一種燃料電池電堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，特別是指一種燃料電池電堆。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將儲(chǔ)存在氫燃料和氧化劑(氧氣)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置?；驹硎菤錃夂脱鯕?空氣)分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，生成水，產(chǎn)生熱能和電能。具有能量轉(zhuǎn)換效率高、低溫啟動(dòng)、環(huán)境友好、低噪音、安全可靠、比功率和比能量密度高等突出優(yōu)點(diǎn)。在移動(dòng)電源、固定電站及交通運(yùn)輸領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景，被認(rèn)為最具有潛力的解決環(huán)境污染、能源危機(jī)的有效手段之一，受到國(guó)內(nèi)外政府、車企以及科技工作者的重點(diǎn)關(guān)注。
[0003]燃料電池電堆通常由多個(gè)單電池按照壓濾機(jī)方式串聯(lián)而成，單電池包括膜電極、金屬雙極板及密封件。膜電極位于金屬雙極板之間，是氫燃料和氧化劑反應(yīng)的場(chǎng)合，膜電極包括質(zhì)子交換膜和電極，電極有陰極和陽(yáng)極，每個(gè)電極都包含有催化劑層和氣體擴(kuò)散層，質(zhì)子交換膜位于陰極和陽(yáng)極之間。在膜電極的四周設(shè)置用于密封膜電極的密封件，防止氣體內(nèi)漏和外泄。金屬雙極板的作用為支撐膜電極、均勻分配反應(yīng)氣體、收集電流并導(dǎo)出電能以及阻隔反應(yīng)氣等，重量約占據(jù)單電池重量的80%。
[0004]目前，為了提高電池的重量比功率及體積比功率，金屬雙極板厚度朝著極薄方向發(fā)展，通常只有零點(diǎn)幾個(gè)毫米。另外，位于兩片雙極板之間的膜電極厚度也很小，自然狀態(tài)下即未被壓縮時(shí)也不會(huì)超過(guò)1毫米，在組裝燃料電池電堆壓緊時(shí)又會(huì)被壓縮30%左右。對(duì)于大功率電池尤其是車用電池，為了獲得合適的功率和電壓，電池一般由幾百片單電池組成，即有幾百片雙極板，而且單池活性面積較大，通常有上百平方厘米。因此，組裝電池時(shí)稍有偏差或者錯(cuò)位，兩片雙極板或多片雙極板會(huì)因接觸而起短路燒壞雙極板，甚至高溫熔化密封件和膜電極，引起起火、爆炸等更嚴(yán)重現(xiàn)象。另外，電池使用過(guò)程中也會(huì)發(fā)生密封件變薄、膜電極副圈損壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電池短路，極其危險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種燃料電池電堆，能夠降低短路風(fēng)險(xiǎn)，提高燃料電池電堆的安全性和可靠性。
[0006]基于上述目的本發(fā)明提供的燃料電池電堆，包括多個(gè)單電池層疊而成，所述單電池包括金屬雙極板、膜電極和密封件，所述金屬雙極板包括兩塊尺寸相同的流場(chǎng)板構(gòu)成的陰極板和陽(yáng)極板，所述流場(chǎng)板的四邊分別設(shè)置絕緣套，所述絕緣套設(shè)有用于與所述流場(chǎng)板的邊緣卡接的卡槽。
[0007]所述膜電極夾在陰極板和陽(yáng)極板之間，且被陰極板和陽(yáng)極板壓制，所述陰極板和陽(yáng)極板上在環(huán)繞所述膜電極的四周設(shè)置有密封槽，所述密封槽內(nèi)填充用于密封膜電極四邊的密封件。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣套包括兩個(gè)側(cè)壁和橫板，其中一個(gè)側(cè)壁的一端與另一個(gè)側(cè)壁的一端通過(guò)橫板連接形成所述卡槽，所述燃料電池電堆緊縮壓緊后，兩個(gè)側(cè)壁的厚度之和小于或等于所述陰極板邊緣至陽(yáng)極板邊緣的距離。
[0009]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述卡槽的形狀與流場(chǎng)板邊緣形狀相吻合，所述卡槽的深度等于流場(chǎng)板的邊線至密封件的垂直距離，所述卡槽的開(kāi)度與流場(chǎng)板的厚度相匹配。
[0010]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述卡槽的橫截面為矩形。
[0011]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣套采用耐受80?100°C的絕緣材料。
[0012]可選地，所述絕緣材料為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹(shù)脂。
[0013]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的燃料電池電堆，通過(guò)在金屬雙極板的邊緣設(shè)置絕緣套，有效地防止金屬雙極板的接觸，降低燃料電池電堆短路風(fēng)險(xiǎn)，提高燃料電池電堆的安全性和可靠性。此外，絕緣套的卡槽尺寸以及側(cè)壁厚度分別與金屬雙極板的邊緣和金屬雙極板之間的垂直距離匹配良好，既能保證燃料電池電堆的良好密封性，又能保證膜電極的電極與金屬雙極板的良好接觸，避免因接觸不良而增加燃料電池內(nèi)阻，降低電池發(fā)電能力。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例燃料電池的單電池主視圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例單塊設(shè)有絕緣套的流場(chǎng)板俯視圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例絕緣套主視圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例絕緣套側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例提供的燃料電池電堆包括多個(gè)單電池層疊而成。參照?qǐng)D1，其為本發(fā)明實(shí)施例燃料電池的單電池主視圖，該單電池5包括:膜電極4、陰極板301、陽(yáng)極板302以及絕緣套1。所述膜電極4設(shè)置在陰極板301和陽(yáng)極板302之間，陰極板301和陽(yáng)極板302是由兩塊尺寸相同的流場(chǎng)板3構(gòu)成，在每塊所述流場(chǎng)板3的四邊分別設(shè)置絕緣套1。其中，所述陰極板301和陽(yáng)極板302共同構(gòu)成金屬雙極板。
[0020]參見(jiàn)圖2所示，其為本發(fā)明實(shí)施例單塊設(shè)有絕緣套的流場(chǎng)板俯視圖，在所述流場(chǎng)板3表面環(huán)繞所述膜電極4的四周設(shè)置密封件2，所述密封件2被填充于設(shè)置在所述流場(chǎng)板3表面的密封槽內(nèi)，密封件2可以為密封膠或密封圈等，用于密封所述膜電極4四邊，防止氣體泄漏。本實(shí)施例提供的燃料電堆電堆，在金屬雙極板的邊緣設(shè)置絕緣套能夠防止因金屬雙極板接觸而引起燃料電池電堆的短路，提高燃料電池電堆的安全性和可靠性。由于絕緣套的保護(hù)，即使在金屬雙極板錯(cuò)位或者膜電極邊緣損壞情況下，金屬雙極板也無(wú)法因接觸而短路。
[0021]參照?qǐng)D3所示，其為本發(fā)明實(shí)施例絕緣套主視圖，所述絕緣套1設(shè)有用于與流場(chǎng)板3的邊緣卡接的卡槽101。作為一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合圖2所示，所述卡槽101的形狀與流場(chǎng)板3的邊緣形狀相吻合，所述卡槽101的深度等于流場(chǎng)板3的邊線至密封件2的垂直距離，使所述絕緣套1能夠與密封件2的邊緣恰好接觸，起到更好的密封效果，所述卡槽101的開(kāi)度與流場(chǎng)板3的厚度相匹配。
[0022]參照?qǐng)D4所示，其為本發(fā)明實(shí)施例絕緣套側(cè)視圖，所述絕緣套1包括兩個(gè)側(cè)壁102和橫板103，其中一個(gè)側(cè)壁102的一端與另一個(gè)側(cè)壁102的一端通過(guò)橫板103連接形成所述卡槽101。作為另一個(gè)實(shí)施例，所述卡槽101的橫截面為矩形。
[0023]參照?qǐng)D3并結(jié)合圖1所示，所述燃料電池電堆緊縮壓緊后，兩個(gè)側(cè)壁102的厚度之和小于或等于所述陰極板301邊緣至陽(yáng)極板302邊緣的距離。即在燃料電池電堆壓緊后，絕緣套1既不能影響膜電極4的電極與金屬雙極板接觸，也不能影響燃料電池電堆的密封。
[0024]作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述絕緣套采用能夠耐受80?100°C高溫的絕緣材料，所述絕緣材料可以為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹(shù)脂等，不易老化，使用壽命長(zhǎng)。
[0025]由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的燃料電池電堆，通過(guò)在金屬雙極板的邊緣設(shè)置絕緣套，有效地防止金屬雙極板的接觸，降低燃料電池電堆短路風(fēng)險(xiǎn)，提高燃料電池電堆的安全性和可靠性。此外，絕緣套的卡槽尺寸以及側(cè)壁厚度分別與金屬雙極板的邊緣和金屬雙極板之間的垂直距離匹配良好，既能保證燃料電池電堆的良好密封性，又能保證膜電極的電極與金屬雙極板的良好接觸，避免因接觸不良而增加燃料電池內(nèi)阻，降低電池發(fā)電能力。
[0026]所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:以上任何實(shí)施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開(kāi)的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實(shí)施例或者不同實(shí)施例中的技術(shù)特征之間也可以進(jìn)行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡(jiǎn)明它們沒(méi)有在細(xì)節(jié)中提供。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池電堆，其特征在于，包括多個(gè)單電池層疊而成，所述單電池包括金屬雙極板、膜電極和密封件，所述金屬雙極板包括兩塊尺寸相同的流場(chǎng)板構(gòu)成的陰極板和陽(yáng)極板，所述流場(chǎng)板的四邊分別設(shè)置絕緣套，所述絕緣套設(shè)有用于與所述流場(chǎng)板的邊緣卡接的卡槽； 所述膜電極夾在陰極板和陽(yáng)極板之間，且被陰極板和陽(yáng)極板壓制，所述陰極板和陽(yáng)極板上在環(huán)繞所述膜電極的四周設(shè)置有密封槽，所述密封槽內(nèi)填充用于密封膜電極四邊的密封件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆，其特征在于，所述絕緣套包括兩個(gè)側(cè)壁和橫板，其中一個(gè)側(cè)壁的一端與另一個(gè)側(cè)壁的一端通過(guò)橫板連接形成所述卡槽，所述燃料電池電堆緊縮壓緊后，兩個(gè)側(cè)壁的厚度之和小于或等于所述陰極板邊緣至陽(yáng)極板邊緣的距離。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆，其特征在于，所述卡槽的形狀與流場(chǎng)板邊緣形狀相吻合，所述卡槽的深度等于流場(chǎng)板的邊線至密封件的垂直距離，所述卡槽的開(kāi)度與流場(chǎng)板的厚度相匹配。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池電堆，其特征在于，所述卡槽的橫截面為矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池電堆，其特征在于，所述絕緣套采用耐受80?100 °C的絕緣材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池電堆，其特征在于，所述絕緣材料為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹(shù)脂。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池電堆，包括多個(gè)單電池層疊而成，所述單電池包括金屬雙極板、膜電極和密封件，所述金屬雙極板包括兩塊尺寸相同的流場(chǎng)板構(gòu)成的陰極板和陽(yáng)極板，所述流場(chǎng)板的四邊分別設(shè)置絕緣套，所述絕緣套設(shè)有用于與所述流場(chǎng)板的邊緣卡接的卡槽。所述膜電極夾在陰極板和陽(yáng)極板之間，且被陰極板和陽(yáng)極板壓制，所述陰極板和陽(yáng)極板上在環(huán)繞所述膜電極的四周設(shè)置有密封槽，所述密封槽內(nèi)填充用于密封膜電極四邊的密封件。本發(fā)明提供的燃料電池電堆能夠降低短路風(fēng)險(xiǎn)，提高燃料電池電堆的安全性和可靠性。
【IPC分類】H01M8/2465, H01M8/0276, H01M8/247
【公開(kāi)號(hào)】CN105355941
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510661244
【發(fā)明人】宋艷平, 翟俊香, 顧艷, 張寶春, 靳殷實(shí)
【申請(qǐng)人】航天新長(zhǎng)征電動(dòng)汽車技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日