CN209675406U - 一种金属双极板空冷燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：金属双极板空冷燃料电池电堆包括上端板和下端板，所述上端板的外侧壁设有气体接头，所述上端板和下端板相对的一侧分别设有上采电板和下采电板，所述上采电板和下采电板之间依次设有若干金属双极板、气体扩散层、燃料电池单体和MEA膜电极，所述上端板和下端板之间通过安装孔安装有若干电堆紧固杆，所述上端板和下端板之间通过电堆紧固杆进行固定。本实用新型可以使用带材金属薄板连续冲压、折弯、冲切及焊接等工序，具有自动化生产便利的特点，节省制造成本；减轻空冷燃料电池电堆的重量及体积；可以使用更小风量的风机；逐个单体可以自动化组装，增加燃料电池生产效率的特点。

Description

一种金属双极板空冷燃料电池电堆

技术领域

本实用新型涉及双极板燃料电池技术领域，具体领域为一种金属双极板空冷燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有工作高效、环境友好等特点的发电装置，可以广泛应用于基站电源、大中小型电站、电动车、备用电源等方面，产品应用前景广阔；燃料电池主要由端板、采电板、膜电极和双极板构成；端板可以为燃料电池提供紧固支撑，采电板负责将燃料电池单体产生的电能汇流引出，膜电极是燃料电池的发电核心，双极板是电池的主要骨架，在空冷燃料电池中起到收集电流、气体分配、支撑膜电极以及热管理的作用；双极板占据燃料电池堆重量和成本的绝大部分，其制作材料及加工费用是燃料电池成本高的主要原因之一。

目前，空冷燃料电池双极板材料主要有三类：石墨材料、复合材料和金属材料。石墨双极板导电良好、耐腐蚀性能强，技术比较成熟，许多示范应用的燃料电池汽车大都采用此种双极板；但石墨双极板的脆性极大，重量沉、机械性能差、加工效率低、同时价格昂贵且制造成本高，难以实现商业化大批量生产。复合材料双极板以碳粉和树脂为主要原料、经过模压等方式制备而成，可以改善石墨双极板的性能，并在一定程度上降低双极板的成本，但其加工工艺十分复杂，且存在导电性和气体渗透的问题，长期稳定性尚待探索。金属双极板可以采用直接冲压薄板形成，易于大批量生产，且可以大幅度提高燃料电池的比能量和比功率、降低电池成本；此外，由于金属材料具有导电导热性好、机械强度高、容易薄片化、易加工等优点，成为燃料电池双极板的首选材料之一，世界各大公司及研究单位纷纷进行金属双极板电堆的开发和研究。

现有的金属双极板的空冷燃料电池电堆，装堆包含有石墨空气板及石墨单电池，单电池制作需使用硅胶逐层粘接的方式，无法自动化或大规模生产，硅胶固化时间较长，MEA与双极板为一次性粘接，单体无法回收等缺点。为此，我们提出一种金属双极板空冷燃料电池电堆。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金属双极板空冷燃料电池电堆，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种金属双极板空冷燃料电池电堆，金属双极板空冷燃料电池电堆包括上端板和下端板，所述上端板的外侧壁设有气体接头，所述上端板和下端板的边缘均设有若干安装孔，所述上端板和下端板相对的一侧分别设有上采电板和下采电板，上采电板和下采电板可以是纯铜板，背面粘贴绝缘材料，绝缘材料采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、玻纤等材料，上采电板和下采电板也可以是环氧树脂板，单面覆铜；采电方式可以是中心焊接采电螺母柱、侧面单出或多出采电极耳；所述上采电板和下采电板之间依次设有若干金属双极板、气体扩散层、燃料电池单体和MEA膜电极，金属双极板的使用，相比于石墨板可以节省制造成本，相比于石墨板可以减轻空冷燃料电池电堆的重量及体积，不同于石墨板，阴极金属板包含供气流道及冷却流道，可以增加阴极空气过气量，同比与石墨板电堆，可以使用更小风量的风机；燃料电池电堆使用双面背胶基材垫与MEA膜电极形成燃料电池单体，具有结构简单，逐个单体可以自动化组装，增加燃料电池生产效率的特点。

优选的，所述金属双极板的向下两侧分别设有气体通道和气体副通道，所述上端板和下端板之间通过安装孔安装有若干电堆紧固杆，所述上端板和下端板之间通过电堆紧固杆进行固定，并通过紧固螺母组合进行紧固。

优选的，所述金属双极板包含阴极金属板、阳极金属板、阴极密封垫和阳极密封垫，所述阴极金属板与阳极金属板叠设置，阴极金属板为金属折弯板；可以使用带材金属薄板连续冲压、折弯、冲切及焊接等工序，具有自动化生产便利的特点，阳极金属板与阴极金属板可以是粘接、焊接等固定组合方式；金属双极板可以是不锈钢、纯钛、钛合金等，且阳极金属板与阴极金属板为材料相同的金属极板，所述阳极金属板和阴极金属板分别具有第一表面和第二表面，且阴极金属板的第一表面与阳极金属板的第二表面彼此接触，阳极密封垫通过刀模切割成型，作为阳极气体密封及气体流道分配；阴极密封垫可以是通过刀模裁切的硅胶平垫、模具生产的异型硅胶垫。

具体而言，所述阳极金属板的第一表面具有冲压形成的纵向并行的阳极金属板第一流道，所述阳极金属板第一流道设为直流道、蛇形流道、波浪形流道或点状分别流道，所述阳极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阳极金属板第一流道。

优选的，所述阴极金属板的第一表面设有冲压或折弯形成横向的阴极金属板第一流道，所述阴极金属板第一流道设为矩形槽或梯形槽，所述阴极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阴极金属板第二流道。

优选的，所述阳极金属板第一流道设为氢气气体流道，所述阴极金属板第一流道设为冷却气体流道，所述阴极金属板第二流道设为氧气气体流道。

优选的，所述阳极金属板第一流道的冲压宽度0.1-3mm，冲压高度0.1-1mm。

优选的，所述阴极金属板第一流道的冲压宽度0.5-4mm，所述阴极金属板第二流道的冲压流场宽度0.5-4mm，冲压折弯高度0.5-3mm。

优选的，所述上端板和下端板上均设有减重加强筋。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种金属双极板空冷燃料电池电堆，阴极金属板为金属折弯板；可以使用带材金属薄板连续冲压、折弯、冲切及焊接等工序，具有自动化生产便利的特点；

金属双极板的使用，相比于石墨板可以节省制造成本；

金属双极板的使用，相比于石墨板可以减轻空冷燃料电池电堆的重量及体积；

金属双极板的使用，不同于石墨板，阴极金属板包含供气流道及冷却流道，可以增加阴极空气过气量，同比与石墨板电堆，可以使用更小风量的风机；

燃料电池电堆使用双面背胶基材垫与MEA膜电极形成燃料电池单体，具有结构简单，逐个单体可以自动化组装，增加燃料电池生产效率的特点。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸示意图；

图2为本实用新型金属双极板的主视结构示意图；

图3为本实用新型金属双极板的侧视结构示意图；

图4为本实用新型金属双极板的剖视结构示意图。

图中：1-上端板、2上采电板、3-金属双极板、4-气体扩散层、5-阴极密封垫、6-电堆紧固杆、7-下端板、8-下采电板、9-阳极密封垫、10-MEA膜电极、11-燃料电池单体、12-气体接头、13-紧固螺母组合、14-气体通道、15-气体副通道、16-阳极金属板第一流道、17-阴极金属板第二流道、18-阴极金属板第一流道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种金属双极板空冷燃料电池电堆，金属双极板3空冷燃料电池电堆包括上端板1和下端板7，所述上端板1的外侧壁设有气体接头12，所述上端板1和下端板7的边缘均设有若干安装孔，所述上端板1和下端板7相对的一侧分别设有上采电板2和下采电板8，上采电板2和下采电板8可以是纯铜板，背面粘贴绝缘材料，绝缘材料采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、玻纤等材料，上采电板2和下采电板8也可以是环氧树脂板，单面覆铜；采电方式可以是中心焊接采电螺母柱、侧面单出或多出采电极耳；所述上采电板2和下采电板8之间依次设有若干金属双极板3、气体扩散层4、燃料电池单体11和MEA膜电极10，金属双极板3的使用，相比于石墨板可以节省制造成本，相比于石墨板可以减轻空冷燃料电池电堆的重量及体积，不同于石墨板，阴极金属板包含供气流道及冷却流道，可以增加阴极空气过气量，同比与石墨板电堆，可以使用更小风量的风机；燃料电池电堆使用双面背胶基材垫与MEA膜电极10形成燃料电池单体11，具有结构简单，逐个单体可以自动化组装，增加燃料电池生产效率的特点。

所述金属双极板3的向下两侧分别设有气体通道14和气体副通道15，所述上端板1和下端板7之间通过安装孔安装有若干电堆紧固杆6，所述上端板1和下端板7之间通过电堆紧固杆6进行固定，并通过紧固螺母组合13进行紧固。

具体而言，所述金属双极板3包含阴极金属板、阳极金属板、阴极密封垫5和阳极密封垫9，所述阴极金属板与阳极金属板叠设置，阴极金属板为金属折弯板；可以使用带材金属薄板连续冲压、折弯、冲切及焊接等工序，具有自动化生产便利的特点，阳极金属板与阴极金属板可以是粘接、焊接等固定组合方式；金属双极板3可以是不锈钢、纯钛、钛合金等，且阳极金属板与阴极金属板为材料相同的金属极板，所述阳极金属板和阴极金属板分别具有第一表面和第二表面，且阴极金属板的第一表面与阳极金属板的第二表面彼此接触，阳极密封垫9通过刀模切割成型，作为阳极气体密封及气体流道分配；阴极密封垫5可以是通过刀模裁切的硅胶平垫、模具生产的异型硅胶垫。

具体而言，所述阳极金属板的第一表面具有冲压形成的纵向并行的阳极金属板第一流道16，所述阳极金属板第一流道16设为直流道、蛇形流道、波浪形流道或点状分别流道，所述阳极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阳极金属板第一流道16。

具体而言，所述阴极金属板的第一表面设有冲压或折弯形成横向的阴极金属板第一流道18，所述阴极金属板第一流道18设为矩形槽或梯形槽，所述阴极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阴极金属板第二流道17。

具体而言，所述阳极金属板第一流道16设为氢气气体流道，所述阴极金属板第一流道18设为冷却气体流道，所述阴极金属板第二流道17设为氧气气体流道。

具体而言，所述阳极金属板第一流道16的冲压宽度0.1-3mm，冲压高度0.1-1mm。

具体而言，所述阴极金属板第一流道18的冲压宽度0.5-4mm，所述阴极金属板第二流道17的冲压流场宽度0.5-4mm，冲压折弯高度0.5-3mm。

具体而言，所述上端板1和下端板7上均设有减重加强筋。

工作原理：安装本实用新型时，上采电板和下采电板可以是纯铜板，背面粘贴绝缘材料，绝缘材料采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、玻纤等材料，上采电板和下采电板也可以是环氧树脂板，单面覆铜；采电方式可以是中心焊接采电螺母柱、侧面单出或多出采电极耳；金属双极板的使用，相比于石墨板可以节省制造成本，相比于石墨板可以减轻空冷燃料电池电堆的重量及体积，不同于石墨板，阴极金属板包含供气流道及冷却流道，可以增加阴极空气过气量，同比与石墨板电堆，可以使用更小风量的风机；燃料电池电堆使用双面背胶基材垫与MEA膜电极形成燃料电池单体，具有结构简单，逐个单体可以自动化组装，增加燃料电池生产效率的特点，阴极金属板为金属折弯板；可以使用带材金属薄板连续冲压、折弯、冲切及焊接等工序，具有自动化生产便利的特点，阳极金属板与阴极金属板可以是粘接、焊接等固定组合方式；金属双极板可以是不锈钢、纯钛、钛合金等，且阳极金属板与阴极金属板为材料相同的金属极板，所述阳极金属板和阴极金属板分别具有第一表面和第二表面，且阴极金属板的第一表面与阳极金属板的第二表面彼此接触，阳极密封垫通过刀模切割成型，作为阳极气体密封及气体流道分配；阴极密封垫可以是通过刀模裁切的硅胶平垫、模具生产的异型硅胶垫。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：金属双极板(3)空冷燃料电池电堆包括上端板(1)和下端板(7)，所述上端板(1)的外侧壁设有气体接头(12)，所述上端板(1)和下端板(7)的边缘均设有若干安装孔，所述上端板(1)和下端板(7)相对的一侧分别设有上采电板(2)和下采电板(8)，所述上采电板(2)和下采电板(8)之间依次设有若干金属双极板(3)、气体扩散层(4)、燃料电池单体(11)和MEA膜电极(10)，所述金属双极板(3)的向下两侧分别设有气体通道(14)和气体副通道(15)，所述上端板(1)和下端板(7)之间通过安装孔安装有若干电堆紧固杆(6)，所述上端板(1)和下端板(7)之间通过电堆紧固杆(6)进行固定，并通过紧固螺母组合(13)进行紧固。

2.根据权利要求1所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述金属双极板(3)包含阴极金属板、阳极金属板、阴极密封垫(5)和阳极密封垫(9)，所述阴极金属板与阳极金属板叠设置，所述阳极金属板和阴极金属板分别具有第一表面和第二表面，且阴极金属板的第一表面与阳极金属板的第二表面彼此接触。

3.根据权利要求2所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阳极金属板的第一表面具有冲压形成的纵向并行的阳极金属板第一流道(16)，所述阳极金属板第一流道(16)设为直流道、蛇形流道、波浪形流道或点状分别流道，所述阳极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阳极金属板第一流道(16)。

4.根据权利要求2所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阴极金属板的第一表面设有冲压或折弯形成横向的阴极金属板第一流道(18)，所述阴极金属板第一流道(18)设为矩形槽或梯形槽，所述阴极金属板的第二表面上设有冲压形成的并行设置的阴极金属板第二流道(17)。

5.根据权利要求3所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阳极金属板第一流道(16)设为氢气气体流道。

6.根据权利要求4所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阴极金属板第一流道(18)设为冷却气体流道，所述阴极金属板第二流道(17)设为氧气气体流道。

7.根据权利要求3所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阳极金属板第一流道(16)的冲压宽度0.1-3mm，冲压高度0.1-1mm。

8.根据权利要求4所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述阴极金属板第一流道(18)的冲压宽度0.5-4mm，所述阴极金属板第二流道(17)的冲压流场宽度0.5-4mm，冲压折弯高度0.5-3mm。

9.根据权利要求1所述的一种金属双极板空冷燃料电池电堆，其特征在于：所述上端板(1)和下端板(7)上均设有减重加强筋。