一种波纹式质子交换膜燃料电池的制作方法

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种波纹式质子交换膜燃料电池。

背景技术：

燃料电池包括膜电极组件(mea)、阴极板、阳极板，膜电极组件被夹持在阴阳极板之间，形成供给燃料气体和氧化气体的通道，并在膜电极组件上参与电化学反应。近年来，许多将燃料气体和氧化气体的流道通过雕刻、模压等形式加工在石墨的阴阳极板之上，再通过平整的mea进行密封粘接形成独立的流动通道。

公开号为cn101079494a的中国专利文献公开了一种燃料电池技术领域的质子交换膜燃料电池电堆的制造方法，包括如下步骤：(1)常温下，加热温度，将平面mea热压成波状；(2)采用微细冲压工艺将平面超薄金属极板冲孔，再将带孔的极板冲压成与波状mea相匹配的波浪型，得到单极板；(3)采用激光焊接技术将一对单极板焊接成双极板；(4)采用循环伏安法在金属表面电镀一层导电聚合物聚苯胺。

上述技术方案中，制造的燃料电池反应效率高，能量密度高，然而，结构较为复杂，制造的要求过高。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种波纹式质子交换膜燃料电池，相比于常规使用的燃料电池结构更薄，活性面积更大，具有更高的体积比功率。

本实用新型的技术方案如下：

一种波纹式质子交换膜燃料电池，包括阳极板、阴极板以及夹持在两者之间的膜电极组件，其特征在于，所述阳极板和阴极板的夹持面上均间隔设有若干个第一凸棱，阳极板和阴极板上的凸棱错开设置将膜电极组件夹持成波纹形后构成若干组气流通道，每组气流通道由膜电极组件分割成两个独立的气体流路。

所述的膜电极组件包括带催化层的质子交换膜，所述的质子交换膜的两侧对称粘附有碳布或碳纸。

本实用新型中，阳极板和阴极板的夹持方式有两种，一种是第一凸棱错开设置，第二种方式是：所述阳极板和阴极板的夹持面上还设有与所述第一凸棱抵接、夹持膜电极组件的第二凸棱，所述第二凸棱的高度低于第一凸棱。夹持过程中，第一凸棱和第二凸棱抵接。

为了使燃料电池的整体结构尽量薄，所述第二凸棱的高度不超过第一凸棱高度的50％。

为了改善气体流路的流通性能，所述第一凸棱的底部设有圆弧形倒角。

进一步的，所述第一凸棱的底部和顶部均设有圆弧形倒角。

若采用第二种夹持方式：则第一凸棱和第二凸棱的底部和顶部均设有圆弧形倒角。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中，阴极板与阳极板上设置的凸棱错开镶嵌，可以提升流道细密化程度，降低加工困难，同时，可以减小单池厚度，增加功率密度。

2、本实用新型中，膜电极组件在阴极板和阳极板的夹持下，形成波纹结构，大大增加燃料电池活性面积，提升电堆的功率密度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中阳极板和阴极板第一种夹持方式的结构截面图；

图3为图2中a的局部放大图；

图4为本实用新型中阳极板和阴极板另一种夹持方式的结构截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1

如图1所示，一种波纹式质子交换膜燃料电池，包括阳极板1、阴极板2以及夹持在两者之间的膜电极组件3。

如图2和图3所示，阳极板1的夹持面上设有若干个第一凸棱11，阴极板3的夹持面上设有若干个第一凸棱31，阳极板1和阴极板3上的凸棱错开设置将膜电极组件2夹持成波纹形后构成若干组气流通道，每组气流通道由膜电极组件分割成两个独立的气体流路，分别为第一流路5和第二流路4。其中一路通氧化剂气体，另一路通燃料气体，这种结构形式相比于常规使用的燃料电池结构更薄，活性面积更大，具有更高的体积比功率。

本实施例中，膜电极组件2包括带催化层的质子交换膜(ccm)，质子交换膜的两侧对称粘附有碳布或碳纸。

膜电极组件2成型的尺寸要求按照一定的尺寸规律压制成型，使得装配时凸棱能够将其顶压在极板上，且顶压膜电极组件2的力不会使得膜电极组件2的本身受到损害。

根据实际需要可以调整第一凸棱的高度，从而实现对膜电极组件使用面积的调整。在适当比例下，本案例结构主要流通区域会比传统矩形结构的流通区域更大。

为了改善气体流路的流通性能，保护膜电极组件不被刺穿，第一凸棱的底部和顶部均设有圆弧形倒圆，另外也增加了扩散区域的接触面积。

本实用新型中，膜电极组件在阴极板和阳极板的夹持下，形成波纹结构，大大增加燃料电池活性面积，提升电堆的功率密度，且阴极板与阳极板采用镶嵌式装配结构，可以加强极板的强度。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

如图4所示，本实施例中，阳极板1的夹持面上还设有与阴极板3上的第一凸棱31抵接、夹持膜电极组件2的第二凸棱12；阴极板3上也设有与阳极板1上的第一凸棱11抵接、夹持膜电极组件2的第二凸棱32。且第二凸棱的高度不超过第一凸棱高度的50％。

为了改善气体流路的流通性能，第二凸棱的底部和顶部也都设有圆弧形倒角。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种波纹式质子交换膜燃料电池，包括阳极板、阴极板以及夹持在两者之间的膜电极组件，其特征在于，所述阳极板和阴极板的夹持面上均间隔设有若干个第一凸棱，阳极板和阴极板上的凸棱错开设置将膜电极组件夹持成波纹形后构成若干组气流通道，每组气流通道由膜电极组件分割成两个独立的气体流路。

2.根据权利要求1所述的波纹式质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述的膜电极组件包括带催化层的质子交换膜，所述的质子交换膜的两侧对称粘附有碳布或碳纸。

3.根据权利要求1所述的波纹式质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述阳极板和阴极板的夹持面上还设有与所述第一凸棱抵接、夹持膜电极组件的第二凸棱，所述第二凸棱的高度低于第一凸棱。

4.根据权利要求3所述的波纹式质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第二凸棱的高度不超过第一凸棱高度的50％。

5.根据权利要求1所述的波纹式质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第一凸棱的底部设有圆弧形倒角。

6.根据权利要求1所述的波纹式质子交换膜燃料电池，其特征在于，所述第一凸棱的底部和顶部均设有圆弧形倒角。

技术总结
本实用新型公开了一种波纹式质子交换膜燃料电池，包括阳极板、阴极板以及夹持在两者之间的膜电极组件，所述阳极板和阴极板的夹持面上均间隔设有若干个第一凸棱，阳极板和阴极板上的凸棱错开设置将膜电极组件夹持成波纹形后构成若干组气流通道，每组气流通道由膜电极组件分割成两个独立的气体流路。本实用新型相比于常规的燃料电池结构更薄，膜电极组件在阴极板和阳极板的夹持下，形成波纹结构，使得活性面积更大，具有更高的体积比功率。

技术研发人员：俞海蛟;曹寅亮;范冬琪;孙健;徐乃涛;李文;徐淳川;徐鹏杰;林滨;赵海敏;刘建国;倪淮生;陈会翠
受保护的技术使用者：天能电池集团股份有限公司
技术研发日：2019.11.18
技术公布日：2020.07.24