一种空气冷却燃料电池单体制造技术

本实用新型专利技术属于燃料电池技术领域，公开了一种空气冷却燃料电池单体，其包括依次堆叠的膜电极、阳极密封件、流场板和阴极密封件；其中，流场板的一面为阴极侧，另一面为阳极侧，阴极侧设有阴极流道，阳极侧设有阳极流场，阳极流场边缘还开设有厚度补偿凹槽；膜电极和流场板两端均开设有阳极通孔；阳极密封件为固定在阳极侧且与流场板边缘相配合的框架结构；阴极密封件为固定在阴极侧且与阳极通孔边缘相配合的框架结构。本实用新型专利技术利用阳极流场厚度补偿凹槽减少膜电极厚度不均匀引起的接触电阻增加，从而提高燃料电池性能。从而提高燃料电池性能。从而提高燃料电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种空气冷却燃料电池单体


[0001]本技术属于燃料电池
，尤其涉及一种空气冷却燃料电池单体。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，其具有能量转化效率高、噪音低、零排放等优点，是理想的可移动电源，在汽车、无人机、船舶和电子产品等领域具有广泛的应用前景。燃料电池主要包括液冷燃料电池和空气冷却燃料电池，相比液冷燃料电池，空气冷却具有系统简单轻便的特点，更适用于小功率应用场景。
[0003]目前，市面上已经出现各种空气型燃料电池，比如公开号为CN115064721A的专利技术专利提出了一种“风冷燃料单电池组件及风冷燃料电池电堆结构”，该专利中公开了一种3D流场板，该流场板具有凸起单元和短流道，实现了冷却侧和反应侧空气的互相混合冷却。公开号为CN112701311A的专利技术专利提出了“一种风冷型燃料电池双极板及其制备方法”，该专利中公开了一种金属材质焊接风冷型燃料电池双极板，且膜电极与双极板采用粘结密封，降低双极板加工成本，进一步提高了燃料电池的功率密度。公开号为CN113871647A的专利技术专利提出了“一种燃料电池空冷一体化膜电极结构及其制备方法”，该专利中公开了一种具有空气流到形成板的一体化膜电极结构，通过注胶或粘结的方法将氢气底板、膜电极、空气流道形成板封装固定，该方法简化了装配步骤，提高了堆装配效率。
[0004]虽然空气冷却燃料电池结构和功能都在不断优化，但仍然存在以下问题：空气冷却燃料电池中的膜电极通常为边框夹持CCM并在两侧分别粘结阴极和阳极气体扩散层的结构，膜电极厚度并不均匀，导致燃料电池单体组装后受压后，局部质子传导阻力增加。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提出一种空气冷却燃料电池单体，其利用阳极流场厚度补偿凹槽减少膜电极厚度不均匀引起的接触电阻增加，从而提高燃料电池性能。
[0006]实现本技术目的所采用的技术方案是：
[0007]一种空气冷却燃料电池单体，包括依次堆叠的膜电极、阳极密封件、流场板和阴极密封件；其中，流场板的一面为阴极侧，另一面为阳极侧，阴极侧设有阴极流道，阳极侧设有阳极流场，阳极流场边缘还开设有厚度补偿凹槽；膜电极和流场板两端均开设有阳极通孔；阳极密封件为固定在阳极侧且与流场板边缘相配合的框架结构；阴极密封件为固定在阴极侧且与阳极通孔边缘相配合的框架结构。
[0008]进一步地，所述膜电极包括依次堆叠的阳极扩散层、第一边框、催化剂涂层膜、第二边框和阴极扩散层，其中，第一边框、催化剂涂层膜和第二边框边缘重叠，形成边框重叠区域；边框重叠区域宽度小于厚度补偿凹槽宽度，且边框重叠区域被厚度补偿凹槽区域包围。
[0009]进一步地，阴极流道包括入口段、中间段和出口段，中间段为开设在阴极侧面板上的凹槽，入口段和出口段均为开设在流场板侧边且与中间段凹槽连通的开口。
[0010]进一步地，阴极流道为横向贯穿流场板的凹槽，整个阴极流道边缘固定有框架隔板，框架隔板内部的凹槽为阴极流道的中间段，框架隔板两侧覆盖的凹槽分别为阴极流道的入口段和出口段；阴极流道边缘还设有与框架隔板相匹配的内陷框架轮廓。
[0011]进一步地，内陷框架轮廓的深度等于框架隔板的厚度，且陷框架轮廓深度小于凹槽深度。
[0012]进一步地，内陷框架轮廓上设有第一定位结构，框架隔板上设有与第一定位结构配合的第二定位结构，内陷框架轮廓和框架隔板通过第一定位结构和第二定位结构配合。
[0013]进一步地，阴极流道入口段和出口段的宽度相等，且大于阳极密封件框架的宽度。
[0014]本技术的原理在于：膜电极厚度不均匀，是指膜电极边框材料和阴极气体扩散层、阳极气体扩散层重叠部分厚度高于其他膜电极区域。本技术在双极板阳极侧上设置厚度补偿凹槽，可在压合膜电极和双极板时，该重叠区域内嵌于阳极厚度补偿凹槽内，可减少膜电极厚度不均匀导致的扩散层受压不均匀；另一方面，边框材料与双极板之间的距离均匀，使得阳极密封件可以等厚度变形，实现更好的密封。
[0015]本技术的有益效果在于：
[0016]1、本技术通过在流场板阳极流场侧设置厚度补偿凹槽，降低了膜电极厚度不均匀引起的接触电阻，从而提高了燃料电池输出电压。
[0017]2、本技术利用阴极流道的出口段和入口段中空结构，在流道外侧形成平面，加强阳极密封件靠近阴极侧的接触面的强度，使得阳极密封件均匀受力，消除阴极流场“脊
‑
通道”结构的差异性，实现良好的密封。
[0018]4、本技术可有效减少燃料电池单体厚度，提高燃料电池体积比功率。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
[0020]图1为本技术空气冷却燃料电池的一种单体分解示意图。
[0021]图2为本技术流场板阳极侧示意图。
[0022]图3为本技术阴极流道入口段和阳极密封件局部示意图。
[0023]图4为本技术实施例中框架隔板内陷框架轮廓的一种配合关系示意图。
[0024]图5为本技术膜电极的一种分解示意图。
[0025]图6为本技术流场板和膜电极一种截面示意图。
[0026]图7是本技术厚度补偿凹槽与边框重叠区域的一种位置关系示意图。
[0027]图中：1.膜电极；2.阳极密封件；3.流场板；4.阴极密封件；5.阴极流道；6.阳极流场；7.厚度补偿凹槽；8.阳极通孔；9.框架隔板；10.内陷框架轮廓；11.边框重叠区域；
[0028]101.阳极扩散层、102.第一边框、103.催化剂涂层膜、104.第二边框、105.阴极扩散层；
[0029]301.阴极侧；302.阳极侧；
[0030]501.入口段；502.中间段、503.出口段。
具体实施方式
[0031]为了使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。
[0032]如图1至图6所示，一种空气冷却燃料电池单体，包括依次堆叠的膜电极1、阳极密封件2、流场板3和阴极密封件4；其中，流场板3的一面为阴极侧301，另一面为阳极侧302，阴极侧301设有阴极流道5，阳极侧302设有阳极流场6，阳极流场6边缘还开设有厚度补偿凹槽7；膜电极1和流场板3两端均开设有阳极通孔8；阳极密封件2为固定在阳极侧302且与流场板3边缘相配合的框架结构；阴极密封件4为固定在阴极侧301且与阳极通孔8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气冷却燃料电池单体，其特征在于，包括依次堆叠的膜电极(1)、阳极密封件(2)、流场板(3)和阴极密封件(4)；其中，流场板(3)的一面为阴极侧(301)，另一面为阳极侧(302)，阴极侧(301)设有阴极流道(5)，阳极侧(302)设有阳极流场(6)，阳极流场(6)边缘还开设有厚度补偿凹槽(7)；膜电极(1)和流场板(3)两端均开设有阳极通孔(8)；阳极密封件(2)为固定在阳极侧(302)且与流场板(3)边缘相配合的框架结构；阴极密封件(4)为固定在阴极侧(301)且与阳极通孔(8)边缘相配合的框架结构。2.根据权利要求1所述的空气冷却燃料电池单体，其特征在于，所述膜电极(1)包括依次堆叠的阳极扩散层(101)、第一边框(102)、催化剂涂层膜(103)、第二边框(104)和阴极扩散层(105)，其中，第一边框(102)、催化剂涂层膜(103)和第二边框(104)边缘重叠，形成边框重叠区域(11)；边框重叠区域(11)宽度小于厚度补偿凹槽(7)宽度，且边框重叠区域(11)被厚度补偿凹槽(7)区域包围。3.根据权利要求1或2所述的空气冷却燃料电池单体，其特征在于，阴极流道(5)包括入口段(501)、中间段(502)和出口段(503)，中间段(502)为开设在阴极侧(301)面板上的凹槽，入口段(501)和出口段(503)均为开设在流场板(3)侧边且与中间段(502)凹槽连通的开口。4.根据权利要求1或2所述的空气冷却燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏琳，郭剑，蒋方明，陈勇，
申请(专利权)人：中恒尚能重庆新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：