一种燃料电池电堆制造技术

本申请提供了一种燃料电池电堆，所述的燃料电池电堆包括前端板、后端板、设于前端板和后端板之间的一组或多组单体燃料电池，所述的单体燃料电池包括阴极双极板、阳极双极板、设于阴极双极板和阳极双极板之间的膜电极。本申请的燃料电池电堆，通过对双极板流场设计、端板结构以及管接头的设计，实现流量分配均匀性的要求，从而提升燃料电池的性能特性。

A fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆
本专利技术涉及燃料电池
，特别是一种燃料电池电堆。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种新型电源，其利用氢气、氧气作为反应物，产生电、热、水。由于不受卡诺循环的限制，且反应排放物为水，质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、环境友好等特点。质子交换膜燃料电池由多个单体燃料电池层叠而成。其中单体燃料电池包括阳极双极板、阴极双极板以及夹在两双极板之间的膜电极构成，膜电极包括阳极催化剂、质子交换膜以及阴极催化剂，通常膜电极与阳极双极板以及膜电极与阴极双极板之间还设置有气体扩散层，使反应气体尽可能均匀地扩散在膜电极两侧。授权公布号为CN106711472A的中国专利技术专利中公布了一种双极板结构，通过设计燃料流道的入口截面积大于出口截面积，从而增加燃料腔内的气体浓度均匀性，从而提高膜电极催化剂的利用率。授权公布号为CN105762367B的中国专利技术专利中公布了一种双极板蛇形流道，通过对蛇形流道的优化设计促进电极轴向传质，提高燃料电池性能。现阶段对燃料电池流道的优化设计主要是针对双极板流道结构的改进，很少涉及燃料电池电堆整体的流道分布优化。
技术实现思路
本申请要解决的技术问题是提供一种燃料电池电堆。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种燃料电池电堆，所述的燃料电池电堆包括前端板、后端板、设于前端板和后端板之间的一组或多组单体燃料电池，所述的单体燃料电池包括阴极双极板、阳极双极板、设于阴极双极板和阳极双极板之间的膜电极，所述的阴极双极板的与膜电极相对的表面设置有空气流场，在空气流场背面设有冷却水流场，所述的阳极双极板的与膜电极相对的表面设置有氢气流场，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的上端均设置有与空气流场相连通的空气共享通道的进口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的进口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的出口，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的下端设置有与空气流场相连通的空气共享通道的出口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的出口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的进口，所述的空气流场包括两个或多个空气子流场，每个所述的空气子流场的上端对应一个空气共享通道的进口，每个所述的空气子流场的下端对应一个空气共享通道的出口。优选地，所述的空气流场和氢气流场为渐变流道，从流场的入口至出口台阶式渐变或平滑式渐变。优选地，所述的空气子流场与所述的氢气流场为蛇形流道。优选地，所述的阴极双极板与所述的膜电极之间设置有一圈空气侧的密封圈，所述的阳极双极板与所述的膜电极之间设置有一圈氢气侧的密封圈，所述的燃料电池电堆还包括多个固定螺杆，固定螺杆穿过所述的前端板和后端板将所述的单体燃料电池固定在前端板和后端板之间，所述的密封圈边缘外形成多个半包围区，所述的固定螺杆穿过该半包围区，所述的密封圈对经过该半包围区的固定螺杆形成至少180度的半包围。优选地，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极四边均设置有固定螺杆穿孔，至少一部分所述的固定螺杆穿过所述的固定螺杆穿孔。优选地，所述的固定螺杆的一端部套设有一弹簧，所述的弹簧的一端作用于固定螺杆的端部，另一端作用于前端板或后端板。优选地，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的四个顶角上均设置有用于安装和定位的定位孔。优选地，所述的空气共享通道的入口布置在双极板的上部，所述的空气共享通道的出口布置在双极板的下部，氢气共享通道的进口布置在双极板的右侧边的上部，所述的氢气共享通道的出口布置在双极板的左侧边的下部，所述的冷却液共享通道的入口分布在双极板的左侧边的上部，所述的冷却液共享通道的出口分布在双极板的右侧边的下部。本申请的一种燃料电池电堆，通过对双极板流场设计、端板结构以及管接头的设计，实现流量分配均匀性的要求，从而提升燃料电池的性能特性。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。图1为本专利技术的燃料电池电堆的示意图；图2为封装了3节单体燃料电池的燃料电池短堆轴向剖面图；图3为单体燃料电池结构示意图；图4为阳极双极板氢气流场示意图；图5为阴极双极板空气流场示意图；图6为阴极双极板冷却液流场示意图；图7为本申请的密封圈与固定螺杆的相对位置关系图。具体实施方式下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。图1示意出了本专利技术的燃料电池电堆，主要包括前端板11，固定螺杆12、单体燃料电池13、后集电板14、绝缘板15以及后端板16，多块单体燃料电池层叠后通过前后端板以及固定螺杆进行紧固封装，形成一种燃料电池电堆。图1中仅示意了一块单体燃料电池13，用于说明层叠单体燃料电池的位置，实际层叠单体燃料电池的数量根据实际的功率需求决定。前端板11采用具有绝缘、耐燃性的复合材料，一般选用玻璃纤维环氧树脂复合材料；或采用铝合金前端板和PPS绝缘板组合件，给电堆保证受力强度的同时，实现铝合金前端板与前集电铜板之间绝缘，防止前端板漏电。前端板11上装配有各管路接头以及铜线端子，其中空气接头1、2为空气共享通道的入口，氢气接头3为氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆，其特征在于，所述的燃料电池电堆包括前端板、后端板、设于前端板和后端板之间的一组或多组单体燃料电池，所述的单体燃料电池包括阴极双极板、阳极双极板、设于阴极双极板和阳极双极板之间的膜电极，/n所述的阴极双极板的与膜电极相对的表面设置有空气流场，在空气流场背面设有冷却水流场，所述的阳极双极板的与膜电极相对的表面设置有氢气流场，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的上端均设置有与空气流场相连通的空气共享通道的进口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的进口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的出口，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的下端设置有与空气流场相连通的空气共享通道的出口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的出口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的进口，/n所述的空气流场包括两个或多个空气子流场，每个所述的空气子流场的上端对应一个空气共享通道的进口，每个所述的空气子流场的下端对应一个空气共享通道的出口。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆，其特征在于，所述的燃料电池电堆包括前端板、后端板、设于前端板和后端板之间的一组或多组单体燃料电池，所述的单体燃料电池包括阴极双极板、阳极双极板、设于阴极双极板和阳极双极板之间的膜电极，
所述的阴极双极板的与膜电极相对的表面设置有空气流场，在空气流场背面设有冷却水流场，所述的阳极双极板的与膜电极相对的表面设置有氢气流场，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的上端均设置有与空气流场相连通的空气共享通道的进口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的进口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的出口，所述的阴极双极板、阳极双极板及膜电极的下端设置有与空气流场相连通的空气共享通道的出口、与氢气流场相连通的氢气共享通道的出口、与冷却水流场相连通的冷却液共享通道的进口，
所述的空气流场包括两个或多个空气子流场，每个所述的空气子流场的上端对应一个空气共享通道的进口，每个所述的空气子流场的下端对应一个空气共享通道的出口。


2.如权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述的空气流场和氢气流场为渐变流道，从流场的入口至出口台阶式渐变或平滑式渐变。


3.如权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述的空气子流场与所述的氢气流场为蛇形流道。


4.如权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述的阴极双极板与所述的膜电极之...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾荣鑫，王聪康，徐文杰，徐加忠，丁锋，张振宇，
申请(专利权)人：苏州弗尔赛能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32