燃料电池堆的制作方法

文档序号:10805173
燃料电池堆的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种燃料电池堆,改善了现有技术中燃料电池堆采用平板型结构,会占用较大空间的问题。该燃料电池堆包括圆柱体,所述圆柱体的侧面设有多个腔体,所述圆柱体中设有与所述多个腔体连通且延伸至所述圆柱体上底面的通道,每个所述腔体中分别安装有一个单体电池和电极槽,安装于所述多个腔体中的多个单体电池通过集流体电连接;所述通道包括沿所述圆柱体的轴线设置且延伸至所述圆柱体上底面的主道和与所述主道连通的多个辅道,所述辅道连接于所述主道与所述腔体之间。使用该燃料电池堆,可以显著减小电池堆体积。
【专利说明】
燃料电池堆
技术领域
[0001]本实用新型涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种燃料电池堆。
【背景技术】
[0002]燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。燃料电池从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是,它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。将多个燃料电池集成在一起进行发电则构成燃料电池堆,随着燃料电池堆中单体电池数量的增加,燃料电池堆的体积也随之增加,现今的燃料电池堆大都为平板型结构,会占用较大的空间。
【实用新型内容】
[0003]有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于提供一种燃料电池堆,以改善现有技术中燃料电池堆采用平板型结构,会占用较大空间的问题。
[0004]为了实现上述目的,本实用新型实施例采用的技术方案如下:
[0005]本实用新型实施例提供了一种燃料电池堆,包括圆柱体,所述圆柱体的侧面设有多个腔体,所述圆柱体中设有与所述多个腔体连通且延伸至所述圆柱体上底面的通道,每个所述腔体中分别安装有一个单体电池和电极槽,安装于所述多个腔体中的多个单体电池通过集流体电连接;
[0006]所述通道包括沿所述圆柱体的轴线设置且延伸至所述圆柱体上底面的主道和与所述主道连通的多个辅道,所述辅道连接于所述主道与所述腔体之间。
[0007]作为一种优选,所述多个腔体相互独立且均匀分布在所述圆柱体的侧面。
[0008]作为另一种优选,所述多个腔体中每个腔体与所述主道之间距离相等,每个辅道的长度相同。
[0009]作为又一种优选,所述电极槽安装于所述腔体中靠近所述圆柱体下底面的位置。
[0010]进一步地,所述电极槽包括阳极槽和阴极槽,所述阳极槽和阴极槽安装于所述腔体中靠近所述圆柱体下底面的位置;
[0011]所述阳极槽的长宽高小于所述阴极槽的长宽高。
[0012]进一步地,所述阴极槽位于所述腔体中远离所述圆柱体的轴线一侧,所述阳极槽位于所述腔体中靠近所述圆柱体的轴线一侧。
[0013]作为优选,所述单体电池包括安装于所述阳极槽中的负极和安装于所述阴极槽中的正极,所述正极和所述负极之间设置有隔膜,所述正极远离所述负极的一侧设有防水透气膜。
[0014]优选地,所述多个单体电池通过所述集流体串联;
[0015]或者,所述多个单体电池通过所述集流体并联。
[0016]进一步地,所述集流体通过引脚与所述多个单体电池电连接,所述集流体位于所述圆柱体外。
[0017]作为优选,所述圆柱体采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制造而成。
[0018]与现有技术相比,本实用新型实施例中所提供的燃料电池堆整体上采用圆柱体设计,圆柱体电池堆的结构更加紧凑,体积更小重量更轻,大大提高了电池的体积比功率和质量比功率,适合大规模推广应用。
[0019]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021 ]图1示出了本实用新型实施例所提供的一种燃料电池堆的结构示意图。
[0022]图2示出了本实用新型实施例所提供的一种圆柱体的结构示意图。
[0023]图3示出了本实用新型实施例所提供的另一种燃料电池堆的结构示意图。
[0024]各附图标记名称为:
[0025]圆柱体100,腔体101,通道102,单体电池103,电极槽104;
[0026]防水透气膜201,正极202,隔膜203,负极204。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实施例中附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0028]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本实用新型的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]本实用新型实施例提供了一种结构紧凑,占用空间较小的燃料电池堆,如图1?3所示,该燃料电池堆包括圆柱体100,所述圆柱体100的侧面设有多个腔体101,所述圆柱体100中设有与所述多个腔体101连通且延伸至所述圆柱体100上底面的通道102,每个所述腔体101中分别安装有一个单体电池103和电极槽104,安装于所述多个腔体101中的多个单体电池103通过集流体电连接。
[0030]其中,所述通道102包括沿所述圆柱体100的轴线设置且延伸至所述圆柱体100上底面的主道和与所述主道连通的多个辅道,所述辅道连接于所述主道与所述腔体101之间。
[0031]本实用新型实施例中,优选圆柱体100侧面的多个腔体101相互独立且均匀分布在所述圆柱体100的侧面。多个腔体101形成多个独立的单电池区。例如:可在圆柱体100中设六个隔板,六个隔板采用星型连接,从而形成六个独立的单电池区。
[0032]与所述多个腔体101连通且延伸至所述圆柱体100上底面的通道102形成一加注燃料区。为了确保多个腔体101中的燃料能够被同时加满,同时确保燃料在多个腔体101中分布均匀,本实施例中,通道102包括主道和多个辅道,其中,主道沿所述圆柱体100的轴线设置。例如:当圆柱体100上有六个独立的单电池区时,主道位于六个隔板星型连接的交点处。多个腔体101大小、结构、连接方式完全相同,从而使得所述多个腔体101中每个腔体101与所述主道之间距离相等,每个辅道的长度相同。如此设置后,只需从圆柱体100顶部向主道中加注燃料,即可保证多个腔体101中同步完成燃料添加,有效确保燃料在各个腔体101中分布均匀。
[0033]为了确保腔体101中的燃料能够被充分利用,本实用新型实施例中,优选每个腔体101中的所述电极槽104安装于所述腔体101中靠近所述圆柱体100下底面的位置。
[0034]其中,所述电极槽104包括阳极槽和阴极槽,所述阳极槽和阴极槽均安装于所述腔体101中靠近所述圆柱体100下底面的位置。为了防止电极带式连接产生短路和液接电势,本实施例中,优选对阳极槽和阴极槽进行差异化设计。优选地,所述阳极槽的长宽高小于所述阴极槽的长宽高。例如:阳极槽的长宽高可为15*15*lmm,阴极槽的长宽高可为23*18*3mm ο
[0035]在对阳极槽和阴极槽进行差异化设计的同时,优选在阳极槽和阴极槽之间设置隔膜203。将所述阴极槽设置于所述腔体101中远离所述圆柱体100的轴线一侧,将所述阳极槽设置于所述腔体101中靠近所述圆柱体100的轴线一侧。
[0036]每个腔体101中的所述单体电池103包括安装于所述阳极槽中的负极204和安装于所述阴极槽中的正极202,所述隔膜203设置于所述正极202和所述负极204之间,所述正极202远离所述负极204的一侧设有防水透气膜201。如此设置,能有效防止同一单电池的阴极和阳极短路,确保燃料电池堆工作的稳定可靠性。
[0037]本实施例中,燃料电池堆中的多个单体电池103通过集流体电连接,使得各单体电池103产生的电能能够通过集流体被集中进行输送。集流体,顾名思义就是指汇集电流的结构或零件,在锂离子电池上主要指的是金属箔,如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。集流体的功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,因此集流体应与活性物质充分接触,并且内阻应尽可能小为佳。
[0038]需说明的是,本实用新型实施例中,多个腔体101中仅有靠近圆柱体100底面的部分作为燃料盛放区用于盛放燃料,燃料流经通道102与燃料盛放区之间存在空隙,使得燃料和外部空气均能通过通道102进入腔体101中,从而使每个腔体101中的单体电池103能够可靠进行发电,且发电时燃料与负极204的催化剂作用,燃料(硼氢化物)水解所产生的氢气亦能通过通道102排放到外界。
[0039]在应用时,根据实际需求,多个腔体101中的多个单体电池103的连接方式有多种,例如:若需要提供高电压低电流,则可将所述多个单体电池103通过所述集流体串联。若需要提供低电压高电流,则可将所述多个单体电池103通过所述集流体并联。若需要提供适中的电压和电流,则可将所述多个单体电池103通过所述集流体部分并联、部分串联。
[0040]为了提高单体电池103检修和替换的便捷性,优选所述集流体通过引脚与所述多个单体电池103连接,所述集流体位于所述圆柱体100外。
[0041]进一步地,优选所述圆柱体100采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS)制造而成。以进一步提高电池堆的体积比功率和质量比功率。
[0042]需说明的是,本实用新型实施例中的燃料电池堆的发电原理与传统的平板型电池堆发电原理基本一致,因而本实施例中不再对电池堆的发电原理进行赘述。
[0043]为了使得本实用新型实施例的方案更为清楚,本实施例中对燃料电池堆的其中一种实现方案进行举例说明。
[0044]本实施例中的电池堆为圆柱体100,圆柱体电池堆与传统平板型电池堆在电池的基本原理上一样,但采用圆柱体100设计,电池堆的结构更加紧凑,体积更小重量更轻。同时选用密度为1.02g.cm—3的ABS材料作为电池堆的结构材料,大大提高了电池堆的体积比功率和质量比功率。经验证,本圆柱体电池堆可设计为直径为50mm,高度为38mm,总体积为74.58cm3大小。电极槽104是在圆柱体100侧壁上切除制成的,电极槽104能够很好的定位和固定电极,同时电极槽104采用差异化设计,能有效防止同一单电池的阴阳两极因隔膜203遇电解质收缩等原因造成短路现象。圆柱体100内部可采用厚度为3mm的隔板将圆柱体100等分成6个燃料储存腔,经测算每个燃料储存腔的容积约为4.56IHL』个燃料入口汇集于一个总的入口,既能保证燃料分布的均匀性,又便于电池堆的系统封装,燃料入口同时作为氢气的排出口。
[0045]在实施时,本实施例中的燃料电池堆可采用新兴流行的3D打印技术对ABS材料快速一体成型,以缩减燃料电池堆制作周期,降低制造价格。ABS材料具有优良的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能,是良好的燃料电池堆制作材料。为了确保3D打印得到的燃料电池堆表面的光滑度,优选地,本电池堆打印过程中精度选择0.1mm内部填充度,为保证电池堆的强度以及防止电池堆漏液,优选地,该电池堆的填充度选择为100%。
[0046]考虑到圆柱体电池堆若采用带式连接将很难解决电池的密封与短路问题,会造成相邻单体电池103电极之间的渗液并引起混合电势,同时也不利于单体电池103的检测和更换。本实施例中,优选燃料电池堆采用集流体的引脚在电池外部实现电连接,经验证,采用集流体在电池外部进行连接可以很好地实现电池堆的微型化和解决电池组的内部短路问题。
[0047]为了防止溶液渗透,本实施例中优选使用艾威博尔207106全透明高纯度热熔胶将各个单电池与电池堆结构进行封装。
[0048]与现有技术相比,本实用新型实施例中所提供的燃料电池堆整体上采用圆柱体100设计,圆柱体电池堆的结构更加紧凑,体积更小重量更轻,大大提高了电池堆的体积比功率和质量比功率。同时阴极槽和阳极槽采用差异化设计,有效防止了同一电池的阴极和阳极因隔膜203收缩等原因造成短路现象。圆柱体100内部等分成多个腔体101,各腔体101的燃料入口汇集于一个总的入口,入口位于多个腔体101的交汇处,入口的圆心与电池堆的圆心重合,既能保证燃料在各腔中均匀分布,又便于电池堆的系统封装,燃料入口(通道102)同时作为氢气的排出口,结构紧凑,设计巧妙,适合大规模推广应用。
[0049]以上所述,仅为本实用新型的【具体实施方式】,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种燃料电池堆,其特征在于,包括圆柱体,所述圆柱体的侧面设有多个腔体,所述圆柱体中设有与所述多个腔体连通且延伸至所述圆柱体上底面的通道,每个所述腔体中分别安装有一个单体电池和电极槽,安装于所述多个腔体中的多个单体电池通过集流体电连接; 所述通道包括沿所述圆柱体的轴线设置且延伸至所述圆柱体上底面的主道和与所述主道连通的多个辅道,所述辅道连接于所述主道与所述腔体之间。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆,其特征在于,所述多个腔体相互独立且均匀分布在所述圆柱体的侧面。3.根据权利要求1所述的燃料电池堆,其特征在于,所述多个腔体中每个腔体与所述主道之间距离相等,每个辅道的长度相同。4.根据权利要求1所述的燃料电池堆,其特征在于,所述电极槽安装于所述腔体中靠近所述圆柱体下底面的位置。5.根据权利要求4所述的燃料电池堆,其特征在于,所述电极槽包括阳极槽和阴极槽,所述阳极槽和阴极槽安装于所述腔体中靠近所述圆柱体下底面的位置; 所述阳极槽的长宽高小于所述阴极槽的长宽高。6.根据权利要求5所述的燃料电池堆,其特征在于,所述阴极槽位于所述腔体中远离所述圆柱体的轴线一侧,所述阳极槽位于所述腔体中靠近所述圆柱体的轴线一侧。7.根据权利要求6所述的燃料电池堆,其特征在于,所述单体电池包括安装于所述阳极槽中的负极和安装于所述阴极槽中的正极,所述正极和所述负极之间设置有隔膜,所述正极远离所述负极的一侧设有防水透气膜。8.根据权利要求7所述的燃料电池堆,其特征在于,所述多个单体电池通过所述集流体串联; 或者,所述多个单体电池通过所述集流体并联。9.根据权利要求8所述的燃料电池堆,其特征在于,所述集流体通过引脚与所述多个单体电池电连接,所述集流体位于所述圆柱体外。10.根据权利要求1?9任意一项所述的燃料电池堆,其特征在于,所述圆柱体采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制造而成。
【文档编号】H01M2/10GK205488287SQ201620116209
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】马金福, 喻聪, 朱尧杰, 薛伟, 张珊, 董金
【申请人】北方民族大学
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