封闭式风冷燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种封闭式风冷燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的化学装置。其中一种应用前景较好的是质子交换膜燃料电池，以氢气为燃料，该电池具有无污染、能量转换率高、工作时无噪音等优点。
3.一般电池都是包括叠放一起的阳极板、膜电极组件、阴极板，阳极板、阴极板也即所谓的双极板。膜电极组件包括质子交换膜、催化剂等。开放式风冷(或称空冷)燃料电池的阴极板的朝向质子交换膜的一侧设有阴极流场，形成供空气流通的散热风道，空气一方面是提供反应所需的氧气，另一方面空气作为冷却介质，对电池进行散热。由于空气中含有较多杂质，空气直接与膜电极组件接触以提供氧气，空气质量会严重影响质子交换膜的使用寿命。
4.对于上述问题，授权公告号cn209344232u的实用新型专利(与本案为同一申请人)公开了一种封闭式风冷燃料电池，该电池另设置了一个散热板，阴极板与散热板之间形成空气通道，供散热用的空气流通，阴极板与膜电极组件之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离设置，解决了空气质量对质子交换膜寿命影响的问题。
5.但是，双极板上的流场通过冲压或刻蚀等工艺形成，使得双极板的加工成本较高。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种封闭式风冷燃料电池，以解决上述提到的双极板制造成本高的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.封闭式风冷燃料电池，包括阳极板、膜电极组件、阴极板、散热板，阳极板、阴极板分别叠设于膜电极组件的两侧，散热板叠设在阴极板的背离所述膜电极组件的一侧，散热板与阴极板之间形成供空气流通的散热通道，所述阳极板和/或阴极板的朝向膜电极组件的一侧贴设有石墨纸，位于阳极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氢流场，位于阴极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氧流场。
9.进一步地，所述阳极板和阴极板的朝向膜电极组件的一侧均贴设有石墨纸。
10.进一步地，所述阳极板、阴极板的朝向膜电极组件的一侧为平面，形成供石墨纸贴合的贴合面。
11.进一步地，所述散热板为瓦楞板，具有若干个并列的散热通道。
12.进一步地，所述散热通道与氧流场相互隔离。
13.进一步地，所述阳极板、阴极板为金属板。
14.进一步地，所述阳极板的氢气进口、氢气出口分别位于阳极板的长度方向上的两
端，阴极板的氧气进口、氧气出口分别位于阳极板的长度方向上的两端。
15.本实用新型的有益效果：
16.本实用新型的封闭式风冷燃料电池，在阳极板与膜电极组件之间，以及阴极板与膜电极组件之间均设有石墨纸，阳极板和阴极板都可以通过低成本的操作工艺得到，石墨纸可以通过印制或压制出流场，利用其表面形成流场结构，满足氢气、氧气(或空气)的流通、扩散。从而不需要在阳极板、阴极板上刻蚀出流场结构，简化工艺，降低极板制造成本，从而降低整个电池的成本。同时，氧流场，与散热通道也是相互隔离的，仅供反应用的氧气或过滤后的空气进出，膜电极组件不与外界空气接触，从而避免外界空气对质子交换膜寿命造成影响，延长电池寿命。同时可以实现加压操作，提高了燃料电池的放电平台，提高了电堆的重量及体积比功率。
附图说明
17.图1是本实用新型封闭式风冷燃料电池的结构示意图；
18.图2是图1中a处的局部放大示意图；
19.图3是阳极板的结构示意图。
20.图中各标记对应的名称：
21.1、阳极板，11、氢气进口，12、氢气出口，2、阴极板，21、氧气进口，22、氧气出口，3、散热板，31、方形槽，4、石墨纸，5、膜电极组件。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.本实用新型的实施例：
24.需要事先说明的是，实施例中各组件比例、尺寸及其变形量是按利于说明的比例和尺寸绘制，而非实际尺寸，也非用以限制本实用新型。本实用新型的创新之处，在于对单个电池单体的结构优化设计，因此为便于说明、理解，以下实施例先以电池单体为例进行说明。
25.如图1-图3所示，封闭式风冷燃料电池，包括阳极板1、膜电极组件5、阴极板2、散热板3，阳极板1、阴极板2分别叠设于膜电极组件的两侧，散热板3叠设在阴极板2的背离所述膜电极组件的一侧。本实施例中，定义阴极板2在阳极板1的上方，阳极板1、阴极板2及膜电极组件5均是平置，之间相互叠设。本实施例中的膜电极组件5(mea)是现有技术，膜电极组件5包括质子交换膜、位于其两侧的阳极催化剂、阴极催化剂，一般在阳极催化剂与阳极板1之间以及阴极催化剂与阴极板2之间还设有扩散层。
26.散热板3与阴极板2之间形成供空气流通的散热通道，与外界环境连通，气流可将电池反应过程中产生的热量带走，达到散热目的。散热板3具有若干个并列的方形槽31，这种结构的板也称为瓦楞板，方形槽31形成散热通道。方形槽也可由三角形槽或梯形槽等代替。
27.阳极板1和阴极板2的朝向膜电极组件的一侧贴均设有石墨纸4，石墨纸4可以通过印制或压制出流场，石墨纸也称柔性石墨纸。位于阳极板1侧的石墨纸与膜电极组件5之间形成有氢流场，位于阴极板2侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氧流场。本实施例中，阳极板1、阴极板2为薄金属平板，阳极板1、阴极板2的朝向膜电极组件5的一侧为平面，形成供石墨纸4贴合的贴合面，也即不再通过刻蚀形成气体流道，例如背景技术中在先专利中涉及的蛇形气体流道。但同样地为了达到气体较好的流通、扩散性，是依赖于石墨纸表面的流场结构，可以作为气体流动的通道，作为氢或氧(空气)流场。再配合膜电极组件中的扩散层，可以很好地实现气体流通、均匀分布，提高反应速度。石墨纸是比较成熟的产品，可以应用至此，从而不再对金属板加工流道，简化工艺，降低成本。
28.同样地，上述的氧流场，与散热通道相互隔离，仅供反应用的氧气或过滤后的空气进出，膜电极组件不与外界自然空气接触，从而避免外界空气对质子交换膜寿命造成影响。电池也可以实现加压操作，提高了电池性能，进一步提高重量和体积的比功率。
29.阳极板1、阴极板2的金属板，可以采用薄钛板、薄不锈钢板，相比石墨板价格低，为了提高阳极板1、阴极板2的耐腐蚀性，可以采用表面电镀一层贵金属或导电化合物等。
30.图3所示，阳极板1的氢气进口11、氢气出口12分别位于阳极板1的长度方向上的两端，阴极板2的氧气进口21、氧气出口22分别位于阳极板1的长度方向上的两端，也即一端进气，另一端排气。阴极板2的结构与阳极板1相同，只是采用的进出气口交错。
31.上述描述的是电池单体，在实际应用时，可以将若干个电池单体以串联方式层叠形成电堆，各单体扎进嵌入密封件，将最上、最下层的两个端板压紧后用螺杆紧固。叠合后，保证各氢气进出口、氧气进出口对应，与相应的气体主通道连接，以使氢气可以顺利通达每一个电池单体中的阳极气室，氧气可以顺利通达每一个电池单体中的阴极气室。电堆工作时，氢气和氧气分别由氢气进口、氧气进口进入，经气体主通道分配至各电池单体中，经双极板上的石墨纸流场的导流，再经扩散层的扩散，与相应的催化剂接触，发生电化学反应。
32.图中所绘仅是表达各部件的相应层叠位置关系，实际产品中，石墨纸的边缘可以不露出，石墨纸边缘与相应极板的边缘处可填充密封胶，也即石墨纸是位于有密封胶围成的空腔内，实际上密封胶位于极板与膜电极组件之间。当然也可以将密封胶填充至膜电极组件与石墨纸之间。

技术特征：
1.封闭式风冷燃料电池，其特征在于：包括阳极板、膜电极组件、阴极板、散热板，阳极板、阴极板分别叠设于膜电极组件的两侧，散热板叠设在阴极板的背离所述膜电极组件的一侧，散热板与阴极板之间形成供空气流通的散热通道，所述阳极板和/或阴极板的朝向膜电极组件的一侧贴设有石墨纸，位于阳极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氢流场，位于阴极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氧流场。2.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板和阴极板的朝向膜电极组件的一侧均贴设有石墨纸。3.根据权利要求2所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板、阴极板的朝向膜电极组件的一侧均为平面，形成供石墨纸贴合的贴合面。4.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述散热板为瓦楞板，具有若干个并列的散热通道。5.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述散热通道与氧流场相互隔离。6.根据权利要求1至4任一项所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板、阴极板为金属板。7.根据权利要求1至4任一项所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板的氢气进口、氢气出口分别位于阳极板的长度方向上的两端，阴极板的氧气进口、氧气出口分别位于阳极板的长度方向上的两端。

技术总结
本实用新型涉及一种封闭式风冷燃料电池，包括阳极板、膜电极组件、阴极板、散热板，阳极板、阴极板分别叠设于膜电极组件的两侧，散热板叠设在阴极板的背离所述膜电极组件的一侧，散热板与阴极板之间形成供空气流通的散热通道，所述阳极板和/或阴极板的朝向膜电极组件的一侧贴设有石墨纸，位于阳极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氢流场，位于阴极板侧的石墨纸与膜电极组件之间形成有氧流场。该电池优化了之前的制造工艺，可以降低制造成本；满足正常的供气反应需要，同时保留了原有的封闭式风冷效果。式风冷效果。式风冷效果。


技术研发人员：王科锋 盛超
受保护的技术使用者：郑州正方科技有限公司
技术研发日：2021.09.03
技术公布日：2022/3/8