一种金属板燃料电池电堆及其制备方法与流程

本申请属于燃料电池电堆制造技术领域，特别是涉及一种金属板燃料电池电堆及其制备方法。

背景技术：

目前，燃料电池电堆完全依靠螺丝固定、钢带捆绑、夹具固定等传统机械方式进行组装，装配不便，拆解困难，非常不利于燃料电池电堆的结构优化，燃料电池电堆也存在功率低、寿命短等缺点，燃料电池电堆开发成本一直居高不下。

此外，现有的金属板燃料电池电堆一般采用绝缘胶、密封胶，以及注塑包覆后再热封等复杂工艺，金属板燃料电池电堆的体积大，制备成本高，制备得到的金属板燃料电池电堆密封性欠佳。因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种金属板燃料电池电堆及其制备方法，解决现有金属板燃料电池电堆中依赖绝缘胶、密封胶、以及注塑包覆后再热封等复杂工艺的技术问题，大幅度减少电池电堆的体积，降低了成本，同时也提高了燃料电池密封性，实现了金属板燃料电池电堆组装轻型化和模块化。

一方面，本发明实施例提供一种金属板燃料电池电堆，包括多个金属燃料电池极板，相邻的所述金属燃料电池极板之间设置有与所述金属燃料电池极板相匹配的膜电极；所述金属燃料电池极板的侧面热封有与所述金属燃料电池极板相匹配的塑料贴膜；所述金属燃料电池极板包括极板本体，所述极板本体的中间处设置有多个流道，所述极板本体的一端对称设置有氢气进气孔道和进水孔道，所述氢气进气孔道和进水孔道之间设置有空气进气孔道；所述极板本体的另一端对称设置有出水孔道和氢气出气孔道，所述出水孔道和氢气出气孔道之间设置有空气出气孔道；所述氢气进气孔道与所述出水孔道对称设置，所述空气进气孔道与所述空气出气孔道对称设置，所述进水孔道与所述氢气出气孔道对称设置。

在其中的一个实施例中，所述流道包括氢气流道、水流道和空气流道，所述氢气进气孔道通过氢气流道与所述氢气出气孔道连通，所述进水孔道通过水流道与所述出水孔道连通，所述空气进气孔道通过空气流道与所述空气出气孔道连通。

在本申请中，所述膜电极与所述金属燃料电池极板相匹配是指，在所述膜电极上，与所述流道、氢气进气孔道、进水孔道、空气进气孔道、出水孔道、氢气出气孔道和空气出气孔道相对应的区域镂空设置。

在本申请中，所述塑料贴膜与所述金属燃料电池极板相匹配是指，在所述金属燃料电池极板上，除流道、氢气进气孔道、进水孔道、空气进气孔道、出水孔道、氢气出气孔道和空气出气孔道的区域，其余区域均热封有塑料贴膜。所述金属燃料电池极板的单个侧面或两个侧面热封有与所述金属燃料电池极板相匹配的塑料贴膜。

在其中的一个实施例中，所述氢气流道的宽度为0.3-0.6mm。

在其中的一个实施例中，所述水流道的宽度为0.4-0.7mm。

在其中的一个实施例中，所述空气流道的宽度为0.5-0.8mm。

在其中的一个实施例中，所述塑料贴膜为流延聚丙烯薄膜(cpp)、聚乙烯薄膜(pe)、聚氯乙烯薄膜(pvc)、聚酯薄膜(pet)及其改性产品。

在其中的一个实施例中，相邻的所述金属燃料电池极板与所述膜电极通过螺丝、夹具、钢带或塑料带固定。

另一方面，本发明实施例还提供所述金属板燃料电池电堆的制备方法，包括如下步骤：将塑料贴膜涂覆于金属燃料电池极板的两侧或单侧，于0.25-0.35mpa、185-200℃热封2.5-3.0s，得到热封的金属燃料电池极板；将多个热封的金属燃料电池极板层叠，相邻所述热封的金属燃料电池极板之间设置与所述热封的金属燃料电池极板相匹配的膜电极，相邻所述热封的金属燃料电池极板与所述膜电极用螺丝、夹具、钢带或塑料带固定，得到金属板燃料电池电堆。

在其中的一个实施例中，所述热封的条件优选为于0.35mpa、200℃热封3.0s。

在其中的一个实施例中，所述热封的条件优选为于0.25mpa、185℃热封2.5s。

本申请通过在相邻的金属燃料电池极板之间设置与金属燃料电池极板相匹配的塑料贴膜，并将塑料贴膜热封于金属燃料电池极板上，解决了现有金属板燃料电池电堆中依赖绝缘胶、密封胶、以及注塑包覆后再热封等复杂工艺的技术问题，大幅度减少了电池电堆的体积，降低了成本，同时也提高了燃料电池的密封性，实现了金属板燃料电池电堆组装的轻型化和模块化。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为一个实施例中金属板燃料电池电堆的结构爆炸示意图；

图2为图1的金属燃料电池极板的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，如图1-2所示，提供了一种金属板燃料电池电堆，包括多个金属燃料电池极板1，相邻的所述金属燃料电池极板1之间设置有与所述金属燃料电池极板1相匹配的膜电极2；所述金属燃料电池极板1的侧面热封有与所述金属燃料电池极板1相匹配的塑料贴膜3；所述金属燃料电池极板1包括极板本体11，所述极板本体11的中间处设置有多个流道111，所述极板本体11的一端对称设置有氢气进气孔道112和进水孔道113，所述氢气进气孔道112和进水孔道113之间设置有空气进气孔道114；所述极板本体11的另一端对称设置有出水孔道115和氢气出气孔道116，所述出水孔道115和氢气出气孔道116之间设置有空气出气孔道117；所述氢气进气孔道112与所述出水孔道115对称设置，所述空气进气孔道114与所述空气出气孔道117对称设置，所述进水孔道113与所述氢气出气孔道116对称设置。

具体的，在本实施例中，所述流道111包括氢气流道(图中未示出)、水流道(图中未示出)和空气流道(图中未示出)，所述氢气进气孔道112通过氢气流道与所述氢气出气孔道116连通，所述进水孔道113通过水流道与所述出水孔道115连通，所述空气进气孔道114通过空气流道与所述空气出气孔道117连通。

一般的，氢气流道的宽度主要根据实际需要设置，在本申请的实施例中，所述氢气流道的宽度为0.3-0.6mm。具体的，在本实施例中，所述氢气流道的宽度为0.3mm。可以理解的是，在其他实施例中，所述氢气流道的宽度也可以为0.4mm，0.6mm等。

一般的，水流道的宽度主要根据实际需要设置，在本申请的实施例中，所述水流道的宽度为0.4-0.7mm。具体的，在本实施例中，所述水流道的宽度为0.4mm。可以理解的是，在其他实施例中，所述水流道的宽度也可以为0.5mm，0.7mm等。

一般的，空气流道的宽度主要根据实际需要设置，在本申请的实施例中，所述空气流道的宽度为0.5-0.8mm。具体的，在本实施例中，所述空气流道的宽度为0.5mm。可以理解的是，在其他实施例中，所述空气流道的宽度也可以为0.6mm，0.8mm等。

在本申请中，所述膜电极2与所述金属燃料电池极板1相匹配是指，在所述膜电极2上，与所述流道111、氢气进气孔道112、进水孔道113、空气进气孔道114、出水孔道115、氢气出气孔道116和空气出气孔道117相对应的区域镂空设置。

在本申请中，所述塑料贴膜3与所述金属燃料电池极板1相匹配是指，在所述金属燃料电池极板上，除流道111、氢气进气孔道112、进水孔道113、空气进气孔道114、出水孔道115、氢气出气孔道116和空气出气孔道117的区域，其余区域均热封有塑料贴膜3。所述金属燃料电池极板1的单个侧面或两个侧面热封有与所述金属燃料电池极板1相匹配的塑料贴膜3。

一般的，所述塑料贴膜2可以为流延聚丙烯薄膜(cpp)、聚乙烯薄膜(pe)、聚氯乙烯薄膜(pvc)、聚酯薄膜(pet)及其改性产品。具体的，在本实施例中，所述塑料贴膜2购自日本dnp公司，型号为d-nd408。可以理解的是，在其他实施例中，所述塑料贴膜2也可以为流延聚丙烯薄膜(cpp)，或者可以为聚乙烯薄膜(pe)，或者为聚氯乙烯薄膜(pvc)，或者为聚酯薄膜(pet)，也可以为上述材料的改性产品，只要塑料贴膜能实现本申请的目的即可。

一般的，相邻的所述金属燃料电池极板1与所述膜电极2可以通过螺丝、夹具、钢带或塑料带固定。在本实施例中，相邻的所述金属燃料电池极板1与所述膜电极2通过螺丝固定。可以理解的是，在其他实施例中，相邻的所述金属燃料电池极板1与所述膜电极2也可以通过夹具固定，也可以通过钢带或者塑料带固定。

在另外一个实施例中，本发明实施例还提供所述金属板燃料电池电堆的制备方法，包括如下步骤：将塑料贴膜涂覆于金属燃料电池极板的两侧或单侧，于0.25-0.35mpa、185-200℃热封2.5-3.0s，得到热封的金属燃料电池极板；将多个热封的金属燃料电池极板层叠，相邻所述热封的金属燃料电池极板之间设置与所述热封的金属燃料电池极板相匹配的膜电极，相邻所述热封的金属燃料电池极板与所述膜电极用螺丝、夹具、钢带或塑料带固定，得到金属板燃料电池电堆。

具体的，在一个实施例中，所述金属燃料电池极板间的塑料贴膜的热封的条件为于0.35mpa、200℃热封3.0s。

具体的，在一个实施例中，所述金属燃料电池极板与膜电极间的塑料贴膜的热封的条件为于0.25mpa、185℃热封2.5s。

本申请通过在相邻的金属燃料电池极板之间设置与金属燃料电池极板相匹配的膜电极，并将塑料贴膜热封于金属燃料电池极板上，解决了现有金属板燃料电池电堆中依赖绝缘胶、密封胶、以及注塑包覆后再热封等复杂工艺的技术问题，大幅度减少了电池电堆的体积，降低了成本，同时也提高了燃料电池的密封性，实现了金属板燃料电池电堆组装的轻型化和模块化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。