CN216850008U - 一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池 - Google Patents
一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池，包括阴极板、阳极板和设于阴极板和阳极板之间的膜电极，所述阴极板、阳极板和膜电极的两端均设有氢气通道孔和空气通道孔；所述阴极板近膜电极的一面设有连通两端空气通道孔的空气流场，所述阳极板近膜电极的一面设有连通两端氢气通道孔的氢气流场；所述阴极板和阳极板远离膜电极的一面均设有散热流场，所述散热流场由相互平行的开放流道组成，所述散热流场包括设于阴极板的阴极散热流场和设于阳极板的阳极散热流场，所述阴极散热流场的开放流道与所述阳极散热流场的开放流道之间呈150°～176°的夹角。本实用新型性能较高并且运行稳定，不受环境空气湿度影响；散热效果好，使用寿命较长。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池。
背景技术
质子交换膜型燃料电池，从冷却形式上可分为两类：一类采用液体做冷却剂，称为液冷电池或水冷电池，其中最常用的液体冷却剂为去离子水；另一类采用空气做冷却剂，称为空冷电池或风冷电池。风冷电池又可分为两种：其中常见的一种是阴极开放式风冷电池，另一种是阴极封闭式风冷电池。
环境空气湿度对阴极开放式风冷电池的影响很大：空气湿度大时，电池性能高；空气湿度小时，电池性能下降明显。阴极开放式风冷电池由于其阴极凹凸的流场结构及膜电极(MEA)的软结构边框，导致阳极腔用密封胶线密封不良；同时由于阴极腔开放的风冷电池用常压操作，故其电池性能与水冷电池相比差距较大。
阴极封闭式风冷电池现有的问题是：结构复杂，多数采用硬石墨雕刻极板，制作成本高，电堆组装要求高，更换电堆不良节困难。
公开号为CN112864410A的说明书公开了一种燃料电池及燃料电池发电系统，所述燃料电池包括布气板和阴极封闭式电堆，所述布气板的第一端面与所述阴极封闭式电堆的第一端板面接触，所述第一端板上设有阴极进气口和阴极出气口，所述第一端面上设有阴极进气槽和阴极出气槽，所述阴极进气口、所述阴极出气口分别与所述阴极进气槽、所述阴极出气槽连通。该发明主要针对布气板进行设置，解决阴极封闭式电堆的集成问题。
公开号为CN109921059A的说明书公开了一种简化风冷阴极封闭式燃料电池系统，包括质子交换膜燃料电池堆；所述质子交换膜燃料电池堆包括端板，设于两所述端板之间的多个单体电池，以及设于相邻两所述单体电池之间的导电导热金属片；所述导电导热金属片部分凸出所述单体电池；机箱壳，用于容置所述质子交换膜燃料电池堆；散热器，与凸出所述单体电池部分的所述导电导热金属片接触式连接，包括设置在散热器壳体内部的散热风机。该发明主要通过导电导热金属片将燃料电池堆运行时产生的热量传导至散热器进行散热冷却。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低成本的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，解决常规阴极封闭式风冷燃料电池结构复杂，制作成本高及电堆组装要求严苛的问题。
一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池，包括阴极板、阳极板和设于阴极板和阳极板之间的膜电极，所述阴极板、阳极板和膜电极的两端均设有氢气通道孔和空气通道孔；所述阴极板近膜电极的一面设有连通两端空气通道孔的空气流场，所述阳极板近膜电极的一面设有连通两端氢气通道孔的氢气流场；所述阴极板和阳极板远离膜电极的一面均设有散热流场，所述散热流场由相互平行的开放流道组成，所述散热流场包括设于阴极板的阴极散热流场和设于阳极板的阳极散热流场，所述阴极散热流场的开放流道与所述阳极散热流场的开放流道之间呈150°～176°的夹角。
在阴极封闭式风冷燃料电池单电池工作时，向氢气通道孔和空气通道孔分别通入氢气及空气，所述阴极板处通过空气流场连通空气通道孔，所述阳极板处通过氢气流场连通氢气通道孔。风冷燃料电池采用风扇产生的空气流进入所述散热流场，将电池运行时产生的热量带走，使电池冷却；在多个单电池组装成电堆时，所述开放流道的设置有效地增加了电池风冷时的散热面积，提升了电池的散热效果。
所述阴极板采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm，采用模压石墨板制备阴极板，降低了阴极板的成本。
所述阳极板采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm，采用模压石墨板制备阳极板，降低了阳极板的成本。
所述开放流道的深度为0.5mm～2.2mm，且与阴极板或阳极板的宽度方向呈2°～15°的夹角。
所述膜电极包括CCM电极、分别设于CCM膜电极两面的碳纸扩散层和压接于所述碳纸扩散层外缘的边框；所述膜电极近阴极板侧设有阴极涂密封胶区域，所述阴极涂密封胶区域由近阴极板一侧的边框和氢气通道孔的外围组成；所述膜电极近阳极板侧设有阳极涂密封胶区域，所述阳极涂密封胶区域由近阳极板一侧的边框和空气通道孔的外围组成。采用阴极涂密封胶区域和阳极涂密封胶区域隔离压缩空气和氢气，不仅防止了气体的泄露，同时也避免了环境空气湿度影响。
所述阴极板和阳极板在远离膜电极的一面上均设有固定密封圈的密封沟槽，所述密封沟槽分别设置于空气通道孔和氢气通道孔的外缘处，以确保单电池的气密性。
相比现有技术，本实用新型的优点在于：
1.本实用新型性能较高并且运行稳定，不受环境空气湿度影响；
2.本实用新型气密性好，使用寿命较长；
3.本实用新型的多个单电池组装成电堆时，阴极散热流场的开放流道与阳极散热流场的开放流道之间的夹角，有效地增加了电池风冷时的散热面积，提升了电池的散热效果；
4.本实用新型的单电池组装成的燃料电池堆时，组装方便且维修简单。
附图说明
图1是本实用新型实施例阴极封闭式风冷燃料电池单电池的结构爆炸示意图。
图2是图1所示的阴极板近膜电极一面的结构示意图。
图3是图1所示的阴极板远膜电极一面的结构示意图。
图4是图1所示的阳极板近膜电极一面的结构示意图。
图5是图1所示的阳极板远膜电极一面的结构示意图。
图6是图1所示的膜电极的结构示意图。
图7是图6所示的膜电极的阴极涂密封胶区域的结构示意图。
图8是图6所示的膜电极的阳极涂密封胶区域的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图8所示，阴极封闭式风冷燃料电池单电池，包括阴极板1、阳极板2和粘接固定于阴极板1和阳极板2之间的膜电极3。阴极板1、阳极板2和膜电极3为形状和尺寸均相同的长方形板。阴极板1、阳极板2和膜电极3的宽度方向的两端均设开有氢气通道孔4和空气通道孔5；其中一端沿长度方向为氢气通道孔4和空气通道孔5，另一端为空气通道孔5和氢气通道孔4。
阴极板1近膜电极3的一面开有连通两端空气通道孔5的空气流场6，阴极板1远离膜电极3的一面设有阴极散热流场7。
阴极板1采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm，采用模压石墨板制备阴极板1，降低了阴极板1的成本。
阳极板2近膜电极3的一面开有连通两端氢气通道孔4的氢气流场8，阳极板2远离膜电极3的一面均设有阳极散热流场9。
阳极板2采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm，采用模压石墨板制备阳极板2，降低了阳极板2的成本。
阴极散热流场7和阳极散热流场9均由相互平行的开放流道10组成。
开放流道10的深度为0.5mm～2.2mm，且与阴极板1或阳极板2的宽度方向呈2°～15°的夹角。
阴极散热流场7的开放流道10与阳极散热流场9的开放流道10之间呈150°～176°的夹角。在多个单电池组装成电堆时，阴极散热流场7的开放流道10与阳极散热流场9的开放流道10之间的夹角，有效地增加了电池风冷时的散热面积，提升了电池的散热效果。
阴极板1和阳极板2在远离膜电极3的一面上均开有固定密封圈的密封沟槽11，密封沟槽11分别设置于空气通道孔5和氢气通道孔4的外缘处，以确保单电池的气密性。
膜电极3包括CCM电极(图中为示出)、分别设于CCM膜电极两面的碳纸扩散层(图中为示出)和压接于碳纸扩散层外缘的边框(图中为示出)。边框采用用PEN等塑料膜材质。
膜电极3近阴极板1侧设有阴极涂密封胶区域12，阴极涂密封胶区域12由近阴极板1一侧的边框和氢气通道孔4的外围组成。
膜电极3近阳极板2侧设有阳极涂密封胶区域13，阳极涂密封胶区域13由近阳极板2一侧的边框和空气通道孔5的外围组成。
采用阴极涂密封胶区域12和阳极涂密封胶区域13隔离压缩空气和氢气，不仅防止了气体的泄露，同时也避免了环境空气湿度影响。
在单电池粘接组装时，采用单组分室温硫化硅橡胶或其它功能相同的胶，在阳极涂密封胶区域13上涂胶，粘接阳极板2；在阴极涂密封胶区域13上涂胶，粘接阴极板1。然后将单电池压平压实后固化；固化后，再密封圈分别粘接于密封沟槽11内，完成单电池的粘接组装。
最后对单电池的密封性进行检测：先将单电池置于电池密封检测工装上，对单电池的氢气通道孔4和空气通道孔5同时通入100kPa压力的空气，检查单电池是否有外漏；再将空气通道孔5封闭，对氢气通道孔4通入50kPa压力的空气，检查阳极处密封是否合格；如果检测均合格，则单电池的密封性合格。
在阴极封闭式风冷燃料电池单电池工作时，向氢气通道孔4和空气通道孔5分别通入氢气及空气，阴极板1处通过空气流场6连通空气通道孔5，阳极板2处通过氢气流场8连通氢气通道孔4。
风冷燃料电池采用风扇产生的空气流进入阴极散热流场7和阳极散热流场9，将电池运行时产生的热量带走，使电池冷却；在多个单电池组装成电堆后，阴极散热流场7和阳极散热流场9中开放流道10的散热面积大，散热效果好。
Claims (6)
1.一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池，包括阴极板、阳极板和设于阴极板和阳极板之间的膜电极，其特征在于，所述阴极板、阳极板和膜电极的两端均设有氢气通道孔和空气通道孔；所述阴极板近膜电极的一面设有连通两端空气通道孔的空气流场，所述阳极板近膜电极的一面设有连通两端氢气通道孔的氢气流场；所述阴极板和阳极板远离膜电极的一面均设有散热流场，所述散热流场由相互平行的开放流道组成，所述散热流场包括设于阴极板的阴极散热流场和设于阳极板的阳极散热流场，所述阴极散热流场的开放流道与所述阳极散热流场的开放流道之间呈150°～176°的夹角。
2.如权利要求1所述的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，其特征在于，所述阴极板采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm。
3.如权利要求1所述的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，其特征在于，所述阳极板采用模压石墨板制备，厚度为1mm～3mm。
4.如权利要求1所述的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，其特征在于，所述开放流道的深度为0.5mm～2.2mm，且与阴极板或阳极板的宽度方向呈2°～15°的夹角。
5.如权利要求1所述的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，其特征在于，所述膜电极包括CCM电极、分别设于CCM膜电极两面的碳纸扩散层和压接于所述碳纸扩散层外缘的边框；所述膜电极近阴极板侧设有阴极涂密封胶区域，所述阴极涂密封胶区域由近阴极板一侧的边框和氢气通道孔的外围组成；所述膜电极近阳极板侧设有阳极涂密封胶区域，所述阳极涂密封胶区域由近阳极板一侧的边框和空气通道孔的外围组成。
6.如权利要求1所述的阴极封闭式风冷燃料电池单电池，其特征在于，所述阴极板和阳极板在远离膜电极的一面上均设有固定密封圈的密封沟槽。
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| CN202122995403.2U CN216850008U (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种阴极封闭式风冷燃料电池单电池 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117457934A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-01-26 | 北京朔景新能源科技有限公司 | 用于燃料电池的散热支撑板及燃料电池电堆 |
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- 2021-11-30 CN CN202122995403.2U patent/CN216850008U/zh active Active
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