一种一体化燃料电池单电池及燃料电池电堆制造技术

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一体化燃料电池单电池及燃料电池电堆。单电池包括依次堆叠设置的阴极单极板、膜电极和阳极单极板，膜电极的外沿及部分腔口位置设有第一注塑孔，阳极单极板或阴极单极板的外沿及部分腔口位置设有第二注塑孔，第一注塑孔与部分第二注塑孔相对设置；单电池还包括连接阴极单极板、膜电极和阳极单极板的密封件，部分密封件贯穿第二注塑孔与第一注塑孔密封阴极单极板、膜电极和阳极单极板的外沿及部分腔口位置。注塑材料透过开孔进入阳极单极板与膜电极及膜电极与阴极单极板之间以将三个部件连接在一起，达成氢气场及氧气场的密封，同时阴极单极板面向水场的一侧同步注塑形成水腔的密封。板面向水场的一侧同步注塑形成水腔的密封。板面向水场的一侧同步注塑形成水腔的密封。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化燃料电池单电池及燃料电池电堆


[0001]本申请涉及燃料电池
，尤其涉及一种一体化燃料电池单电池及燃料电池电堆。

技术介绍

[0002]一体化燃料电池是由阴极单极板和阳极单极板夹着膜电极组件的状态存在的。其中阴极单极板与膜电极组件、阳极单极板与膜电极组件以及阴极单极板与阳极单极板间的界面均需要进行密封来保证反应物、产物及冷却液的相互隔绝。
[0003]目前常见的一体化燃料电池结构中的密封通常由两种方式联合进行，其中阳极单极板与膜电极组件、阴极单极板与膜电极组件间的界面由胶黏剂进行密封，胶黏剂涉及的类型有紫外光固胶、热熔胶、压敏胶等。阳极单极板与膜电极组件的粘结可以与阴极单极板与膜电极组件的粘结采用同种工艺一起进行，也可以采用不同的胶黏剂分步进行，而阴极单极板与阳极单极板的密封则需要通过压注或注塑等工艺进行。过程中需要2~3个工艺步骤及2~3种工艺方式来进行上述三组界面的密封，涉及的密封界面类型也有3~4类，工艺过程、制造过程以及研究界面失效的内容及工作量成倍增长。
[0004]对于传统的一体化结构类型，在制造上，单极板与膜电极组件的粘结工艺与阳极单极板/阴极单极板间的注塑工艺至少存在三类界面类型（粘结工艺产生的粘结界面，注塑工艺产生的注塑界面以及装配时产生的机械应力界面），需要至少两套工艺模式来进行实现，工序复杂。在失效研究上，上述至少存在的三类界面类型均需要进行各自的失效模式分析及预测，研究方向不一，工作量成倍增长。在气密可靠性上，上述至少存在的三类失效模式导致密封失效的风险性较大，发生密封失效则会产生串漏引起的烧堆安全性问题以及外漏引起的引起氢气泄露安全性问题和气体泄露导致的压降等效率问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种一体化燃料电池单电池及燃料电池电堆，旨在通过一次注塑成型直接将阳极单极板、膜电极组件及阴极单极板连接，实现气腔及水腔的密封，减少密封失效的类型，降低外漏串漏的风险。
[0006]本申请提供了一种一体化燃料电池单电池，所述单电池包括依次堆叠设置的阴极单极板、膜电极和阳极单极板；所述膜电极的外沿及部分腔口位置设有第一注塑孔，所述阳极单极板或所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置设有第二注塑孔，所述第一注塑孔与部分所述第二注塑孔相对设置；所述单电池还包括连接所述阴极单极板、所述膜电极和所述阳极单极板的密封件，部分所述密封件设置于所述阳极单极板或所述阴极单极板远离所述膜电极的一侧，部分所述密封件贯穿所述第二注塑孔与所述第一注塑孔密封所述阴极单极板、所述膜电极和所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置。
[0007]在一种可能的设计中，所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置设有第一凸起部；所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置设有第二凸起部；所述第二注塑孔设置于所述第一凸起部或所述第二凸起部。
[0008]在一种可能的设计中，所述密封件包括第一密封部、第二密封部和第三密封部；所述第一密封部设置于所述第一凸起部形成的凹槽内，以连接所述阳极单极板与所述膜电极；所述第二密封部设置于所述第二凸起部形成的凹槽内，以连接所述阴极单极板与所述膜电极；所述第三密封部设置于所述阳极单极板或所述阴极单极板远离所述膜电极的一侧，以密封所述阴极单极板与相邻所述单电池的阳极单极板。
[0009]在一种可能的设计中，所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置还设有第一夹持部，所述第一夹持部位于所述第一凸起部的两侧，所述第一夹持部与所述膜电极贴合；所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置还设有第二夹持部，所述第二夹持部位于所述第二凸起部的两侧，所述第二夹持部与所述膜电极贴合。
[0010]在一种可能的设计中，所述第一夹持部的宽度为1mm
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5mm，所述第二夹持部的宽度为1mm
‑
5mm。
[0011]在一种可能的设计中，所述阳极单极板的氢腔口靠近流场区的一侧安装有氢腔嵌件，所述氢腔嵌件上存在多个氢气流道；所述氢腔嵌件的高度与所述第一凸起部的高度相同。
[0012]在一种可能的设计中，所述阴极单极板的氧腔口靠近流场区的一侧安装有氧腔嵌件，所述氧腔嵌件上存在多个氧气流道；所述氧腔嵌件的高度与第二凸起部的高度相同。
[0013]在一种可能的设计中，所述膜电极的气腔口不设置所述第一注塑孔。
[0014]在一种可能的设计中，所述阴极单极板的氧腔口及所述阳极单极板的氢腔口靠近流场区的一侧不设置所述第二注塑孔。
[0015]在一种可能的设计中，所述第三密封部被压缩后与流场区等高或低于流场区0.01mm
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0.3mm。
[0016]在一种可能的设计中，对应水腔口设置的部分所述第三密封部设有多个所述第三凸起部，相邻所述第三凸起部之间形成冷却液通道。
[0017]在一种可能的设计中，所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置与所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置均设置有所述第二注塑孔。
[0018]本申请还提供了一种燃料电池电堆，包括至少两个堆叠设置的一体化燃料电池单电池，所述一体化燃料电池单电池为上述所述的一体化燃料电池单电池。
[0019]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0020]图1为现有技术中燃料电池的结构示意图；图2为本申请所提供一体化燃料电池单电池的爆炸示意图；
图3为本申请所提供阴极单极板开孔示意图；图4为本申请所提供膜电极开孔示意图；图5为本申请所提供密封件的结构示意图；图6为图5中密封件未处于注塑孔中的剖视示意图；图7为图5中密封件处于注塑孔中的剖视示意图；图8为图5中水场侧密封件氧腔口处面向阴极单极板的部分示意图；图9为本申请所提供氢腔嵌件与阳极单极板配合的示意图；图10为本申请所提供氧腔嵌件与阴极单极板配合的示意图；图11为一体化燃料电池单电池氢腔口处的剖面尺寸示意图；图12为图11中氢腔口远离流场区一侧的部分结构放大图；图13为图11中氢腔口靠近流场区一侧的部分结构放大图；图14为图11中流场区的部分结构放大图；图15为一体化燃料电池单电池氧腔口处的剖面尺寸示意图；图16为图15中氧腔口远离流场区一侧的部分结构放大图；图17为图15中氧腔口靠近流场区一侧的部分结构放大图；图18为图15中流场区的部分结构放大图。
[0021]附图标记：1
´‑
阴极单极板；2
´‑
膜电极；3
´‑
阳极单极板；4
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胶黏剂；5
´‑
密封件；1
‑
阴极单极板；11
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第二凸起部；12
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第二注塑孔；13
‑
第二夹持部；14
‑
氧腔嵌件；15
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氧腔口；16
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膜电极阴极侧流场区；2
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膜电极；21
‑
第一注塑孔；3
‑
阳极单极板；31
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化燃料电池单电池，其特征在于，所述单电池包括依次堆叠设置的阴极单极板、膜电极和阳极单极板；所述膜电极的外沿及部分腔口位置设有第一注塑孔，所述阳极单极板或所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置设有第二注塑孔，所述第一注塑孔与部分所述第二注塑孔相对设置；所述单电池还包括连接所述阴极单极板、所述膜电极和所述阳极单极板的密封件，部分所述密封件设置于所述阳极单极板或所述阴极单极板远离所述膜电极的一侧，部分所述密封件贯穿所述第二注塑孔与所述第一注塑孔密封所述阴极单极板、所述膜电极和所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置；所述阳极单极板的外沿及部分腔口位置设有第一凸起部；所述阴极单极板的外沿及部分腔口位置设有第二凸起部；所述第二注塑孔设置于所述第一凸起部或所述第二凸起部；所述阴极单极板的氧腔口及所述阳极单极板的氢腔口靠近流场区的一侧不设置所述第二注塑孔。2.根据权利要求1所述的一体化燃料电池单电池，其特征在于，第一凸起部与流场区等高或略低于流场区0.01mm
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0.3mm，第二凸起部与流场区等高或略低于流场区0.01mm
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0.3mm。3.根据权利要求1所述的一体化燃料电池单电池，其特征在于，所述密封件包括第一密封部、第二密封部和第三密封部；所述第一密封部设置于所述第一凸起部形成的凹槽内，以连接所述阳极单极板与所述膜电极；所述第二密封部设置于所述第二凸起部形成的凹槽内，以连接所述阴极单极板与所述膜电极；所述第三密封部设置于所述阳极单极板或所述阴极单极板远离所述膜电极的一侧，以密封所述阴极单极板与相邻所述单电池的阳极单极板。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜茜，姜天豪，胡鹏，毕飞飞，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：