CN211238392U - 具有密封结构的燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有密封结构的燃料电池电堆，包括膜电极组件和双极板，上述燃料电池电堆还包括密封结构，密封结构包括环绕在膜电极组件四周的垫片、设置在双极板边缘的密封区和堆叠设置在垫片与密封区之间的密封胶线；密封区设置有凸起和凹槽，密封胶线朝向密封区的一侧具有插入到凹槽中的凸起，密封胶线的凸起侧面与凹槽侧面接合，密封胶线的凸起顶端不与凹槽底面接触。本实用新型的燃料电池电堆通过密封结构的设置，避免由于横向力导致密封胶线与双极板堆叠错位造成短路，保障双极板的密封，同时预留出密封胶线挤压变形的空间，避免由于堆叠方向的压力导致密封胶线与双极板和垫片的紧密接触造成垫片变形的问题。

Description

具有密封结构的燃料电池电堆

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种具有密封结构的燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置，具有清洁无污染、能量转化效率高、能量密度高等优点，在交通运输、信号基站等领域具有广阔的应用前景。

燃料电池的核心零部件主要包括膜电极组件和双极板，其中膜电极组件由两侧涂覆有阳极和阴极的聚合物电解质膜以及阳极和阴极外侧的气体扩散层组成。双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板朝向膜电极组件的一侧分别设置有流道，且阳极板和阴极板分别与气体扩散层接触。氢气进入阳极板流道，扩散通过气体扩散层，在催化剂的作用下分离为质子和电子，质子穿过聚合物电解质膜到达阴极并与阴极侧的氧气结合，在催化剂的作用下生成水；无法穿过质子交换膜的电子会通过气体扩散层、双极板流出进入外电路，产生电能。在燃料电池中，氢气和氧气不能直接接触，必须通过密封结构隔开，否则燃料电池的安全性无法得到保障。由于在燃料电池中，氢气主要分布在阳极板流道内而空气主要分布在阴极板流道内，因此，燃料电池双极板与膜电极组件之间的密封至关重要。

目前在燃料电池中，双极板与膜电极组件之间的密封主要通过密封胶线实现，通常是通过胶黏剂将密封胶线粘接在双极板的密封槽内。然而，在燃料电池电堆组装过程中，双极板和膜电极组件都会受到来自堆叠方向的压力，密封胶线与双极板以及膜电极的紧密接触容易导致膜电极边框垫片变形，造成燃料电池结构变形，效率下降甚至失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够克服现有技术的缺陷，在保证双极板密封的同时避免效率降低的燃料电池电堆。

技术方案：本实用新型提供一种具有密封结构的燃料电池电堆，包括膜电极组件和双极板，上述燃料电池电堆还包括密封结构，密封结构包括环绕在膜电极组件四周的垫片、设置在双极板边缘的密封区和堆叠设置在垫片与密封区之间的密封胶线；密封区设置有密封区凸起和凹槽，密封胶线朝向密封区的一侧具有插入到凹槽中的密封胶线凸起，密封胶线的密封胶线凸起侧面与凹槽侧面接合，密封胶线的密封胶线凸起顶端不与凹槽底面接触。

上述燃料电池电堆，通过密封胶线朝向密封区的一侧具有插入到凹槽中的密封胶线凸起，密封胶线的密封胶线凸起侧面与凹槽侧面接合的结构设置，使得密封胶线与双极板密封区相互限位，避免由于横向力导致密封胶线与双极板堆叠错位造成短路，保障双极板的密封；同时密封胶线的密封胶线凸起顶端不与凹槽底部接触，可预留出密封胶线挤压变形的空间，避免由于堆叠方向的压力导致密封胶线与双极板以及垫片的紧密接触造成垫片变形的问题。

上述密封胶线由硅橡胶、氯醚橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶制成，密封胶线与双极板之间可通过现有的胶黏剂粘结；优选地，密封区外侧边缘的密封区凸起外侧覆盖有所述密封胶线，进一步强化了密封作用。

优选地，上述密封区设置有4～6个环形凸起和3～5个环形凹槽，密封胶线设置有3～5个伸入至上述环形凸起中的环形凹槽。

环形凹槽底面为平面，可进一步加强密封胶线与双极板密封区之间的限位作用，避免由于横向力导致密封胶线与双极板堆叠错位。

上述膜电极组件的厚度大于所述垫片的厚度，垫片、所述密封区和所述密封胶线外沿平齐；优选地，密封胶线的非凸起部位的厚度一致，密封胶线的非凸起部位的厚度为膜电极组件与垫片之间厚度差的0.8～1.5倍，这样可以保障对双极板的充分密封。

上述密封胶线的密封胶线凸起体积占所述密封区的凹槽的体积的60％～90％

技术效果：本实用新型的燃料电池电堆通过密封结构的设置，使得密封胶线与双极板密封区相互限位，避免由于横向力导致密封胶线与双极板堆叠错位造成短路，保障双极板的密封，同时预留出密封胶线挤压变形的空间，避免由于堆叠方向的压力导致密封胶线与双极板和垫片的紧密接触造成垫片变形的问题。

附图说明

图1是本实用新型的燃料电池电堆中双极板及其两侧的膜电极堆叠情况示意图；

图2是图1中虚线圈出的部分结构放大示意图。

其中，附图标记分别为：

1-膜电极组件；2-双极板；3-垫片；4-流道区；5-密封区；6-密封区凸起；7- 凹槽；8-密封胶线；9-密封胶线凸起。

具体实施方式

下面将结合附图1-2对本实用新型进行详细说明。需要注意的是，为了便于理解，附图中所示出的各部分的尺寸并非按照实际比例进行绘制。另外，对于本领域技术人员已知的技术在此可能不作详细描述，但应当被视为说明书的一部分。

如图1和图2所示，一种具有密封结构的燃料电池电堆，包括堆叠在一起的膜电极组件1和双极板2。膜电极组件1四周环绕有垫片3，垫片3由橡胶材料构成。双极板2为金属双极板或石墨双极板，包括流道区4和密封区5，密封区 5设置有方环形的密封区凸起6和凹槽7。垫片3与密封区5之间设置有密封胶线8，密封胶线8朝向密封区5的一侧具有插入到凹槽7中的密封胶线凸起9，密封胶线凸起9侧面与凹槽侧面接合但顶端不与凹槽7底部接触，也就是说，在凹槽7中底部预留有部分空间未被密封胶线8填满。上述“方环形”是指两个四边分别平行的矩形之间的部分。

密封胶线8的非凸起部位的厚度一致，且密封胶线8两面分别与垫片3以及密封区5接合。密封胶线8的非凸起部位的厚度为膜电极组件1与垫片3之间厚度差的1倍，这样可以保障对双极板2的充分密封。

上述密封胶线8由硅橡胶、氯醚橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶制成；密封胶线 8与双极板2之间通过现有的胶黏剂粘结。优选地，密封区5外侧边缘的密封区凸起6外侧覆盖有所述密封胶线8，进一步强化了密封作用。

上述密封区5设置有6个方环形密封区凸起6和5个方环形凹槽7，方环形凹槽7底面为平面，密封胶线8设置有5个与方环形凹槽7宽度适配的方环形密封胶线凸起9，这种多个凸起和凹槽的设置可进一步加强密封胶线与双极板密封区之间的限位作用，避免由于横向力导致密封胶线与双极板堆叠错位。

上述膜电极组件1的厚度大于垫片3的厚度，垫片3、密封区5和密封胶线 8外沿平齐；密封胶线8的凸起体积占密封区5的凹槽的体积的80％。

上述燃料电池电堆，通过密封胶线8朝向双极板边缘密封区5的一侧具有插入到凹槽7中的密封胶线凸起9，密封胶线8的密封胶线凸起9侧面与凹槽7侧面接合的结构设置，使得密封胶线8与双极板密封区5相互限位，避免由于横向力导致密封胶线8与双极板堆叠错位造成短路，保障双极板的密封；同时密封胶线8的密封胶线凸起9顶端不与凹槽7底部接触，可预留出密封胶线8挤压变形的空间，避免由于堆叠方向的压力导致密封胶线8与双极板2以及垫片3的紧密接触造成垫片3变形的问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有密封结构的燃料电池电堆，包括膜电极组件(1)和双极板(2)，其特征在于，所述燃料电池电堆还包括密封结构，所述密封结构包括环绕在所述膜电极组件四周的垫片(3)、设置在所述双极板(2)边缘的密封区(5)和堆叠设置在所述垫片(3)与所述密封区(5)之间的密封胶线(8)；所述密封区(5)设置有密封区凸起(6)和凹槽(7)，所述密封胶线(8)朝向所述密封区(5)的一侧具有插入到所述凹槽(7)中的密封胶线凸起(9)，所述密封胶线(8)的密封胶线凸起(9)侧面与所述凹槽(7)侧面接合，所述密封胶线(8)的密封胶线凸起(9)顶端不与所述凹槽(7)底面接触。

2.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述密封区(5)外侧边缘的密封区凸起(6)外侧覆盖有所述密封胶线(8)。

3.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述密封区(5)设置有4～6个环形凸起和3～5个环形凹槽。

4.根据权利要求3所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述密封胶线(8)设置有3～5个伸入到所述环形凹槽中的环形凸起。

5.根据权利要求3所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述环形凹槽底面为平面。

6.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述膜电极组件(1)的厚度大于所述垫片(3)的厚度；所述密封胶线(8)的非凸起部位的厚度为所述膜电极组件(1)与所述垫片(3)的厚度差的0.8～1.5倍。

7.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述密封胶线(8)的非凸起部位的厚度一致。

8.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述密封胶线(8)的密封胶线凸起(9)体积占所述密封区(5)的凹槽(7)的体积的60％～90％。

9.根据权利要求1所述的具有密封结构的燃料电池电堆，其特征在于，所述垫片(3)、所述密封区(5)和所述密封胶线(8)外沿平齐。

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