燃料电池堆以及燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池堆以及燃料电池系统。


背景技术：

2.相关技术中，燃料电池堆的装配顺序为：端板-绝缘板-集流板-双极板-膜电极组件-双极板
……
膜电极组件-双极板-集流板-绝缘板-端板依次堆叠，堆叠完毕后，由压机提供一个压紧力，并通过在端板四周用螺栓紧固两个端板，通过双极板上的密封垫圈与膜电极组件边框严密接触，实现燃料电池堆的整体密封，其中一侧端板上设置有进气管路、排气管路、进液管路、排液管路。
3.然而，双极板的阳极以及阴极上均设置有脊部和槽部，槽部限定出气体通路，脊部用于支撑膜电极组件并进行电子传递，脊部的厚度大于槽部的厚度，在压装后，会导致膜电极组件与脊部相对的区域产生更大的压缩量，降低了槽部限定出的气体通路的横截面积，提高了气体阻力，降低燃料电池堆的工作稳定性。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池堆，所述燃料电池堆的气体通路的气体阻力更小，燃料电池的工作稳定性更高。
5.本发明进一步提出了一种采用燃料电池堆的燃料电池系统。
6.根据本发明第一方面实施例的燃料电池堆，包括：双极板，所述双极板具有交错设置的槽部和脊部；膜电极组件，所述膜电极组件设置在相邻的所述双极板之间，所述膜电极组件上具有与所述脊部相对的缓冲部，所述缓冲部构造为被压紧时收缩以使所述膜电极组件的侧面平整。
7.根据本发明实施例的燃料电池堆，通过在膜电极组件上设置与双极板的脊部对应的缓冲部，通过缓冲部的变形降低膜电极组件的变形，以使膜电极组件的侧面与槽部的底壁之间的距离保持稳定，保证气体通路的横截面积，维持气体阻力稳定，避免增大气体阻力降，提高燃料电池堆的工作稳定性、延长燃料电池堆的使用寿命。
8.根据本发明的一些实施例，所述膜电极组件包括：质子交换膜；气体扩散层，所述气体扩散层设置在所述质子交换膜的两侧，所述缓冲部形成在所述气体扩散层上。
9.在一些实施例中，所述膜电极组件还包括：阳极催化剂层和阴极催化剂层，所述阳极催化剂层和所述阴极催化剂层设置在所述质子交换膜两侧，所述气体扩散层包括：位于所述阳极催化剂层外侧的阳极扩散层以及位于所述阴极催化剂层外侧的阴极扩散层，所述缓冲部形成在所述阳极扩散层和/或所述阴极扩散层上。
10.进一步地，所述缓冲部包括：第一缓冲部和第二缓冲部，所述第一缓冲部形成在所述阳极扩散层上，所述第二缓冲部形成在所述阴极扩散层上。
11.进一步地，所述第一缓冲部与所述第二缓冲部对应设置，且所述第一缓冲部与所
述第二缓冲部的厚度一致。
12.根据本发明的一些实施例，所述燃料电池堆还包括：端板，所述端板设置在最外端的所述双极板的外侧并用于压紧双极板与所述膜电极组件，所述缓冲部适于在所述端板的压紧力作用下收缩。
13.进一步地，所述缓冲部的厚度与所述压紧力、所述脊部的面积、所述气体扩散层高度以及所述缓冲部材质的弹性系数相关。
14.进一步地，所述端板与位于最外端的所述双极板之间还设置有绝缘板和集流板。
15.在一些实施例中，所述缓冲部与所述气体扩散层的材质相同。
16.根据本发明第二方面实施例的燃料电池系统，包括：上述实施例中所述的燃料电池堆。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本发明实施例的燃料电池堆的双极板与膜电极组件压装前的示意图；
20.图2是根据本发明实施例的燃料电池堆的双极板与膜电极组件压装后的示意图；
21.图3是根据本发明实施例的燃料电池电堆的双极板的示意图。
22.附图标记：
23.双极板10，阳极板10a，阴极板10b，脊部11，槽部12，
24.膜电极组件20，质子交换膜21，阳极扩散层22，第一缓冲部221，阴极扩散层23，第二缓冲部231，阳极催化剂层24，阴极催化剂层25，
25.气体通路a。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的燃料电池堆以及燃料电池系统。
28.如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的燃料电池堆，包括：双极板10和膜电极组件20。
29.其中，双极板10具有交错设置的槽部12和脊部11；膜电极组件20设置在相邻的双极板10之间，膜电极组件20上具有与脊部11相对的缓冲部，缓冲部构造为被压紧时收缩以使膜电极组件20的侧面平整。
30.具体而言，双极板10包括：阳极板10a和阴极板10b(参见图3)，位于膜电极组件20两侧的双极板10中，位于一侧的双极板10的阴极板10b与膜电极组件20的阴极侧对应，位于另一侧的双极板10的阳极板10a与膜电极组件20的阳极侧对应。
31.可以理解的是，图3中所示出的双极板10对应为平行流场结构的双极板10，但申请
不限于此，本技术的具体结构改进适用于不限于上述平行流场结构在内的多种双极板10。
32.阴极板10b和阳极板10a上均具有交错设置的槽部12和脊部11，槽部12限定出气体通路a，脊部11用于电子转移，进而使缓冲部与脊部11相对设置，在压装燃料电池堆时，避免膜电极组件20受压变形后槽部12与膜电极组件20之间限定出的气体通路a的横截面积下降。
33.根据本发明实施例的燃料电池堆，通过在膜电极组件20上设置与双极板10的脊部11对应的缓冲部，通过缓冲部的变形降低膜电极组件20的变形，以使膜电极组件20的侧面与槽部12的底壁之间的距离保持稳定，保证气体通路a的横截面积，维持气体阻力稳定，避免增大气体阻力降，提高燃料电池堆的工作稳定性、延长燃料电池堆的使用寿命。
34.需要说明的是，当膜电极组件20厚度较大时，通过设置缓冲部可以避免气体通路a过小出现堵水现象，避免对燃料电池堆造成永久损伤。
35.如图1所示，根据本发明的一些实施例，膜电极组件20包括：质子交换膜21和气体扩散层，气体扩散层设置在质子交换膜21的两侧，缓冲部形成在气体扩散层上。
36.也就是说，膜电极组件20的气体扩散层的厚度较大，且膜电极组件20在压装过程中出现的形变主要集中在气体扩散层，进而使缓冲部形成在气体扩散层上，可以降低气体扩散层的变形，以使槽部12与气体扩散层的侧面限定出的气体通路a的横截面积保持稳定，实现上述技术效果。
37.在一些实施例中，膜电极组件20还包括：阳极催化剂层24和阴极催化剂层25，阳极催化剂层24和阴极催化剂层25设置在质子交换膜21的两侧，气体扩散层包括：位于阳极催化剂层24外侧的阳极扩散层22以及位于阴极催化剂层25外侧的阴极扩散层23，缓冲部形成在阳极扩散层22和/或阴极扩散层23上。
38.也就是说，在一些实施例中，缓冲部形成在阳极扩散层22上；在另一些实施例中，缓冲部形成在阴极扩散层23上；在优选实施例中，即在图1和图2所示的具体的实施例中，缓冲部包括：第一缓冲部221和第二缓冲部，第一缓冲部221形成在阳极扩散层22上，第二缓冲部形成在阴极扩散层23上，以提高对气体扩散层变形的有效缓冲。
39.进一步地，第一缓冲部221与第二缓冲部对应设置，且第一缓冲部221与第二缓冲部的厚度一致。换言之，位于膜电极组件20两侧的双极板10的脊部11相对，对应使第一缓冲部221和第二缓冲部相对设置，可以进一步改善气体扩散层的变形。
40.可以理解的是，根据本发明的一些实施例，燃料电池堆还包括：端板，端板设置在最外端的双极板10的外侧并用于压紧双极板10与膜电极组件20，缓冲部适于在端板的压紧力作用下收缩，端板与位于最外端的双极板10之间还设置有绝缘板和集流板。
41.具体而言，燃料电池堆由端板-绝缘板-集流板-双极板10-膜电极组件20-双极板10
……
膜电极组件20-双极板10-集流板-绝缘板-端板依次堆叠，端板、绝缘板以及集流板的设置，可以提高燃料电池堆的工作稳定性以及使用安全性。
42.需要说明的是，缓冲部的厚度与压紧力、脊部11的面积、气体扩散层高度以及缓冲部材质的弹性系数相关。由此，不同压紧力进行压装的燃料电池堆、不同脊部11满级或不同气体扩散层高度的燃料电池堆均可以根据具体情况，对缓冲部的厚度进行合理的设置，以确保气体通路a的横截面积稳定，提高燃料电池堆的工作稳定性。
43.在一些实施例中，缓冲部与气体扩散层的材质相同。由此，缓冲部与气体扩散层可
以一体成型，提高装配效率、降低加工成本。
44.根据本发明第二方面实施例的车辆，包括：上述实施例中的燃料电池堆。
45.根据本技术实施例的燃料电池系统，采用上述实施例中的燃料电池堆，所具有的技术效果与上述燃料电池堆一致，在这里不再赘述。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
48.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
49.在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
50.在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。