[發明專利]一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構

有效

• 申請號: 202111302285.0
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114005994B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 張茜茜;姜天豪;畢飛飛;胡鵬;鮑恩澤;杜祥永;藍樹槐
• 申請（專利權）人: 上海治臻新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/0273;H01M8/0276
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 陳穎潔;王佳妮

本發明涉及一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構。在一體化金屬雙極板中，膜電極邊框與金屬雙極板組件彼此集成為一體形成一節單電池。本結構主要由彼此粘結集成為一體的金屬雙極板及膜電極結構以及注塑于陰極側的密封件結構組成。其中金屬雙極板通過適當的高度補償在補償位置與膜電極邊框連接在一起，保證膜電極的氣體擴散層有合適的壓縮率適于電池的高效反應；注塑于陰極側的密封件結構同樣通過適當的高度及寬度為整體密封提供有效的保障及精準的定位。本能全面提高金屬雙極板的生產效率及裝配效率，保證足夠的密封效果。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池金屬雙極板結構，其是涉及一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構。

背景技術

燃料電池的本質是通過氫氣與氧氣發生電化學反應并產生電能，在其制造過程中對于反應原料氫氣與氧氣和冷卻水的空間分配是必不可少的環節。三場的彼此分離及配合是燃料電池不可或缺的部分。現有金屬雙極板的三場依靠通過焊接連接的雙極板組件（如圖1所示）以及通過熱壓連接的膜電極組件形成，在裝配時金屬雙極板組件與膜電極組件間隔堆疊，在雙極板的內部通過焊接線及水腔的密封部件形成水場，在雙極板一側通過粘結在雙極板上的密封部件與膜電極邊框的機械接觸形成氫氣腔，在雙極板另一側同樣通過粘結在雙極板上的密封部件與另一片膜電極邊框的機械接觸形成氧氣腔。這種結構在制造時需要經過焊接、貼膠等工序使各個部件連接起來，制造工藝復雜、效率低。并且膜電極部件與雙極板部件始終分離，在裝配時，多層極板及膜電極彼此間隔堆疊，由于受力的密封部件寬度較窄，在產生偏移時會導致極板的變形以及密封件表面接觸應力的受力不均，部分接觸應力過小的部分是導致燃料電池密封失效的一個重要原因，這嚴重影響了密封結構的可靠性。這不僅會導致前述的密封失效問題，甚至會引起極板的破裂、質子膜邊框的塑性變形等，嚴重影響了燃料電池的安全使用。并且在整體操作工藝上，要始終保持每一片雙極板與膜電極組件的間隔堆疊及其在長度及寬度尺寸上的縱向一致性，使得整體裝堆工藝難度大、效率低。

綜上所述，目前的金屬雙極板結構在制造及裝配時是存在問題的，在提高效率簡化難度上存在改進空間，因此可一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構進行改進，以此來提高燃料電池金屬雙極板部件制造及裝配的效率，減小難度，并使得整體結構一體化，更為穩健。

經過對現有專利、文獻等資料的檢索，發現針對提高燃料電池制造及裝配效率而進行高度補償的一體化雙極板結構的相關專利報道較少。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述制造及裝配上的復雜及偏移問題而提供可以通過高度補償粘結的一體化雙極板結構的方法以提高燃料電池金屬雙極板的制造及裝配效率。傳統雙極板部件和質子膜部件是分開的，在裝配的過程中容易產生偏移，難度大、效率低。本發明提供了一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構的方法，通過將金屬雙極板部件及膜電極部件集成一體化在來實現。

基于本發明的目的，提供一種通過高度補償粘結的一體化雙極板結構，包括從下至上依次層疊設置的第一單極板、第一膠黏劑層、膜電極邊框、第二膠黏劑層、第二單極板、第三膠黏劑層以及密封部件；所述第一單極板設有凸出于所述第一單極板的上表面的高度補償結構；所述第一單極板和所述第二單極板中均包含氣體擴散層，所述第一單極板和所述第二單極板在對應所述高度補償結構位置的氣體擴散層設有冗余壓縮量，所述第一單極板和所述第二單極板的氣體擴散層在所述高度補償結構位置被壓縮15%后高度均一。

進一步地，在所述第一單極板和所述第二單極板之間形成氫氣場、氧氣場及三腔口區域，所述高度補償結構設于所述氫氣場、所述氧氣場及所述三腔口區域的外圍。

進一步地，所述高度補償結構在所述三腔口區域的外圍設置為間斷式凸起結構，所述高度補償結構在所述氫氣場、所述氧氣場的外圍均設置為連續式凸起結構。

進一步地，所述連續式凸起結構的截面形狀為矩形、梯形或者圓弧形；所述高度補償結構的寬度為2~6mm，高度為0.3~0.8mm。