一种燃料电池双极板导流区支撑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池双极板导流区支撑结构，包括阳极板、阴极板和膜电极组件，所述膜电极组件位于所述阳极板与所述阴极板中间；包括气体进出区、气体分配区和气体反应区；所述气体反应区位于燃料电池单元的中部，所述气体分配区位于所述气体反应区的两端，所述气体进出区位于气体分配区远离气体反应区的一端，通过阳极板上的支撑结构的结构设计，能够保证膜电极组件与双极板之间的密封，使得冷却流场的脊在急停工况下气体压力降低时能受到足够的支撑力，提高极板的整体强度，避免极板的变形甚至断裂，提高了极板的可靠性，同时将气体扩散层覆盖区域止于双极板的反应区。气体扩散层覆盖区域止于双极板的反应区。气体扩散层覆盖区域止于双极板的反应区。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板导流区支撑结构


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池双极板导流区支撑结构。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是以氢气和空气中的氧气作为反应物，进行电化学反应从而产生电能的发电装置，在反应过程中仅生成水，对环境无任何污染。其电化学反应效率高，运行过程中无噪声、无污染，且加氢速度快，续航里程长。质子交换膜燃料电池由阳极板、膜电极组件、阴极板依次堆叠，再叠加辅件，并进行压堆组装而成；如图7所示，膜电极组件包括涂有催化剂的质子交换膜、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层及边框，组件之间会进行粘合，边框与膜和扩散层接合处存在相较于其余部分厚度较大的情况，会导致部分区域受力集中。
[0003]通常有如下三种解决方案：方案一如图8所示不采用任何特殊处理，会因厚度差异引起部分区域受力集中问题，同时无法对阴极板脊提供足够支撑，导致极板可靠性降低；方案二如图9所示，阳极气体扩散层302与阴极气体扩散层303覆盖全部反应区以及分配区，同时在重叠区域的阴阳极板处下沉一定高度进行补偿，能够保证膜电极组件与双极板之间的密封，但是会导致槽深减小引起的流阻增大，同时导致冷却效果降低；且由于下沉结构的存在，气体出入口分配不均问题会恶化，以及加工难度的提升；当系统出现由阴阳极气体供气问题引起的急停工况时，气侧压力减小，水侧分配区内的压力减少会有延迟，对应区域没有足够支撑力的情况下会发生水侧压力过大的情况，导致电极密封减弱甚至极板发生脆性断裂；方案三如图10所示，在重叠区域的阴阳极板处下沉一定高度进行补偿，但不进行碳纸的延伸，将增加反应气体的分配难度，恶化气体出入口分配不均问题，并且会增加极板设计与制造的复杂性；由于在分配区没有气体扩散层的覆盖，整体结构会缺少支撑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池双极板导流区支撑结构，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请公开了一种燃料电池双极板导流区支撑结构，包括阳极板、阴极板和膜电极组件，所述膜电极组件位于所述阳极板与所述阴极板中间；包括气体进出区、气体分配区和气体反应区；所述气体反应区位于燃料电池单元的中部，所述气体分配区位于所述气体反应区的两端，所述气体进出区位于气体分配区远离气体反应区的一端；所述阳极板、阴极板、膜电极组件的气体进出区均设有阳极气体入口、阳极气体出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却剂入口、冷却剂出口，其中阳极气体入口、阴极气体出口和冷却剂出口位于同一端；阳极气体出口、阴极气体入口、冷却剂入口位于同一端；
所述阳极板靠近膜电极组件一侧的气体分配区上设有阳极气体入口分配区、阳极气体出口分配区，所述阳极板靠近膜电极组件一侧的气体反应区上设有阳极气体流道；所述阳极板远离膜电极组件一侧的气体分配区上设有冷却剂入口分配区、冷却剂出口分配区，所述阳极板远离膜电极组件一侧的气体反应区上设有冷却剂流道；所述阴极板靠近膜电极组件一侧的气体分配区上设有阴极气体入口分配区、阴极气体出口分配区，所述阴极板靠近膜电极组件一侧的气体反应区上阴极气体流道；所述阳极气体入口分配区和所述阳极气体出口分配区内设有支撑结构；所述阴极板朝向膜电极组件一侧设有阴极气体出口分配区，所述支撑结构正对所述阴极气体出口分配区；所述膜电极组件包括涂有催化剂的质子交换膜、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层、边框；所述阳极侧气体扩散层和所述阴极侧气体扩散层仅覆盖于所述阳极板和所述阴极板的气体反应区；所述气体分配区处深度与所述气体反应区一致。
[0006]作为优选，所述支撑结构包括所述阳极气体入口分配区和所述阳极气体出口分配区内设有的胶条。
[0007]作为优选，所述阳极板上设有阳极气体密封槽和冷却剂密封槽；所述阳极气体密封槽位于所述阳极气体流道及阳极气体、阴极气体、冷却剂进出口的外周侧，所述冷却剂密封槽位于所述冷却剂流道及阳极气体、阴极气体、冷却剂进出口的外周侧；所述阴极板上设有阴极气体密封槽，所述阴极气体密封槽位于所述阴极气体流道及阳极气体、阴极气体、冷却剂进出口的外周侧。
[0008]作为优选，所述支撑结构材料为有机硅胶、聚烯烃、聚氨酯、聚酰胺、聚酯或三元乙丙中的一种。
[0009]作为优选，所述支撑结构的制作方法为点胶、丝印或注塑中的一种。
[0010]作为优选，所述阳极板、阴极板材料为石墨或复合石墨材料中的一种。
[0011]作为优选，所述阴极板与所述支撑结构对应的气体分配区上均设有脊，所述脊之间均匀分布，所述脊与所述胶条正对。
[0012]作为优选，所述支撑结构与所述阴极气体出口分配区的脊之间夹角为150
°
~180
°
。
[0013]作为优选，所述支撑结构宽度范围为0.5mm~2mm。
[0014]作为优选，所述支撑结构为分段式胶条，所述分段式胶条之间间距为1mm~4mm。
[0015]本专利技术的有益效果：（1）、通过阳极板上的支撑结构的结构设计，能够保证膜电极组件与双极板之间的密封，使得冷却流场的脊在急停工况下气体压力降低时能受到足够的支撑力，提高极板的整体强度，避免极板的变形甚至断裂，提高了极板的可靠性，同时将气体扩散层覆盖区域止于双极板的反应区；（2）、通过阳极板上的支撑结构的结构设计，能够与阴极板的阴极气体出口分配区的脊之间相结合，在保证了密封性的基础上使得冷却流场的脊在急停工况下气体压力降低时能受到足够的支撑力，提高极板的整体强度，避免极板的变形甚至断裂，提高了极板的可靠性。
[0016]本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一种燃料电池双极板导流区支撑结构的立体结构示意图；图2是本专利技术的阳极板的平面结构示意图；图3是本专利技术的阳极板的另一面的平面结构示意图；图4是本专利技术的阴极板的平面结构示意图；图5是本专利技术的膜电极组件处结构的平面结构示意图；图6是本专利技术的支撑结构处结构的平面结构示意图；图7是现有技术的膜电极的结构示意图；图8是现有技术的燃料电池双极板导流区结构示意图；图9是现有技术的燃料电池双极板导流区结构示意图；图10是现有技术的燃料电池双极板导流区结构示意图；图中：1
‑
阳极板、101
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阳极气体入口、102
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阳极气体出口、103
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阳极气体入口分配区、104
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阳极气体流道、105
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阳极气体出口分配区、111
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阴极气体入口、112
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阴极气体出口、121
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冷却剂入口、122
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冷却剂出口、123
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冷却剂入口分配区、124
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冷却剂流道、125
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冷却剂出口分配区、131
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阳极气体密封槽、141
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冷却剂密封槽、151
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板导流区支撑结构，包括阳极板、阴极板和膜电极组件，所述膜电极组件位于所述阳极板与所述阴极板中间；其特征在于：包括气体进出区、气体分配区和气体反应区；所述气体反应区位于燃料电池单元的中部，所述气体分配区位于所述气体反应区的两端，所述气体进出区位于气体分配区远离气体反应区的一端；所述阳极板、阴极板、膜电极组件的气体进出区均设有阳极气体入口、阳极气体出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却剂入口、冷却剂出口，其中阳极气体入口、阴极气体出口和冷却剂出口位于同一端；阳极气体出口、阴极气体入口、冷却剂入口位于同一端；所述阳极板靠近膜电极组件一侧的气体分配区上设有阳极气体入口分配区、阳极气体出口分配区，所述阳极板靠近膜电极组件一侧的气体反应区上设有阳极气体流道；所述阳极板远离膜电极组件一侧的气体分配区上设有冷却剂入口分配区、冷却剂出口分配区，所述阳极板远离膜电极组件一侧的气体反应区上设有冷却剂流道；所述阴极板靠近膜电极组件一侧的气体分配区上设有阴极气体入口分配区、阴极气体出口分配区，所述阴极板靠近膜电极组件一侧的气体反应区上阴极气体流道；所述阳极气体入口分配区和所述阳极气体出口分配区内设有支撑结构；所述阴极板朝向膜电极组件一侧设有阴极气体出口分配区，所述支撑结构正对所述阴极气体出口分配区；所述膜电极组件包括涂有催化剂的质子交换膜、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层、边框；所述阳极侧气体扩散层和所述阴极侧气体扩散层仅覆盖于所述阳极板和所述阴极板的气体反应区；所述气体分配区处深度与所述气体反应区一致。2.如权利要求1所述的一种燃料电池双极板导流区支撑结构，其特征在于：所述支撑结构包括所述阳极气体入口分配区和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：包孟嘉，沈婉婷，王勃，李树德，
申请(专利权)人：金华氢途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：