CN218548488U - 单极板、双极板、单电池、燃料电池和交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单极板、双极板、单电池、燃料电池和交通工具，涉及燃料电池技术领域，单极板包括基板和凸脊，至少两道凸脊凸起于基板，基板设有贯穿自身的进气口，两道凸脊之间形成流道，流道与进气口连通；凸脊包括远离基板的脊背，沿凸脊的长度方向，脊背上靠近进气口的位置上设有支撑结构，支撑结构包括背对基板的支撑面。双极板包括至少两块单极板且至少一块单极板采用上述的单极板。单电池包括双极板，双极板采用上述的双极板。燃料电池采用上述的燃料电池。交通工具包括上述的燃料电池。本实用新型消除电池进气口密封薄弱处，提升密封性能。

Description

单极板、双极板、单电池、燃料电池和交通工具

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种改善了密封结构的单极板、双极板、单电池、燃料电池和交通工具。

背景技术

金属双极板氢燃料电池是一种将氢能转化为化学能的装置，燃料电池包括相互叠合的多个单电池，单电池包括膜电极、金属双极板及密封组件等，其中，双极板包括两块单极板，每块单极板上设有贯穿自身的进气口且单极板上朝向膜电极的一侧设置多道凸脊并形成多道流道。

现有的一种燃料电池采用直进式流道，其单极板的进气口与流道之间不设过渡区，该进气更加均与且利于排水。密封组件包括第一密封件和第二密封件，第一密封件安装到单极板的密封槽中，第二密封件为围绕进气口的边框件，且第二密封件与膜电极另一侧的另一单极板的密封槽配合。

第二密封件包括第一部分和第二部分，其中第一部分与第一密封件正对，由于直进式流道方式凸脊靠近进气口，凸脊落在第二密封件的第二部分的正对处。在将多个单电池叠合并相互挤压以形成密封配合时，单极板的基板、第一密封件、膜电极边框以及第二密封件的第一部分依次抵接，凸脊、膜电极边框以及第二密封件的第二部分依次抵接。

但该采用直进式流道的燃料电池的进气口密封结构存在缺陷。具体地，在单电池被叠合挤压前，基板、第一密封件、膜电极边框和第二密封件的第一部分处于接触状态，而凸脊的脊背与膜电极边框之间存在间隔。因此，在将多个单电池叠合并相互挤压以形成密封配合的过程中，在第一密封件以及第二密封件的第一部分均压缩到一定程度时，第二密封件的第二部分、膜电极边框与凸脊的脊背之间开始彼此抵接，第二密封件的第二部分才开始压缩形变。可见，凸脊、膜电极边框和第二密封件的第二部分的配合处成为压力薄弱处。而当堆叠的双极板及膜电极越来越多时，压力薄弱处被放大，再加上膜电极边框材料并非完全刚性材料，双极板成型存在一定误差，随堆叠累积，最终导致燃料电池气密性差。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种消除电池进气口密封薄弱处的单极板。

本实用新型的第二目的在于提供一种消除电池进气口密封薄弱处的双极板。

本实用新型的第三目的在于提供一种消除电池进气口密封薄弱处的单电池。

本实用新型的第四目的在于提供一种消除电池进气口密封薄弱处而解决气密性问题的燃料电池。

本实用新型的第五目的在于提供一种交通工具。

本实用新型第一目的提供的单极板包括基板和凸脊，凸脊凸起于基板，基板设有贯穿自身的进气口，两道凸脊之间形成流道，流道与进气口连通；凸脊包括远离基板的脊背，沿凸脊的长度方向，脊背上靠近进气口的位置上设有支撑结构，支撑结构包括背对基板的支撑面。

由上述方案可见，本实用新型着重在不改变传统直进式流道及保留直进式流道口结构传质优势前提下，在凸脊脊背靠近进气口的位置上增加如凸起或金属板的支撑结构，该支撑结构能够在板厚方向、即在堆叠方向上支撑膜电极边框，能够很好地与第二密封件的第二部分配合产生足够的密封压力，使进气口外周各密封部位之间密封压力一致，保证了单电池内燃料与空气流道间互不串气，同时也保证了多个单电池之间燃料与空气流场之间互不串气，保证密封可靠性。

进一步的方案是，支撑结构包括凸起结构，凸起结构背向基板地凸起于脊背。

另一更进一步的方案是，多个凸脊上均形成凸起结构；多个凸脊上的凸起结构之间沿线性布置。

由上可见，此设置下能保证多个凸脊上的凸起结构与第二密封件的其中一道直边保持配合关系，保证密封可靠性。

另一更进一步的方案是，凸起结构通过对凸脊冲压形成。

由上述方案可见，支撑结构既能够通过冲压或液压成型，优选采用冲压成型，也能够应用于雕刻工艺成型。因此，此设置下支撑结构简单，不仅易于成型，同时更好地保持直进式流道的结构优势。

进一步的方案是，支撑结构为支撑板，支撑板支撑在至少一个凸脊的脊背之上。

由上可见，可以通过在凸脊上粘贴或焊接一块金属薄板作为支撑板，此方式也能实现与膜电极边框之间的有效密封配合。

进一步的方案是，支撑结构为刚性结构。

由上可见，支撑结构被凸脊挤压，相对于弹性结构，将支撑结构设置为刚性结构能够避免如弹性材料过压而疲劳并引起密封失效的问题。

进一步的方案是，支撑面为平面。

由上可见，此设置利于装配、利于增大密封面面积且利于避免疲劳点和应力点的产生。

本实用新型第二目的提供的双极板包括相互连接的两块单极板；至少一块单极板采用上述的单极板。

本实用新型第三目的提供的单电池包括双极板，双极板采用上述的双极板。

进一步的方案是，单电池还包括膜电极、第一密封件和第二密封件；第二密封件包括第一部分和第二部分；基板、第一密封件、膜电极和第一部分依次连接；支撑面、膜电极和第二部分依次连接。

由上述方案可见，此设置下，该支撑结构能够在板厚方向上、即在堆叠方向上支撑膜电极边框，能够很好地与第二密封件的第二部分配合产生足够的密封压力，使进气口外周各密封部位之间密封压力一致，保证了单电池内燃料与空气流道间互不串气，同时也保证了多个单电池之间燃料与空气流场之间互不串气，保证密封可靠性。

本实用新型第四目的提供的燃料电池包括相互叠合的至少两个单电池；至少一个单电池采用上述的单电池。

本实用新型第五目的提供的交通工具包括燃料电池，燃料电池采用上述的燃料电池。

附图说明

图1为本实用新型燃料电池第一实施例中单极板的结构图。

图2为图1中A处的放大图。

图3为本实用新型燃料电池第一实施例部分结构的分解图。

图4为本实用新型燃料电池第一实施例部分结构的局部剖视图。

图5为图4中B处的放大图。

图6为本实用新型燃料电池第一实施例部分结构的示意图。

图7为本实用新型燃料电池第二实施例中单极板的结构图。

图8为本实用新型单电池第二实施例部分结构的示意图。

具体实施方式

燃料电池第一实施例

本实用新型的燃料电池包括相互叠合的多个单电池，单电池包括双极板、膜电极和密封组件，双极板包括焊接的两块单极板。

本实施例的燃料电池采用直进式进气方式。参见图1，本实施例中的单极板1包括基板10和多道凸脊11，基板10上设置有贯穿自身的进气口100，多道凸脊11凸起于基板10其中一侧的表面，且多道凸脊11均沿直线延伸且彼此相互平行，多道凸脊11之间形成了多道直线的流道12，如图1所示，单极板1上，流道12的入口121与进气口100之间直接连通，二者之间并不设置具有其他导流结构的过渡区域。另外，在进气口100的外周，通过在基板10上形成一些凸筋而相对地形成了一道围绕进气口100的密封槽13，密封槽13延伸至凸脊11所在处。本实施例中，凸脊11通过对基板10冲压处理而形成。

参见图1和图2，凸脊11还包括背对基板10并远离基板10的脊背111，本实用新型的单极板1还包括形成在脊背111上的支撑结构，本实施例中，支撑结构为凸起于脊背111的凸起结构14，凸起结构14通过对凸脊11进行冲压处理而形成。凸起结构14具有背对基板10并远离基板10的支撑面141，支撑面141为平面。

凸起结构14的外周轮廓呈长圆形，凸起结构14的长度方向与凸脊11的长度方向一直，凸起结构14的宽度方向与凸脊11的宽度方向一致，凸起结构14的宽度以及凸脊11的宽度指凸脊11的宽度方向上的尺寸，凸脊11的宽度方向垂直于其长度方向。凸起结构14的宽度小于凸脊11的宽度，更好地，凸起结构14的宽度与脊背111的宽度比为0.6，比如，本实施例中脊背111的宽度为2mm，凸起结构14的宽度则为1.2mm。另外，本实施例中，凸起结构14的凸起高度在0.03mm至1mm之间，长度约3mm。另外，凸起结构14的外周具有20°至45°之间的拔模斜度，且凸起结构14的外周根部与脊背111之间形成R0.05-R0.1mm倒圆。

另外，沿凸脊11的长度方向，凸脊11具有与流道12的入口121相邻的、最为靠近进气口100的延伸端部119，而凸起结构14则设置在靠近延伸端部119的位置上。另外，多个凸脊11上的凸起结构14之间沿直线排布，该直线与多个凸脊11依次排布所依的直线一致。

参见图3和图4，本实施例的双极板包括焊接的两块单极板1，本实施例的单电池包括依次叠合的双极板、第一密封件31、膜电极2和第二密封件32。其中，膜电极2包括围绕自身开口的膜电极边框21，第二密封件32的一部分为围绕第二密封件32自身开口的框体，该框体包括呈“冂”型的第一部分321和呈“一”字型的第二部分322。另外，第二密封件32还安装到另一单极板的密封槽中。

参见图3至图6，第一密封件31安装到单极板1的密封槽13中。一方面，基板10、第一密封件31、膜电极边框21的一部分以及第二密封件32的第一部分31依次抵接，另一方面，多个凸筋11上的凸起结构14的支撑面141均与膜电极边框21抵接，任一凸起结构14、膜电极边框21的另一部分以及第二密封件32的第二部分32依次抵接。

参见图6，较于背景技术，本实施例在凸脊11的脊背111上增设凸起结构14，当多个单电池叠合挤压并形成密封配合前，凸起结构14、膜电极边框21以及第二密封件32的第二部分32处于接触状态，多个单电池叠合并形成密封配合过程中，第二密封件32上第二部分32的压缩变化和第一部分31的压缩变化具有更好的一致性，多个单电池形成密封配合后，凸起结构14、膜电极边框21以及第二密封件32的第二部分32的密封配合处能够保持具有足够的密封压力，压力薄弱处得以消除，保证单电池内燃料与空气流道间互不串气，同时也保证了多个单电池之间燃料与空气流场之间互不串气，保证密封可靠性。

燃料电池第二实施例

参见图7和图8，本实施例中，支撑结构设置为支撑板44，支撑板44为金属薄板，长形的支撑板44通过粘贴或焊接固定到多个凸脊41的脊背上，支撑板44的长度方向与多个凸脊41的排布方向一致，支撑板44的表面为支撑面。此设置下，凸脊41、支撑板44、第一密封件51和第二密封件的第二部分622依次抵接。

其他实施例中，凸起结构具有其他外轮廓，如正方形、长方形、多边形、圆形或椭圆形。

其他实施例中，凸起结构的支撑面为曲面。

其他实施例中，凸起结构通过雕刻工艺形成，或凸起结构焊接到脊背上。

其他实施例中，多个凸脊上的凸起结构沿曲线布置。

本实用新型还请求保护具有本实用新型的燃料电池的交通工具。交通工具如车、船或飞行器等。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.单极板，包括基板和凸脊，所述凸脊凸起于所述基板，所述基板设有贯穿自身的进气口，两道所述凸脊之间形成流道，所述流道与所述进气口连通；

其特征在于：

所述凸脊包括远离所述基板的脊背，沿所述凸脊的长度方向，所述脊背上靠近所述进气口的位置上设有支撑结构，所述支撑结构包括背对所述基板的支撑面。

2.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于：

所述支撑结构包括凸起结构，所述凸起结构背向所述基板地凸起于所述脊背。

3.根据权利要求2所述的单极板，其特征在于：

多个所述凸脊上均形成所述凸起结构；

多个所述凸脊上的所述凸起结构之间沿线性布置。

4.根据权利要求2所述的单极板，其特征在于：

所述凸起结构通过对所述凸脊冲压形成。

5.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于：

所述支撑结构为支撑板，所述支撑板支撑在至少一个所述凸脊的所述脊背之上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的单极板，其特征在于：

所述支撑结构为刚性结构。

7.根据权利要求1至5任一项所述的单极板，其特征在于：

所述支撑面为平面。

8.双极板，包括相互连接的两块单极板；

其特征在于：

至少一块单极板采用上述权利要求1至7任一项所述的单极板。

9.单电池，包括双极板，其特征在于：

所述双极板采用上述权利要求8所述的双极板。

10.根据权利要求9所述的单电池，其特征在于：

所述单电池还包括膜电极、第一密封件和第二密封件；

所述第二密封件包括第一部分和第二部分；

所述基板、所述第一密封件、所述膜电极和所述第一部分依次连接；

所述支撑面、所述膜电极和所述第二部分依次连接。

11.燃料电池，包括至少两个单电池；

其特征在于：

至少一个所述单电池采用上述权利要求9或10所述的单电池。

12.交通工具，包括燃料电池，其特征在于：

所述燃料电池采用上述权利要求11所述的燃料电池。

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