專利名稱：空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空冷型 質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，其具體為空冷型質(zhì)子 交換膜燃料電池雙極板。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池是一種采用氫氣為燃料、空氣中的氧氣為氧化劑的發(fā)電裝 置，由于燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)機理，可使其不受卡諾爾循環(huán)效率的限制，因此，質(zhì)子 交換膜燃料電池具有效率高、環(huán)境友好等特點?？绽湫唾|(zhì)子交換膜燃料電池的主要特點是風(fēng)機在為燃料電池供應(yīng)空氣的同時將 燃料電池內(nèi)部的熱量排出，空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池的上述特性使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化， 從而特別適合用于作為小型便攜式電源或需快速啟動的應(yīng)急用電源。為了減少風(fēng)機的流動阻力，空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的陰極流場通常 設(shè)計成與大氣相通的平行直道，軸流風(fēng)機將空氣從雙極板陰極流場的一邊吹入平行直 道，空氣經(jīng)反應(yīng)后攜帶熱量從陰極流場的另一邊被排出電池?？绽湫唾|(zhì)子交換膜燃料電 池陰極流場從其側(cè)面看總是在空氣平行直道處下凹、在空氣平行直道間的筋處上凸，基 于此，在雙極板陰極面上不能加工形成連續(xù)的密封槽，從而使空冷型質(zhì)子交換膜燃料電 池不能使用硅橡膠線密封結(jié)構(gòu)，而必須采用面密封結(jié)構(gòu)，但是面密封的材料一般為聚四 氟乙烯或涂覆聚四氟乙烯的玻璃纖維布等，其強度較差，在燃料電池預(yù)緊力的作用下容 易在陰極流場的空氣平行直道處被擠壓變形并塌陷在直道內(nèi)，從而使密封困難，引起空 氣和氫氣的互串和外漏。中國專利號ZL 200610035283.9，授權(quán)公告日2008.09.03，專利名稱為《一種含
有組合流道的質(zhì)子交換膜燃料電池極板》，給出了一種新的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池 雙極板，其公開了一種能改善燃料電池極板排水性能，使燃料電池運行穩(wěn)定的含有組合 流道的質(zhì)子交換膜燃料電池極板，其陰極極板是設(shè)有由平行流道和矩陣通孔二合一組合 形成組合流道的極板，其陽極極板是設(shè)有蛇行流道的極板；其中所述平行流道是平行的 散熱、進排氣流道，貫穿陰極極板兩端，所述通孔分布于平行流道的槽上。所述燃料電 池的極板邊沿的一側(cè)或者四周還設(shè)有平行刺片。本發(fā)明的極板可用于制作微型及小型燃 料電池，該技術(shù)通過將雙極板分成陰極極板和陽極極板，在陰極極板的矩陣通孔面加工 連續(xù)的密封槽，從而使該雙極板能采用硅橡膠線密封結(jié)構(gòu)，解決了面密封材料由于強度 差被擠壓變形后塌陷在空氣平行直道內(nèi)引起密封失效的缺點。但是上述結(jié)構(gòu)需單獨制作陰極極板、陽極極板，這必然增加了加工成本和材料 成本，也增加了燃料電池裝配的工時；其次，陰極極板的空氣平行直道和矩陣通孔的組 合結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，從而進一步增加了加工難度和制造成本；再次，陰極極板的空氣平行 直道和矩陣通孔的結(jié)構(gòu)使得由空氣平行直道導(dǎo)入的空氣不能與燃料電池的膜電極直接接 觸，而必須通過矩陣通孔的再分配擴散至膜電極，從而大大增加空氣的傳質(zhì)阻力，影響 電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其使得氣體 密封可靠，且材料和加工成本低、電池的裝配難度低，進而確保電池的性能?？绽湫唾|(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其技術(shù)方案是這樣的雙極板的一面為 陰極極面、另一面為陽極極面，其特征在于所述陰極極面開有陰極密封槽腔體，所述 陰極密封槽腔體包裹空氣平行直道，所述空氣平行直道通過兩側(cè)的進氣直槽連通外部空 氣，所述進氣直槽位于所述陰極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)；所述陽極極面的兩端開有 通孔，所述陽極極面開有氫氣流道，所述陽極極面開有陽極密封槽腔體，所述陽極密封 槽腔體將兩個通孔、氫氣流道分別單獨包圍，兩個所述通孔內(nèi)側(cè)分別開有導(dǎo)通槽連通所 述氫氣流道，所述導(dǎo)通槽位于所述陽極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)。其進一步特征在于所述陰極極面的中心部分開有所述 空氣平行直道，所述 陰極極面的兩側(cè)部內(nèi)凹，兩側(cè)內(nèi)凹部分分別開有與所述空氣平行直道相通的所述進氣直 槽，兩側(cè)內(nèi)凹部分上蓋裝有陰極嵌片，所述陰極嵌片分別開有陰極密封槽，所述陰極極 面的另外兩側(cè)部開有通孔，所述通孔四周開有陰極密封槽，所述通孔四周的陰極密封 槽、陰極嵌片的陰極密封槽相互連通成為整體，其即為所述的陰極密封槽腔體，陰極硅 膠密封件配合嵌套于所述陰極密封槽腔體；
所述陽極極面的中心部分開有所述氫氣流道，所述陽極極面的通孔靠內(nèi)部分內(nèi)凹， 所述內(nèi)凹部分開有所述導(dǎo)通槽連通所述氫氣流道和通孔，陽極嵌片配合安裝于所述內(nèi)凹 部分，所述陽極嵌片開有陽極密封槽，所述陽極極面的四周開有陽極密封槽，所述通孔 位于所述陽極面四周的陽極密封槽的內(nèi)部，所述陽極嵌片的陽極密封槽、所述陽極極面 的四周的陽極密封槽相互連通成為整體，其即為所述的陽極密封槽腔體，陽極硅膠密封 件配合嵌套于所述陽極密封槽腔體；
其更進一步特征在于所述陰極密封槽腔體、陽極密封槽腔體形狀相同，所述陰極 硅膠密封件、陽極硅膠密封件為相同的硅膠密封件。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后，雙極板的材料和加工成本低；取兩片雙極板，在一片 雙極板的陰極極面和另一片雙極板的陽極極面之間安裝膜電極，并分別通過一片雙極板 的陰極硅膠密封件和另一片雙極板的陽極硅膠密封件密封，由于導(dǎo)通空氣的進氣直槽位 于陰極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)，空氣能順利進入空氣平行直道，且連接通孔、氫氣 流道的導(dǎo)通槽位于所述陽極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)，氫氣能從其中一個通孔進入， 然后反應(yīng)后順利地流出另一個通孔，硅膠密封件密封使得氣體密封可靠，確保電池的性 能；空氣平行直道使得空氣直接與燃料電池的膜電極接觸，降低空氣的傳質(zhì)阻力，從而 進一步確保電池的性能。


圖1為本發(fā)明的陰極極面的裝配結(jié)構(gòu)示意立體圖； 圖2為本發(fā)明的陽極極面的裝配結(jié)構(gòu)示意立體圖3為本發(fā)明的雙極板與膜電極的裝配示意立體圖。
具體實施例方式
具體實施例方式見圖1、圖2、圖3，雙極板1的四角開有定位孔2，雙極板1 一 面為陰極極面3、另一面為陽極極面4，陰極極面3的中心部分開有空氣平行直道5，陰極 極面3的兩側(cè)為內(nèi)凹部分6，兩側(cè)內(nèi)凹部分6分別開有與空氣平行直道5相通的進氣直槽 7，兩側(cè)內(nèi)凹部分6上蓋裝有陰極嵌片9，陰極嵌片9分別開有陰極密封槽8，陰極極面3 的另外兩側(cè)部開有通孔10，通孔10四周開有陰極密封槽11，通孔10四周的陰極密封槽 11、陰極嵌片9的陰極密封槽8相互連通成為整體，其即為的陰極密封槽腔體，陰極硅膠 密封件12配合嵌套于陰極密封槽腔體； 陽極極面4的中心部分開有氫氣流道13，陽極極面4的通孔10靠內(nèi)部分內(nèi)凹，內(nèi)凹 部分14開有導(dǎo)通槽15連通氫氣流道13和通孔10，陽極嵌片16配合安裝于內(nèi)凹部分14， 陽極嵌片16開有陽極密封槽17，陽極極面4的四周開有陽極密封槽18，通孔10位于陽 極面4四周的陽極密封槽18的內(nèi)部，陽極嵌片16的陽極密封槽17、陽極極面4的四周的 陽極密封槽18相互連通成為整體，其即為的陽極密封槽腔體，陽極硅膠密封件19配合嵌 套于陽極密封槽腔體。裝配時，將一片雙極板的陰極極面3和另一片雙極板的陽極極面板極面4之間 插入膜電極20，然后通過預(yù)緊力使三者緊密貼合，其中膜電極20對應(yīng)于通孔10的位置開 有貫穿孔21。
權(quán)利要求
1.空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，雙極板的一面為陰極極面、另一面為陽極極 面，其特征在于所述陰極極面開有陰極密封槽腔體，所述陰極密封槽腔體包裹空氣平 行直道，所述空氣平行直道通過兩側(cè)的進氣直槽連通外部空氣，所述進氣直槽位于所述 陰極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)；所述陽極極面的兩端開有通孔，所述陽極極面開有氫 氣流道，所述陽極極面開有陽極密封槽腔體，所述陽極密封槽腔體將兩個通孔、氫氣流 道分別單獨包圍，兩個所述通孔內(nèi)側(cè)分別開有導(dǎo)通槽連通所述氫氣流道，所述導(dǎo)通槽位 于所述陽極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其特征在于所述陰 極極面的中心部分開有所述空氣平行直道，所述陰極極面的兩側(cè)部內(nèi)凹，兩側(cè)內(nèi)凹部分 分別開有與所述空氣平行直道相通的所述進氣直槽，兩側(cè)內(nèi)凹部分上蓋裝有陰極嵌片， 所述陰極嵌片分別開有陰極密封槽，所述陰極極面的另外兩側(cè)部開有通孔，所述通孔四 周開有陰極密封槽，所述通孔四周的陰極密封槽、陰極嵌片的陰極密封槽相互連通成為 整體，其即為所述的陰極密封槽腔體，陰極硅膠密封件配合嵌套于所述陰極密封槽腔 體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其特征在于所述 陽極極面的中心部分開有所述氫氣流道，所述陽極極面的通孔靠內(nèi)部分內(nèi)凹，所述內(nèi)凹 部分開有所述導(dǎo)通槽連通所述氫氣流道和通孔，陽極嵌片配合安裝于所述內(nèi)凹部分，所 述陽極嵌片開有陽極密封槽，所述陽極極面的四周開有陽極密封槽，所述通孔位于所述 陽極面四周的陽極密封槽的內(nèi)部，所述陽極嵌片的陽極密封槽、所述陽極極面的四周的 陽極密封槽相互連通成為整體，其即為所述的陽極密封槽腔體，陽極硅膠密封件配合嵌 套于所述陽極密封槽腔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其特征在于所述陰 極密封槽腔體、陽極密封槽腔體形狀相同，所述陰極硅膠密封件、陽極硅膠密封件為相 同的硅膠密封件。
全文摘要
本發(fā)明提供了空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板，其使得氣體密封可靠，且材料和加工成本低、電池的裝配難度低，進而確保電池的性能。雙極板的一面為陰極極面、另一面為陽極極面，其特征在于所述陰極極面開有陰極密封槽腔體，所述陰極密封槽腔體包裹空氣平行直道，所述空氣平行直道通過兩側(cè)的進氣直槽連通外部空氣，所述進氣直槽位于所述陰極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)；所述陽極極面的兩端開有通孔，所述陽極極面開有氫氣流道，所述陽極極面開有陽極密封槽腔體，所述陽極密封槽腔體將兩個通孔、氫氣流道分別單獨包圍，兩個所述通孔內(nèi)側(cè)分別開有導(dǎo)通槽連通所述氫氣流道，所述導(dǎo)通槽位于所述陽極密封槽腔體厚度方向的內(nèi)側(cè)。
文檔編號H01M4/86GK102013493SQ20101054378
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者胡鳴若 申請人:無錫國贏科技有限公司