CN211088400U - 一种隔板流道扩散层复合结构及使用该结构的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔板流道扩散层复合结构及使用该结构的燃料电池，其中，隔板流道扩散层复合结构包括隔板、扩散层以及设置在隔板和扩散层之间的流道层，所述流道层由间隔布置的条状隔断组成，相邻隔断之间构成供气体通过的流道，所述的条状隔断采用导电多孔材料制备。采用该结构，可以使燃料电池结构更薄，更加方便加工，且具有更高的体积比功率密度。

Description

一种隔板流道扩散层复合结构及使用该结构的燃料电池

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种隔板流道扩散层复合结构及使用该结构的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池模块构成，每个电池模块包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。

双极板是燃料电池的关键部件之一，双极板包括阳极流场板和阴极流场板，其中，阳极流场板设有若干间隔排列的燃料气体通道，阴极流场板设有若干间隔排列的氧化剂气体通道，供给至燃料气体通道的氢气与供给至氧化剂气体通道的空气在PEMFC中的阴极气体扩散层发生反应并形成产物水，阴极气体扩散层内的产物水排向氧化剂气体通道，并在氧化剂气体通道内的多余空气的吹扫作用下排出氧化剂气体通道。

公开号为CN101789511A的中国专利文献公开了一种集成流场结构的膜电极组件及其燃料电池，该膜电极组件包括两层气体导流层、两层气体扩散层、两层催化层和一层质子交换膜层，其中两层催化层设置在质子交换膜层上形成中间层，两层气体扩散层分别与中间层连接并设置在中间层的两侧，两层气体导流层分别与两层气体扩散层连接。

上述技术方案虽然设置了气体导流层，简化了双极板的结构，然而其加工方式较为复杂，且气体导流层厚度难以进一步缩小。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种隔板流道扩散层复合结构及使用该结构的燃料电池，可以使燃料电池结构更薄，具有更高的体积比功率密度。

本实用新型的技术方案如下：

一种隔板流道扩散层复合结构，包括隔板、扩散层以及设置在隔板和扩散层之间的流道层，所述流道层由间隔布置的条状隔断组成，相邻隔断之间构成供气体通过的流道，所述的条状隔断采用导电多孔材料制备。

本实用新型中，流道层可由导电多孔材料冲裁加工而成，加工方便，在相同流道深度的情况下，可以使流道层的厚度更小，使整体结构更薄。

所述的流道层与扩散层的材料相同，均为碳纤维毡或碳纸，使得流道层和扩散层的接触电阻小。

所述的隔板的厚度为0.8～1.2mm，采用碳板或防腐镀层金属板。

所述的流道层为一体结构或多片结构。其中一体结构可以定位后直接放置在隔板与扩散层之间，多片结构需要使用导电胶粘于隔板上再进行安装，该种结构加工方便，采用刀模就能进行生产，省去了冲压模具，雕刻机床等设备投资，并且流道之间隔断也有多孔材料进行物质交换。

所述流道层的外圈设有密封垫。

本实用新型还提供了一种使用上述隔板流道扩散层复合结构的燃料电池，由若干个单电池模块电堆而成，每个单电池模块包括两个隔板流道扩散层复合结构和设置在两个扩散层之间的CCM膜。

每个单电池模块由一体成型的橡胶或者硅胶密封保护外框进行连接与粘接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用碳纤维毡或者碳纸等易于冲裁的片状导电材料冲裁成双极板的流道隔断，与扩散层、金属隔板形成复合结构，加工更为简便，且在相同流道深度的情况下，整体厚度更小，提高了体积比功率密度。

2、本实用新型中，碳纤维毡或碳纸构成的流道层各流道之间的隔断也由多孔材料形成一定的气流交换，有利于极板内部气体的均匀分布。

附图说明

图1为本实用新型中单电池模块的整体结构实体图；

图2为本实用新型中单电池模块的截面示意图；

图3为现有在隔板上切割流道的气体流动示意图；

图4为本实用新型结构的气体流动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1和2所示，一种隔板流道扩散层复合结构，分为阴极部分和阳极部分，阴极部分包括阴极隔板1、阴极密封垫2、阴极流道层3a、阴极扩散层3b，阳极部分包括阳极扩散层5a、阳极流道层5b、阳极密封垫6和阳极隔板7。其中，阴极流道层3a和阳极流道层5b使用冲裁成型碳纤维毡或者碳纸等其他导电多孔材料，冲裁成一体或多片结构。

其中，一体结构可以定位后直接放置在隔板与扩散层之间，多片结构需要使用导电胶粘于隔板上再进行安装，该种结构加工方便，采用刀模就能进行生产，省去了冲压模具，雕刻机床等设备投资，并且流道之间隔断也有多孔材料进行物质交换。

本实施例还提供了一种采用上述隔板流道扩散层复合结构的燃料电池，燃料电池由若干个单电池模块电堆而成，每个单电池模块包括两个隔板流道扩散层复合结构和设置在两个扩散层之间的CCM膜4。每个单电池模块由一体成型的橡胶或者硅胶密封保护外框进行连接与粘接，使得电堆的拆卸与安装更加方便与安全。

如图2所示，阴极流道层3a由间隔布置的条状隔断9组成，相邻隔断之间构成供气体通过的流道8。阳极流道层5b由间隔布置的条状隔断11组成，相邻隔断之间构成供气体通过的流道10。

传统的隔断一般采用在隔板上切割流道的方式，其气体流动方向如图3所示，与传统隔断方式相比，本申请中，碳纤维毡或碳纸构成的流道层各流道之间的隔断也由多孔材料形成一定的气流交换，更加有利于极板内部气体的均匀分布，具体流动方式参见图4。

本实用新型中，流道层和扩散层材料一致，接触电阻小；碳纤维表面毡厚度小，有效减小燃料电池电堆体积，提高体积功率密度；碳纤维本身重量轻，可以有效提高电堆质量功率密度；复合结构对比金属双极板电堆则具有更高的耐腐蚀性和更低的生产研发成本，对比石墨板则具有更高的强度和更低的生产成本；一体成型的单电池结构，便于拆装与维修，提高了产品安全性。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隔板流道扩散层复合结构，其特征在于，包括隔板、扩散层以及设置在隔板和扩散层之间的流道层，所述流道层由间隔布置的条状隔断组成，相邻隔断之间构成供气体通过的流道，所述的条状隔断采用导电多孔材料制备。

2.根据权利要求1所述的隔板流道扩散层复合结构，其特征在于，所述的流道层与扩散层的材料相同，均为碳纤维毡或碳纸。

3.根据权利要求1所述的隔板流道扩散层复合结构，其特征在于，所述的隔板的厚度为0.8～1.2mm，采用碳板或防腐镀层金属板。

4.根据权利要求1所述的隔板流道扩散层复合结构，其特征在于，所述的流道层为一体结构或多片结构。

5.根据权利要求1所述的隔板流道扩散层复合结构，其特征在于，所述流道层的外圈设有密封垫。

6.一种包括权利要求1～5任一所述隔板流道扩散层复合结构的燃料电池，其特征在于，由若干个单电池模块电堆而成，每个单电池模块包括两个隔板流道扩散层复合结构和设置在两个扩散层之间的CCM膜。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，每个单电池模块由一体成型的橡胶或者硅胶密封保护外框进行连接与粘接。

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