一种燃料电池的阳极极板结构制造技术

一种燃料电池的阳极极板结构：Ａ，所述的阳极极板包括上半板及下半板，上半板与下半板之间密封连接；Ｂ，上半板的上表面设有下述两项中的至少一项：贯穿或不贯穿上半板厚度的流场；开口于上半板的上表面的通孔或盲孔；Ｃ，在上半板的下表面、或者下半板的上表面，至少有一个表面设有流槽，该流槽一端与所述的流场或孔连通，另一端与燃料总通道连通。本发明专利技术所述的技术方案，具有密封效果可靠，适合大批量生产，流场设计灵活性较高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池的阳极极板结构。
技术介绍
燃料电池是一种将化学能不经过燃烧直接转化为电能的装置，由于不受到卡诺循环 的限制，其转换效率可以很容易地达到50%以上，甚至70%以上。在使用氢气作为燃料 的情况下，其反应产物是纯水，对环境无任何污染。单个燃料电池的电压较低，并且功率也有限，所以一般采用几个，甚至几十个燃料 电池堆叠串联的方式来提高其输出电压及功率。在这种情况下，为了顺畅地将燃料引入 每一片单电池， 一般采用一个纵向的总通道，垂直于每一片单电池的膜电极组件，将燃 料引入燃料电池堆叠，然后从总通道引出水平的分通道，平行于每一片单电池的膜电极 组件，将燃料引入每一片单电池的阳极区域。这种水平分通道往往是刻在燃料电池阳极 极板上的流场，或者也可能从阳极扩散层内部横向通过。图1为典型的燃料电池阳极极板示意图，包括本体1、密封圈2、穿透本体的纵向 燃料总通道3、穿透本体的纵向冷却剂总通道4、穿透本体的纵向氧化剂总通道5、刻在 本体上的并行蛇形流场6。图2为与图1相匹配的膜电极扩散层5合1组件示意图，包 括组件11及围住组件的胶带12。图3为与图1相匹配的燃料电池阴极极板示意图，包 括本体21，密封圈22、穿透本体的纵向燃料总通道23、穿透本体的纵向冷却剂总通道 24、穿透本体的纵向氧化剂总通道25、刻在本体上的并行蛇形流场26。图3与图1的 对应关系是上下翻转对合的。在图l、图2、图3中，均可以看到密封结合点7，图4是对此密封结合点7沿水平 方向观察的放大剖视图。可以看到，阳极极板密封圈2与阴极极板密封圈22在夹住膜 电极扩散层5合1组件周围的胶带12的密封结合点7的位置，可能会出现燃料泄漏。有一种改良方案如图5，在图1所示的两个7号点之间的位置，将阳极极板本体1 加工出一个浅于燃料流场的槽，再将一个与此浅槽形状相同的薄片8粘合在浅槽内；密 封圈2的形状有所变化，从薄片8上通过两条， 一条连接两个7号点，另一条更靠近纵 向燃料总通道3;同时，阴极极板的密封圈形状也可以作类似的变更，也就是说，在靠近纵向燃料总通道23处，增加一条。在这种情况下，燃料泄漏的问题虽然得到了克服，但是加工复杂，成本较高。而且，如果薄片8与阳极极板本体1尺寸匹配精度不良或者在接缝处粘合不良，仍然存在泄漏隐患。另外，现有技术的流场一般采用数控铣床铣削而成，因此加工复杂，成本较高。 最后，现有技术的流场是二维布局，设计方案有限，设计灵活性较差。
技术实现思路
为了克服现有技术存在燃料泄漏隐患，加工复杂，成本较高及流场设计灵活性较差 的问题，本专利技术提出了如下的技术方案。 一种燃料电池的阳极极板结构A，所述的阳极极板包括上半板及下半板，上半板与下半板之间密封连接；B，上半板的上表面设有下述两项中的至少一项贯穿或不贯穿上半板厚度的流场； 开口于上半板的上表面的通孔或盲孔；C，在上半板的下表面、或者下半板的上表面，至少有一个表面设有流槽，该流槽 一端与所述的流场或孔连通，另一端与燃料总通道连通。值得补充说明的是，上半板在燃料电池的装配结构中是面向燃料电池的阳极扩散层 的，下半板在燃料电池的装配结构中是背向燃料电池的阳极扩散层的，其排列关系自下 而上依次为下半板、上半板、阳极扩散层。上述特征A中的通孔或盲孔，可以是圆的，也可以是方的，或者是其它不规则截面的。所述的燃料总通道，可以纵向设置于所述的阳极极板之中。如果所述上半板的上表面的流场是贯穿上半板厚度的，或者所述上半板的上表面的 孔是通孔，则尤其适合采用冲床加工，优于现有技术采用数控铣床铣削流场，或者采用 钻床铣床钻孔铣孔的方法，大批量生产成本极低。在现有技术阳极极板只有单层的情况 下，这是不可想象的。为了加大流场截面积，减小燃料流的阻力，优化的方案是所述上半板的上表面的 流场，是贯穿上半板厚度的；在所述下半板的上表面，与所述上半板流场对应的位置， 也设置有形状相似，但是不贯穿下半板厚度的流场。另外一个技术进步点是所述上半板的上表面的流场，至少在局部是贯穿上半板厚 度的；在所述下半板的上表面，设置有与所述上半板流场位置或形状不同，不贯穿下半 板厚度的流场。这就产生了三维布局的流场，显著提高了流场设计的灵活性，可以更加自由地调整流场设计，优化燃料电池的性能。一种等同变换的方式是在所述上半板的下表面，设置有与所述上半板的上表面的流场形状或位置不同的流场，其与上半板的上表面的流场是连通的。上半板的上表面的 流场，贯穿或不贯穿上半板厚度，都是可行的。这种情况下，上半板相对较厚，下半板 可以很薄，同样可以获得三维布局的流场。上述两种方案可以结合使用，在上半板上表面、上半板下表面、下半板上表面均设 有流场，其形状或位置不完全相同，相互连通。这就可以产生三层的三维流场布局，形 成更为复杂的组合，因此设计灵活性更大。为了加大流槽截面积，减小燃料流的阻力，另一种优化的方案是在所述上半板的 下表面、以及所述下半板的上表面，均设有与所述燃料总通道连通的流槽，这两种流槽 的位置是对应的。两种流槽的位置也可以不是对应的，但是机械强度较差，减小燃料流 阻力的效果也略差，只是一种劣化的等同变换。所述上半板与所述下半板之间的密封连接，可以是由板体材料熔化融合形成的。其 加工方法可以是电阻焊，即由两个面对面的电极将两个半板压紧后通过低压大电流，使 得两个半板的压紧贴合点熔化融合。所述上半板与所述下半板之间的密封连接，可以是由胶粘剂或双面胶形成的。在胶 粘剂或双面胶不导电的情况下，只要胶粘剂或双面胶没有完全覆盖两个半板的贴合面， 装配压紧力足以保证两个半板的导电接触。事实上，胶粘剂或双面胶只要覆盖两个半板 的贴合面的一小部分面积，就足以保证密封性。优化的方案是，采用导电的胶粘剂。所述上半板与所述下半板之间的密封连接，可以是由密封圈形成的。装配压紧力足 以形成导电接触。本专利技术所述的技术方案，具有密封效果可靠，适合大批量生产，流场设计灵活性较 高的优点。 附图说明图1为
技术介绍
阳极极板示意图。图2为
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膜电极扩散层5合1组件示意图。图3为
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阴极极板示意图。图4为
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潜在泄漏点示意图。图5为
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阳极极板一种公知的改进方案示意图。图6及图7为本专利技术的一种技术方案的示意图。图8为本专利技术的一种技术方案的示意图。图9为本专利技术的一种技术方案的示意图。图IO为本专利技术的一种技术方案的示意图。图11为本专利技术的一种技术方案的示意图。图12为本专利技术的一种技术方案的示意图。图13及图14为本专利技术的一种技术方案的示意图。图15为本专利技术的一种等同技术方案的示意图。图16、图17、图18为本专利技术的一种技术方案的示意图。具体实施例方式实施例l图6为从水平方向观察的一个剖面图。包括上半板31、下半板32、部分嵌入上半 板上表面的密封圈33、胶粘剂34、纵向燃料总通道35、纵向氧化剂总通道36、位于上 半板的上表面的贯穿上半板厚度的流场37、位于下半板的上表面的流槽38、阳极扩散 层39、膜电极40、阴极扩散层41、上下两层胶带42。阳极扩散层39、膜电极40、阴极扩散层41、上下两层胶带42之间的关系与公知技 术相同，膜电极略大于阳极扩散层和阴极扩散层，其伸出的边沿被两层胶带从上下两个 方向覆盖，胶带起到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的阳极极板结构：Ａ，所述的阳极极板包括上半板及下半板，上半板与下半板之间密封连接；Ｂ，上半板的上表面设有下述两项中的至少一项：贯穿或不贯穿上半板厚度的流场；　开口于上半板的上表面的通孔或盲孔；Ｃ，在上半板的下表面、或者下半板的上表面，至少有一个表面设有流槽，该流槽一端与所述的流场或孔连通，另一端与燃料总通道连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾章涵，
申请(专利权)人：顾章涵，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]