一种质子交换膜燃料电池极板及电堆的制作方法

本技术涉及燃料电池电堆设计领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池极板及电堆。

背景技术：

1、燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有能量转化率高、无污染、噪音低的优点，燃料电池的单电池由极板和膜电极组成，多个单电池堆叠成燃料电池电堆，燃料电池的极板上设计有氢气、空气和冷却水的总口和流道，反应物质和冷却介质分别经由总口进入电堆，随后分配到各个极板上的流道。燃料电池的电堆通常在前后两端设计端板，通过螺栓和螺杆紧固，螺栓和螺杆施加压装力，前端板和后端板将压装力施加在单电池上，但燃料电池的单电池在压装力的作用下会产生微小变形，特别是配气口处较为薄弱的地方，对于超过300节单电池组成的长燃料电池电堆，气体分配更会出现不均匀的情况，导致氢气空气反应不充分，电池性能下降，产品可靠性下降，且随着电堆的设计功率增大，组成电堆的单电池的节数的增多，该问题愈加严重。针对上述存在的问题，研究设计一种新型的质子交换膜燃料电池极板及电堆，克服现有燃料电池中所存在的问题是十分必要的。

技术实现思路

1、为了解决现有的现有燃料电池中存在的单电池在压装力的作用下会产生变形、气体分配不均匀的情况、氢气空气反应不充分和电池性能下降的问题，本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池极板及电堆。

2、本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池极板，包括极板主体、空气进气口、氢气出气口、氢气进气口、空气出气口和冷却水口，所述空气进气口设置于所述极板主体一端上侧，所述氢气出气口设置于所述空气进气口下侧，所述氢气进气口设置于所述极板主体另一端上侧，所述空气出气口设置于所述氢气进气口下侧，所述空气进气口面积小于所述空气出气口面积，所述氢气进气口面积小于所述氢气出气口面积，所述冷却水口设置于所述极板主体上下两端的中部。

3、更进一步的，所述空气进气口面积比所述空气出气口面积小20％-80％，所述氢气进气口面积比所述氢气出气口面积小20％-80％。

4、更进一步的，所述空气进气口与所述空气出气口内均设有冲压槽，所述空气进气口内设有两条所述冲压槽，所述冲压槽将所述空气进气口隔为三个空气进气配气口，所述空气出气口内设有两条所述冲压槽，所述冲压槽将所述空气出气口隔为三个空气出气配气口。

5、更进一步的，所述冲压槽上设有多个气口。

6、更进一步的，所述极板主体的材质为金属材料、炭质材料或复合材料。

7、更进一步的，所述极板主体表面设有金镀层或镍镀层。

8、更进一步的，所述极板主体的空气进气口处设有巡检插件接口，所述巡检插件接口用于安装巡检插件，所述巡检插件用于检测极板电压。

9、更进一步的，所述极板主体边角处设有通孔。

10、本实用新型还提供了一种质子交换膜燃料电池电堆，包括多个排列设置的上述质子交换膜燃料电池极板。

11、更进一步的，还包括前端板、后端板和螺杆，所述前端板和后端板分别设置于多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端，所述螺杆设置于所述质子交换膜燃料电池极板的左右两侧，且所述螺杆前后两端分别穿过所述前端板和后端板上设置的螺口，所述螺杆通过螺母将所述前端板和后端板压紧在多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端。

12、本实用新型的一种质子交换膜燃料电池极板及电堆，通过空气进气口面积小于空气出气口面积且氢气进气口面积小于氢气出气口面积的设置方法，能够使燃料电池长堆的中部位置单极板的压力分配均匀且气体分配均匀，进一步使氢气空气反应更加充分，通过设置冲压槽，能够增大弯曲强度，提升抗震能力，有效的防止燃料电池单极板的形变，从而保证电堆的性能，延长电堆的寿命。

技术特征：

1.一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，包括极板主体(1)、空气进气口(2)、氢气出气口(5)、氢气进气口(4)、空气出气口(3)和冷却水口(6)，所述空气进气口(2)设置于所述极板主体(1)一端上侧，所述氢气出气口(5)设置于所述空气进气口(2)下侧，所述氢气进气口(4)设置于所述极板主体(1)另一端上侧，所述空气出气口(3)设置于所述氢气进气口(4)下侧，所述空气进气口(2)面积小于所述空气出气口(3)面积，所述氢气进气口(4)面积小于所述氢气出气口(5)面积，所述冷却水口(6)设置于所述极板主体(1)上下两端的中部。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述空气进气口(2)面积比所述空气出气口(3)面积小20％-80％，所述氢气进气口(4)面积比所述氢气出气口(5)面积小20％-80％。

3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述空气进气口(2)与所述空气出气口(3)内均设有冲压槽(7)，所述空气进气口(2)内设有两条所述冲压槽(7)，所述冲压槽(7)将所述空气进气口(2)隔为三个空气进气配气口，所述空气出气口(3)内设有两条所述冲压槽(7)，所述冲压槽(7)将所述空气出气口(3)隔为三个空气出气配气口。

4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述冲压槽(7)上设有多个气口。

5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)的材质为金属材料、炭质材料或复合材料。

6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)表面设有金镀层或镍镀层。

7.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)的空气进气口(2)处设有巡检插件接口(8)，所述巡检插件接口(8)用于安装巡检插件，所述巡检插件用于检测极板电压。

8.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池极板，其特征在于，所述极板主体(1)边角处设有通孔(9)。

9.一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，包括多个排列设置的上述权利要求1-8中任一项所述的质子交换膜燃料电池极板。

10.根据权利要求9所述的一种质子交换膜燃料电池电堆，其特征在于，还包括前端板(10)、后端板(11)和螺杆(12)，所述前端板(10)和后端板(11)分别设置于多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端，所述螺杆(12)设置于所述质子交换膜燃料电池极板的左右两侧，且所述螺杆(12)前后两端分别穿过所述前端板(10)和后端板(11)上设置的螺口，所述螺杆(12)通过螺母(13)将所述前端板(10)和后端板(11)压紧在多个排列设置所述质子交换膜燃料电池极板的前后两端。

技术总结
本技术涉及具体公开了一种质子交换膜燃料电池极板，包括极板主体、空气进气口、氢气出气口、氢气进气口、空气出气口和冷却水口，空气进气口设置于极板主体一端上侧，氢气出气口设置于空气进气口下侧，氢气进气口设置于极板主体另一端上侧，空气出气口设置于氢气进气口下侧，空气进气口面积小于空气出气口面积，氢气进气口面积小于氢气出气口面积，冷却水口设置于极板主体上下两端的中部。本技术能够使燃料电池长堆的中部位置单极板的压力分配均匀且气体分配均匀，进一步使氢气空气反应更加充分，通过设置冲压槽，能够增大弯曲强度，提升抗震能力，有效的防止燃料电池单极板的形变，从而保证电堆的性能，延长电堆的寿命。

技术研发人员：姚荣华,孟轩宇,潘旭,张浩,韩福江,辛廷慧
受保护的技术使用者：国创氢能科技有限公司
技术研发日：20230517
技术公布日：2024/1/15