[發(fā)明專利]一種燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111484728.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN113871647B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈新龍;曹寅亮;方蕾;茹皓;孫基文;李伯球;徐乃濤;徐淳川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江天能氫能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0258
• 分類號(hào): H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/021;H01M8/0228;H01M8/0267;H01M8/0276;H01M8/04014;H01M8/1006
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開了一種燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。所述燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)，包括膜電極組件和分別位于膜電極組件兩側(cè)的空氣流道層和氫氣流道層，流道結(jié)構(gòu)充分利用流道脊結(jié)構(gòu)使其中空形成額外流道，并且與原有流道槽彎折處通過開口（第一開口/第二開口）連通形成共用流道增加了氣體流道空間同等條件下能夠更快的補(bǔ)充膜電極消耗氣體，使得膜電極整體氣體壓強(qiáng)分布均勻提升功率密度與耐久性，尤其在大電流密度下效果更加明顯。本申請(qǐng)結(jié)構(gòu)裝配方式簡(jiǎn)單，膜電極上集成了氫、空兩側(cè)流道與密封膠線，一片一體化膜電極即為一個(gè)單元，裝配幾十上百個(gè)單元為一個(gè)堆，簡(jiǎn)化了裝配步驟，提高電堆裝配效率與一致性降低制造成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池是以氫氣為燃料，通過和空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。一般質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)由雙極板（陽極板和陰極板）、膜電極以及一些密封組件進(jìn)行重復(fù)堆疊形成一個(gè)包含大量單電池單元的電堆。

其中，空冷式質(zhì)子交換膜燃料電池是由空氣作為冷卻介質(zhì)，空氣既用于提供反應(yīng)用的氧氣，又用于冷卻。

現(xiàn)有燃料電池金屬雙極板是采用薄的金屬材料一體壓鑄成型，雙極板產(chǎn)品制備加工的百噸位壓力機(jī)和金屬模具價(jià)格昂貴動(dòng)輒幾十上百萬。

現(xiàn)有燃料電池雙極板具有流道脊和流道槽結(jié)構(gòu)，其中流道脊占用體積大，流道槽體積利用率低，因此流道較長(zhǎng)氣體傳質(zhì)存在較大的壓降，傳質(zhì)效果差,并且流道本身沒有保濕功能。

現(xiàn)有的空冷膜電極未集成密封膠線和雙極板（流道），在裝配電堆時(shí)需要裝配一層密封膠線、一層雙極板、一層膜電極、一層密封膠線、一層雙極板、一層膜電極如此重復(fù)，工序復(fù)雜，裝配工作量大，一致性難以保證。

比如，公開號(hào)為CN105932314A的發(fā)明申請(qǐng)公開了一種燃料電池陰極板密封裝置、燃料電池、和燃料電池堆。該密封裝置包括陰極板和密封部件。陰極板采用多孔質(zhì)材料制成，并且在其上設(shè)置有用于安裝密封部件的第一結(jié)構(gòu)。密封部件內(nèi)部設(shè)置有縱向通孔，用作燃料電池的燃料主流道。密封部件用于密封燃料主流道，并且密封陰極板和位于陰極板上方的陽極板之間的接觸處。密封部件下部設(shè)置有用于和所述第一結(jié)構(gòu)相配的第二結(jié)構(gòu)，上部設(shè)置有橫向溝槽，使得流過燃料主流道的燃料能夠分配到上方陽極板所包括的燃料微流道中。

再比如，公開號(hào)為CN112436163A的發(fā)明申請(qǐng)公開了一種燃料電池金屬雙極板及陰極閉式空冷電堆，包括依次連接的陽極板、空氣冷卻板和陰極板，還包括用于防止氣體泄漏的密封圈，所述陽極板遠(yuǎn)離所述空氣冷卻板的一側(cè)設(shè)有燃料氣體流道，所述燃料氣體流道沿所述金屬雙極板的長(zhǎng)度方向設(shè)置；所述陰極板遠(yuǎn)離所述空氣冷卻板的一側(cè)設(shè)有反應(yīng)空氣流道，所述反應(yīng)空氣流道沿所述金屬雙極板的長(zhǎng)度方向設(shè)置；所述空氣冷卻板的兩側(cè)分別設(shè)有冷卻空氣流道，所述冷卻空氣流道沿所述金屬雙極板的寬度方向設(shè)置。

上述現(xiàn)有技術(shù)中均存在前述裝配問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。

一種燃料電池空冷一體化膜電極結(jié)構(gòu)，包括膜電極組件和分別位于膜電極組件兩側(cè)的空氣流道層和氫氣流道層，空氣流道層設(shè)有空氣流道，氫氣流道層設(shè)有氫氣流道，所述氫氣流道沿膜電極組件的長(zhǎng)軸方向設(shè)置，所述空氣流道沿膜電極組件的短軸方向設(shè)置，

所述氫氣流道層包括氫氣流道形成板，所述氫氣流道形成板向膜電極組件方向間隔凸起形成氫氣流道脊，相鄰兩條氫氣流道脊之間形成氫氣流道槽，所述氫氣流道脊從氫氣流道的進(jìn)口端向出口端成多段折線型延伸，且所述氫氣流道脊在各段折線彎折處開設(shè)有連通氫氣流道槽的第一開口；其中，位于遠(yuǎn)離膜電極組件一側(cè)設(shè)有流道底板，膜電極組件與流道底板之間夾持氫氣流道形成板形成氫氣流道，氫氣流道形成板的外周還設(shè)有一圈氫氣側(cè)密封膠塊；