CN2388714Y

CN2388714Y - 整体封装型质子交换膜燃料电池

Info

Publication number: CN2388714Y
Application number: CN99219220U
Authority: CN
Inventors: 钟家轮; 杨庆苏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2000-07-19
Anticipated expiration: 2009-09-01

Abstract

一种质子交换膜燃料电池,其整体封装型结构由端盖、盒形件、电堆及紧固装置组成。该结构不仅减少了电池的体积和重量,还提高了电池整体结构的刚度和强度,使其在各种强震动、冲击环境下,可靠地工作。由于在本结构的基础上可以进一步采用并联式或多联装整体外壳,将更有利于电堆的组合和集成,形成大功率和高比功率、高电压的复合型燃料电池电堆。

Description

整体封装型质子交换膜燃料电池

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池，尤其涉及一种整体封装的质子交换膜燃料电池。

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池除了在发电时无污染、噪音低外，还具有无腐蚀、启动快、发电效率高、功率密度大、使用寿命长、制造、装配工作量较小、维修、保养简易等许多优点。因此，在交通、发电、军事、航空、航天诸领域有着广阔的应用前景。

质子交换膜燃料电池主要由多个基本电池单元构成。质子交换膜燃料电池的基本电池单元由两块气体导流板和一片膜电极集合体组成，每片膜电极集合体包括质子交换膜及碳纸。膜电极集合体被夹在两块气体导流板的中间。传统的质子交换膜燃料电池有内穿螺栓和外置螺栓两种压装方法(见图1、2)。图1表示现有的质子交换膜燃料电池的内穿螺栓压装方式，通过端板1、氢、氧导流板2上的螺栓孔3以及内穿螺栓4将电池单元压装在一起。这种压装方式具有组装简易的优点，却因必需在导流板、碳纸及膜等结构材料上打孔而减少了这些材料的有效电化学反应面积，使电池的体积比功率降低；图2表示现有的质子交换膜燃料电池的外置螺栓压装方式，通过端板1和外置螺栓4’将电池单元压装在一起。这种压装方式虽然避免了内穿螺栓压装方式的上述缺陷，却有传统质子交换膜燃料电池所共有的一个弱点：当基本电池单元数量较多时，尤其是在使用中受到震动或冲击性负荷时，基本电池单元在压装螺栓的垂直方向上容易发生位移。为此，一些大功率的质子交换膜燃料电池采用垂直放置方式，以避免水平放置时重力引起的电池中部下垂变形，或在电池的下部另加两根支撑导条(图中未示出)。但依然不能保证在任意方向上有冲击性外力时，电池的膜电极之间正确的位置关系保持不变和密封完好性不变。

本实用新型的目的在于提供一种整体封装的质子交换膜燃料电池，以克服上述问题。

为此，本实用新型提供了一种整体封装型质子交换膜燃料电池，其整体封装结构由端盖、盒形件、电堆及紧固装置构成，所述结构中电堆置于盒形件中，以多个密封条在电堆与盒形件之间形成各自密封的空气通道，该通道连通相应的空气入口出口，形成空气供应系统，在电堆上预形成有氢气通道，该氢气通道连通相应的氢气入口出口，形成氢气供应系统，在电堆两端与端盖之间设有密封垫，将所述空气通道和氢气通道在电堆两端处隔离。

相对于现有技术，根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池，提高了电堆结构的刚度、强度；增加了结构的稳定性，可在各种强震动、冲击环境下可靠工作；减少了体积、重量；有效地增加了电堆的功率密度和功率重量比等参数；有效利用盒形件和电堆之间形成的间隙，形成各种流体和散热通道，增加了膜电极的有效反应面积，尤其适用于氢-空气发电燃料电池；由于这种封装结构的高强度、刚度和稳定性及流体通道结构，可以串联更多的电池组，取得较高的电压和功率，并能形成较大的流体通道保证工作气体的更大流量，使燃料电池有更高的效率；还可采用并联式多联装整体外壳，更有利于电堆的组合和集成，形成大功率、高功率密度和高电压的复合燃料电池电堆。

下面，结合以下示例性的附图，考虑以下具体的示例性实施例的描述，可以更好地理解本实用新型。在附图中：

图1表示现有的质子交换膜燃料电池的内穿螺栓压装方式；

图2表示现有的质子交换膜燃料电池的外置螺栓压装方式；

图3表示根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池的一种单装实施例的外壳的分解图；

图4a表示气体导流板上的空气导流面；

图4b表示气体导流板上的氢气导流面；

图4c表示根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池的单装实施例中的空气和氢气通道；

图5a-5d表示根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池的双联装整体外壳。

图3表示根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池的一种单装外壳的分解图。其中盒形件11是两端开口的中空长方体，其四壁上带有多个通孔18，18’以及多条加强肋19。盒形件11可以由轻质金属材料或非金属材料制成。两端盖12、13分别与盒形件11的两端开口配合，其周边的轮廓与盒形件11的两端开口内侧的轮廓分别一致。在端盖12的侧壁上形成多个螺纹孔12’，其位置关系与盒形件11上的多个通孔18相对应。在端盖12上还具有用于输入空气的空气入口17、用于输入氢气的氢气入口15’和氢气出口15、以及用于输出电力的输出电极16，16’。在端盖13的侧壁上形成多个螺纹孔13’，其位置关系与盒形件11上的多个通孔18’相对应。在端盖13上还具有用于输出空气的空气出口17’。将螺钉14，14’通过通孔18，18’与端盖12和13上的螺纹孔12’和13’接合，从而将盒形件11与端盖12和13接合。

图4a表示气体导流板上的空气导流面；图4b表示气体导流板上的氢气导流面；图4c表示根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池中的空气和氢气通道。其中由多个基本电池单元构成的电堆20装入图3的盒形件11内，盒形件11的内壁与电堆20的密封条26、26’之间形成引导空气的通道23、23’。通过端盖12、13及密封垫(未示出)，在电堆的两端面27、27’将其夹紧，并形成两端面的密封，在两端面处将空气通道23与23’和氢气通道24、24’密封，并实现电堆与两端盖之间的密封。由空气入口17输入的空气进入空气通道23，从气体导流板的空气导流面的入口25’经导槽21，流出空气导流面出口25，进入空气通道23’，从空气出口17’流出。由氢气入口15’输入的氢气进入预形成于电池单元上的氢气通道24，经过气体导流板的氢气导流面上的氢气导槽22，流至氢气通道24’，从氢气出口15输出。流经空气导流面的空气与流经氢气导流面的氢气通过膜电极集合体产生电力，从输出电极16、16’输出。其中电堆20与电极16、16’之间的电连接方式为本领域的一般技术人员熟知，因此不再详述。

根据本实用新型的质子交换膜燃料电池除了采用上述的单装结构，还可以重复单装结构，形成双联装和多联装结构(如图5a-5d)所示。图5a-5d示出了根据本实用新型的整体封装型质子交换膜燃料电池的外壳的双联装结构。在端盖上设计有一体式的与电堆结构相对应的气体、液体(冷却液)分配器(如图5a)。

以上描述了本实用新型的示例性的非限制性的实施例，本领域内的技术人员可以在本实用新型的精神下，在所附权利要求书的范围内进行多种改变、修改、替换，如改变端盖与盒形件的连接方式，改变盒形件上的加强肋的形状和布局，改变气体入口、出口和输出电极的布置。盒形件的截面形状可以是矩形、圆形或其他形状，在外壳上可以开各种工艺开口、散热用的结构或其他用途的窗口等。

Claims

1.一种整体封装型质子交换膜燃料电池，其特征在于其整体封装结构由端盖(12、13)、盒形件(11)、电堆(20)及紧固装置(14、14’)构成，所述结构中电堆置于盒形件中，以多个密封条(26、26’)在电堆与盒形件之间形成各自密封的空气通道(23、23’)，该空气通道连通相应的空气入口出口(17、17’)，形成空气供应系统，在电堆上预形成有氢气通道(24、24’)，该氢气通道连通相应的氢气入口出口(15、15’)，形成氢气供应系统，在电堆两端与端盖之间设有密封垫，将所述空气通道以及氢气通道在电堆两端处隔离。

2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于所述盒形件由金属材料或非金属材料制成。

3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池，其整体封装结构的盒形件由不同形状截面构成。

4.如权利要求3所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，盒形件的端盖由耐腐蚀的金属板或其他耐腐蚀导电材料制成。

5.如权利要求4所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于，该封装结构可以采用单装结构、双联装结构或多联装结构。