[發(fā)明專利]一種燃料電池電堆

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811336448.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109346757A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京攀峰賽奧能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/24
• 分類號(hào): H01M8/24;H01M8/2465;H01M8/249;H01M8/247
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發(fā)明提供一種燃料電池電堆，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。包括有由多片單電池層疊而成的電池組，在電池組的上下兩端分別設(shè)有前端板和后端板，電池組的上端與前端板之間設(shè)前端集流板，電池組的下端與后端板之間設(shè)后端集流板；其中，所述的單電池包括：陽(yáng)極板、陰極板和膜電極，膜電極夾于陽(yáng)極板和陰極板之間；陽(yáng)極板朝向膜電極一面的四周設(shè)有第一限位凸臺(tái)，用于將膜電極的位置固定；陽(yáng)極板朝向膜電極一面上開(kāi)設(shè)有燃料流場(chǎng)；陰極板朝向膜電極一面上開(kāi)設(shè)有第二限位凸臺(tái)，陰極板朝向膜電極一面上開(kāi)設(shè)有氧化劑流場(chǎng)。電堆能精確控制每一片膜電極的氣體擴(kuò)散層的壓縮量，電堆中各片單電池的性能均一性較好，提高了電堆的壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種燃料電池電堆，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）是一種清潔環(huán)保的電化學(xué)發(fā)電裝置，由于其體積小、質(zhì)量輕、操作條件溫和、能量轉(zhuǎn)換率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及響應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于交通工具、固定式發(fā)電、物料搬運(yùn)、備用電源和便攜式電源等諸多方面。氫能與燃料電池技術(shù)為清潔能源系統(tǒng)的利用提供了一條新的途徑。氫的來(lái)源廣泛，既包括可再生能源，也包括不可再生能源資源。氫能可以成為與電力互補(bǔ)的能源載體，從而有效降低當(dāng)前能源系統(tǒng)的碳排放。因此，PEMFC被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的清潔、高效的發(fā)電裝置。

對(duì)于車(chē)用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，其壽命必須達(dá)到與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)乃剑庞锌赡軐?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)能源部氫能計(jì)劃、日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展委員會(huì)及歐洲氫能與燃料電池技術(shù)論壇均認(rèn)為，對(duì)于車(chē)用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)壽命至少5000h（乘用車(chē)）和10000h（商用車(chē)）才具有產(chǎn)業(yè)化的可能。較之于靜態(tài)應(yīng)用環(huán)境（如發(fā)電站或移動(dòng)電源），車(chē)載環(huán)境與工作條件顯得更加惡劣，目前PEMFC發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性與預(yù)期有一定的差距。其中，PEMFC電堆的壽命是影響PEMFC發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性的重要因素之一。

傳統(tǒng)的電堆是將膜電極、雙極板間隔疊加后壓緊成型，在此過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)壓裝力或電堆總長(zhǎng)度來(lái)控制氣體擴(kuò)散層的總壓縮量，由于壓緊過(guò)程中，電堆內(nèi)部的預(yù)緊力分布不均勻，導(dǎo)致電堆內(nèi)各個(gè)單電池的氣體擴(kuò)散層的壓縮量大小不一，即部分單電池的氣體擴(kuò)散層的壓縮量偏大、部分單電池的氣體擴(kuò)散層的壓縮量偏小，則電堆在運(yùn)行過(guò)程中，特別是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，各個(gè)單電池之間的性能差距變得越來(lái)越大，產(chǎn)生“短板效應(yīng)”，影響電堆的壽命。

對(duì)于傳統(tǒng)的電堆，當(dāng)電堆密封性測(cè)試不合格或者電堆在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，很可能要拆堆檢查，由于反復(fù)拆裝電堆，氣體擴(kuò)散層被反復(fù)擠壓，導(dǎo)致氣體擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)遭受不可逆的損傷，阻礙反應(yīng)氣體與水的傳輸，從而影響電堆的壽命。

此外，電堆的密封性能也是影響電堆壽命的關(guān)鍵因素之一，傳統(tǒng)的電堆的氣體密封通過(guò)采用陽(yáng)極板/陽(yáng)極側(cè)密封墊/膜電極邊框/陰極側(cè)密封墊/陰極板這樣的五合一壓緊結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)陽(yáng)極側(cè)密封墊與陰極側(cè)密封墊的高度的精度要求均較高，且這種結(jié)構(gòu)的電堆在振動(dòng)與沖擊的環(huán)境下易發(fā)生極板間的錯(cuò)位，這樣很容易就會(huì)產(chǎn)生漏氣問(wèn)題，導(dǎo)致電堆不能運(yùn)行，影響電堆的壽命。

因此，急需尋找一種新型的電堆，既能精確控制每一片膜電極的氣體擴(kuò)散層的壓縮量，又能避免由于電堆密封性問(wèn)題或電堆發(fā)生故障時(shí)拆卸電堆引發(fā)的氣體擴(kuò)散層被反復(fù)擠壓所導(dǎo)致的不可逆損傷，還能降低對(duì)氣體側(cè)密封墊的要求，提高電堆的壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種長(zhǎng)壽命的燃料電池堆，該燃料電池堆由前端板、前端集流板、N組新型的單電池、后端平板、后端集流板、后端板、捆扎帶及密封圈組成；所述的新型的單電池由新型的陽(yáng)極板、膜電極、公用通道密封墊片、新型的陰極板進(jìn)行壓合，直至膜電極邊框與陽(yáng)極板的正面的限位凸臺(tái)、陰極板的正面完全重疊，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，并用上、下絕緣夾板進(jìn)行鎖緊，形成新型的燃料電池單電池。

技術(shù)方案是：