CN217035703U - 一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水设计，包括壳体以及从外往内依次排布在壳体内的进气集成、进气端集流板、伪单体一、发电电池、伪单体二、盲端板、绝缘板、承压板、封装箱端板，发电电池由若干电池片叠合而成，电池片包括依次复合的阳极板、阳极碳纸、双面密封材、阴极碳纸、阴极板，双面密封材上开设有与阳极板、阴极板上的极板进出口相对应的三组膜片进出口，三个膜片出口内均设置有用于卡紧排水吸管的固定结构。通过设置双面密封材，将阳极碳纸和阴极碳纸置于双面密封材的碳纸通槽内，利用双面密封材的厚度抵消阳极碳纸和阴极碳纸的厚度，双面密封材的两面通过粘着剂粘合阳极板与阴极板，能有效提升电池片的密封性。

Description

一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构。

背景技术

燃料电池动力系统将燃料和氧化剂转换成电。一种燃料电池动力系统采用质子交换膜(以下称为“PEM”)以催化方式利于燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧气)反应而发电。PEM是一种固体聚合物电解质，其利于质子在燃料电池动力系统通常采用的一组发电电池的每一个电池片中从阳极迁移到阴极。

具体地，发电电池由多个单元电池片组成，每个单元电池片包括阳极、阴极和电解质膜(阳极、阴极碳纸)。作为燃料的氢通过阳极板的流场供应给阳极，而作为氧化剂的氧通过阴极板的流场供应给阴极。供应至阳极的氢由布置在电极催化剂层中的催化剂离解为氢离子和电子。氢离子通过作为阳离子交换膜的电解质膜传输至阴极，而电子通过GDL和双极板传输至阴极。在阴极，通过电解质膜供应的氢离子和通过双极板传输的电子与供应至阴极的空气中的氧发生反应而生成水。氢离子的迁移导致电子流经外部导线，从而产生电和热。

但是现有的燃料电池电堆存在几个问题：第一，由于电堆在设置时具有一定的倾斜角度，所以发电电池反应产生的水容易在自身重力的作用下沿着倾斜方向聚集在电堆壳体的底部，排水效果不好；第二，阳极板、阳极板与电解质膜直接复合时，由于电解质膜的厚度，阳极板、阳极板之间的密封性存在一定的问题。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，解决了上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，包括壳体以及从外往内依次排布在壳体内的进气集成、进气端集流板、伪单体一、发电电池、伪单体二、盲端板、绝缘板、承压板、封装箱端板，所述发电电池由若干电池片叠合而成，所述电池片包括依次复合的阳极板、阳极碳纸、双面密封材、阴极碳纸、阴极板，所述双面密封材上开设有与阳极板、阴极板上的极板进出口相对应的三组膜片进出口，三个膜片出口内均设置有用于卡紧排水吸管的固定结构。

优选的，所述阳极板包括极板本体以及设置在极板本体上的极板进口一、极板出口一、极板进口二、极板出口二、极板冷却液进口、极板冷却液出口、连接上述对应进出口的通道，所述双面密封材包括膜本体以及设置在膜本体上的膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二、膜片冷却液进口、膜片冷却液出口，所述膜片出口一、膜片出口二、膜片冷却液出口上均设置有用于卡紧排水吸管的圆形卡槽，所述圆形卡槽的外侧开有缺口。

优选的，所述膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二、膜片冷却液进口、膜片冷却液出口的边框相较于极板进口一、极板出口一、极板进口二、极板出口二、极板冷却液进口、极板冷却液出口的边框等距缩小。

优选的，所述膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二边缘均设置有与通道相适配的排水道，所述排水道的出口端延伸至相邻膜片进口一、膜片出口一、膜片进口二、膜片出口二边框边缘。

优选的，所述膜本体的外边框相较于极板本体的外边框等距扩大。

优选的，所述膜本体的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽，所述壳体内腔的两侧设置有与导向装配槽相适配的导向凸条。

优选的，所述膜本体的中间开设有与阳极碳纸、阴极碳纸相适配的碳纸通槽。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构。

具备以下有益效果：

1、该基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，通过设置塑料材质的双面密封材，将阳极碳纸和阴极碳纸置于双面密封材的碳纸通槽内，利用双面密封材的厚度抵消阳极碳纸和阴极碳纸的厚度，双面密封材的两面通过粘着剂粘合阳极板与阴极板，能有效提升电池片的密封性。

2、该基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，通过在双面密封材的膜片出口一、膜片出口二、膜片冷却液出口上设置用于固定排水吸管的圆形卡槽，排水吸管能够沿着若干串联的圆形卡槽延伸插至壳体最底部的聚水处，利用出口处大量出气所形成的负压，将积水通过排水吸管排出电堆外。

3、该基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，通过将膜本体上的各个进出口的边框相较于极板上的进出口边框等距缩小，并在膜本体的各个进出口边缘设置排水道，能够利用塑料材质的亲水性，将极板本体通道内的液态水快速排出，便于电池片的排水。

附图说明

图1为本实用新型的电堆内部轴测爆炸图；

图2为本实用新型的极板与双面密封材复合图；

图3为本实用新型的极板与双面密封材轴测爆炸图；

图4为本实用新型的双面密封材平面图；

图5为本实用新型的壳体顶部排水吸管示意图；

图6为本实用新型的排水吸管实施例二示意图。

图中：1壳体、11进气集成、12进气端集流板、13伪单体一、2发电电池、14伪单体二、15盲端板、16绝缘板、17承压板、18封装箱端板、19密封圈、20电池片、3阳极板、4阴极板、5双面密封材、6阳极碳纸、7阴极碳纸、8导向装配槽、9导向凸条、10排水吸管、30极板本体、31极板进口一、32极板出口一、33极板进口二、34极板出口二、35极板冷却液进口、 36极板冷却液出口、37通道、50膜本体、51膜片进口一、52膜片出口一、 53膜片进口二、54膜片出口二、55膜片冷却液进口、56膜片冷却液出口、 57碳纸通槽、58排水道、59圆形卡槽。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，实施例一：如图1-5所示，包括壳体1以及从外往内依次排布在壳体1 内的进气集成11、进气端集流板12、伪单体一13、发电电池2、伪单体二14、盲端板15、绝缘板16、承压板17、封装箱端板18。上述组成材料均为现有燃料电池电堆的组成部分，具体不再限定。发电电池2由若干电池片20叠合而成，电池片20包括依次复合的阳极板3、阳极碳纸6、双面密封材5、阴极碳纸7、阴极板4。膜本体50的中间开设有与阳极碳纸6、阴极碳纸7相适配的碳纸通槽57。膜本体50的厚度与阳极碳纸6、阴极碳纸7两者结合的厚度一致。

如图2-3所示，通过设置塑料材质的双面密封材5，将阳极碳纸6和阴极碳纸7置于双面密封材5的碳纸通槽57内，利用双面密封材5的厚度抵消阳极碳纸6和阴极碳纸7的厚度，双面密封材5的两面通过粘着剂粘合阳极板3 与阴极板4，能有效提升电池片20的密封性。

如图4所示，双面密封材5上开设有与阳极板3、阴极板4上的极板进出口相对应的三组膜片进出口，三个膜片出口内均设置有用于卡紧排水吸管10 的固定结构。

阳极板3包括极板本体30以及设置在极板本体30上的极板进口一31、极板出口一32、极板进口二33、极板出口二34、极板冷却液进口35、极板冷却液出口36、连接上述对应进出口的通道37。上述为现有阳极板3与阴极板4的常规结构。

如图4所示，双面密封材5包括膜本体50以及设置在膜本体50上的膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54、膜片冷却液进口55、膜片冷却液出口56。膜片进口一51与极板进口一31相适配；膜片出口一52与极板出口一32相适配；膜片进口二53与极板进口二33相适配；膜片出口二54与极板出口二34相适配；膜片冷却液进口55与极板冷却液进口35相适配；膜片冷却液出口56与极板冷却液出口36相适配。膜片出口一 52、膜片出口二54、膜片冷却液出口56上均设置有用于卡紧排水吸管10的圆形卡槽59，圆形卡槽59的外侧开有缺口，缺口弧形长度小于半圆。圆形卡槽59为椭圆状。

如图5所示，通过在双面密封材5的膜片出口一52、膜片出口二54、膜片冷却液出口56上设置用于固定排水吸管10的圆形卡槽59，排水吸管10能够沿着若干串联的圆形卡槽59延伸插至壳体1最底部的聚水处，利用出口处大量出气所形成的负压，将积水通过排水吸管10排出电堆外。

如图2所示，膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54、膜片冷却液进口55、膜片冷却液出口56的边框相较于极板进口一31、极板出口一32、极板进口二33、极板出口二34、极板冷却液进口35、极板冷却液出口36的边框等距缩小。等距缩小尺寸为1-5mm之间。

如图2所示，膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54边缘均设置有与通道37相适配的排水道58，排水道58的出口端延伸至相邻膜片进口一51、膜片出口一52、膜片进口二53、膜片出口二54边框边缘。排水道58露出至极板本体30的各个进出口内。

通过将膜本体50上的各个进出口的边框相较于极板本体30上的进出口边框等距缩小，并在膜本体50的各个进出口边缘设置排水道58，排水道58 的出水端部延伸至极板本体30的各个进出口内，能够利用塑料材质的亲水性，将极板本体30的通道37内的液态水快速排出，便于电池片20的排水。

膜本体50的外边框相较于极板本体30的外边框等距扩大。等距扩大 1-5mm之间。膜本体50的外边框用于缓冲和保护阳极板3、阳极板4的外边框，防止电池片20装配时，阳极板3、阴极板4的金属边框接触到壳体1内壁。

膜本体50的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽8，壳体1内腔的两侧设置有与导向装配槽8相适配的导向凸条9。将电池片20装入壳体内时，通过膜本体50上的导向装配槽8沿着导向凸条9滑入壳体1内，防止电池片 20装配时偏移。

实施例二：如图6所示，与实施例一的区别在于发电电池2的结构不同，本实施例无双面密封材5，本实施例的发电电池2由阳极板3、阴极板4组成的双极板与膜电极交替堆叠。阳极板3、阴极板4的极板进口一31、极板出口一32、极板进口二33、极板出口二34、极板冷却液进口35、极板冷却液出口36的边框通过密封圈19粘合密封。密封圈19设置在膜电极上并与膜电极一体成型。用于固定排水吸管10的圆形卡槽59设置在密封圈19上。在此种结构中，在与膜电极一体成型的密封圈19上设置圆形卡槽59作为排水吸管10的搭载口的实施方案依然适用。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，包括壳体(1)以及从外往内依次排布在壳体(1)内的进气集成(11)、进气端集流板(12)、伪单体一(13)、发电电池(2)、伪单体二(14)、盲端板(15)、绝缘板(16)、承压板(17)、封装箱端板(18)，所述发电电池(2)由若干电池片(20)叠合而成，其特征在于：所述电池片(20)包括依次复合的阳极板(3)、阳极碳纸(6)、双面密封材(5)、阴极碳纸(7)、阴极板(4)，所述双面密封材(5)上开设有与阳极板(3)、阴极板(4)上的极板进出口相对应的三组膜片进出口，三个膜片出口内均设置有用于卡紧排水吸管(10)的固定结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述阳极板(3)包括极板本体(30)以及设置在极板本体(30)上的极板进口一(31)、极板出口一(32)、极板进口二(33)、极板出口二(34)、极板冷却液进口(35)、极板冷却液出口(36)、连接上述相对应的进出口的通道(37)，所述双面密封材(5)包括膜本体(50)以及设置在膜本体(50)上的膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)、膜片冷却液进口(55)、膜片冷却液出口(56)，所述膜片出口一(52)、膜片出口二(54)、膜片冷却液出口(56)上均设置有用于卡紧排水吸管(10)的圆形卡槽(59)，所述圆形卡槽(59)的外侧开有缺口。

3.根据权利要求2所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)、膜片冷却液进口(55)、膜片冷却液出口(56)的边框相较于极板进口一(31)、极板出口一(32)、极板进口二(33)、极板出口二(34)、极板冷却液进口(35)、极板冷却液出口(36)的边框等距缩小。

4.根据权利要求3所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)边缘均设置有与通道(37)相适配的排水道(58)，所述排水道(58)的出口端延伸至相邻膜片进口一(51)、膜片出口一(52)、膜片进口二(53)、膜片出口二(54)边框边缘。

5.根据权利要求2所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述膜本体(50)的外边框相较于极板本体(30)的外边框等距扩大。

6.根据权利要求5所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述膜本体(50)的外边框扩大部的两侧开设有导向装配槽(8)，所述壳体(1)内腔的两侧设置有与导向装配槽(8)相适配的导向凸条(9)。

7.根据权利要求2所述的一种基于双面密封材燃料电池构造的电堆排水结构，其特征在于：所述膜本体(50)的中间开设有与阳极碳纸(6)、阴极碳纸(7)相适配的碳纸通槽(57)。

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