一种质子交换膜燃料电池用极板及燃料电池的制作方法

文档序号:10956487
一种质子交换膜燃料电池用极板及燃料电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池用极板,包括分割板,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面;以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体。同时公开了具有该极板的燃料电池。本实用新型能够提高极板的强度、导电导热性能,减轻整体的重量,延长使用寿命,同时也提高电池的能量转化率。
【专利说明】
一种质子交换膜燃料电池用极板及燃料电池
技术领域
[0001]本实用新型涉及新能源技术领域,具体为一种质子交换膜燃料电池中使用的极板,同时也涉及具有该极板的燃料电池。
【背景技术】
[0002]目前,燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置,在基站电源、中小型电站、电动车、备用电源、便携电源等方面,具有广阔的应用前景。燃料电池其原理是一种电化学装置,其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。
[0003]质子交换膜燃料电池则是非常重要的一种。质子交换膜燃料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成。双极板是燃料电池的支架部分,主要起支撑、分布导流气体并隔离气体和集流导电的作用,目前做双极板的材料主要有两大类:一类是石墨做的双极板,一类是金属双极板。由于金属双极板具有质量轻、板材薄、易加工和规模生产等优点,越来越被用于燃料电池产业。金属双极板的加工工艺不同于传统的石墨双极板的加工工艺,金属双极板主要以板材冲压为主,所以金属双极板对燃料电池的气体流场的设计要求较尚O
[0004]专利申请号为00236169.8的中国专利,公开了用于质子交换膜燃料电池镶嵌结构双极板,将普通的石墨制成氢气流场板和氧气流场板分别镶嵌到金属材料制成的分割板上下面凹槽腔中,构成镶嵌结构双极板。但是这种结构的缺陷在于:石墨板与金属分割板难以结合紧密,导致导电性能受到很大的影响,最终影响整个电池组的能量转化率;同时,所述石墨板与金属分割板的刚性接触容易产生松动,而且,整体电池重量较大。
[0005]因此,非常有必要设计一种质子交换膜燃料电池用极板以及燃料电池。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所解决的技术问题在于提供一种质子交换膜燃料电池用极板以及燃料电池,从而解决上述【背景技术】中的问题。
[0007]本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0008]—种质子交换膜燃料电池用极板,包括
[0009]分割板,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面;
[0010]以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体。[0011 ]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述分割板采用厚度为0.3-0.6mm的碳纤维增强铝基复合材料板。该厚度是经过发明人长期的实践得出的,在确保整体质量轻、导电性好的基础上,最大限度的实现了强度的提高。
[0012]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述分割板设有所述石墨层的一侧面为粗糙面。
[0013]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部。
[0014]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部。
[0015]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述粗糙面上分布有针刺状的凸起部。
[0016]当分割板的一个粗糙面上设置有针刺状的凸起部时,所述针刺状的凸起部在冲压时从所述分割板的另一个侧面凸出,从而使得分割板的另一个侧面也成为粗糙面,使得石墨层与分割板之间结合更加紧密。
[0017]燃料电池,包括两块极板和处于两块所述极板之间的膜电极组件,
[0018]所述极板采用如上所述的结构,即:所述极板包括
[0019]分割板,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面;
[0020]以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体;
[0021 ]所述极板的分割板一面朝向所述膜电极组件。
[0022]本实用新型中,作为一种优选的技术方案,所述极板的边沿利用边框进行固定。
[0023]由于采用了以上技术方案,本实用新型具有以下有益效果:
[0024]实用新型提供的质子交换膜燃料电池用极板,包括分割板以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面;所述石墨层刮涂于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板冲压结合为一体。基于这种结构,本实用新型结合了分割板强度优势,其中,分割板采用碳纤维增强招基复合材料,碳纤维增强招基复合材料(carbon fiber reinforced Al-ma-trixcontpnsite;graphite fiber reinforced Al-matrix composite)是以招或招合金为基体,以低密度、高强度、高模量的碳纤维增强的铝基复合材料。纤维排列分布可以根据构件性能特点选择设计一维、二维或三维分布。碳纤维增强铝基复合材料的性能取决于纤维的种类、含量、分布、基体铝合金的成分以及制备方法。这种材料具有比强度高、比模量高、导热导电性好、耐高温、耐磨、热膨胀系数小等优异的综合性能。碳纤维增强铝的性能可据设计性能要求通过优化组合纤维的含量、分布得到。这样,就大大提高了电极板导电导热性能以及整体的强度,而且耐腐蚀,使用寿命大大延长,质量轻,大大减轻了电堆的整体重量。
[0025]本实用新型中,所述分割板的一个粗糙面上设置有针刺状的凸起部。基于这种结构,分割板的粗糙面最大限度的提高了接触面积,同时,存在针刺状的凸起部更能够增加石墨层与分割板之间的附着力,确保两者结合紧密,导电效果更好,也利于燃料电池中气体分子透过、并发生化学反应,从而石墨层在这种结构上实现了更加优良的导电,更利于氢气在催化下发生化学反应时电子的转移,最大限度的减小的电阻,减少了能量的损失。
[0026]综上所述,本实用新型能够提高极板的强度、导电导热性能,减轻整体的重量,延长使用寿命,同时也提高电池的能量转化率。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型实施例一的结构示意图;
[0028]图2为本实用新型实施例二的结构示意图;
[0029]图3为本实用新型实施例三的结构示意图;
[0030]图4为本实用新型燃料电池的结构示意图;
[0031 ]图5为本实用新型边框的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本实用新型。
[0033]实施例一
[0034]参见图1,一种质子交换膜燃料电池用极板,包括分割板1、以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层2,所述分割板采用厚度为0.6mm的碳纤维增强铝基复合材料板,碳纤维增强铝基复合材料板是以铝或铝合金为基体,以低密度、高强度、高模量的碳纤维增强的铝基复合材料。纤维排列分布可以根据构件性能特点选择设计一维、二维或三维分布。这种材料具有比强度高、比模量高、导热导电性好、耐高温、耐磨、热膨胀系数小等优异的综合性能。碳纤维增强铝的性能可据设计性能要求通过优化组合纤维的含量、分布得到。所述分割板I设有所述石墨层2的一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面,本实施例中,所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部3,所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体。
[0035]实施例二
[0036]参见图2,本实施例与实施例一的结构基本相同,不同之处在于:所述分割板I采用厚度为0.3mm的碳纤维增强铝基复合材料板,所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部4。弧形的凸起部利于石墨层的均匀分布于各凸起部之间,同时也使得石墨层厚度分散,透过性更好,利于化学反应的进行。
[0037]实施例三
[0038]如图3所示,一种质子交换膜燃料电池用极板,包括分割板1、以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层2,所述分割板I采用厚度为0.5mm的碳纤维增强铝基复合材料板,碳纤维增强铝基复合材料板是以铝或铝合金为基体,以低密度、高强度、高模量的碳纤维增强的铝基复合材料。纤维排列分布可以根据构件性能特点选择设计一维、二维或三维分布。这种材料具有比强度高、比模量高、导热导电性好、耐高温、耐磨、热膨胀系数小等优异的综合性能。碳纤维增强铝的性能可据设计性能要求通过优化组合纤维的含量、分布得到。所述分割板I设有所述石墨层2的一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面,本实施例中,所述分割板I的粗糙面上设置有针刺状的凸起部5,发明人在长期的实践中发现,分割板的针刺状的凸起部最大限度的提高了接触面积,同时,存在针刺状的凸起部5更能够增加石墨层与分割板之间的附着力,确保两者结合紧密,利于燃料电池中气体分子透过、并发生化学反应,而且当分割板的一个粗糙面上设置有针刺状的凸起部时,所述针刺状的凸起部在冲压极板时可以从所述分割板另一个侧面凸出,从而使得分割板的另一个侧面也成为粗糙面,使得石墨层与分割板之间结合更加紧密;所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体。
[0039]实施例四
[0040]如图4所示,燃料电池,包括两块极板6和处于两块所述极板6之间的膜电极组件7,所述极板6采用如上所述的结构,S卩:所述极板6包括分割板、以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面;所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体;所述极板的分割板一面朝向所述膜电极组件7。
[0041]本实用新型中,所述极板6的边沿利用边框8进行固定。发明人选择了一种非常稳定的结构:如图5所示,边框利用两个侧壁形成狭长的安装槽,导电密封胶密封,所述极板6的边沿插装于所述安装槽内进行夹持,所述侧壁的外侧面下部开设有若干卡位槽9,且所述侧壁的外侧面上部设置有弹性片10,所述弹性片弯曲后,末端限位于卡位槽9内。
[0042]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:包括 分割板,所述分割板至少有一侧面为粗糙面,所述粗糙面具有凹凸不平的表面; 以及位于质子交换膜燃料电池的气流通道一侧的石墨层,所述石墨层设置于所述分割板的一个粗糙面上,并与所述分割板结合为一体。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:所述分割板采用厚度为0.3-0.6mm的碳纤维增强铝基复合材料板。3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:所述分割板设有所述石墨层的一侧面为粗糙面。4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部。5.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部。6.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池用极板,其特征在于:所述粗糙面上分布有针刺状的凸起部。7.燃料电池,包括两块极板和处于两块所述极板之间的膜电极组件,其特征在于:所述极板采用如权利要求1-6任一项所述的极板;所述极板的分割板一面朝向所述膜电极组件。8.根据权利要求7所述的燃料电池,其特征在于:所述极板的边沿利用边框进行固定,导电密封胶密封。
【文档编号】H01M8/0213GK205645995SQ201620507559
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】郭金武
【申请人】山东智龙氢燃料汽车科技有限公司
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