单体燃料电池和燃料电池电堆制造技术

本发明专利技术公开了一种单体燃料电池和燃料电池电堆，单体燃料电池包括：阳极板，阳极板包括阳极反应区阳极边缘区，阳极边缘区的第一侧面设有阳极密封凸台；阴极板，阴极板包括阴极反应区阴极边缘区，阴极边缘区的第一侧面设有阴极密封凸台；膜电极组件夹设在阳极板的第一侧面与阴极板的第一侧面之间，且阳极气路扩散层与阳极反应区正对，阴极气路扩散层与阴极反应区正对，膜电极伸出阳极气路扩散层和阴极气路扩散层的至少部分外设置有绝缘框，绝缘框夹设在阳极密封凸台与阴极密封凸台之间。通过在阳极板和阴极板设置用于密封的密封凸台，即可实现膜电极组件的定位、密封及绝缘，大大简化了装配工序。

Monomer fuel cell and fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
单体燃料电池和燃料电池电堆
本专利技术属于燃料电池制造
，具体而言，涉及一种单体燃料电池和具有该燃料电池分隔件的燃料电池电堆。
技术介绍
燃料电池尤其氢燃料电池主要用于新能源汽车系列的燃料电池动力汽车、客车以及卡车、新能源燃料电池动力机车、飞行器、家庭用分散电源等领域。燃料电池具有堆叠结构，通常是由单体燃料电池层叠多个而成的层叠体而构成。单体燃料电池一般来说包括发电体和隔板，发电体包含电解质膜和配置在电解质膜两面上的电极催化层。在燃料电池组中，层叠体的两端依次层叠集电板、绝缘板、端板，并使用连结装置将分别处于层叠体两侧的一对端板连结，使其保持层叠状态。分隔件表面有供给反应气体流动的流路，该流路的设置方式对燃料电池的效率影响较大。相关技术中，分隔件提供的还原剂气体流路及氧化剂气体流路的结构较为简单，未考虑到气体的实际走向。燃料电池的特性要求氢氧侧所需的反应空间不同，一般采用两侧流道设计宽度不同的方法解决该问题。但流道宽度增大的一侧导致该侧流道宽深比增大，从而导致反应效率降低或电池体积的增大。此外，也有可能增加冲压加工的复杂程度。燃料电池在发电过程中，会产生热量。相关技术中，为了带走热量，通常是在分隔件的边缘区设置冷却流道，该方式的冷却效果不好，长期使用会导致燃料电池的升温严重，影响电化学反应的效率。在堆叠燃料电池的层叠体时，层叠体的压装效果直接影响燃料电池的反应效率。相关技术中，需要设置独立的压装边框来实现层叠体的压装，零部件较多，工艺复杂。燃料电池的堆叠结构是通过对置于对各单电池层叠体两端的端板上施加紧固力而形成。相关技术中，需要设置独立的压装边框，用于施加紧固力的杆件穿过压装边框。这种压装方式导致电池内部压力不均匀，从而影响电池性能。为了实现膜电极发电体的定位及固定，采用在膜电极四周设置与膜电极一体的绝缘绝缘框来实现。在承受电池工作的高压力时，绝缘框本身与膜电极材料属性的不同易导致绝缘框的变形及移位，进而影响电池性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。根据本专利技术实施例的单体燃料电池，包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极边缘区的第一侧面设有阳极密封凸台；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极边缘区的第一侧面设有阴极密封凸台；膜电极组件，所述膜电极组件包括层叠设置的阳极气路扩散层、膜电极、阴极气路扩散层，所述膜电极组件夹设在所述阳极板的第一侧面与所述阴极板的第一侧面之间，且所述阳极气路扩散层与所述阳极反应区正对，所述阴极气路扩散层与所述阴极反应区正对，所述膜电极伸出所述阳极气路扩散层和所述阴极气路扩散层的至少部分外设置有绝缘框，所述绝缘框夹设在所述阳极密封凸台与所述阴极密封凸台之间。根据本专利技术实施例的单体燃料电池，通过在阳极板和阴极板设置用于密封的密封凸台，即可实现膜电极组件的定位、密封及绝缘，大大简化了装配工序。本专利技术还提出了一种燃料电池电堆，包括：如上述任一种所述的单体燃料电池，多个所述单体燃料电池层叠设置，所述单体燃料电池的阴极板的第二侧面与相邻的一个单体燃料电池的阳极板的第二侧面相对设置。所述燃料电池电堆与上述的所述单体燃料电池相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的燃料电池电堆的外部结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的单体燃料电池的各层结构爆炸图；图3是根据本专利技术实施例的单体燃料电池的正视图；图4是根据本专利技术实施例的单体燃料电池的正视图；图5是图4中A处的局部放大图；图6是图中M-M处的断面图；图7是图中N-N处的断面图；图8是根据本专利技术实施例的栅板的结构示意图；图9是根据本专利技术第一个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图10为根据本专利技术第一个实施例的阴极板的横截面示意图；图11是根据本专利技术第二个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图12为根据本专利技术第二个实施例的阴极板的横截面示意图；图13是根据本专利技术第三个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图14为根据本专利技术第三个实施例的阴极板的横截面示意图；图15是根据本专利技术第四个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图16为根据本专利技术第四个实施例的阴极板的横截面示意图；图17是根据本专利技术第五个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图18是根据本专利技术第六个实施例的单体燃料电池在堆叠方向的断面图；图19为根据本专利技术第六个实施例的阴极板的横截面示意图；图20为根据本专利技术第六个实施例的阳极板的横截面示意图；图21为根据本专利技术实施例的阳极板的横截面示意图；图22为根据本专利技术实施例的阴极板的横截面示意图。附图标记：阳极板10，阳极反应区11，阳极流道111，阳极边缘区12，阳极密封槽121，进气导流区123，出气导流区124，阳极密封凸台125，阳极夹持部126，阳极流道底面A1、阳极流道顶面A2，边缘凸起面A3，阴极板20，阴极反应区21，阴极流道211，阴极边缘区22，阴极密封槽221，阴极密封凸台225，阴极流道底面C1，阴极流道顶面C2，阴极夹持部凸起面C3，阴极边缘区平面C4，密封件222，阶梯面223，阴极夹持部126，膜电极组件30，阳极气路扩散层31，阴极气路扩散层32，膜电极33，绝缘框34，气路组件40，冷却侧组件50，栅板60，栅板流道61，燃料气进口71，燃料气出口72，氧化剂进口73，氧化剂出口74，冷却剂进口75，冷却剂出口76，避让槽77，第一方向X，第二方向Y。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术实施例的燃料电池电堆可以为氢燃料电池，燃料电池电堆可以包括多个层叠设置的单体燃料电池，每个单体燃料电池包括层叠设置的阳极板10、膜电极组件30、阴极板20，燃料气体进入阳极板10处的气路，氧化剂气体进入阴极板20处的气路，燃料气体和氧化剂气体通过膜电极组件30发生电化学反应，将化学能转化为电能，比如氢燃料电池的燃料气体为氢气，氧化剂气体为氧气，当然，通常阴极供应的为空气。或者燃料电池电堆可以包括燃料电池分隔件和膜电极组件30，燃料电池分隔件至少包括层叠设置的阳极板10和阴极板20，膜电极组件30夹设在一个燃料电池分隔件的阳极板10与相邻的另一个燃料电池分隔件的阴极板20之间。上述两种描述方式并未实质性的区别，仅为将燃料电池电堆的分割时的选取了不同的周期性模块，下面的各个实施例中，如对燃料电池分隔件作了详细描述，则在涉及到对应的单体燃料电池时仅作简单描述。实施例一下面参考图1-图22描述根据本专利技术实施例的燃料电池分隔件。如图1-图22所示，根据本专利技术一个实施例的燃料电池分隔件包括阳极板10和阴极板20。其中，如图21所示，阳极板10的第一侧面设有阳极流道111，阳极流道111的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单体燃料电池，其特征在于，包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极边缘区的第一侧面设有阳极密封凸台；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极边缘区的第一侧面设有阴极密封凸台；膜电极组件，所述膜电极组件包括层叠设置的阳极气路扩散层、膜电极、阴极气路扩散层，所述膜电极组件夹设在所述阳极板的第一侧面与所述阴极板的第一侧面之间，且所述阳极气路扩散层与所述阳极反应区正对，所述阴极气路扩散层与所述阴极反应区正对，所述膜电极伸出所述阳极气路扩散层和所述阴极气路扩散层的至少部分外设置有绝缘框，所述绝缘框夹设在所述阳极密封凸台与所述阴极密封凸台之间。

【技术特征摘要】
1.一种单体燃料电池，其特征在于，包括：阳极板，所述阳极板包括阳极反应区和环绕所述阳极反应区的阳极边缘区，所述阳极边缘区的第一侧面设有阳极密封凸台；阴极板，所述阴极板包括阴极反应区和环绕所述阴极反应区的阴极边缘区，所述阴极边缘区的第一侧面设有阴极密封凸台；膜电极组件，所述膜电极组件包括层叠设置的阳极气路扩散层、膜电极、阴极气路扩散层，所述膜电极组件夹设在所述阳极板的第一侧面与所述阴极板的第一侧面之间，且所述阳极气路扩散层与所述阳极反应区正对，所述阴极气路扩散层与所述阴极反应区正对，所述膜电极伸出所述阳极气路扩散层和所述阴极气路扩散层的至少部分外设置有绝缘框，所述绝缘框夹设在所述阳极密封凸台与所述阴极密封凸台之间。2.根据权利要求1所述的单体燃料电池，其特征在于，所述阳极密封凸台沿所述单体燃料电池的堆叠方向的轴线与所述阴极密封凸台沿所述单体燃料电池的堆叠方向的轴线的距离为f，满足：f≤10μm。3.根据权利要求1所述的单体燃料电池，其特征在于，所述阳极密封凸台和所述阴极密封凸台的端面均为平面形。4.根据权利要求1所述的单体燃料电池，其特征在于，所述阳极密封凸台环绕所述阳极反应区设置，所述阴极密封凸台环绕所述阴极反应区设置，所述阳极密封凸台和所述阴极密封凸台均具有矩形横截面。5.根据权利要求1所述的单体燃料电池，其特征在于，还包括：气路组件，所述阴极反应区的第一侧面相对于所述阴极边缘区的第一侧面朝所述阴极板的第二侧面凹陷设置以形成沉槽，所述气路组件设置在所述沉槽。6.根据权利要求5所述的单体燃料电池，其特征在于，所述阴极反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿珺，柴茂荣，李鹏飞，宋耀颖，陆维，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11