CN214336754U - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃料电池，所述燃料电池包括端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件，所述端板组包括相对设置的第一端板和第二端板，所述绝缘板组被夹持于所述第一端板和所述第二端板之间，所述集流板组被夹持于所述绝缘板组之间，所述极板组被夹持于所述集流板组之间，所述膜电极组件被夹持于所述极板组之间，所述膜电极组件包括限位板和膜电极，所述限位板上设有开口，所述膜电极设于所述限位板的开口中。本实用新型实施例的燃料电池具有成本低、零件标准化、更换方便、应用范围广和膜电极压缩率可调的优点。

Description

燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种燃料电池。

背景技术

质子膜氢燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的能源装置，具有能量转换效率高、环境污染少、使用寿命长等优点，适用于交通、电站、可移动电源等多种用途，具有广阔的市场应用前景。

寿命、成本与氢源是燃料电池汽车商业化必须解决的三大难题。车用燃料电池的耐久性是制约其商业化的技术挑战之一。车用燃料电池的耐久性受双极板、膜电极等多种因素的制约。而现有技术下的加速耐久测试和计算均无法真实反映燃料电池的耐久性。从技术角度来讲，可以通过优化燃料电池实现对膜电极的耐久性测试。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种成本低、膜电极压缩量可调、应用范围广的燃料电池。

根据本实用新型实施例的燃料电池，包括：

端板组，所述端板组包括相对设置的第一端板和第二端板；

绝缘板组，所述绝缘板组被夹持于所述第一端板和所述第二端板之间；

集流板组，所述集流板组被夹持于所述绝缘板组之间；

极板组，所述极板组被夹持于所述集流板组之间；和

膜电极组件，所述膜电极组件被夹持于所述极板组之间；

所述膜电极组件包括：

限位板，所述限位板上设有开口；和

膜电极，所述膜电极设于所述限位板的开口中。

因此，根据本实用新型实施例的燃料电池具有成本低、零件标准化、更换方便、应用范围广和膜电极压缩率可调的优点。

在一些实施例中，所述绝缘板组包括第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板邻近所述第一端板，所述第二绝缘板邻近所述第二端板；

所述集流板组包括第一集流板和第二集流板，所述第一集流板邻近所述第一端板，所述第二集流板邻近所述第二端板；

所述极板组包括第一极板和第二极板，所述第一极板邻近所述第一端板，所述第二极板邻近所述第二端板；

所述第一绝缘板、所述第一集流板、所述第一极板邻近所述第一端板的一侧和所述第二极板邻近所述第二端板的一侧上分别设有用于安装密封件的安装槽。

在一些实施例中，所述第一端板上设有阳极气体入口、阳极气体出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却介质入口和冷却介质出口；

所述第一绝缘板、所述第一集流板、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有与所述阳极气体入口、所述阳极气体出口、所述阴极气体入口、所述阴极气体出口、所述冷却介质入口和所述冷却介质出口相对应的第一通孔。

在一些实施例中，所述阴极气体出口邻近所述阳极气体入口设置，且在竖直方向上的高度低于所述膜电极组件在竖直方向上的高度。

在一些实施例中，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有用于安装锁紧件的第二通孔，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上的第二通孔轴线共线。

在一些实施例中，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有用于定位的第三通孔，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上的第三通孔轴线共线。

在一些实施例中，所述第一集流板上设有第一导电接头，所述第二集流板上设有第二导电接头。

在一些实施例中，所述第一极板、第二极板上分别设有用于与巡检仪相连的接线口。

在一些实施例中，所述第一极板邻近所述膜电极的一侧和所述第二极板邻近所述膜电极的一侧上分别设有介质流道。

在一些实施例中，所述膜电极组件还包括用于密封膜电极的膜电极密封件。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池的结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池的结构拆分示意图。

图3是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池的另一结构示意图。

图4是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池另一的结构的拆分示意图。

图5是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池的另一结构俯视图。

图6是根据本实用新型实施例的所述的燃料电池的主视图。

附图标记：

燃料电池1000，

第一端板10，阳极气体入口101，阳极气体出口102，阴极气体入口103，阴极气体出口104，冷却介质入口105，冷却介质出口106，

第二端板20，第一绝缘板30，第二绝缘板40，第一集流板50，第二集流板60，第一极板70，第二极板80，膜电极组件90，限位板901，膜电极902，双极板100，第一导电接头110，第二导电接头120，接线口130，第二通孔140，第三通孔150。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-图6所示，根据本实用新型实施例的燃料电池1000包括端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90。

端板组包括相对设置的第一端板10和第二端板20。绝缘板组被夹持于第一端板10和第二端板20之间。集流板组被夹持于绝缘板组之间。极板组被夹持于集流板组之间。膜电极组件90被夹持于极板组之间。

其中，膜电极组件90包括限位板901和膜电极902。

限位板901上设有开口。膜电极902设于限位板901的开口中。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，通过限位板901和膜电极组件90配合，可以对膜电极902的压缩率进行控制，以使膜电极902符合需求。

具体地，当膜电极902安装在限位板901上时，在燃料电池1000压装过程中，膜电极902受到极板组的压力压缩，当极板组与限位板901接触后，压力由限位板901承担，膜电极组件90停止压缩，即膜电极902的最终厚度(如图1所述前后方向上的长度)与限位板901厚度相同，进而通过控制限位板901的厚度即可对膜电极902的压缩率进行控制，以得到符合需求的膜电极902。

本实用新型实施例的燃料电池1000应用范围广，例如可以用于燃料电池1000耐久度测试，由于膜电极902的压缩率可控，可根据实验要求设计不同的流场，为膜电极902的耐久性检测提供真实准确的测试数据。

本实用新型实施例的燃料电池1000的结构简单，每个组件均可以作为标准件制造，进而可以控制成本，在后续投产使用过程中，可以降低生产成本，降低更换维护所需的时间。

因此，根据本实用新型实施例的燃料电池1000具有成本低、零件标准化、更换方便、应用范围广和膜电极902压缩率可调的优点。

在一些实施例中，绝缘板组包括第一绝缘板30和第二绝缘板40，第一绝缘板30邻近第一端板10，第二绝缘板40邻近第二端板20。

集流板组包括第一集流板50和第二集流板60，第一集流板50邻近第一端板10，第二集流板60邻近第二端板20。

极板组包括第一极板70和第二极板80，第一极板70邻近第一端板10，第二极板80邻近第二端板20；

第一绝缘板30、第一集流板50、第一极板70邻近第一端板10的一侧和第二极板80邻近第二端板20的一侧上分别设有用于安装密封件的安装槽(未示出)。

如图2所示，第一集流板50、第二集流板60在前后方向相对设置，且被夹持在第一绝缘板30和第二绝缘板40之间，第一极板70和第二极板80在前后方向上相对设置且被夹持在第一集流板50和第二集流板60之间，膜电极组件90被夹持在第一极板70和第二极板80之间，可以理解的是，第一绝缘板30、第二绝缘板40、第一集流板50、第二集流板60、第一极板70、第二极板80和膜电极组件90组成电池单元，电池单元被夹持在第一端板10和第二端板20之间，第一端板10和第二端板20可以对电池单元进行固定和保护。

第一绝缘板30、第一集流板50和第一极板70的前侧以及第二极板80的后侧上分别设有用于安装密封件的安装槽，以防止电池单元在工作过程中介质溢出，造成电池损坏或降低电池工作效率。

如图3-图5所示，当需要安装多个膜电极组件90时，多个面膜电极902组均被夹持于第一极板70和第二极板80之间，且多个膜电极组件90之间应通过双极板100分隔设置。即当在同一个电池单元内，设置多个膜电极组件90时，两个膜电极组件90之间应设有一个双极板100。

如图1、图2和图6所示，第一端板10上设有阳极气体入口101、阳极气体出口102、阴极气体入口103、阴极气体出口104、冷却介质入口105和冷却介质出口106，第一绝缘板30、第一集流板50、极板组和膜电极组件90上分别设有与阳极气体入口101、阳极气体出口102、阴极气体入口103、阴极气体出口104、冷却介质入口105和冷却介质出口106相对应的第一通孔(未示出)。

可以理解的是，第一绝缘板30、第一集流板50、极板组和膜电极组件90上分别设有多个第一通孔，第一绝缘板30、第一集流板50、极板组和膜电极组件90上每个相对的第一通孔组成多个通道。

其中，多个通道分别为第一阳极气体流道、第二阳极气体流道、第一阴极气体流道、第二阴极气体流道、第一冷却介质流道、第二冷却介质流道。

其中，第一阳极气体流道与阳极气体入口101对应，第二阳极气体流道与阳极气体出口102对应，第一阴极气体流道与阴极气体入口103对应，第二阴极气体流道与阴极气体出口104对应，第一冷却介质流道和冷却介质入口105对应，第二冷却介质流道和冷却介质出口106对应。

具体地，外部氢气经由阳极气体入口101接入燃料电池1000，通过第一阳极气体流道与膜电极组件90接触，并进行反应，之后通过第二阳极气体流道从阳极气体出口102流出。

外部空气经由阴极气体入口103接入夹具，通过第一阴极气体流道与膜电极组件90接触，并进行反应，之后通过第二阴极气体流道从阴极气体出口104流出。

外部冷却介质经由第一冷却介质入口105接入夹具，通过第一冷却介质流道对极板进行降温后，通过第二冷却介质流道从冷却介质出口106流出。

如图3-图5所示，当使用多个膜电极组件90时，用于将多个膜电极902间隔开的双极板100上同样设有多个分别与阳极气体入口101、阳极气体出口102、阴极气体入口103、阴极气体出口104、冷却介质入口105和冷却介质出口106一一对应的第一通孔。

其中，第一极板70、第二极板80和双极板100分别包括两块在前后方向相对设置的石墨板，两块石墨板粘接而成，在两块石墨板之间设有用于冷却介质流动的第三冷却介质流道，以便于冷却介质对第一极板70、第二极板80和双极板100进行降温。且石墨具有较大的刚性，在安装时可以有效避免由进气不均导致的燃料电池1000单低现象。

同时，第一极板70的后侧面、第二极板80邻的前侧面和双极板100的前侧面和后侧面上分别设有用于阳极气体(例如氢气)和阴极气体(例如外部空气)流动的介质流道。介质流道可以通过洗削加工的方式制作而成，膜电极组件90与介质流道想接触的部分为反应区，阳极气体和阴极气体在反应区内可以与膜电极902进行反应。同时由于介质流道的设置，可以使阳极气体或阴极基体与膜电极902充分反应。

在一些实施例中，阴极气体出口104邻近阳极气体入口101设置，且在竖直方向上的高度低于膜电极组件90在竖直方向上的高度。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，燃料电池1000阴极生成的水通过膜电极组件90中的质子膜渗透对阳极气体进行加湿(例如当第一极板70为阳极板，第二极板80为阴极板时，阴极板中反应生成的水可以通过膜电极组件90渗透至阳极板中)，以此提高燃料电池1000阳极气体加湿度，进而减小因长时间耐久实验中降低外部系统加湿罐工作压力,延长加湿罐使用寿命。

如图6所示，阴极气体出口104位于第一端板10的下端，即位于膜电极902反应区的下方，因此可以有效避免水淹现象出现，进而精确地反映膜电极902耐久性能。

在一些实施例中，端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上分别设有用于安装锁紧件的第二通孔140(未示出)，端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第二通孔140轴线共线。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，通过第二端板20组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第二通孔140，可以配合锁紧件将燃料电极夹具锁紧，例如采用螺栓和第二通孔140的配合以将燃料电极夹具锁紧。

可以理解的是，端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第二通孔140均可设置多个，以增强燃料电池1000整体的强度。

在一些实施例中，端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上分别设有用于定位的第三通孔150，端板组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第三通孔150轴线共线。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，通过第二端板20组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第三通孔150，在燃料电池1000安装的时候可以将定位柱依次穿过第二端板20组、绝缘板组、集流板组、极板组和膜电极组件90上的第三通孔150，以便于确定安装位置，保证安装精度，进而可以增加燃料电池1000的工作效率。

其中，膜电极组件90上的第一通孔、第二通孔140、第三通孔150均设在限位板901上，限位板901为绝缘材料制作而成。

在一些实施例中，第一集流板50上设有第一导电接头110，第二集流板60上设有第二导电接头120。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，通过第一导电接头110和第二导电接头120可以介入电子负载，进而可以根据需求调节燃料电池1000的工作电流和电压。

在一些实施例中，第一极板70、第二极板80上分别设有用于与巡检仪相连的接线口130。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，通过接线口130可接入巡检仪(未示出)，实时监测每一片膜电极组件90的电压，防止单低现象出现。

如图3-图6所示，当使用多个膜电极组件90时，用于隔开两个相邻膜电极902的双极板100上设有用于与巡检仪接线口130。

在一些实施例中，膜电极组件90还包括用于密封膜电极902的膜电极902密封件。

根据本实用新型实施例的燃料电池1000，密封膜可以进一步加强膜电极902的密封性和连接强度，保证膜电极902内部可以充分接触，进而增强膜电极902的工作效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括：

端板组，所述端板组包括相对设置的第一端板和第二端板；

绝缘板组，所述绝缘板组被夹持于所述第一端板和所述第二端板之间；

集流板组，所述集流板组被夹持于所述绝缘板组之间；

极板组，所述极板组被夹持于所述集流板组之间；和

膜电极组件，所述膜电极组件被夹持于所述极板组之间；

所述膜电极组件包括：

限位板，所述限位板上设有开口；和

膜电极，所述膜电极设于所述限位板的开口中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述绝缘板组包括第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板邻近所述第一端板，所述第二绝缘板邻近所述第二端板；

所述集流板组包括第一集流板和第二集流板，所述第一集流板邻近所述第一端板，所述第二集流板邻近所述第二端板；

所述极板组包括第一极板和第二极板，所述第一极板邻近所述第一端板，所述第二极板邻近所述第二端板；

所述第一绝缘板、所述第一集流板、所述第一极板邻近所述第一端板的一侧和所述第二极板邻近所述第二端板的一侧上分别设有用于安装密封件的安装槽。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一端板上设有阳极气体入口、阳极气体出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却介质入口和冷却介质出口；

所述第一绝缘板、所述第一集流板、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有与所述阳极气体入口、所述阳极气体出口、所述阴极气体入口、所述阴极气体出口、所述冷却介质入口和所述冷却介质出口相对应的第一通孔。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述阴极气体出口邻近所述阳极气体入口设置，且在竖直方向上的高度低于所述膜电极组件在竖直方向上的高度。

5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有用于安装锁紧件的第二通孔，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上的第二通孔轴线共线。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上分别设有用于定位的第三通孔，所述端板组、所述绝缘板组、所述集流板组、所述极板组和所述膜电极组件上的第三通孔轴线共线。

7.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一集流板上设有第一导电接头，所述第二集流板上设有第二导电接头。

8.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一极板、第二极板上分别设有用于与巡检仪相连的接线口。

9.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述第一极板邻近所述膜电极的一侧和所述第二极板邻近所述膜电极的一侧上分别设有介质流道。

10.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述膜电极组件还包括用于密封膜电极的膜电极密封件。

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