质子交换膜燃料电池制造技术

本实用新型专利技术属于燃料电池研制领域，涉及一种质子交换膜燃料电池，包括由若干双极板组成的双极板部，双极板部两侧各设有一块集流板，集流板外侧设有夹板，相邻双极板之间设有质子交换膜膜电极，靠近质子交换膜膜电极的双极板侧面设有流道，质子交换膜膜电极一侧的流道为阳极反应区，另一侧流道为阴极反应区；双极板的四个角部位置分别设有一条主通气管路，主通气管路垂直流道所在双极板侧面，双极板左侧的上下两条主通气管路分别通过支管路连通一侧流道的上下两端，主通气管路与集流板相应位置的通气口相连通。本实用新型专利技术结构设计合理，能够有效防止集流板与双极板之间气体泄漏以及气体串格现象发生，提高了燃料电池的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池
本技术涉及一种质子交换膜燃料电池，属于燃料电池研制领域。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有叠层结构，集流板与双极板之间要求接触良好、电阻低，从而保证良好的电子汇集和导出作用以及较低的电量损耗；双极板之间要求密封良好，避免出现因气体串格而导致电池失效甚至爆炸的现象发生。然而，气体泄漏和串格的现象仍时有发生。目前，国内外一直在对质子交换膜燃料电池进行研究，但并没有解决气体泄漏和串格的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种质子交换膜燃料电池，该质子交换膜燃料电池能够有效防止集流板与双极板之间气体泄漏以及气体串格现象发生，提高了燃料电池的可靠性。本技术所述的质子交换膜燃料电池，包括由若干双极板组成的双极板部，双极板部两侧各设有一块集流板，集流板外侧设有夹板，相邻双极板之间设有质子交换膜膜电极，靠近质子交换膜膜电极的双极板侧面设有流道，质子交换膜膜电极一侧的流道为阳极反应区，另一侧流道为阴极反应区，夹板、集流板和双极板部通过物理挤压固定；双极板的四个角部位置分别设有一条主通气管路，主通气管路垂直流道所在双极板侧面，双极板左侧的上下两条主通气管路分别通过支管路连通一侧流道的上下两端，右侧两条主通气管路分别通过支管路连通另一侧流道的上下两端，相邻双极板的相应主通气管路相连通，并且主通气管路与集流板相应位置的通气口相连通；双极板的主通气管路与集流板相应位置的通气口的连通处设有O型密封圈。双极板部包括的双极板数量根据电压需要进行调整设置。反应过程中，氢气通过双极板部一侧的集流板的一个通气口进入第一块双极板的相应主通气管路，一部分氢气通过支管路流入阳极反应区进行反应，另一部分流入下一级双极板的主通气管路，以此类推，各相应的主通气管路通入氢气，氢气又经支管路流入阳极反应区，在阳极反应区反应后剩余的气体经流道另一端的支管路流入另一条主通气管路，然后经集流板的另一个通气口排出；氧气经双极板部另一侧的集流板的一个通气口进入双极板的相应主通气管路，一部分氧气通过支管路流入阴极反应区进行反应，另一部分流入下一级双极板的主通气管路，以此类推，各相应的主通气管路通入氧气，氧气又经支管路流入阴极反应区，在阴极反应区反应后剩余的气体经流道另一端的支管路流入另一条主通气管路，然后经集流板的另一个通气口排出，氢气和氧气分别反应入在质子交换膜膜电极的两侧。现有的技术通过两条主通气管路的衔接处给阳极反应区或阴极反应区通入气体，非常容易发生气体泄漏，本申请通过支管路输入或排除气体，主通气管路之间不需要再留有缝隙，气体不会再发生泄漏和串格。双极板的主通气管路与集流板相应位置的通气口的连通处设有O型密封圈，不再采用密封胶，不会影响电子在二者之间的传输，且能够保证气体不会从二者之间泄漏。两块夹板对其之间的集流板和双极板采用螺栓紧固的物理压紧方式进行固定，并且夹板的材质取用绝缘材料。O型密封圈的材质为TPE、TPV、TPVC、TPES、TPO和TPU等热塑性弹性体，以及NBR丁腈橡胶密封圈、HNBR氢化丁腈橡胶密封圈、SIL硅橡胶密封圈、VITON氟素橡胶密封圈、FLS氟硅橡胶密封圈、EPDM三元乙丙橡胶密封圈、CR氯丁橡胶密封圈、IIR丁基橡胶密封圈、ACM丙烯酸酯橡胶密封圈、NR天然密封橡胶圈、PU聚氨酯橡胶密封圈等。优选的，所述的集流板为方形板，集流板包括两个通气口，两个通气口分别设置在集流板的上部和下部，并且两个通气口同时位于集流板的左部或右部。优选的，所述的O型密封圈的压缩量为5％～25％。优选的，所述的O型密封圈的硬度为25A～55A。优选的，所述的主通气管路呈阶梯状，一端为大直径端，另一端为小直径端，小直径端通过支管路连通相应一侧的流道；大直径端靠近气体入口，小直径端靠近气体出口。优选的，所述的质子交换膜膜电极两侧分别设有一个方形垫圈环，方形垫圈环的大小和形状与双极板相匹配，方形垫圈环的四个角部位置分别设有一个通孔，通孔位置与主通气管路位置相对应。电堆锁紧时，双极板、方形垫圈环和质子交换膜膜电极之间通过物理压紧方式固定，方形垫圈环进一步消除了相邻双极板的主通气管路之间的间隙，形成一个闭环压力区，有效防止气体泄漏和串格现象发生。本技术与现有技术相比所具有的有益效果是：本技术结构设计合理，双极板的主通气管路与集流板相应位置的通气口的连通处设有O型密封圈，不再采用密封胶，不会影响电子在二者之间的传输，且能够保证气体不会从二者之间泄漏；双极板设置主通气管路和支管路，同孔进气、异孔出气，并且质子交换膜膜电极两侧分别设有一个方形垫圈环，电堆锁紧时，方形垫圈环的设置消除了相邻双极板的主通气管路之间的间隙，形成一个闭环压力区，有效防止气体泄漏和串格现象发生，提高了燃料电池的可靠性。附图说明图1、质子交换膜燃料电池结构示意图(一)；图2、集流板主视图；图3、集流板俯视图；图4、集流板A-A剖视图；图5、双极板主视图；图6、双极板B-B剖视图；图7、双极板C-C剖视图；图8、方形垫圈环主视图；图9、方形垫圈环D-D剖视图；图10、质子交换膜燃料电池结构示意图(二)。图中：1、集流板；2、夹板；3、通气口；4、支管路；5、主通气管路；6、阳极反应区；7、方形垫圈环；8、阴极反应区；9、质子交换膜膜电极；10、双极板部；11、O型密封圈；12、流道；13、小直径端；14、大直径端；15、通孔；16、氢气出气口；17、氢气进气口；18、氧气出气口；19、氧气进气口；20、双极板。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步描述：如图1-图10，本技术所述的质子交换膜燃料电池，包括由若干双极板20组成的双极板部10，双极板部10两侧各设有一块集流板1，集流板1外侧设有夹板2，相邻双极板20之间设有质子交换膜膜电极9，靠近质子交换膜膜电极9的双极板20侧面设有流道12，质子交换膜膜电极9一侧的流道12为阳极反应区6，另一侧流道12为阴极反应区8，夹板2、集流板1和双极板20部通过物理挤压固定；双极板20的四个角部位置分别设有一条主通气管路5，主通气管路5垂直流道12所在双极板20侧面，双极板20左侧的上下两条主通气管路5分别通过支管路4连通一侧流道12的上下两端，右侧两条主通气管路5分别通过支管路4连通另一侧流道12的上下两端，相邻双极板20的相应主通气管路5相连通，并且主通气管路5与集流板1相应位置的通气口3相连通；双极板20的主通气管路5与集流板1相应位置的通气口3的连通处设有O型密封圈11。本实施例中：集流板1为方形板，集流板1包括两个通气口3，两个通气口3分别设置在集流板1的上部和下部，并且两个通气口3同时位于集流板1的左部或右部。O型密封圈11的压缩量为5％～25％；O型密封圈11的硬度为25A～55A；O型密封圈11的材质为TPE、TPV、TPVC、TPES、TPO和TPU等热塑性弹性体，以及NBR丁腈橡胶密封圈、HNBR氢化丁腈橡胶密封圈、SIL硅橡胶密封圈、VITON氟素橡胶密封圈、FLS氟硅橡胶密封圈、EPDM三元乙丙橡胶密封圈、CR氯丁橡胶密封圈、IIR丁基橡胶密封圈、ACM丙烯酸酯橡胶密封圈、NR天然密封橡胶圈、PU聚氨酯橡胶密封圈等。主通气管路5呈阶梯状，一端为大直径端14，另一端为小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：包括由若干双极板(20)组成的双极板部(10)，双极板部(10)两侧各设有一块集流板(1)，集流板(1)外侧设有夹板(2)，相邻双极板(20)之间设有质子交换膜膜电极(9)，靠近质子交换膜膜电极(9)的双极板(20)侧面设有流道(12)，质子交换膜膜电极(9)一侧的流道(12)为阳极反应区(6)，另一侧流道(12)为阴极反应区(8)，夹板(2)、集流板(1)和双极板(20)部通过物理挤压固定；双极板(20)的四个角部位置分别设有一条主通气管路(5)，主通气管路(5)垂直流道(12)所在双极板(20)侧面，双极板(20)左侧的上下两条主通气管路(5)分别通过支管路(4)连通一侧流道(12)的上下两端，右侧两条主通气管路(5)分别通过支管路(4)连通另一侧流道(12)的上下两端，相邻双极板(20)的相应主通气管路(5)相连通，并且主通气管路(5)与集流板(1)相应位置的通气口(3)相连通；双极板(20)的主通气管路(5)与集流板(1)相应位置的通气口(3)的连通处设有O型密封圈(11)。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：包括由若干双极板(20)组成的双极板部(10)，双极板部(10)两侧各设有一块集流板(1)，集流板(1)外侧设有夹板(2)，相邻双极板(20)之间设有质子交换膜膜电极(9)，靠近质子交换膜膜电极(9)的双极板(20)侧面设有流道(12)，质子交换膜膜电极(9)一侧的流道(12)为阳极反应区(6)，另一侧流道(12)为阴极反应区(8)，夹板(2)、集流板(1)和双极板(20)部通过物理挤压固定；双极板(20)的四个角部位置分别设有一条主通气管路(5)，主通气管路(5)垂直流道(12)所在双极板(20)侧面，双极板(20)左侧的上下两条主通气管路(5)分别通过支管路(4)连通一侧流道(12)的上下两端，右侧两条主通气管路(5)分别通过支管路(4)连通另一侧流道(12)的上下两端，相邻双极板(20)的相应主通气管路(5)相连通，并且主通气管路(5)与集流板(1)相应位置的通气口(3)相连通；双极板(20)的主通气管路(5)与集流板(1)相应位置的通气口(3)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：单颖会，吴涛，战祥连，唐胜群，林双，赵艳红，陈龙霞，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：新型
国别省市：山东,37