CN203521531U - 一种新型质子交换膜燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型质子交换膜燃料电池电堆，包括多个单体电池串联成一体的电池组，其特征在于，所述电池组在各单体电池叠置后形成的进气口道内设有一块以上横向设置的气体扩散板，且气体扩散板板体上设有多个规则排列且上下贯通的气体通孔。本实用新型反应气体进入单体电池的流道入口前，要经过扩散板的分流，使得穿过扩散板的气体在单体电池正负极进气口处的压力和流量分散得更为均匀，使电池转化效率提高，电池性能得到有效的改善。

Description

一种新型质子交换膜燃料电池电堆

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，涉及一种燃料电池，具体为一种新型的质子交换膜燃料电池电堆。

背景技术

在当今全球能源紧张、油价高涨、污染严重的时代，寻找无污染的新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。质子交换膜燃料电池是真正意义上的零污染能源，生成物为可循环利用的水，不产生其它的任何污染。质子交换膜燃料电池除了具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便外，还具有发电过程不涉及氢氧燃烧、能量转换率高、发电时不产生污染、可靠性高、组装和维修方便以及工作时没有噪音等优点。质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。

质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，经过多年的基础研究与应用开发，用作汽车动力的研究已取得实质性进展，微型质子交换膜燃料电池便携电源和小型质子交换膜燃料电池移动电源已达到产品化程度，中、大功率质子交换膜燃料电池发电系统的研究也取得了一定成果。由于质子交换膜燃料电池发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。就备用氢能发电系统而言，在质子交换膜燃料电池单电池、电堆质量、效率和可靠性等本领域技术人员作了大量的研究。采用质子交换膜燃料电池氢能发电将大大提高重要装备及建筑电气系统的供电可靠性，使重要建筑物的供电的方式向中、小型质子交换膜燃料电池发电装置、太阳能发电、风力发电等分散电源联网备用供电的灵活发供电系统转变，极大地提高建筑物的智能化程度、节能水平和环保效益。

现有的质子交换膜燃料电池电堆在进气口处的设计大部分为直接接通至气体进气口通道，不同设计的进气口的通道大小各不相一，进气压力也各不相同，造成在质子交换膜燃料电池单电池进口处的气体压力大小和流量分布不一致，影响了电池的性能。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是针对现有技术中存在的技术问题，在质子交换膜燃料电池电堆的进气口处增加了气体扩散板，使得进入到单电池的反应气体的气压和流量分布更加均衡，转化效率提高。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：

一种新型质子交换膜燃料电池电堆，包括多个单体电池串联成一体的电池组,其特征在于，所述电池组在各单体电池叠置后形成的进气口道内设有一块以上横向设置的气体扩散板，且气体扩散板板体上设有多个规则排列且上下贯通的气体通孔。

当所述进气口道内的气体扩散板为多块时，各气体扩散板的气体通孔在上下方向上应尽量错开。

进一步的，所述气体扩散板可以采用绝缘板，尤其是硬质的绝缘板。

作为优选，所述气体扩散板的气体通孔形状采用圆形、椭圆形或正多边形等，当气体扩散板为多块时，其上下板块的气体通孔形状可以不一样。

所述电池单体的双极板和MEA膜通过密封胶或导电胶粘接密封，电池单体通过密封胶或导电胶粘接密封成电池组。

所述电池组两侧设有端板，所述端板为铝合金板或环氧树脂板。

所述电池组的集流板为表面镀有防腐层的电的良导体金属板。

电池工作时，反应气体从进气通道进来后，首先经过气体扩散板的分散使得气体进入到各单体电池流道入口处的压力和流量分布均匀，且多个错开的气体扩散板配合使用可进一步增强这种有益效果，从而提升电池转化效率，改善了电堆的性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是方孔气体扩散板的结构示意图；

图3是椭圆孔气体扩散板的结构示意图；

图4是圆孔气体扩散板的结构示意图；

图5是圆形通孔扩散板横向放置的结构示意图；

图6是图5的侧视结构示意图；

图7是单体电池的结构示意图；

图8是图7的侧视结构示意图；

图9是图7的俯视结构示意图；

上图中，1-定位轴、2-端板、3-密封圈、4-负极绝缘板、5-负极集流板、6-电池组、7-正极集流板、8-正极绝缘板、9-调整板、10-弹簧、11-正极气体扩散板、12-负极气体扩散板、13-负极进气通道、14-正极进气通道、15-气体扩散板、16-气体通孔、17-正极进气口、18-负极进气口、19-定位孔、20-流场板、21-冷却水进口、22-负极出气口、23-冷却水出口、24-正极出气口。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。

如图1所示的新型质子交换膜燃料电池电堆，包括集流板、绝缘板、密封圈、多个单体电池串联成一体的电池组、调整板、弹簧、两端的紧固端板和定位轴，电池电堆的上下两端有冷却的水流通道和反应气体通道。 

所述电池组6由40个单体电池串联叠加形成，确定好定位轴1之后，在端板2上固定好密封圈3，从左侧端板开始依次安装负极绝缘板4、负极集流板5、电池组6、正极集流板7、正极绝缘板8、调整板9和弹簧10，弹簧10的一端抵在调整板9上，另一端抵在右侧端板上。所述集流板可采用防腐蚀的刚性良导体；绝缘板的材质主要为尼龙、树脂等绝缘材料，以防止漏电；端板材料可以是环氧树脂等硬质树脂或铝合金等硬质材料，以保证电池组的机械刚性。

图7至图9为单体电池的主视、俯视和侧视图，所述单体电池由氢气流场板、空气流场板和MEA膜通过导电胶粘接形成，之后单体电池通过导电胶或密封胶粘接形成电池组6。所述单体电池上设有正极进气口17、负极进气口18和定位孔19，气体参加电化学反应后从负极出气口22和正极出气口24排出，流场板20的背面设有冷却水道，冷却水从冷却水进口21进入，冷却水出口23流出，保证电池的反应温度不会太高，流场板可采用金属或石墨等材质制成。

如图1、图5所示，上述单体电池串联形成电池组后，各单体电池上部的正极进气口和负极进气口分别构成了一横向的进气口道，在正极进气口道和负极进气口道内均设有一个以上横向摆设的气体扩散板，气体扩散板采用硬质的绝缘材料。所述气体扩散板上设有多排/列规则排布的且上下贯通的气体通孔，如图2至图4所示，气体通孔的形状可以为正方形、圆形、椭圆形或其它形状。如图4所示的矩形气体扩散板15上规则排布有若干圆形的气体通孔16，图5、图6分别为其俯视和侧视的结构示意图。一个进气口道内的气体扩散板若为多个时，板与板上的气体通孔在上下方向上应尽量错开。

电池工作时，氧气和氢气分别通过气体扩散板前侧的正极进气通道13和负极进气通道14进入各单体电池的正极进气口17和负极进气口18，反应气体首先要通过正极气体扩散板11和负极气体扩散板12才能进入单体电池的流道内，气体扩散板上均匀分布的气体通孔将气体分散，使进入单体电池流场板的反应气体流量和压力相对均匀。反应气体进行电化学反应后，集流板收集反应产生的电能，提供电源，为了防止集流板漏电，则在集流板外侧增加了绝缘板。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新型质子交换膜燃料电池电堆，包括多个单体电池串联成一体的电池组，其特征在于，所述电池组在各单体电池叠置后形成的进气口道内设有一块以上横向设置的气体扩散板，且气体扩散板板体上设有多个规则排列且上下贯通的气体通孔。

2.根据权利要求1所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，进气口道内的气体扩散板为多块时，各气体扩散板的气体通孔在上下方向上错开。

3.根据权利要求1所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，所述气体扩散板为绝缘板。

4.根据权利要求3所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，所述气体扩散板为硬质板。

5.根据权利要求1-4中任一权项所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，所述气体扩散板的气体通孔为圆形、椭圆形或正多边形。

6.根据权利要求1-4中任一权项所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，所述电池单体的双极板和MEA膜通过密封胶或导电胶粘接密封，电池单体通过密封胶或导电胶粘接密封成电池组。

7.根据权利要求1-4中任一权项所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，所述电池组两侧的端板为铝合金板或环氧树脂板。

8.根据权利要求1-4中任一权项所述的新型质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，还包括表面镀有防腐层的电的良导体金属集流板。 

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