CN1719649A - 一种质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及质子交换膜燃料电池，具体地说是一种质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构。以金属片作为导电片，导电片的一角设有多个凸台，将导电片的多个凸台部分嵌入石墨板的一角，该导电片与石墨板之间的接触面为：导电片与石墨板之间的横截面以及导电片上、下两个表面；导电片凸台与石墨板之间形成挡位销，导电片位于石墨板之外的部分接测量线。采用本发明结构的燃料电池石墨双极板，接触紧密，单节电压输出电压信号稳定，特别适合在燃料电池电动车运行过程中电堆的单节电压信号的输出的测量，对促进燃料电池的产业化具有重要意义。

Description

一种质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池，具体地说是一种质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构。
背景技术
燃料电池(Proton Exchange Membrane fuel Cell，缩写：PEMFC)是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。双极板是PEMFC关键部件之一，一般它是由极板和流场组成的。在常见的PEMFC中，流场与极板可以是一体的，也可以是分体的。目前双极板的研究和应用主要集中在金属板和石墨板上。石墨板主要有三种：一种是石墨粉胶粘剂混合压成的注塑双极板；一种是采用柔性石墨灌封树脂来制备的柔性石墨双极板；还有一种是高温石墨化的纯石墨双极板。燃料电池单节工作电压一般在0.5～1.0V之间，这样低的电压在实际中是没法使用的，因此就必须将多个单池串联组装成电池组才有实际意义。绝大多数PEMFC电池组是按压滤机方式组装的(如图1所示，图中1、9为夹板；2、8为集流板；3、5、7为膜电极组件；4、6为复合双极板)。在电池组运行过程中，必须要有检测手段来观察电堆的运行情况。如果个别电极发生水淹或反极现象，那么该节电池的电压就会降至零甚至负电压，在此过程中如果不及时采取措施，可能会导致整个电池组失效或爆炸。但仅观察电堆的总电压不足以反映单节电池的工作情况，因此必须通过检测单节电池的电压来监控其运行情况。对金属板来说，可以采用将测量线焊接在金属板来实现。对石墨板来说，一般是在石墨板上钻一个小孔或成型过程中压出一个孔道，在其中插一个金属针或金属片，然后将测量线焊接在金属针或金属片上来测量电压，但在实际使用过程中，特别是在燃料电池电动车运行过程中，该金属针或片很容易掉出来或接触不紧密，也有人用导电胶将其与石墨板粘结在一起，由于导电胶电阻大，而且粘结不牢，影响单节电压信号输出的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，采用这些结构的燃料电池石墨双极板，接触紧密，单节电压输出电压信号稳定。
本发明技术方案为：加设导电片于石墨板的一角，导电片凸台与  石墨板之间形成挡位销，导电片位于石墨板之外的部分接测量线；
所述导电片的一角设有多个凸台，将导电片的多个凸台部分嵌入石墨板的一角；所述导电片与石墨板之间的接触面为：1)导电片与石墨板之间的横截面以及2)导电片上、下两个表面；所述导电片与石墨板间的接触面可以为2～25个；所述导电片为金属片；所述导电片材料选用铜片、不锈钢片、及铜片、不锈钢片的镀银片电的良导体。
本发明具有如下有益效果：
1.按照本发明加工的单节电池石墨板双极板的改进结构，加工简单、方便可行，成本低，便于批量生产。
2.本发明用于测量的电池石墨板双极板的改进结构在导电片与石墨板间的接触面多(设为2～25个)，且该用于测量的电池结构与石墨板间形成一个挡板式凸台，可防止导电片脱落；可以保证导电片在实际运行中与石墨板间接触的可靠性。
3.导电片材料选用铜片、不锈钢片、及它们的镀银片等电的良导体，导电性能好。
4.采用本发明制造的单节电池石墨板双极板的改进结构测量电压，其输出测量信号稳定可靠，特别适合在燃料电池电动车运行过程中电堆的单节电压信号的输出的测量，对促进燃料电池的产业化具有重要意义。
附图说明
图1为现有技术中PEMFC电池组按压滤机方式组装图。
图2-1本发明一个实施例三层结构石墨板。
图2-2本发明一个实施例二层结构石墨板。
图3为本发明一个实施例导电片在石墨板上的位置示意图。
图4为本发明一个实施例导电片在石墨板上的位置详细的结构图。
图5为本发明一个实施例21个接触面的导电片结构示意图。
图6为本发明一个实施例10个接触面的导电片结构示意图。
图7为本发明一个实施例5个接触面的不锈钢镀银片结构示意图。
具体实施方式
实施例1
石墨双极板一般是二层或三层结构(参见图2-1、2-2)，采用两层结构，即带有水腔的阳极板和带有水腔的阴极板粘接为一体构成一个完整的双极板。
对于注塑双极板和柔性石墨板来说，为了保证电压信号的稳定输出，连接测量线的导电片嵌入三层结构石墨板中间一层的一角，也可以二层结构的一角之间(二层结构角处凹进一部分用于容置)，导电片加工成多边形形成多个凸台，导电片在石墨板上的位置如图3所示，其详细的结构图见图4，导电片可以采用铜片、不锈钢片、铜片、不锈钢片的镀银片等电的良导体，为了增加导电性，还也可以对金属片进行镀银等处理。导电片的厚度与实际尺寸应该根据双极板的尺寸与厚度来确定。
如图4所示的结构，以金属片作为导电片，将导电片嵌入石墨板的一角，该导电片与石墨板之间的接触面为：A-B\B-C\C-D\H-I\I-J/J-K\K-L\L-A横截面以及上、下两个表面，共10个接触面，有利于电压信号的输出；另一方面A-B-C-J-K-L形成一个挡位销，会阻止该导电片从双极板中掉出来，从而保证信号的稳定输出。D-E-F-G-H-I各处均可以用于焊接测量线。
一般来讲，在双极板粘结过程中，为防止胶粘剂或胶膜进入到导电片与石墨板间的接触面使导电片与石墨板绝缘，必须使导电片与石墨板紧密接触。本发明设计的电池结构接触面多，在一定程度上也可以减少导电片与石墨板绝缘的几率。
进一步，从信号输出角度讲，接触面越多越好。但在实际工艺中，接触面多，加工费用和材料费用增加，因此本发明采用2-25个接触面比较合理。导电片为圆柱形的导线与石墨板间接触面最少，为2个。为保证导电片的平面度，加工一般可以采用线切割、  电  火花等加工方法。
按上述发明构思，本实施例测量单节电池电压用的导电片材料为铜片，该铜片与石墨板间的接触面为10个，将采用该测量结构的双极板组装成40节电池组。电池单节电压的输出情况如图7所示。
实施例2
本实施例采用三层结构是指将阳极板、水板、阴极板粘接为一体构成一个完整的双极板。测量单节电池电压用的导电片材料为铜片镀银，该铜片与石墨板间的接触面为21个，结构见图5，将采用该测量结构的双极板组装成2节电池组，两节单电池性能曲线如图8所示。
实施例3
本实施例测量单节电池电压用的导电片材料为不锈钢镀银片，该铜片与石墨板间的接触面为5个，结构见图6。

Claims (6)

1.一种质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：加设导电片于石墨板的一角，导电片凸台与石墨板之间形成挡位销，导电片位于石墨板之外的部分接测量线。
2.按照权利要求1所述质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：所述导电片的一角设有多个凸台，将导电片的多个凸台部分嵌入石墨板的一角。
3.按照权利要求1所述质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：所述导电片与石墨板之间的接触面为：1)导电片与石墨板之间的横截面以及2)导电片上、下两个表面。
4.按照权利要求3所述质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：所述导电片与石墨板间的接触面可以为2～25个。
5.按照权利要求1所述质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：所述导电片为金属片。
6.按权利要求5所述质子交换膜燃料电池石墨板双极板的改进结构，其特征在于：所述导电片材料选用铜片、不锈钢片、及铜片、不锈钢片的镀银片电的良导体。
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