CN207977403U - 一种质子交换膜燃料电池电堆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池电堆，包括安装架，所述安装架内交替设置有双极板和膜电极组件，多个所述双极板和所述膜电极组件两侧设置有燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔。有益效果在于：本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池电堆能够实现所述阴极单极板和所述阳极单极板弹性连接，即便质子交换膜燃料电池电堆松弛过度，所述膜电极组件与所述双极板之间仍能保持紧密接触，从而使所述双极板与所述膜电极组件的接触电阻保持稳定，有效延长了质子交换膜燃料电池电堆的使用寿命，实用性好。

Description

一种质子交换膜燃料电池电堆
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池电堆。
背景技术
电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆。
目前，市场上常见的质子交换膜燃料电池电堆长时间运行或闲置后，容易出现应力松弛现象，这会导致金属双极板与膜电极组件的接触电阻增大，进而引起质子交换膜燃料电池电堆性能及寿命的衰减；虽然目前市场上有各种各样的采用新型金属双极板的质子交换膜燃料电池电堆出现，但是，由于这些新型金属双极板弹性有限，故这些质子交换膜燃料电池电堆在长时间使用后仍会出现金属双极板与膜电极组件的接触电阻增大，进而引起质子交换膜燃料电池电堆性能及寿命的衰减；比如申请号为201420069853.6的中国专利，公开了一种质子交换膜燃料电池金属双极板，其由金属薄板制成的阴极单极板和阳极单极板组合构成，所述阴极单极板和（11）阳极单极板（10）背面相对，其板体上的左右侧均设有对应重合的燃料气体腔（1）、冷却介质腔（3）和氧化剂气体腔（2），其板体上的中部均设有流场区，该流场区设有多个呈弧形的相互对应的凸台和凹槽。
上述一种质子交换膜燃料电池金属双极板虽然采用弧形凹凸沟槽的金属双极板来阻止金属双极板与膜电极组件的接触电阻增大，但是，由于金属双极板焊接连接，当质子交换膜燃料电池电堆松弛过度时，膜电极组件与金属双极板之间的距离超过金属双极板自身的宽度，故此时，金属双极板将无法与膜电极组件紧密贴合，因此，接触电阻仍会增大。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种质子交换膜燃料电池电堆，以解决现有技术中传统的子交换膜燃料电池电堆长时间运行或闲置后，容易出现应力松弛现象，导致金属双极板与膜电极组件的接触电阻增大，进而引起质子交换膜燃料电池电堆性能及寿命的衰减等问题。本实用新型提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现阴极单极板和阳极单极板弹性连接，即便质子交换膜燃料电池电堆松弛过度，膜电极组件与金属双极板之间仍能保持紧密接触，从而使金属双极板与膜电极组件的接触电阻保持稳定，有效延长了质子交换膜燃料电池电堆的使用寿命，实用性好等技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
本实用新型提供的一种质子交换膜燃料电池电堆，包括安装架，所述安装架内交替设置有双极板和膜电极组件，多个所述双极板和所述膜电极组件两侧设置有燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔；
所述双极板包括阴极单极板、阳极单极板和连接所述阴极单极板、所述阳极单极板的多根压缩弹簧；所述阴极单极板为波浪线形，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阴极板凸部和阴极板凹部，所述阳极单极板为波浪线形，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阳极板凸部和阳极板凹部，其中，所述阴极板凸部位于所述阳极板凹部的正上方；
所述膜电极组件包括质子交换膜、设置在所述质子交换膜两侧的催化剂层以及设置在两个催化剂层外侧面上的气体扩散层。
作为优选，所述阴极单极板上每个所述阴极板凹部内壁上设置有多个限位块；
其中，所述限位块为半球形；
其中，所述限位块材质为橡胶。
作为优选，多根所述压缩弹簧竖直排列在所述阴极单极板、所述阳极单极板之间；
其中，每根所述压缩弹簧上端与所述阳极单极板的一个所述阴极板凸部可拆卸固定连接；
其中，每根所述压缩弹簧的下端与所述阴极单极板的一个所述阴极板凹部可拆卸固定连接；
其中，所述压缩弹簧与所述阳极单极板和所述阴极单极板导电。
作为优选，多个所述双极板与所述膜电极组件呈一字型交替排列；
其中，每个所述双极板的两侧均与所述膜电极组件挤压连接。
作为优选，所述阴极单极板和所述阳极单极板的横截面形状相等，且均为长方形。
上述一种质子交换膜燃料电池电堆，运行过程中，当出现应力松弛现象时，相邻两个所述膜电极组件之间的距离变大，此时，所述阴极单极板和所述阳极单极板在所述压缩弹簧的推动下不断向外移动，从而保证所述双极板与相邻两个所述膜电极组件紧密接触，从而使所述双极板与所述膜电极组件的接触电阻保持稳定，有效延长了质子交换膜燃料电池电堆的使用寿命，实用性好。
有益效果在于：本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池电堆能够实现所述阴极单极板和所述阳极单极板弹性连接，即便质子交换膜燃料电池电堆松弛过度，所述膜电极组件与所述双极板之间仍能保持紧密接触，从而使所述双极板与所述膜电极组件的接触电阻保持稳定，有效延长了质子交换膜燃料电池电堆的使用寿命，实用性好。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电堆在未受力时的局部剖面示意图；
图3是本实用新型的电堆在受力时的局部剖面示意图；
图4是本实用新型的图3的局部放大图。
附图标记说明如下：
1、安装架；2、燃料气体腔；3、冷却介质腔；4、氧化剂气体腔；5、阴极单极板；6、阳极单极板；7、压缩弹簧；8、限位块；9、阴极板凸部；10、阴极板凹部；11、阳极板凸部；12、阳极板凹部；13、双极板；14、气体扩散层；15、催化剂层；16、质子交换膜；17、膜电极组件。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
参见图1-图4所示，本实用新型提供的一种质子交换膜16燃料电池电堆，包括安装架1，安装架1内交替设置有双极板13和膜电极组件17，多个双极板13和膜电极组件17两侧设置有燃料气体腔2、冷却介质腔3和氧化剂气体腔4；
双极板包括阴极单极板5、阳极单极板6和连接阴极单极板5、阳极单极板6的多根压缩弹簧7，多根压缩弹簧7可确保具有较大的弹力将阴极单极板5、阳极单极板6挤压在膜电极组件17表面，使其与膜电极组件17表面紧密接触；阴极单极板5为波浪线形，波浪线性设计可使双极板13具有较好的弹性，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阴极板凸部9和阴极板凹部10，阳极单极板6为波浪线形，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阳极板凸部11和阳极板凹部12，其中，阴极板凸部9位于阳极板凹部12的正上方；
膜电极组件17包括质子交换膜16、设置在质子交换膜16两侧的催化剂层15以及设置在两个催化剂层15外侧面上的气体扩散层14。
作为可选的实施方式，阴极单极板5上每个阴极板凹部10内壁上设置有多个限位块8；
其中，限位块8为半球形；
其中，限位块8材质为橡胶，限位块8用于防止阳极单极板6左右晃动。
多根压缩弹簧7竖直排列在阴极单极板5、阳极单极板6之间；
其中，每根压缩弹簧7上端与阳极单极板6的一个阴极板凸部9可拆卸固定连接；
其中，每根压缩弹簧7的下端与阴极单极板5的一个阴极板凹部10可拆卸固定连接；
其中，压缩弹簧7与阳极单极板6和阴极单极板5导电，这样设计，既不影响阳极单极板6和阴极单极板5导电，又可自由调节阳极单极板6和阴极单极板5之间的距离，保证双极板13时刻与膜电极组件17良好接触。
多个双极板13与膜电极组件17呈一字型交替排列；
其中，每个双极板13的两侧均与膜电极组件17挤压连接。
阴极单极板5和阳极单极板6的横截面形状相等，且均为长方形，长方形可使阴极单极板5和阳极单极板6的接触面积最大。
上述一种质子交换膜16燃料电池电堆，运行过程中，当出现应力松弛现象时，相邻两个膜电极组件17之间的距离变大，此时，阴极单极板5和阳极单极板6在压缩弹簧7的推动下不断向外移动，从而保证双极板13与相邻两个膜电极组件17紧密接触，从而使双极板13与膜电极组件17的接触电阻保持稳定，有效延长了质子交换膜16燃料电池电堆的使用寿命，实用性好。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种质子交换膜燃料电池电堆，包括安装架，其特征在于：所述安装架内交替设置有双极板和膜电极组件，多个所述双极板和所述膜电极组件两侧设置有燃料气体腔、冷却介质腔和氧化剂气体腔；
所述双极板包括阴极单极板、阳极单极板和连接所述阴极单极板、所述阳极单极板的多根压缩弹簧；所述阴极单极板为波浪线形，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阴极板凸部和阴极板凹部，所述阳极单极板为波浪线形，其上表面设置有多个呈一字型交替排列的阳极板凸部和阳极板凹部，其中，所述阴极板凸部位于所述阳极板凹部的正上方；
所述膜电极组件包括质子交换膜、设置在所述质子交换膜两侧的催化剂层以及设置在两个催化剂层外侧面上的气体扩散层。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于：所述阴极单极板上每个所述阴极板凹部内壁上设置有多个限位块；
其中，所述限位块为半球形；
其中，所述限位块材质为橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于：多根所述压缩弹簧竖直排列在所述阴极单极板、所述阳极单极板之间；
其中，每根所述压缩弹簧上端与所述阳极单极板的一个所述阴极板凸部可拆卸固定连接；
其中，每根所述压缩弹簧的下端与所述阴极单极板的一个所述阴极板凹部可拆卸固定连接；
其中，所述压缩弹簧与所述阳极单极板和所述阴极单极板导电。
4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于：多个所述双极板与所述膜电极组件呈一字型交替排列；
其中，每个所述双极板的两侧均与所述膜电极组件挤压连接。
5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于：所述阴极单极板和所述阳极单极板的横截面形状相等，且均为长方形。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111864226A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 长城汽车股份有限公司 燃料电池结构、燃料电池堆和车辆
CN115000439A (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 爱德曼氢能源装备有限公司 用于提高燃料电池多层叠装限位可靠性的金属极板结构

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