一种氢燃料单电池气体流动辅助结构制造技术

本发明专利技术涉及一种氢燃料单电池气体流动辅助结构。该结构包括直通区结构和固定区结构；所述直通区结构与流场分配区相互配合，用于使极板的阴极侧及阳极侧处的反应气体直通进入或离开所述流场分配区；所述极板设有腔口，所述流场分配区位于所述腔口的一侧，所述直通区结构将所述流场分配区与所述腔口连通；所述固定区结构邻近所述腔口设置，用于将所述直通区结构固定在所述腔口的一侧。本结构无需在膜电极边框上进行打孔，实现了直通的气体流动的方式，减小了气体流动阻力，并且完全避免了两侧液体相通引起的单电池短路；在减小气体流动阻力方面提高了电堆运行的效率，在表面液体凝结导通阴阳极方面提高了电堆运行的稳健性与安全性。全性。全性。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料单电池气体流动辅助结构


[0001]本专利技术涉及一种氢燃料电池
，尤其是涉及一种氢燃料单电池气体流动辅助结构。

技术介绍

[0002]氢燃料单电池由阴极单极板、阳极单极板与膜电极粘接组合而成，是燃料电池发展方向。氢燃料单电池通过胶黏剂将阳极单极板、膜电极组件及阴极单极板粘接起来形成氢气、氧气与冷却水的分隔空间。其中，氢气和氧气分别流入阳极单极板与膜电极组件形成的氢气场以及阴极单极板与膜电极组件形成的氧气场进行反应并将未完全反应的氢气、氧气及反应物水蒸气进行排出。无论是反应物的流入或是产物的排出，都需要在膜电极组件与单极板之间形成气体流动通路。
[0003]常规的单电池是通过在膜电极腔口出入口处开孔，并通过胶黏剂将阳极单极板、膜电极组件及阴极单极板粘接起来形成氢气、氧气与冷却水的出入口及分隔空间。在制造上，这种结构需要膜电极与单极板的匹配程度极高，膜电极上的开孔与单极板分配区的凸起必须一一对应，对于制造精度的要求极高，影响产品良率，且不易检测，有碍产品的稳定性。此外，对于膜电极的二次加工，会降低膜电极一次合格率。在功能实现上，这种结构在气体流动时，需要气体越过膜电极开孔腔口侧连接段，由于膜电极较薄，形成孔洞的流动性较差，工质运输阻力大，降低了反应效率，同时，膜电极边框的开孔周围由于表面张力容易聚集水汽，产生通过膜电极边框的开孔导通阴阳极引起的单电池短路的风险。
[0004]因此，目前的单电池设计在应用上是存在一定问题的，亟需提供一种能规避在膜电极边框上开孔的设计方式。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的就是提供了一种氢燃料单电池气体流动辅助结构，通过在流场出入口处设置与流场分配区相互配合的直通区结构来实现反应物与产物的流动，从而避免在膜电极边框上进行打孔的设置，进而实现直通的气体流动的方式，减小气体流动阻力，并且完全避免两侧液体相通引起的单电池短路的问题，以达到提高电堆运行的效率、稳健性与安全性的目的。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氢燃料单电池气体流动辅助结构，其包括直通区结构和固定区结构；所述直通区结构与流场分配区相互配合，用于使极板的阴极侧及阳极侧处的反应气体直通进入或离开所述流场分配区；所述极板设有腔口，所述流场分配区位于所述腔口的一侧，所述直通区结构将所述流场分配区与所述腔口连通；所述固定区结构邻近所述腔口设置，用于将所述直通区结构固定在所述腔口的一侧。
[0007]作为优选，所述直通区结构设有尾部和头部，所述直通区结构的尾部与所述流场分配区彼此配合，所述直通区结构的头部与所述腔口彼此配合；所述直通区结构由间隔设
置的多个条状结构组成，相邻的两个条状结构之间的间隙形成气体通路；所述极板分配区包括间隔设置的凸起，所述直通区结构的尾部总宽度与极板分配区宽度一致且所述条状结构的间隔距离与所述凸起的间隔距离一致，所述直通区结构的头部总宽度与所述腔口的宽度一致。
[0008]作为优选，位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的横截面宽度等于所述凸起的横截面宽度；位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的高度等于或小于所述凸起的高度。
[0009]作为优选，位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构与所述凸起相接设置或设有间隔；位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构与所述腔口的极板边缘齐平，或位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构突出于所述腔口的极板边缘。
[0010]作为优选，所述腔口的宽度等于或小于所述流场分配区的宽度；位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构的间隔距离等于或小于位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的间隔距离。
[0011]作为优选，从所述直通区结构的头部位置至所述直通区结构的尾部位置，所述条状结构呈弧形平滑过渡，所述条状结构的高度处处相同。
[0012]作为优选，位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构作为所述固定区结构；或者所述固定区结构包括注塑体，所述注塑体连接至所述直通区结构的头部位置的所述条状结构的上表面；所述固定区结构通过机械固定或者直接粘结的方式固定于所述腔口的一侧的所述极板上。
[0013]作为优选，当所述固定区结构包括注塑体时，所述极板在所述腔口的一侧设有注塑孔，所述注塑孔是间断设置的多个小孔或是连续设置的一个大孔，通过刀模切割、激光打孔或线切割的方式在所述极板上成形所述注塑孔；在所述注塑孔内注塑形成与所述直通区结构相连接的所述注塑体，所述注塑体通过所述注塑孔连接至所述极板上；所述注塑体的宽度与所述腔口的宽度相同，所述注塑体的厚度为0~1mm。
[0014]作为优选，在所述极板上还设有环绕所述腔口设置的密封件，所述固定区结构设置在所述密封件内，所述直通区结构的尾部设置在所述密封件的外侧。
[0015]作为优选，当所述固定区结构通过机械固定的方式固定于所述腔口的一侧的所述极板上时，所述固定区结构以及所述直通区结构的材料为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚中的至少一种；当所述固定区结构通过直接粘结的方式固定于所述腔口的一侧的所述极板上时，所述固定区结构以及所述直通区结构一体注塑成型，所述固定区结构通过注塑材料固化粘结至所述极板上，或者所述固定区结构通过胶黏剂粘结至所述极板上；当所述固定区结构通过注塑材料固化粘结至所述极板上时，所述固定区结构以及所述直通区结构的材料为聚异丁烯紫外光固材料；当所述固定区结构通过胶黏剂粘结至所述极板上时，所述胶黏剂为硅烷偶联剂、开姆洛克、间苯二酚树脂胶黏剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂中的至少一种；所述固定区结构以及所述直通区结构的材料为氟硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶中的至少一种。
[0016]本专利技术通过一种氢燃料单电池气体流动辅助结构来实现气体的流动，无需在膜电极边框上进行打孔，实现了直通的气体流动的方式，减小了气体流动阻力，并且完全避免了两侧液体相通引起的单电池短路；在减小气体流动阻力方面提高了电堆运行的效率，在表
面液体凝结导通阴阳极方面提高了电堆运行的稳健性与安全性。针对上述直通区结构，可以通过注塑工艺、光固化工艺、模压及压注工艺得以实现，其所采用的模具在制造时模腔制成相应的形状即可，其中在采用光固化工艺时需要注意使用的模具为透明材料制备。
附图说明
[0017]图1为目前常规的氢燃料单电池气体出入口结构示意图；图2为传统的氢燃料单电池结构的气体流动示意图；图3为本专利技术涉及的氢燃料单电池气体流动辅助结构的示意图；图4为本专利技术涉及的氢燃料单电池气体流动辅助结构的气体流动示意图；图5为本专利技术涉及的一种直通区结构头部与腔口的极板边缘基本齐平的氢燃料单电池气体流动辅助结构的示意图；图6为一种直通区结构头部略突出于腔口的极板边缘的氢燃料单电池气体流动辅助结构的示意图；图7为一种间断小孔组成极板的注塑孔的结构示意图；图8为一种连续大孔组成极板的注塑孔的结构示意图；图9为一种固定区结构即为直通区结构本身的结构示意图。
[0018]附图中：1
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膜电极边框本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于，包括直通区结构和固定区结构；所述直通区结构与流场分配区相互配合，用于使极板的阴极侧及阳极侧处的反应气体直通进入或离开所述流场分配区；所述极板设有腔口，所述流场分配区位于所述腔口的一侧，所述直通区结构将所述流场分配区与所述腔口连通；所述固定区结构邻近所述腔口设置，用于将所述直通区结构固定在所述腔口的一侧。2.根据权利要求1所述的氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于：所述直通区结构设有尾部和头部，所述直通区结构的尾部与所述流场分配区彼此配合，所述直通区结构的头部与所述腔口彼此配合；所述直通区结构由间隔设置的多个条状结构组成，相邻的两个条状结构之间的间隙形成气体通路；所述极板分配区包括间隔设置的凸起，所述直通区结构的尾部总宽度与极板分配区宽度一致且所述条状结构的间隔距离与所述凸起的间隔距离一致，所述直通区结构的头部总宽度与所述腔口的宽度一致。3.根据权利要求2所述的氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于：位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的横截面宽度等于所述凸起的横截面宽度；位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的高度等于或小于所述凸起的高度。4.根据权利要求3所述的氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于：位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构与所述凸起相接设置或设有间隔；位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构与所述腔口的极板边缘齐平，或位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构突出于所述腔口的极板边缘。5.根据权利要求2所述的氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于：所述腔口的宽度等于或小于所述流场分配区的宽度；位于所述直通区结构的头部位置的所述条状结构的间隔距离等于或小于位于所述直通区结构的尾部位置的所述条状结构的间隔距离。6.根据权利要求4所述的氢燃料单电池气体流动辅助结构，其特征在于：从所述直通区结构的头部位置至所述直通区结构的尾部位置，所述条状结构呈弧形平滑过渡，所述条状结构的高度处处相同。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜茜，姜天豪，毕飞飞，胡鹏，蓝树槐，
申请(专利权)人：上海治臻新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：