CN209963153U - 一种金属极板中用于支撑膜电极的结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板上，依次平行排列着冲压成型的气腔、层越结构和流场区域；在所述的层越结构的缺口处，还设有进/出气口结构；在金属双极板的上方覆盖有膜电极；在所述的层越结构和进/出气口结构与所述的流场区域之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；由激光焊接而成的密封结构绕经凸起结构的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径。本实用新型解决了传统金属极板中膜电极部件在流场区域与气体进/出口结构间的跨距区域发生凹陷的问题，引入凸起结构用于支撑膜电极，满足支撑膜电极、引导气体流动扩散的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池的金属极板中用于支撑膜电极的结构。
背景技术
质子交换膜燃料电池的金属双极板由两块厚度为0.1~0.5mm的冲压成型的阴、阳极单板经激光焊接而成。阴极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氧气流道；阳极单板有氢气、空气、冷却液出入口，凹槽型氢气流道；氢气、空气进入燃料电池中，通过电化学反应产生电能来供给设备运行，其最终反应产物是水。该能源制备方式具有高效率、零排放等优势，成为未来能源科技发展的新方向。
金属双极板的密封性要求很高，若密封性不好则反应物质和冷却液可能会渗漏，将使电池性能下降或失去作用。目前连接阳、阴极的加工方法均采用焊接方式。在图1中，以氢气在金属双极板组件中的流动行为为例，氢气通过气腔2进入金属双极板1中，经过层越结构3进入进/出气口结构4中，最终通过层越结构3进入流场区域5中；其中，通过激光焊接连接阴、阳单极板，并隔绝氢气在阴、阳单极板夹层间泄漏，所布置激光焊接路径为密封结构6。
如图2所示，为了保证激光焊接良品率，需要通过双侧焊接夹持结构10将阴、阳单极板压紧，再利用激光按照直线焊接路径完成密封结构6的焊接。由于需要足够的空间来布置双侧焊接夹持结构10，从而导致在进/出气口结构4及流场区域5之间形成了4mm左右的跨距区域。
当金属双极板进行反应时，需要在进/出气口结构4及流场区域5上方覆盖膜电极7；如图3所示，由于膜电极7是采用柔性聚合物制成，在跨距区域由于自身刚度小、重力、内外压差等影响，极易发生坍塌形成凹陷，从而影响跨距区域反应气体流动，降低燃料电池使用效率。综上所述，现有金属双极板组件在该跨距区域的设计及处理已经无法满足燃料电池稳定、高效的使用要求。经过对现有技术的文献检索，发现针对膜电极边框在现有金属极板流场与气口衔接区域“塌陷”的解决方案匮乏，相对应的相关专利报道较少。
实用新型内容
本使用新型的目的就是提供一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，以克服上述膜电极部件在传统金属极板流场区域与气体进/出口结构的跨距区域发生凹陷的问题。
本实用新型的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板的阴或阳单极板上，依次平行排列着冲压成型的气腔、层越结构和流场区域；在所述的层越结构的缺口处，还设有进/出气口结构；在进/出气口结构及流场区域上方覆盖有膜电极；其特征在于，在所述的层越结构和进/出气口结构，与所述的流场区域之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；由激光焊接而成的密封结构绕经凸起结构的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径。
本实用新型针对传统金属极板中膜电极部件在流场区域与气体进/出口结构间的跨距区域发生凹陷的问题，引入凸起结构用于支撑膜电极，满足膜电极支撑、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求；并围绕凸起结构，布置曲线焊接路径，完成金属双极板组件的制备，并隔绝反应气体在阴、阳单极板夹层间的泄漏。
附图说明
图1为传统金属极板布置示意图。
图2为传统金属极板焊接夹持及路径示意图。
图3为膜电极在跨距区域凹陷示意图。
图4为具有膜电极凸起结构的金属极板布置示意图。
图5为自带凸起结构的膜电极与金属极板配合示意图。
附图中：1-金属双极板，2-气腔流场区域，3-层越结构，4-进/出气口结构，5-流场区域，6-密封结构，7-膜电极，8-凸起结构，9-曲线密封路径，10-双侧焊接夹持结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图4和图5。一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板1上，依次平行排列着冲压成型的气腔2、层越结构3和流场区域5；在所述的层越结构3的缺口处，还设有进/出气口结构4；在金属双极板1的上方还覆盖有膜电极7；其特征在于，在所述的层越结构3和进/出气口结构4与所述的流场区域5之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构8，若干点状凸起结构共同形成一个条状支撑带；由激光焊接而成的密封结构绕经凸起结构的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径。金属双极板1中，存在冲压成型的气腔2、层越结构3、进/出气口结构4以及流场区域5；其特征在于，在所述的层越结构3和进/出气口结构4与所述的流场区域5之间的跨距区域内，设置有点状凸起结构8，所述的凸起结构8的间距为1~1.5mm；而激光焊接而成的密封结构6的路经凸起结构8的间隙，形成曲线形的密封路径9。
氢气通过气腔2进入金属双极板1中，经过层越结构3进入进/出气口结构4中，最终通过层越结构3进入流场区域5中；具有曲线形的密封路径9的密封结构6通过激光焊而成，连接着阴、阳单极板，并隔绝氢气在阴、阳单极板夹层间泄漏。
作为优选，所述凸起结构8呈前后错位排列方式，以减少膜电极悬置面积及满足冲压制备工艺为选择前提。
进一步地，所述的凸起结构8的直径为1~1.5mm，截面形状可为圆形、方形或者菱形，凸起结构8的间距为1~1.5mm；该凸起结构主要用于支撑该处的膜电极，使其在反应过程中不因悬置区域过大而发生凹陷，影响该处反应气体的流动，以满足膜电极支撑、引导气体流动扩散及冲压制备工艺要求为前提。
所述支撑膜电极的凸起结构8可以在阴、阳单极板上通过冲压工艺直接制备，也可以通过注塑工艺将凸起结构8制备于阴、阳单极板上。
进一步地，如图5所示，在膜电极7上，对应于所述的进/出气口结构4与所述的流场区域5之间的跨距区域内，直接设有所述的凸起结构8，而金属双极板1上的密封结构6采用直线焊接路径即可。
Claims (4)
1.一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，主要包括：在金属双极板（1）上，依次平行排列着冲压成型的气腔（2）、层越结构（3）和流场区域（5）；在所述的层越结构的缺口处，还设有进/出气口结构（4）；在金属双极板（1）的上方还覆盖有膜电极（7）；其特征在于，在所述的层越结构（3）和进/出气口结构（4）与所述的流场区域（5）之间，存在一个跨距区域，其内设有点状凸起结构（8），若干点状凸起结构（8）共同形成一个条状支撑带；密封结构（6）绕经凸起结构（8）的点与点之间的空隙，形成曲线形的密封路径（9）。
2.根据权利要求1所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，所述凸起结构（8）呈前后错位排列方式。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，所述的凸起结构（8）的直径为1~1.5mm，截面形状为圆形、方形或菱形，凸起结构（8）的间距为1~1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属极板中用于支撑膜电极的结构，其特征在于，在膜电极（7）上，对应于所述的进/出气口结构（4）与所述的流场区域（5）之间的跨距区域内，直接设有所述的凸起结构（8），而金属双极板（1）上的密封结构（6）采用直线焊接路径即可。
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| CN114400347A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-04-26 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种用于燃料电池的双极板以及燃料电池 |
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