CN212695199U - 一种空冷型燃料电池用绝缘板 - Google Patents

Abstract

一种空冷型燃料电池用绝缘板，该绝缘板包括：1.由梳形结构的多条梳齿面构成的弧形支撑，在电堆夹紧时，改善电堆堆叠体内部的接触。2.绝缘板上留有集电板和密封垫的限位装置，可以在电堆组装前，将绝缘板、集电板和密封垫集成在一起。3.绝缘板与集电板之间留有冷却气体流道，便于散热。本发明结构简单，即解决了集电板与电堆端板之间的绝缘，增加了集电板、密封垫的限位装置，使电堆内部接触良好，使电堆性能得到了提升。

Description

一种空冷型燃料电池用绝缘板

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种空冷型燃料电池电堆用绝缘板。

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。

通常燃料电池单体是由膜电极、阳极板、阴极板构成，多个电池单体进行串联，形成堆叠体，分别从堆叠体的阴、阳两极用集电板将电堆所产生的电引出，构成了电堆的正、负极；电堆的集电板与电堆端板之间，要用绝缘板分隔，防止电堆的外电路短路。在上下两个端板之间采用螺栓或绑带的形式对电堆进行紧固。

依据所用双极板的类型不同燃料电池电堆可分为石墨板电堆和金属板电堆。石墨板具有导电性好、一致性好、易成型易加工等优点，但由于本身重量较大，在对电堆重量有要求的场所受到了限制。相比之下，金属板燃料电池在重量方面有明显优势。

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。因空冷型金属板燃料电池体积小、重量轻、热量传导快、供电反应迅速、清洁无污染等优点，在小功率电源领域被推广和应用。

由于金属双极板通常是由厚度0.1mm左右的不锈钢带、钛带等材料经冲压、折叠制作而成，受模具制作水平、加工精度等方面的制约，制作出的双极板部件及产品在厚度方面存在一定的差异；由于材料本身较薄，刚性也较差。膜电极的制作过程中也存在平整度不高的问题，因电堆是由多片单体电池组成的堆叠体，构成电堆的每一片材料的公差进行累加，使得电堆内部的接触不是很充分，个别部位会出现接触不良的现象，随着电池单体累计数量的增加，这一问题更加突出，而电堆的紧固又是在堆叠体边缘以外的位置，在两个端板之间进行拉紧，也易造成内部接触不良，使得接触电阻变大。

因此，在空冷型金属板电堆上需解决由于所用工件的平整度的差异造成的内部堆叠体接触电阻过大的问题。

发明内容

本发明是为了弥补现有工艺制作技术上存在的缺陷而设计的一种空冷型金属板燃料电池绝缘板，主要是在电堆紧固过程中，使得堆叠体部位受到得力大于紧固部位收到的压紧力，从而改善堆叠体内部的接触。

为达到目的，本发明采用如下技术方案：

一种空冷型金属板燃料电池用绝缘板，包括：弧形支撑、集电板限位结构、阳极气体进出气孔、密封垫限位结构。

其特征在于：

所述的弧形支撑由梳形结构的多条梳齿面构成，梳齿高度由中间部位向两端逐渐降低，最外侧的梳齿与绝缘板上的密封面等高齐平。所述的梳齿宽度为 1-5mm，梳齿高度为1-5mm，梳齿间距为2-5mm；梳齿的上端面为平面。

所述的每条梳形齿两端留有集电板的限位装置，该限位结构可为正方体、长方体，该限位结构长度为1-5mm，宽度为1-5mm，高度为1-5mm，该限位结构与绝缘板一体成型，集电板可以镶嵌在绝缘板上。

所述的梳形齿相邻两条之间留有冷却气体流道，相邻两条梳齿间距为 2-5mm。

所述的绝缘板上留有燃料气体进、出气孔，燃料气体进、出气孔分别位于绝缘板的密封面上。

所述的绝缘板上预留有密封垫限位装置。

所述的绝缘板为聚酯纤维、电木、环氧树脂板、硬质PVC等绝缘材料制成。

所述的绝缘板宽度为20-100mm，长度为50-200mm，厚度为3-10mm。

本发明的有益效果是：

1.绝缘板上留有集电板和密封垫的限位装置，将集电板和密封垫集成在一起，便于组装。

2.绝缘板上的弧形支撑可使电堆堆叠体压紧力分布均匀，改善堆叠体内部的接触，补偿加工公差造成的影响。

3.绝缘上的冷却气体通道有利于集电板散热。

附图说明

用以下附图对本发明实施案例进行说明，附图中相同标号用于表示相同的元件，如下：

图1是绝缘板结构示意图；

图2是未受夹紧力的绝缘板的示意图；

图3是夹紧后的绝缘板示意图；

图4是集电板示意图；

图5是集成集电板、密封垫的绝缘板示意图；

图6是空冷型燃料电池电堆示意图；

图7是电堆示意图；

标号说明：

10-燃料电池堆

11-单电池

12-密封垫

13A、13C-集电板

131-集电板正面

132-集电板背面

14A、14C绝缘板

140in-燃料气体进气孔

140out-燃料气体出气孔

141-冷却气体通道

142-集电板限位装置

143-梳形齿上表面

144-密封面

145-密封垫限位装置

146-梳形齿上表面

15A、15C-端板

16A、16C-紧固螺栓

17-紧固杆

18-堆叠体

19in-燃料气体供给歧管

19out-燃料气体排出歧管

具体实施方式

以下将参照实施案例与实例试图更详细具体的说明本发明。

实施例：

图一表示为绝缘板结构的示意图。整个绝缘板14A由燃料气体进气孔 140in、

燃料气体出气孔140out、冷却气体通道141、集电板限位装置142、梳形齿143、梳形齿内端面146、密封面144构成。每条梳形齿143上表面的两端有凸起结构，形成了集电板13A的限位装置142；相邻两条梳形齿之间留有冷却气体通道141，通道深度低于密封面144，中部的梳形齿143的内端面146 到冷却气体通道141的底面的高度为最大，其它梳形齿内端面146的高度分别向燃料气体进、出、气孔140in、140out方向逐渐降低，形成一个弧行支撑面结构；绝缘板上留有燃料气体进气孔140in、燃料气体出气孔140out用于燃料气体的进、出；燃料气体进出、气孔140in、140out位于密封面144上，密封垫12通过密封垫限位装置145进行限位。

图二表示为未受夹紧力的绝缘板示意图。绝缘板14A在未受夹紧力时，从 E向观看的所得的示意图，图中T3为密封面144到冷却气体通道141的底面的高度，也是最外侧梳形齿内端面到冷却气体通道141底面的高度，T1为中部梳形齿内端面到冷却气体通道141底面的高度，T2为介于中部和最外侧梳形齿之间的梳形齿内端面到冷却气体通道141底面的高度，T1＞T2＞T3，从而在绝缘板14A上构成弧行支撑面。

图三表示为夹紧后的绝缘板示意图。绝缘板14A经夹紧后，T1、T2、T处在同一平面上。

图四表示为集电板示意图。集电板由强度较大、导电性好的金属板加工制成，集电板正面(与堆叠体接触的一面)做防腐处理。

图五表示为集成集电板、密封垫的绝缘板示意图。将集电板13A、密封垫 12、集成在绝缘板14A上，集电板13A与绝缘板14A之间形成的的冷却气体通道141，可供集电板13A散热用。

图六为空冷电池堆分解结构示意图。多个单电池11进行叠加，构成堆叠体18，在堆叠体18上、下两侧分别辅以集电板13A、13C，绝缘板14A、14C，端板15A、15C，在紧固螺栓16A、16C、紧固杆17的紧固下，形成了燃料电池电堆10。

图七为空冷电池堆产品图。在相同装堆夹紧力的情况下，该产品的内部接触电阻相比于使用普通绝缘板的同型号产品显著下降。

以上所述实施例仅表达了本申请的的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种空冷型燃料电池用绝缘板，其特征在于：绝缘板具有弧形支撑、集电板限位结构、阳极气体进出气孔、密封垫限位结构；

绝缘板上具有弧形支撑，所述的弧形支撑由梳形结构的多条梳齿面构成，梳齿高度由中间部位向两端逐渐降低，靠近密封面的梳齿高度与绝缘板上密封面等高齐平；

优选的，所述的梳齿宽度为1-5mm，梳齿高度为1-5mm，梳齿间距为2-5mm；

优选的，所述的每条梳齿的两个端部位置具有集电板限位结构；

优选的，所述的集电板的限位结构与绝缘板一体成型。

2.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用绝缘板，其特征是绝缘板上有集电板的限位结构，所述的集电板的限位结构可为正方体或长方体，其宽度为1-5mm，高度为1-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用绝缘板，其特征是绝缘板上具有密封垫的限位结构，所述的密封垫限位结构长度为1-5mm，宽度为1-5mm，高度为1-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用绝缘板，其特征是绝缘板的宽度为20-100mm，长度为50-200mm，厚度为3-10mm。

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