CN210006827U - 一种空冷燃料电池单电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空冷燃料电池单电池，包括下端板，所述下端板的上表面前后对称设有紧固杆的一端，所述紧固杆的数量为6，所述紧固杆的另一端设有上端板，所述下端板和上端板均通过紧固螺栓与紧固杆固定，前后所述紧固杆之间设有单电池，所述单电池的上下两侧均设有集电板,所述集电板远离单电池的一面设有隔绝板，双面胶粘接完成后无需胶体固化时间，可直接组装成品电堆。涂胶、点胶工艺需要等24小时胶体固化时间，双面胶可自动化卷对卷裁切，生产效率高，单件成本低，由于双面胶生产工艺决定胶体是固态没有气泡等缺陷。涂胶、点胶工艺由于胶水是液态与空气接触容易形成气泡影响密封。

Description

一种空冷燃料电池单电池

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体领域为一种空冷燃料电池单电池。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置，通过电化学反应将贮存在燃料气体和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能，具有能量转化效率高，环境污染少的优点，有着广泛的应用前景。

通常燃料电池具有将多个单电池层叠而成的堆叠结构，行业统称其为燃料电池堆。各单电池具有如下构造：膜电极(MEA：Membrane Electrode Assembly)与双极板(BP:Bipolar Plate)，在两者之间形成有用于沿着膜电极表面供给反应气体的气体流道。反应气体从设置在双极板外缘部的反应气体的供给歧管流经膜电极的表面，朝向设置在与供给歧管的外缘部相对的外缘部上的排出歧管流动。向构成燃料电池MEA的阳极电极表面供给燃料气体并向另一方阴极电极表面供给氧化剂气体而产生电化学反应，由此进行发电,其工作原理如下：

阳极：H2→2H++2e-

阴极：1/2O2+H++2e-→H2O

电池反应：H2+1/2O2→H2O

燃料电池由于冷却方式的不同可以分为空气冷却燃料电池(下文简称空冷燃料电池)与液体冷却燃料电池，因为空冷燃料电池结构简单紧凑、供电反应迅速等优点，所以被广泛应用于备用电源、无人机动力电池、叉车动力电池、便携式电源等场景。

目前主流双极板分别采用石墨板和金属板制作。石墨双极板存在体积大、质量重、抗震差等缺点，主要应用于对体积重量要求比较低的场景。金属双极板体积小、质量轻、韧性好，所以在体积、重量比较敏感的应用场景得到广泛应用。专利公布号为：CN106711475A的实用新型专利公布了一种将阴极板与阳极板焊接的金属双极板，同时膜电极与阳极板通过在空白区域涂胶粘接的。其所述的单电池制备方法较为复杂，涂胶工艺设备投入大，固化后的密封胶需要进行二次整形清理，因此我们提出一种空冷燃料电池单电池来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空冷燃料电池单电池，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：一种空冷燃料电池单电池，包括下端板，所述下端板的上表面前后对称设有紧固杆的一端，所述紧固杆的数量为6，所述紧固杆的另一端设有上端板，所述下端板和上端板均通过紧固螺栓与紧固杆固定，前后所述紧固杆之间设有单电池，所述单电池的上下两侧均设有集电板,所述集电板远离单电池的一面设有隔绝板，上侧所述隔绝板的另一面与上端板相贴合，下侧所述隔绝板的另一面与下端板相贴合，所述单电池包括膜电极、阳极板和阴极板，所述膜电极、阳极板和阴极板之间通过双面胶粘贴成型为一体结构，所述阳极板的上表面上均匀设有流道凸部，所述流道凸部横向设置，相邻所述流道凸部之间设有燃料气体流道，所述流道凸部和燃料气体流道构成阳极板的反应区，所述阳极板的上表面与阳极双面胶的一面相贴合，所述阳极双面胶的中部预留有阳极双面胶反应区过孔，所述阳极双面胶的另一面贴合有膜电极组件，所述膜电极组件的上表面与阴极双面胶的一面相贴合，所述阴极双面胶的中部预留有阴极双面胶反应区过孔，所述阴极双面胶的另一面与阴极板相贴合，所述阴极板上预留有氧化剂气体流道和冷媒气体流道，所述氧化剂气体流道和冷媒气体流道交替设置。

优选的，所述单电池包括燃料气体密封垫，所述燃料气体密封垫上设有燃料气体过孔，所述燃料气体密封垫的数量为2，两个所述燃料气体密封垫通过阴极双面胶分别固定在阴极板的两侧，所述燃料气体密封垫在宽度方向与膜电极边缘对齐。

优选的，所述燃料气体密封垫为硅橡胶、聚烯烃类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶和工程塑料等材料制成。

优选的，所述阳极板、阳极双面胶、膜电极组件和阴极双面胶的上表面一侧贯穿设有燃料气体供给孔，所述阳极板、阳极双面胶、膜电极组件和阴极双面胶的上表面另一侧贯穿设有燃料气体排出孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种空冷燃料电池单电池，

1.使用阴/阳极双面胶替代传统涂胶、点胶方式进行各个组件的粘接，具有以下优点：

效率高：双面胶粘接完成后无需胶体固化时间，可直接组装成品电堆。涂胶、点胶工艺需要等24小时胶体固化时间。

成本低：双面胶可自动化卷对卷裁切，生产效率高，单件成本低。涂胶、点胶单次操作时间长，提升产量需要大批采购相关设备。

气密可靠：由于双面胶生产工艺决定胶体是固态没有气泡等缺陷。涂胶、点胶工艺由于胶水是液态与空气接触容易形成气泡影响密封。

外观整洁：双面胶由膜切机裁切成型，外缘尺寸可以与粘接件精准对齐。涂胶、点胶工艺胶水固化过程中有外延现象，需要完全固化后进行二次裁切。

2、本实用新型单电池的阳极板与阴极板分别设置于膜电极两侧，是没有将阳极板与阴极板进行焊接的分体式结构。本机构因为阳极板与阴极板可拆分，所以可以实现膜电极组装件更换。

3、本实用新型单电池集成度较高，易实现燃料电池堆自动化组装工艺。

附图说明

图1为本实用新型的空冷燃料电池电堆结构Y方向正视图；

图2为图1的A处结构放大示意图；

图3为本实用新型的空冷燃料电池电堆结构的概略立体图；

图4为本实用新型的单电池组装模块化后结构的概略立体图；

图5为本实用新型的单电池分解结构的概略立体图。

图中：1-下端板、2-紧固杆、3-上端板、4-单电池、5-集电板、6-隔绝板、7-膜电极、8-阳极板、9-阴极板、10-流道凸部、11-燃料气体流道、12-阳极双面胶、13-阳极双面胶反应区过孔、14-膜电极组件、15-阴极双面胶、16-氧化剂气体流道、17-冷媒气体流道、18-燃料气体密封垫、19-燃料气体过孔、20-燃料气体供给孔、21-燃料气体排出孔、22-阴极双面胶反应区过孔。

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1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种空冷燃料电池单电池，包括下端板1，所述下端板的上表面前后对称设有紧固杆2的一端，所述紧固杆的数量为6，所述紧固杆的另一端设有上端板3，所述下端板和上端板均通过紧固螺栓与紧固杆固定，前后所述紧固杆之间设有单电池4，所述单电池的上下两侧均设有集电板5,所述集电板远离单电池的一面设有隔绝板6，上侧所述隔绝板的另一面与上端板相贴合，下侧所述隔绝板的另一面与下端板相贴合，燃料电池堆由多片单电池层叠而成的堆叠结构，通过端板施加预紧力，紧固杆固定的构成形式；所述单电池包括膜电极7、阳极板8和阴极板9，阳极板与阴极板为0.05～0.2mm的金属薄板冲压成型，金属薄板可以是316L不锈钢、钛合金、铝合金等，阴极板宽度方向尺寸与阳极板一致，阴极板长度方向尺寸小于阳极板，但略大于膜电极组件的阴极扩散层长度方向尺寸；所述膜电极、阳极板和阴极板之间通过双面胶粘贴成型为一体结构，双面胶分为阳极双面胶和阴极双面胶，双面胶上设有供给歧管孔和排出歧管孔，由膜切机切割成型，可实现大批量自动化生产；所述阳极板的上表面上均匀设有流道凸部10，所述流道凸部横向设置，相邻所述流道凸部之间设有燃料气体流道11，所述流道凸部和燃料气体流道构成阳极板的反应区，所述阳极板的上表面与阳极双面胶12的一面相贴合，所述阳极双面胶的中部预留有阳极双面胶反应区过孔13，阳极双面胶外缘尺寸与阳极板外缘尺寸相同，阳极双面胶反应区过孔外缘尺寸略大于阳极板反应区外缘尺寸，且阳极双面胶与阳极板反应区侧贴合；所述阳极双面胶的另一面贴合有膜电极组件14，所述膜电极组件的上表面与阴极双面胶15的一面相贴合，所述阴极双面胶的中部预留有阴极双面胶反应区过孔22，所述阴极双面胶的另一面与阴极板相贴合，阴极双面胶外缘尺寸与膜电极外缘尺寸相同，阴极双面胶反应区过孔外缘尺寸略大于膜电极阴极侧阴极气体扩散层的外缘尺寸，且阴极双面胶与膜电极阴电极侧贴合；所述阴极板上预留有氧化剂气体流道16和冷媒气体流道17，所述氧化剂气体流道和冷媒气体流道交替设置，氧化剂气体流道槽部宽度大于等于冷媒气体流道槽部宽度，且氧化剂气体流道槽部宽度不大于3mm，氧化剂气体流道为燃料电池提供反应所需要的氧化剂，冷媒气体流道为燃料电池提供散热所需要的冷媒，所述氧化剂气体与冷媒均为空气。

具体而言，所述单电池包括燃料气体密封垫18，所述燃料气体密封垫上设有燃料气体过孔19，所述燃料气体密封垫的数量为2，两个所述燃料气体密封垫通过阴极双面胶分别固定在阴极板的两侧，所述燃料气体密封垫在宽度方向与膜电极边缘对齐。

具体而言，所述燃料气体密封垫为硅橡胶、聚烯烃类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶和工程塑料等材料制成。

具体而言，所述阳极板、阳极双面胶、膜电极组件和阴极双面胶的上表面一侧贯穿设有燃料气体供给孔20，所述阳极板、阳极双面胶、膜电极组件和阴极双面胶的上表面另一侧贯穿设有燃料气体排出孔21，阳极板、阳极双面胶、膜电极组件、阴极双面胶贴合后，其各个燃料气体供给孔与燃料气体排出孔同心对齐。

一种空冷燃料电池单电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)阳极双面胶首先与阳极板的反应区侧沿X方向与沿Y方向外缘对齐粘接，阳极双面胶反应区过孔沿X方向与沿Y方向外缘尺寸均大于阳极板的反应区外缘1.0mm；

(2)将膜电极组件的阳极气体扩散层朝向阳极板的反应区，沿X方向与沿Y方向外缘与阳极双面胶外缘对齐与阳极板粘接；

(3)将阴极双面胶与膜电极组件沿X方向与沿Y方向外缘对齐粘接，阴极双面胶反应区过孔沿X方向与沿Y方向外缘尺寸均大于膜电极组件的阴极气体扩散层外缘1.0mm；

(4)将阴极板与阴极双面胶沿Y方向外缘对齐，将阴极板沿X方向位于阴极双面胶中间的位置粘接，且是氧化剂气体流道朝向膜电极组件的阴极气体扩散层方向粘接，阴极板沿X方向外缘尺寸小于阴极双面胶沿X方向外缘尺寸；

(5)将两个燃料气体密封垫与阴极双面胶沿Y方向外缘对齐，分别放置于阴极双面胶沿X方向上的两端并粘接得到单电池；

(6)将多片单电池沿着Z方向堆叠，并利用上端板和下端板夹持得到堆叠构造，在下端板与单电池之间隔着集电板和隔绝板，在上端板与单电池之间隔着集电板和隔绝板，上端板与下端板之间通过紧固杆连接，并由紧固螺栓完成固定。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

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 (4)

1.一种空冷燃料电池单电池，包括下端板(1)，其特征在于：所述下端板(1)的上表面前后对称设有紧固杆(2)的一端，所述紧固杆(2)的数量为6，所述紧固杆(2)的另一端设有上端板(3)，所述下端板(1)和上端板(3)均通过紧固螺栓与紧固杆(2)固定，前后所述紧固杆(2)之间设有单电池(4)，所述单电池(4)的上下两侧均设有集电板(5),所述集电板(5)远离单电池(4)的一面设有隔绝板(6)，上侧所述隔绝板(6)的另一面与上端板(3)相贴合，下侧所述隔绝板(6)的另一面与下端板(1)相贴合，所述单电池(4)包括膜电极(7)、阳极板(8)和阴极板(9)，所述膜电极(7)、阳极板(8)和阴极板(9)之间通过双面胶粘贴成型为一体结构，所述阳极板(8)的上表面上均匀设有流道凸部(10)，所述流道凸部(10)横向设置，相邻所述流道凸部(10)之间设有燃料气体流道(11)，所述流道凸部(10)和燃料气体流道(11)构成阳极板(8)的反应区，所述阳极板(8)的上表面与阳极双面胶(12)的一面相贴合，所述阳极双面胶(12)的中部预留有阳极双面胶反应区过孔(13)，所述阳极双面胶(12)的另一面贴合有膜电极组件(14)，所述膜电极组件(14)的上表面与阴极双面胶(15)的一面相贴合，所述阴极双面胶(15)的中部预留有阴极双面胶反应区过孔(22)，所述阴极双面胶(15)的另一面与阴极板(9)相贴合，所述阴极板(9)上预留有氧化剂气体流道(16)和冷媒气体流道(17)，所述氧化剂气体流道(16)和冷媒气体流道(17)交替设置。

2.根据权利要求1所述的一种空冷燃料电池单电池，其特征在于：所述单电池(4)包括燃料气体密封垫(18)，所述燃料气体密封垫(18)上设有燃料气体过孔(19)，所述燃料气体密封垫(18)的数量为2，两个所述燃料气体密封垫(18)通过阴极双面胶(15)分别固定在阴极板(9)的两侧，且所述燃料气体密封垫(18)在宽度方向与膜电极(7)边缘对齐。

3.根据权利要求2所述的一种空冷燃料电池单电池，其特征在于：所述燃料气体密封垫(18)为硅橡胶、聚烯烃类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶和工程塑料等材料制成。

4.根据权利要求3所述的一种空冷燃料电池单电池，其特征在于：所述阳极板(8)、阳极双面胶(12)、膜电极组件(14)和阴极双面胶(15)的上表面一侧贯穿设有燃料气体供给孔(20)，所述阳极板(8)、阳极双面胶(12)、膜电极组件(14)和阴极双面胶(15)的上表面另一侧贯穿设有燃料气体排出孔(21)。

Images