[發明專利]一種燃料電池電堆的組裝結構

有效

• 申請號: 202111286079.5
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114023991B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 袁博;侯向理;涂序國;侯慶琳;劉藝培
• 申請（專利權）人: 浙江高成綠能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0273
• 分類號: H01M8/0273;H01M8/0276;H01M8/0284;H01M8/0258;H01M8/1004;H01M8/2465
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 陶柳濤

本發明涉及一種燃料電池電堆的組裝結構，所述電堆依次由雙極板和膜電極交替堆疊形成，所述雙極板包括陰極面和陽極面，所述陰極面和陽極面均獨立地設置流場和公共流道，所述公共流道位于所述流場的兩側，安裝時，所述膜電極與相鄰雙極板之間設置第一密封件，相鄰兩塊雙極板的公共流道區域通過第二密封件進行密封。本發明工藝簡單、操作容易、受力均勻、且能降低膜電極成本。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池電堆的組裝結構。

背景技術

隨著近些年燃料電池在應用端的火熱，相關的研發內容也持續增多。大多數公司仍在沿用傳統的膜電極七合一組件，包括質子交換膜、雙側催化層、雙側邊框層、雙側擴散層，其中雙側邊框多選用PET、PI、PEN等材質，整體尺寸與極板相同或相似，公共流道部分占據較大面積，使用寬幅固定的邊框卷料裁剪得到的成型邊框數量也會大大較少，且邊框在中間活性區域的部分需要被裁掉，若無相關小型膜電極產品，則此部分會產生浪費。

目前市場上主流的電堆組裝密封結構為以下三種：1、陰陽極為單極板，在單極板兩側分別設置彈性體密封件，可以使用點膠的方式粘貼在極板密封槽內或者膜電極相應密封區域內，也可以使用貼膠線的方式粘貼已注塑成型的密封件；2、陰陽極極板水流場一側已通過合理的方式貼合在一起并達到密封效果，石墨極板可使用非彈性體膠水粘接，金屬極板可使用焊接，陰陽極兩側則通過彈性體密封件與膜電極密封；3、陰陽極極板膜電極一側通過非彈性體膠水與膜電極邊框粘接在一起形成單池，水流場一側通過彈性體密封件密封。

以上三種方式各有優缺點，第一種優點是各組分可獨立分離，拆解后各組分可保持完整，缺點是彈性體密封件過多會導致密封效果不好或膜電極受力不均影響性能，嚴重則導致極板受力不均彎折甚至斷裂；第二種是在第一種密封結構的基礎上進行優化，減少了水流場彈性體密封件的影響，但是膜電極一側由于活性區域與邊框區域存在高度差并且變形量不一致的原因，還是會導致膜電極受力不均影響性能。第三種密封結構使用非彈性體膠水將陰陽極極板膜電極一側與膜電極邊框牢牢粘接在一起，利用極板自身剛性使單池中活性區域部分受力始終穩定從而保證性能穩定，但是這種方式的缺點是單池由強力膠水粘接，只能使用破壞的方式方能使膜電極與極板分離，無法使膜電極完整回收再利用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池電堆的組裝結構。

為了實現本發明之目的，本申請提供以下技術方案。

在第一方面中，本申請提供一種燃料電池電堆的組裝結構，所述電堆依次由雙極板和膜電極交替堆疊形成，所述雙極板包括陰極面和陽極面，所述陰極面和陽極面均獨立地設置流場和公共流道，所述公共流道位于所述流場的兩側，安裝時，所述膜電極與相鄰雙極板之間設置第一密封件，相鄰兩塊雙極板的公共流道區域通過第二密封件進行密封。在本申請中，陰陽極極板公共流道部分由非彈性體膠水粘接（即第二密封件），中間膜電極邊框與流場部分由彈性體密封件（即第一密封件）密封形成單池，利用極板自身剛性，計算好高度差可以使活性區域受力均一穩定，彈性體密封件受力均一穩定。而且使用單池進行電堆組裝可以大大減少相關組件數量，提高組裝精度，單池水流場部分可使用硬度較高的彈性體密封件，變形量較小可使電堆整體尺寸偏差減小，并且由于單池自身尺寸結構穩定，即使壓裝力發生小范圍改變也不會影響膜電極的受力導致性能改變。

在第一方面的一種實施方式中，所述膜電極包括同軸心布置的陰極擴散層、CCM膜、陽極擴散層、第一邊框和第二邊框，所述陰極擴散層、CCM膜和陽極擴散層依次堆疊布置，所述陰極擴散層的外緣尺寸小于等于所述第一邊框的內緣尺寸，所述陽極擴散層的外緣尺寸小于等于所述第二邊框的內緣尺寸，所述CCM膜的外緣尺寸大于所述陰極擴散層及陽極擴散層的外緣尺寸，所述CCM膜外緣的兩側分別與第一邊框和第二邊框通過膠層粘結，所述第一邊框和第二邊框通過膠層相互粘結。