碳纸6的尺寸设置成一大一小，因此阴极碳纸7的尺寸会大于通槽57，阳极碳纸6的外框尺寸小于通槽57的外框尺寸，且置于补强层9的底部。阴极碳纸7的外框尺寸大于或等于补强层9的外框尺寸，且置于补强层9的顶部。具体的阳极碳纸6的外框尺寸相较于通槽57的外框尺寸等距缩小0.01mm-1mm，阴极碳纸7的外框尺寸相较于补强层9的外框尺寸等距扩大1mm-5mm。
通过在膜本体50上沿着通槽57的轮廓设置口字型的补强层9，使阳极碳纸6和阴极碳纸7的应力均匀的集中在补强层9上，避免阴、阳极碳纸由于应力不均造成的破损，有效提升电池片1的使用寿命。
如图1-2所示，阳极板3或阳极板4包括极板本体30以及设置在极板本体30上的极板进口一31、极板出口一32、极板进口二33、极板出口二34、极板冷却液进口35、极板冷却液出口36、连接上述对应进出口的通道37。上述为现有阳极板3与阴极板4的常规结构。
如图2-3所示，双面密封材5还包括设置在膜本体50上的膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54、膜片冷却液进口55、膜片冷却液出口56，膜片进口一51与极板进口一31相适配；膜片出口一52与极板出口一32相适配；膜片进口二53与极板进口二33相适配；膜片出口二54与极板出口二34相适配；膜片冷却液进口55与极板冷却液进口35相适配；膜片冷却液出口56与极板冷却液出口36相适配。膜片出口一52、膜片出口二53、膜片冷却液出口56上均设置有用于卡紧排水吸管的圆形卡槽59，圆形卡槽59的外侧开有缺口，缺口弧形长度小于半圆。圆形卡槽59为椭圆状。
通过在双面密封材5的膜片出口一52、膜片出口二54、膜片冷却液出口56上设置用于固定排水吸管的圆形卡槽59，排水吸管能够沿着若干串联的圆形卡槽59延伸插至燃料电池壳体最底部的聚水处，利用出口处大量出气所形成的负压，将积水通过排水吸管排出电堆外。
如图2所示，膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54、膜片冷却液进口55、膜片冷却液出口56的边框相较于极板进口一31、极板出口一32、极板进口二33、极板出口二34、极板冷却液进口35、极板冷却液出口36的边框等距缩小。等距缩小尺寸为1-5mm之间。
如图2所示，膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54边缘均设置有与通道37相适配的排水道58，排水道58的出口端延伸至相邻膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54边框边缘，排水道58露出至极板本体30的各个进出口内。
通过将膜本体50上的各个进出口的边框相较于极板本体30上的进出口边框等距缩小，并在膜本体50的各个进出口边缘设置排水道58，排水道58的出水端部延伸至极板本体30的各个进出口内，能够利用塑料材质的亲水性，将极板本体30的通道37内的液态水快速排出，便于电池片1的排水。
如图2所示，膜本体50的外边框相较于极板本体30的外边框等距扩大。等距扩大1-5mm之间。膜本体50的外边框用于缓冲和保护阳极板3、阳极板4的外边框，防止电池片1装配时，阳极板3、阴极板4的金属边框接触到燃料电池壳体内壁。
阳极板3、阴极板4、膜本体50的外边框上均开设有用于卡接巡检指针2的卡槽8。膜本体50的外边框以及卡槽8相较于阳极板3、阴极板4的外边框等距扩大。卡槽8边框扩大部分用于隔绝巡检指针2与双极板的接触。膜本体50的外边框以及卡槽8相较于阳极板3、阴极板4的外边框等距扩大1-5mm之间。
如图4所示，巡检指针2的外形包括依次设立的卡紧部21、滑行部22、插接部23，插接部23的宽度小于卡槽8的宽度，插接部23能够便于巡检指针2端部插入卡槽8内。卡紧部21的宽度大于卡槽8的宽度，卡紧部21使巡检指针2紧紧卡在卡槽8内。滑行部22为衔接卡紧部21、插接部23的斜面，滑行部22便于巡检指针2快速、定向的滑入卡槽8内。
膜本体50上的卡槽8入口处设置有与卡紧部21相对应的圆形凸块81。凸块81用于抵柱卡紧部21，并限制卡紧部21后退，避免巡检指针2在使用过程中滑出卡槽8。
如图5-7所示，在巡检指针2的滑行部22上增加多边形的凸起24，此多边形凸起在迎着电池面一侧具有斜面，该斜面与巡检指针2之间形成的夹角为α，插入时此斜面作为导轨使得巡检指针2插入，依靠凸起24的背部与双面密封材5的凸块81相互阻碍，从而避免巡检指针2在车辆运行中滑出。多边形凸起24的形状不限于三角形，斜面角度α小于巡检指针2平面与三层薄片形成的夹角θ，当θ<90°时，α<θ；当θ>90°时，α<90°。
膜本体50的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽11。当电池片1装入燃料电池壳体内时，通过膜本体50上的导向装配槽11沿着燃料电池壳体上的导向凸条滑入，防止电池片1装配时偏移。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种多功能燃料电池用双面密封材，复合在电池片(1)中，所述电池片(1)包括依次复合的阳极板(3)、阳极碳纸(6)、双面密封材(5)、阴极碳纸(7)、阴极板(4)，其特征在于：所述双面密封材(5)包括膜本体(50)以及开设在膜本体(50)中间的矩形通槽(57)，所述膜本体(50)上沿着通槽(57)的轮廓设置有口字型的补强层(9)，所述补强层(9)的内圈延伸至通槽(57)内；
所述阴极碳纸(7)的外框尺寸大于补强层(2)的外框尺寸，且置于补强层(2)的顶部；所述阳极碳纸(6)的外框尺寸小于通槽(57)的外框尺寸，且置于补强层(2)的底部，所述阴极碳纸(7)与阳极碳纸(6)之间设置有质子交换膜；
所述阳极板(3)包括极板本体(30)以及设置在极板本体(30)上的极板进口一(31)、极板出口一(32)、极板进口二(33)、极板出口二(34)、极板冷却液进口(35)、极板冷却液出口(36)、连接上述对应进出口的通道(37)，所述双面密封材(5)还包括设置在膜本体(50)上的膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)、膜片冷却液进口(55)、膜片冷却液出口(56)，所述膜片出口一(52)、膜片出口二(53)、膜片冷却液出口(56)上均设置有用于卡紧排水吸管的圆形卡槽(59)，所述圆形卡槽(59)的外侧开有缺口。
2.根据权利要求1所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)、膜片冷却液进口(55)、膜片冷却液出口(56)的边框相较于极板进口一(31)、极板出口一(32)、极板进口二(33)、极板出口二(34)、极板冷却液进口(35)、极板冷却液出口(36)的边框等距缩小。
3.根据权利要求2所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)边缘均设置有与通道(37)相适配的排水道(58)，所述排水道(58)的出口端延伸至相邻膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)边框边缘，所述膜本体(50)的外边框相较于极板本体(30)的外边框等距扩大。
4.根据权利要求1所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述阳极板(3)、阴极板(4)、膜本体(50)的外边框上均开设有用于卡接巡检指针(2)的卡槽(8)。
5.根据权利要求4所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述巡检指针(2)的外形包括依次设立的卡紧部(21)、滑行部(22)、插接部(23)，所述插接部(23)的宽度小于卡槽(8)的宽度，所述卡紧部(23)的宽度大于卡槽(8)的宽度，所述滑行部(22)为衔接卡紧部(21)、插接部(23)的斜面。
6.根据权利要求5所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述膜本体(50)上的卡槽(8)入口处设置有与卡紧部(21)相对应的圆形凸块(81)。
7.根据权利要求1所述的一种多功能燃料电池用双面密封材，其特征在于：所述膜本体(50)的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽(11)。
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