[發(fā)明專利]一種百葉窗結(jié)構(gòu)的自呼吸微型燃料電池結(jié)構(gòu)與制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910072443.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN101599548A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉為;張宇峰;張博;王喜蓮;索春光;苑振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)水資源國家工程研究中心有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10;H01M4/86;H01M2/10;H01M8/02;H01M4/88
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司
• 代理人: 劉 婭

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域，具體涉及的是自呼吸式微型燃料電池的陰極極板 結(jié)構(gòu)和封裝方法。

(二)背景技術(shù)

燃料電池DMFC作為一種微型便攜式能源，有其內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)。較高的比能量和能量轉(zhuǎn)化 效率是人們感興趣的主要原因。同時(shí)固定的外部結(jié)構(gòu)和可隨時(shí)填充的液體燃料，也為用戶提 供了便利條件。微型直接甲醇燃料電池不但體積小、能量密度高而且可以在常溫下使用，非 常適合于筆記本電腦、手機(jī)、掌上電腦等功率越來越大的移動(dòng)電子設(shè)備，是目前最有可能取 代傳統(tǒng)能源的新能源之一。然而加工用于便攜式能源的微型燃料電池，并不是單一的降低電 池的物理尺寸那么簡(jiǎn)單，目前質(zhì)子交換膜燃料電池的研究主要存在以下問題：(1)采用石墨 或者硅材料制作的雙極板強(qiáng)度過低，實(shí)用性不強(qiáng)；(2)采用的單池陰極極板結(jié)構(gòu)例如陰極打孔 不利于電池組的連接；(3)普通的機(jī)械螺絲封裝方法占用無用空間過大。因此新的設(shè)計(jì)和封 裝方法必需被采用，這將不同于以往的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用微細(xì)精密加工技術(shù)制作微型燃料電池，工藝流程簡(jiǎn)單，制 造成本低，占用空間小，節(jié)省體積，機(jī)械性能好，可加強(qiáng)電池的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的百葉窗結(jié)構(gòu)的自 呼吸微型燃料電池結(jié)構(gòu)與制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括雙極板(陽極極板、陰極極板)、膜電極MEA及絕緣 材料和夾具，雙極板上兩側(cè)分別含有與膜電極相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)，流場(chǎng)為平行結(jié)構(gòu)，其中陰極極 板采用“百葉窗”式進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，利用夾具(4個(gè))將雙極板、絕緣材料與膜電極夾在一起，就可 以作為發(fā)電單元使用。

本發(fā)明的另一目的是提供上述自呼吸式微型燃料電池的制備方法，利用微細(xì)精密加工技 術(shù)制作出燃料電池極板結(jié)構(gòu)模具，然后沖壓不銹鋼完成燃料電池的雙極板的制作，來組裝電 池，利用微細(xì)精密加工技術(shù)加工高分子材料(如有機(jī)玻璃、塑料等)，即可完成夾具的制作。 此種結(jié)構(gòu)的燃料電池使用富氫物質(zhì)(如氫氣、甲醇等)作為燃料，氧氣由大氣直接供給，電 池雙極板材料為不銹鋼。電池的陰極采用一種新型的“百葉窗”式進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，便于陰極的進(jìn)氣 和自呼吸式電池組的連接。封裝方法是利用夾具對(duì)電池四邊進(jìn)行夾緊，此種封裝方法可有效 縮小燃料電池的體積，利于于批量加工和提高電池性能。

本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征：

1、所述的含有流場(chǎng)和“百葉窗”式進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的雙極板，是利用微細(xì)精密加工技術(shù)制作出燃 料電池極板結(jié)構(gòu)模具，然后沖壓不銹鋼完成；

2、所述的夾具是利用微細(xì)精密加工技術(shù)加工高分子材料(如有機(jī)玻璃、塑料等)制成。

本發(fā)明采用不銹鋼作為極板材料，利用微細(xì)精密加工技術(shù)制作出燃料電池極板結(jié)構(gòu)模具， 從而沖壓完成燃料電池的極板結(jié)構(gòu)來組裝電池，這樣做具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)由于不銹鋼材料 具有機(jī)械性能好，硬度大，不容易斷裂，易于封裝的特點(diǎn)，可以保證電池結(jié)構(gòu)的緊密，從而 有效地降低電池內(nèi)阻；(2)相對(duì)于其他工藝來說可以降低研發(fā)成本，確保一定的成品率。另 外利用微細(xì)精密加工技術(shù)加工高分子材料(如有機(jī)玻璃、塑料等)制成可有效縮小燃料電池 的體積，利于于批量加工和電池組的連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、便于自呼吸式電池組連接； 2。工藝流程簡(jiǎn)單，制造成本低，確保一定的成品率；3、占用空間小，節(jié)省體積；4、機(jī)械性 能好，可加強(qiáng)電池的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(四)附圖說明

圖1為本發(fā)明組件圖；

圖2為夾具的示意圖；

圖3為裝配完成后的立體圖；

圖4-5為裝配后的截面圖。

(五)具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

結(jié)合圖1，其中包括雙極板(陽極極板1、陰極極板4)、膜電極MEA及絕緣材料3和夾 具2。利用微細(xì)精密加工技術(shù)制作出燃料電池極板結(jié)構(gòu)模具，然后沖壓不銹鋼制成電池陰、 陽極板1和4，陰、陽極板中間為膜電極MEA及絕緣材料3，其中陽極極板1、膜電極MEA 及絕緣材料3和陰極極板4裝配在一起形成“三明治”結(jié)構(gòu)。封裝所使用的夾具2利用微細(xì)精 密加工技術(shù)加工高分子材料(如有機(jī)玻璃、塑料等)制成，數(shù)量為4個(gè)，將裝配好的電池四 周扣緊，保證電池不會(huì)漏液及陰、陽極板連接的緊密性。裝配好的電池如圖3所示。圖4-5 為裝配后的截面圖，其中5和6為進(jìn)液孔和出液孔；1為陽極極板，含有供液體流動(dòng)的平行 流場(chǎng)；4為具有“百葉窗”結(jié)構(gòu)7的陰極極板，方便進(jìn)氣；2為電池封裝所使用的夾具，保證電 池不會(huì)漏液或漏氣及雙極板連接的緊密性；3為膜電極MEA及絕緣材料。