CN211957803U - 一种燃料电池电堆结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池电堆结构，其属于氢燃料电池技术领域，包括第一端板、第二端板、阴极板、阳极板、膜电极、正极集流板及负极集流板，阴极板包括相对设置的第一顶端和第一底端，阳极板包括相对设置的第二顶端和第二底端，正极集流板的一端固定于第一端板的顶端，正极集流板的另一端固定于第二端板的顶端，多个第一顶端均与正极集流板电性接触；负极集流板的一端固定于第一端板的底端，负极集流板的另一端固定于第二端板的底端，多个第二底端均与负极集流板电性接触。本实用新型提供的燃料电池电堆结构，厚度可以较小，进而使得燃料电池电堆结构在水平方向上所占据的空间可以较小，进而能够应用在对水平方向空间要求较高的场景中。

Description

一种燃料电池电堆结构

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆结构。

背景技术

氢燃料电池电堆通常由双极板和膜电极组件堆叠而成，形成多个单电池的串联状态，膜电极两侧分别通入氢气和空气，在膜电极中催化剂的作用下完成电化学反应，并输出电能。

现有技术中，氢燃料电池电堆通常包括两个端板，位于两个端板之间的多个双极板，位于相邻两个双极板之间的膜电极结构，靠近一个端板设置的负极集流板及靠近另一个端板设置的正极集流板，也即是，现有技术中，两个端板、双极板、正极集流板及负极集流板层叠设置。为了提高氢燃料电池的电流输出，两个端板之间通常设置较多双极板，导致氢燃料电池电堆的厚度较大，且由于正极集流板和负极集流板的存在，导致氢燃料电池电堆的厚度进一步增大，进而导致氢燃料电池电堆的厚度较大，当燃料电池电堆水平放置时，占据了较大的空间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池电堆结构，厚度可以较小，进而使得燃料电池电堆结构在水平方向上所占据的空间可以较小，进而能够应用在对水平方向空间要求较高的场景中。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种燃料电池电堆结构，包括：

第一端板；

第二端板，与所述第一端板相对设置；

阴极板，设置有多个，多个所述阴极板位于所述第一端板和所述第二端板之间，所述阴极板包括相对设置的第一顶端和第一底端；

阳极板，设置有多个，多个所述阳极板位于所述第一端板和所述第二端板之间，且多个所述阳极板与多个所述阴极板交错设置，所述阳极板包括相对设置的第二顶端和第二底端；

膜电极，设置有多个，所述膜电极位于相邻的所述阴极板和所述阳极板之间；

正极集流板，所述正极集流板的一端固定于所述第一端板的顶端，所述正极集流板的另一端固定于所述第二端板的顶端，多个所述第一顶端均与所述正极集流板电性接触；

负极集流板，所述负极集流板的一端固定于所述第一端板的底端，所述负极集流板的另一端固定于所述第二端板的底端，多个所述第二底端均与所述负极集流板电性接触。

可选地，所述第一顶端凸出于所述第二顶端，所述第二底端凸出于所述第一底端。

可选地，所述第一顶端凸出于所述第一端板的顶端，所述第二底端凸出于所述第一端板的底端。

可选地，还包括第一绝缘垫片和第二绝缘垫片，所述第一端板与所述正极集流板之间及所述第二端板与所述正极集流板之间均设有所述第一绝缘垫片，所述第一端板与所述负极集流板之间及所述第二端板与所述负极集流板之间均设有所述第二绝缘垫片。

可选地，所述第一绝缘垫片的厚度等于所述第一顶端凸出于所述第一端板的顶端的长度，所述第二绝缘垫片的厚度等于所述第二底端凸出与所述第一端板的底端的长度。

可选地，所述正极集流板的下表面与所述阴极板接触，所述正极集流板的上表面及侧表面均涂覆有绝缘层；

所述负极集流板的上表面与所述阳极板接触，所述负极集流板的下表面及侧表面均涂覆有绝缘层。

可选地，所述正极集流板上设有多个第一凹槽，多个所述第一凹槽与多个所述第一顶端一一对应，所述第一顶端卡设于其对应的所述第一凹槽中；和/或

所述负极集流板上设有多个所述第二凹槽，多个所述第二凹槽与多个所述第二底端一一对应，所述第二底端卡设于其对应的所述第二凹槽中。

可选地，所述第一顶端通过导电胶与所述正极集流板粘接，所述第二底端通过所述导电胶与所述负极集流板粘接。

可选地，所述正极集流板的一端设有第一连接部，所述第一连接部用于与正极电源电连接，和/或，所述负极集流板的一端设有第二连接部，所述第二连接部用于与负极电源电连接。

可选地，所述阴极板的材质为金属，所述阳极板的材质为石墨。

本实用新型的有益效果至少包括：

本实用新型提供的燃料电池电堆结构，正极集流板和负极集流板位于第一端板的上下两端，使得燃料电池电堆结构的厚度可以较小，进而使得燃料电池电堆结构在水平方向上所占据的空间可以较小，进而能够应用在对水平方向空间要求较高的场景中。

并且，通过将阴极板和阳极板上下错开设置，使得阴极板能够与正极集流板直接接触，且阳极板能够与负极集流板直接接触，有利于电能的收集输送。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的燃料电池电堆结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的燃料电池电堆结构上部分的局部示意图；

图3是本实用新型实施例提供的燃料电池电堆结构下部分的局部示意图；

图4是本实用新型实施例提供的燃料电池电堆结构的分解结构示意图一；

图5是本实用新型实施例提供的燃料电池电堆结构的分解结构示意图二。

图中：

1、第一端板；2、第二端板；3、阴极板；31、第一顶端；32、第一底端；4、阳极板；41、第二顶端；42、第二底端；5、膜电极；6、正极集流板；61、第一连接部；7、负极集流板；71、第二连接部；8、第一绝缘垫片；9、第二绝缘垫片；10、绝缘板。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。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。

本实施例提供了一种燃料电池电堆结构，该燃料电池电堆结构的正极集流板和负极集流板位于第一端板的上下两端，使得燃料电池电堆结构的厚度可以较小。

如图1至图5所示，该燃料电池电堆结构包括第一端板1、与第一端板1相对设置的第二端板2、多个阴极板3、多个阳极板4、多个膜电极5、一个正极集流板6及一个负极集流板7。

其中，第一端板1和第二端板2均呈矩形板状，且第一端板1和第二端板2均具有上端和下端，第一端板1的上端与第二端板2的上端平齐，第一端板1的下端与第二端板2的下端平齐。

多个阴极板3位于第一端板1和第二端板2之间，且每个阴极板3均包括相对设置的第一顶端31和第一底端32。阴极板3可以为矩形板状结构，此时，第一顶端31为阴极板3的上端，第一底端32为阴极板3的下端。多个阳极板4位于多数第一端板1和第二端板2之间，且多个阳极板4与多个阴极板3交错设置，即是阴极板3与阳极板4的排布方式为一个阴极板3、一个阳极板4、一个阴极板3，依次排布。阳极板4可以为矩形板状结构，此时，第二顶端41为阳极板4的上端，第二底端42为阳极板4的下端，阳极板4包括相对设置的第二顶端和第二底端。并且，如图2所示，第一顶端31凸出于第二顶端41，如图3所示，第二底端32凸出于第一底端31，也即是，阴极板3和阳极板4上下错开设置，阴极板3和阳极板4既有重合的部分，还有不重合的部分。

膜电极5位于相邻的阴极板3和阳极板4之间，且每个阴极板3和阳极板4之间仅设置一个膜电极5，并且，膜电极5的两侧分别涂覆有阴极催化层和阳极催化层，其中膜电极5涂覆阴极催化层的一侧与阴极板3接触或相邻，膜电极5涂覆阳极催化层的一侧与阳极板4接触或相邻。

正极集流板6的一端固定于第一端板1的顶端，正极集流板6的另一端固定于第二端板2的顶端，也即是，正极集流板6跨设固定在第一端板1和第二端板2上，且多个第一顶端31均与正极集流板6电性接触，使得正极集流板6能够与阴极板3电性连接，以使得阴极板3上产生的电能被正极集流板6收集并传输，而多个第二顶端32与正极集流板6之间存在间距，使得正极集流板6无法与阳极板4接触。

负极集流板7的一端固定于第一端板1的底端，负极集流板7的另一端固定于第二端板2的底端，也即是，负极集流板7跨设固定在第一端板1和第二端板2上，且多个第二底端42均与负极集流板7电性接触，使得负极集流板7能够与阳极板4电性连接，以使得阳极板4上产生的电能被负极集流板6收集并传输，而多个第一底端32与负极集流板7之间存在间距，使得负极集流板7无法与阴极板3接触。

本实施例提供的燃料电池电堆结构，正极集流板6和负极集流板7位于第一端板1的上下两端，使得燃料电池电堆结构的厚度可以较小，进而使得燃料电池电堆结构在水平方向上所占据的空间可以较小，进而能够应用在对水平方向空间要求较高的场景中。

并且，通过将阴极板3和阳极板4上下错开设置，使得阴极板3能够与正极集流板6直接接触，且阳极板4能够与负极集流板7直接接触，有利于电能的收集输送。

可选地，本实施例中，阴极板3的第一顶端31还可以与阳极板4的第二顶端41平齐，此时，需要在第二顶端41上涂覆或设置绝缘层，以防止第二顶端41与正极集流板6接触。类似地，阳极板4的第二底端42还可以与阴极板3的第一底端32平齐，此时，需要在第一底端32上涂覆或设置绝缘层，以方式第一底端32与负极集流板7接触。

可选地，如图2所示，第一顶端31凸出于第一端板1(或第二端板2)的顶端，也即是，正极集流板6与第一端板1(或第二端板2)之间存在间距。第二底端42凸出于第一端板1(或第二端板2)的底端，也即是，负极集流板7与第一端板1(或第二端板2)。其中，第一端板1及第二端板2可以通过螺钉与正极集流板6固定连接，具体的，第一端板1、第二端板2及正极集流板6上均设置有螺孔，螺钉依次穿过正极集流板6和第一端板1(或第二端板2)上的螺纹孔，以固定正极集流板6。类似地，负极集流板7也可以通过螺钉固定在第一端板1(或第二端板2)上。

进一步地，如图4所示，燃料电池电堆结构还可以包括第一绝缘垫片8和第二绝缘垫片9。第一端板1与正极集流板6之间及第二端板2与正极集流板6之间均设有第一绝缘垫片8，以使得第一绝缘垫片8能够密封正极集流板6与第一端板1的顶端(或第二端板2的顶端)之间的间隙；第一端板1与负极集流板7之间及第二端板2与负极集流板7之间均设有第二绝缘垫片9，以使得第二绝缘垫片9能够密封负极集流板7与第一端板1的底端(或第二端板2的底端)之间的间隙。

可选地，第一绝缘垫片8的厚度等于第一顶端31凸出于第一端板1的顶端的长度，以保证第一顶端31能够与正极集流板6有效地接触，第二绝缘垫片9的厚度等于第二底端42凸出与第一端板1的底端的长度，以保证第二底端42能够与负极集流板7有效地接触。

本实施例中，正极集流板6的下表面与阴极板3接触，且正极集流板6的上表面及侧表面均涂覆有绝缘层，以防止漏电。负极集流板7的上表面与阳极板接触，负极集流板7的下表面及侧表面均涂覆有绝缘层。

可选地，正极集流板6的下表面上设有多个第一凹槽，该多个第一凹槽与多个第一顶端31一一对应，且第一顶端31卡设于其对应的第一凹槽中，使得第一顶端31与第一凹槽的槽底、侧壁均能够接触，增大了第一顶端31与第一凹槽的接触面积，进而增大了阴极板3与正极集流板6的接触面积；和/或，负极集流板7的上表面上设有多个第二凹槽，该多个第二凹槽与多个第二底端42一一对应，且第二底端42卡设于其对应的第二凹槽中，使得第二底端42与第二凹槽的槽底、侧壁均能够接触，增大了第二底端42与第二凹槽的接触面积，进而增大了阳极板4与负极集流板7的接触面积。通过该设置，能够提高正极集流板6与阴极板3，以及负极集流板7与阳极板4之间的连接稳定性。

可选地，第一顶端31可以通过导电胶与正极集流板6粘接，第二底端42通过导电胶与负极集流板7粘接。并且，在正极集流板6的下表面及负极集流板7的上表面具有凹槽的情况下，也可以通过导电胶将第一顶端31与正极集流板6，以及第二底端42与负极集流板7粘接。

可选地，如图4所示，正极集流板6的一端设有第一连接部61，该第一连接部61用于与正极电源电连接，和/或，负极集流板7的一端设有第二连接部71，第二连接部71用于与负极电源电连接。具体的，该第一连接部61和第二连接部71可以呈长条状，且第一连接部61和第二连接部71上均设有通孔，该通孔用于与导线连接。

可选地，多个阴极板3均为金属板，也即是，阴极板3的材料为金属材料，多个阳极板4均为石墨板，也即是，阳极板4的材料为石墨材料。阴极板3采用金属材料，使得阴极板3具有较好的热传导率，由于燃料电池电堆结构反应生成的热大部分在阴极板3，因此，可以提高阴极板3的散热效率，进而使得燃料电池电堆结构具有较高的散热效率，阳极板4采用石墨材料，使得阳极板4能够耐腐蚀，提高了阳极板4的使用寿命，进而使得燃料电池电堆结构的使用寿命可以较长，且由于石墨的成本较低，进而使得燃料电池电堆结构的成本可以较低，因此，本实施例提供的燃料电池电堆结构的整体性能较高。

另外，本实施例中阴极板3为金属板，相较于现有技术中采用石墨材料的双极板，功率密度可以更高，燃料电池电堆结构内阻可以更低，电堆的强度更好，可见，本实施例提供的燃料电池电堆结构能够兼顾金属和石墨的材料优势，提高燃料电池电堆结构的各方面性能。

第一端板1上设有冷却液口，具体的，第一端板1的上下两端分别设有冷却液入口和冷却液出口。并且，阴极板3上设有连通于冷却液口的冷却液流道，该冷却液流道用于供冷却液流动以冷却阴极板3。

现有技术中，双极板的两侧一侧为空气流道，另一侧为燃料流道，而本实施例中，阴极板3和阳极板4均为单独的板，并没有连接在一起，且阴极板3的两侧均为空气流道，阳极板4的两侧均为燃料流道，使得燃料电池电堆结构的结构可以更优化。本实施例中，燃料电池电堆结构的燃料为氢气。

本实施例中，如图5所示，燃料电池电堆结构还包括两个绝缘板10。两个绝缘板10位于第一端板1和第二端板2之间，且一个绝缘板10固定于第一端板1上，另一个绝缘板10固定于第二端板2上。此时，靠近第一端板1的阴极板3通过该一个绝缘板10固定在第一端板1上，靠近第二端板2的阳极板4通过该另一个绝缘板10固定在第二端板2上。

可选地，燃料电池电堆结构还可以包括箍带，并且，第一端板1和第二端板2上设有箍带槽。箍带设置于箍带槽中并用于紧固第一端板1、第二端板2、阴极板3、阳极板4及膜电极，以进行紧固封装，保证燃料电池电堆结构能够正常使用。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆结构，其特征在于，包括：

第一端板(1)；

第二端板(2)，与所述第一端板(1)相对设置；

阴极板(3)，设置有多个，多个所述阴极板(3)位于所述第一端板(1)和所述第二端板(2)之间，所述阴极板(3)包括相对设置的第一顶端(31)和第一底端(32)；

阳极板(4)，设置有多个，多个所述阳极板(4)位于所述第一端板(1)和所述第二端板(2)之间，且多个所述阳极板(4)与多个所述阴极板(3)交错设置，所述阳极板(4)包括相对设置的第二顶端(41)和第二底端(42)；

膜电极(5)，设置有多个，所述膜电极(5)位于相邻的所述阴极板(3)和所述阳极板(4)之间；

正极集流板(6)，所述正极集流板(6)的一端固定于所述第一端板(1)的顶端，所述正极集流板(6)的另一端固定于所述第二端板(2)的顶端，多个所述第一顶端(31)均与所述正极集流板(6)电性接触；

负极集流板(7)，所述负极集流板(7)的一端固定于所述第一端板(1)的底端，所述负极集流板(7)的另一端固定于所述第二端板(2)的底端，多个所述第二底端(42)均与所述负极集流板(7)电性接触。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一顶端(31)凸出于所述第二顶端(41)，所述第二底端(42)凸出于所述第一底端(32)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一顶端(31)凸出于所述第一端板(1)的顶端，所述第二底端(42)凸出于所述第一端板(1)的底端。

4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，还包括第一绝缘垫片(8)和第二绝缘垫片(9)，所述第一端板(1)与所述正极集流板(6)之间及所述第二端板(2)与所述正极集流板(6)之间均设有所述第一绝缘垫片(8)，所述第一端板(1)与所述负极集流板(7)之间及所述第二端板(2)与所述负极集流板(7)之间均设有所述第二绝缘垫片(9)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一绝缘垫片(8)的厚度等于所述第一顶端(31)凸出于所述第一端板(1)的顶端的长度，所述第二绝缘垫片(9)的厚度等于所述第二底端(42)凸出与所述第一端板(1)的底端的长度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述正极集流板(6)的下表面与所述阴极板(3)接触，所述正极集流板(6)的上表面及侧表面均涂覆有绝缘层；

所述负极集流板(7)的上表面与所述阳极板(4)接触，所述负极集流板(7)的下表面及侧表面均涂覆有绝缘层。

7.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述正极集流板(6)上设有多个第一凹槽，多个所述第一凹槽与多个所述第一顶端(31)一一对应，所述第一顶端(31)卡设于其对应的所述第一凹槽中；和/或

所述负极集流板(7)上设有多个第二凹槽，多个所述第二凹槽与多个所述第二底端(42)一一对应，所述第二底端(42)卡设于其对应的所述第二凹槽中。

8.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一顶端(31)通过导电胶与所述正极集流板(6)粘接，所述第二底端(42)通过所述导电胶与所述负极集流板(7)粘接。

9.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述正极集流板(6)的一端设有第一连接部(61)，所述第一连接部(61)用于与正极电源电连接，和/或，所述负极集流板(7)的一端设有第二连接部(71)，所述第二连接部(71)用于与负极电源电连接。

10.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述阴极板(3)的材质为金属，所述阳极板(4)的材质为石墨。

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