CN114976088A - 一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池 - Google Patents

一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池 Download PDF

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徐云飞
张宇航
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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池；双极板阴阳极气体密封结构包括：本体，所述本体的两端设有多个镂空结构，所述本体具有第一表面；第三凸起结构，所述第三凸起结构沿所述本体的外边缘设置；所述第一表面与所述第一凸起结构或第三凸起结构顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面与所述第二凸起结构顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2。该双极板阴阳极气体密封结构可有效的均衡密封胶圈和膜电极上的压力，极大的提高电堆装堆以及受力的一致性，避免膜电极气体扩散层出现存在局部压痕问题，在多工况下保证了电堆的气密性，极大的提高了燃料电池的运行效率，进而保证了电堆稳定运行。

Description

一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池。
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，又称电化学发电器；具有高功率密度、高转化率、低环境污染等优点。双极板时燃料电池的关键部件，主要功能是分隔反应气体、疏导反应气体和冷却液、收集并传到电流、支撑膜电极等。在实际运动中，通常需要多个双极板和膜电极堆叠组成燃料电池堆、燃料电池堆由多个单电池串联组成，膜电极和双极板之间的密封好坏对燃料电池堆的形成和安全性有很大影响。
现有技术中的双极板的密封结构密封性较差，还不能均衡密封胶圈与膜电极之间的力的分布，导致膜电极气体扩散层会存在局部压痕问题，严重时还会导致膜电极破损，严重影响电堆的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的双极板的密封结构密封性较差，还不能均衡密封胶圈与膜电极之间的力的分布，导致膜电极气体扩散层会存在局部压痕问题，严重时还会导致膜电极破损，严重影响电堆可靠性的问题，从而提供一种双极板阴阳极气体密封结构、双极板及燃料电池。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种双极板阴阳极气体密封结构，包括：本体，所述本体的两端设有多个镂空结构，所述本体具有第一表面；第一凸起结构，沿所述镂空结构的边缘设置；第二凸起结构，靠近所述第一凸起结构设置，至少部分包裹所述第一凸起结构，且在所述第一凸起结构与所述第二凸起结构之间设有第一密封槽；第三凸起结构，所述第三凸起结构沿所述本体的外边缘设置，所述第三凸起结构与第二凸起结构之间设有第二密封槽；所述第一表面与所述第一凸起结构或第三凸起结构顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面与所述第二凸起结构顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2。
进一步地，所述h1-h2的距离为0.01~0.2mm。
进一步地，所述第二密封槽的宽度等于所述第一密封槽的宽度。
进一步地，所述第二凸起结构包括：包裹段，呈U型，所述包裹段用于包裹多个所述镂空结构；连接段，所述连接段与所述包裹段连接，所述连接段位于相邻的两个镂空结构之间，所述连接段与所述包裹段平滑连接。
进一步地，还包括定位块，所述定位块具有两个，所述定位块设于所述包裹段内。
进一步地，还包括加强筋结构，所述加强筋结构设于所述第一凸起结构和第二凸起结构、以及第三凸起结构上。
进一步地，所述本体采用冲压方式制作而成。
本发明还提供了一种双极板，包括本发明所述的双极板阴阳极气体密封结构。
本发明还提供了一种燃料电池，包括本发明所述的双极板。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的双极板阴阳极气体密封结构，包括：本体，所述本体的两端设有多个镂空结构，所述本体具有第一表面；第一凸起结构，沿所述镂空结构的边缘设置；第二凸起结构，靠近所述第一凸起结构设置，至少部分包裹所述第一凸起结构，且在所述第一凸起结构与所述第二凸起结构之间设有第一密封槽；第三凸起结构，所述第三凸起结构沿所述本体的外边缘设置，所述第三凸起结构与第二凸起结构之间设有第二密封槽；所述第一表面与所述第一凸起结构或第三凸起结构顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面与所述第二凸起结构顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2。
该双极板在使用时，通过设置第一密封槽和第二密封槽，并且第一密封槽和第二密封槽内设置密封圈，同时，由于所述第一表面与所述第一凸起结构或第三凸起结构顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面与所述第二凸起结构顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2，即第一表面与第一凸起结构和第三凸起结构顶部平面之间的距离相等，均为h1，所述第一表面与所述第二凸起结构顶部平面之间的距离为h2，并且，h1＞h2，因此，第一凸起结构和第二凸起结构、第三凸起结构呈两端高，中间低的结构形式，可以在多工况下保证了电堆结构的气密性，同时还均衡密封胶圈和膜电极上的压力，极大的提高电堆装堆以及受力的一致性，避免膜电极气体扩散层出现存在局部压痕问题，极大的提高了燃料电池的运行效率，进而保证了电堆稳定运行。
2.本发明提供的双极板阴阳极气体密封结构，所述第二密封结构的宽度等于所述第一密封结构的宽度，从而避免在第一密封槽和第二密封槽内安装密封圈时，出现错误的情况；同时，也便于第一密封槽和第二密封槽的加工，可有效的降低加工成本。
3.本发明提供的双极板阴阳极气体密封结构，还包括加强筋结构，所述加强筋结构设于所述第一凸起结构和第二凸起结构、以及第三凸起结构上。加强筋结构的设置，以保证本体在生产冲压环节应力分散，而破坏本体的平面度，可有效的缓解了大功率装堆下内部双极板和MEA的密封、以及压力分配不均匀问题，有效的提高了电堆整体的一致性。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明提供的燃料电池双极板的结构示意图；
图2示出了本发明提供的第一密封槽的结构示意图；
图3示出了本发明提供的第一凸起结构和第二凸起结构、以及第三凸起结构的截面图。
1-本体；11-第一表面；12-镂空结构；13-第一凸起结构；14-第二凸起结构；15-第三凸起结构；16-第一密封槽；17-第二密封槽；171-包裹段；172-连接段；
2-定位块；
3-反应区；
4-氢气入口；
5-氢气出口；
6-空气出口；
7-空气入口；
8-液态水出；
9-液态水入口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
请参阅图1至图3所示，本发明实施例提供了一种双极板阴阳极气体密封结构，该双极板阴阳极气体密封结构为双极板的一部分，燃料电池电堆由若干个双极板和膜电极堆叠而成，双极板包括六个流体开口，六个流体开口靠近双极板的四角设置，用于流体的流进或流出。
该双极板阴阳极气体密封结构，包括：本体1，所述本体1的两端设有多个镂空结构12，所述本体1具有第一表面11；第一凸起结构13，沿所述镂空结构12的边缘设置；第二凸起结构14，靠近所述第一凸起结构13设置，至少部分包裹所述第一凸起结构13，且在所述第一凸起结构13与所述第二凸起结构14之间设有第一密封槽16；第三凸起结构15，所述第三凸起结构15沿所述本体1的外边缘设置，所述第三凸起结构15与第二凸起结构14之间设有第二密封槽17；所述第一表面11与所述第一凸起结构13或第三凸起结构15顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面11与所述第二凸起结构14顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2。
该双极板在使用时，通过设置第一密封槽16和第二密封槽17，并且第一密封槽16和第二密封槽17内设置密封圈，同时，由于所述第一表面11与所述第一凸起结构13或第三凸起结构15顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面11与所述第二凸起结构14顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2，即第一表面11与第一凸起结构13和第三凸起结构15顶部平面之间的距离相等，均为h1，所述第一表面11与所述第二凸起结构14顶部平面之间的距离为h2，并且，h1＞h2，因此，第一凸起结构13和第二凸起结构14、第三凸起结构15呈两端高，中间低的结构形式，可以在多工况下保证了电堆结构的气密性，同时还均衡密封胶圈和膜电极上的压力，极大的提高电堆装堆以及受力的一致性，避免膜电极气体扩散层出现存在局部压痕问题，极大的提高了燃料电池的运行效率，进而保证了电堆稳定运行。
在一些可选的实施例中，所述h1-h2的距离为0.01~0.2mm。具体地，h1-h2的距离为0.02mm、0.05mm、0.1mm等，具体的可以根据实际情况自行设定。
其中，本体1的中部为反应区3，反应区3内设有气体流道。本体1一端的宽度方向上依次设有氢气入口4、液态水出口8、空气出口6；本体11一端的宽度方向上依次上依次设有空气入口7、液态水入口9、氢气出口5；其中，氢气入口4与氢气出口5沿本体1的对角线方向设置，空气入口7和空气出口6也沿本体1的对角线方向设置；液态水出口8与液态水入口9沿本体1的长度方向对称设置。氢气入口4、液态水出口8、空气出口6、空气入口7、液态水入口9、氢气出口5为镂空结构12。
在一些可选的实施例中，所述第二密封槽17的宽度等于所述第一密封槽16的宽度，从而避免在第一密封槽16和第二密封槽17内安装密封圈时，出现错误的情况；同时，也便于第一密封槽16和第二密封槽17的加工，可有效的降低加工成本。
在一些可选的实施例中，所述第二密封槽17包括包裹段171和连接段172；其中，包裹段171呈U型，所述包裹段171用于包裹多个所述镂空结构12。即本体1一端的包裹段171用于包裹氢气入口4、液态水出口8、空气出口6；本体1里一端的包裹段171用于包裹空气入口7、液态水入口9、氢气出口5。
所述连接段172与所述包裹段171连接，所述连接段172位于相邻的两个镂空结构12之间；本体1一端的设有三个镂空结构12，即氢气入口4、液态水出口8、空气出口6，因为，第一个连接段172设于氢气入口4和液态水出口8之间、第二个连接段172设于液态水出口8与空气出口6之间。本体1的另一端也设有三个镂空结构12，即空气入口7、液态水入口9、氢气出口5，第三个连接段172设于空气入口7和液态水入口9之间，第四个连接段172设有液态水入口9和氢气出口5之间。
其中，所述连接段172与所述包裹段171平滑连接，从而便于连接段172与包裹段171的连接，避免出现缺口，而导致气体或液体的流出。
在一些可选的实施例中，该本体1为冲压制作而成，其中，第一密封槽16和第二密封槽17均为冲压制作而成，该方式制作本体1，使得加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
在一些可选的实施例中，该双极板阴阳极气体密封结构还包括定位块2，所述定位块2具有两个，所述定位块2设于所述包裹段171内；定位块2的设置，便于在制作本体1时的定位，同时也便于在第一密封槽16和第二密封槽17内安装密封圈。
在一些可选的实施例中，该双极板阴阳极气体密封结构还包括加强筋结构，所述加强筋结构设于所述第一凸起结构13和第二凸起结构14、以及第三凸起结构15上。加强筋结构的设置，以保证本体1在生产冲压环节应力分散，而破坏本体1的平面度，可有效的缓解了大功率装堆下内部双极板和MEA的密封、以及压力分配不均匀问题，有效的提高了电堆整体的一致性。
具体地，加强筋结构可以为设置在所述加强筋结构设于所述第一凸起结构13和第二凸起结构14、以及第三凸起结构15上的加强板。
本发明还提供了一种双极板，包括所述的双极板阴阳极气体密封结构。
本发明还提供了一种燃料电池，包括所述的双极板。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，包括：
本体(1)，所述本体(1)的两端设有多个镂空结构(12)，所述本体(1)具有第一表面(11)；
第一凸起结构(13)，沿所述镂空结构(12)的边缘设置；
第二凸起结构(14)，靠近所述第一凸起结构(13)设置，至少部分包裹所述第一凸起结构(13)，且在所述第一凸起结构(13)与所述第二凸起结构(14)之间设有第一密封槽(16)；
第三凸起结构(15)，所述第三凸起结构(15)沿所述本体(1)的外边缘设置，所述第三凸起结构(15)与第二凸起结构(14)之间设有第二密封槽(17)；
所述第一表面(11)与所述第一凸起结构(13)或第三凸起结构(15)顶部平面之间的距离为h1，所述第一表面(11)与所述第二凸起结构(14)顶部平面之间的距离为h2，所述h1＞h2。
2.根据权利要求1所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，所述h1-h2的距离为0.01~0.2mm。
3.根据权利要求2所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，所述第二密封槽（16）的宽度等于所述第一密封槽（17）的宽度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，所述第二凸起结构(14)包括：
包裹段(171)，呈U型，所述包裹段(171)用于包裹多个所述镂空结构(12)；
连接段(172)，所述连接段(172)与所述包裹段(171)连接，所述连接段(172)位于相邻的两个镂空结构(12)之间，所述连接段(172)与所述包裹段(171)平滑连接。
5.根据权利要求4所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，还包括定位块(2)，所述定位块(2)具有两个，所述定位块(2)设于所述包裹段(171)内。
6.根据权利要求5所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，还包括加强筋结构，所述加强筋结构设于所述第一凸起结构(13)和第二凸起结构(14)、以及第三凸起结构(15)上。
7.根据权利要求5或6所述的双极板阴阳极气体密封结构，其特征在于，所述本体(1)采用冲压方式制作而成。
8.一种双极板，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的双极板阴阳极气体密封结构。
9.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求8所述的双极板。
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