燃料电池一体化金属双极板组件结构.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910893438.X (22)申请日 2019.09.20 (71)申请人 上海治臻新能源装备有限公司 地址 201306 上海市浦东新区泥城镇层林 路1500号1幢厂房 (72)发明人 姜天豪毕飞飞蓝树槐彭林法 杜祥永 (74)专利代理机构 上海世圆知识产权代理有限 公司 31320 代理人 陈颖洁王佳妮 (51)Int.Cl. H01M 8/0204(2016.01) H01M 8/0206(2016.01) H01M 8/0221(2016.01) H01M 8/0

2、273(2016.01) H01M 8/24(2016.01) H01M 8/247(2016.01) (54)发明名称 一种燃料电池一体化金属双极板组件结构 (57)摘要 一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 包括单电池组件， 单电池组件包括阳极板、 阴极 板、 膜电极； 阳极板和阴极板均包括极板流场区 结构和极板外围结构； 膜电极开设膜电极定位 孔， 阳极板和阴极板的极板外围结构上分别设有 与之配合的膜电极阳极侧定位柱和膜电极阴极 侧定位柱， 实现了膜电极与阳极板和阴极板之间 的定位； 膜电极阳极侧定位柱和膜电极阴极侧定 位柱上分别设有相配合的卡槽和卡扣凸起， 实现 了阳极板和阴极板之间

3、的互锁， 并使阳极板和阴 极板夹紧膜电极； 阳极板和阴极板的极板外围结 构上分别设有相配合的组件定位孔和组件定位 柱， 在多个单电池组件堆垛时， 保证了相邻两个 单电池组件之间精确定位， 避免了膜电极因错位 装配而被破坏。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 110571447 A 2019.12.13 CN 110571447 A 1.一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 包括单电池组件， 所述单电 池组件包括阳极板、 阴极板、 膜电极； 所述阳极板和阴极板均包括极板流场区结构和极板外 围结构， 所述极板外围结构沿极板流场区结构的边缘包覆设置； 所述膜电极沿边缘设有数

4、 个膜电极定位孔， 所述阳极板的极板外围结构上设有与数个膜电极定位孔相对应的数个膜 电极阳极侧定位柱， 所述阴极板的极板外围结构上设有与数个膜电极定位孔相对应的数个 膜电极阴极侧定位柱， 所述膜电极阳极侧定位柱和膜电极阴极侧定位柱组成膜电极定位 柱， 并与膜电极定位孔相配合； 所述膜电极阳极侧定位柱上开设有卡槽， 所述膜电极阴极侧 定位柱上设有与卡槽相配合的卡扣凸起； 所述阳极板的极板外围结构上设有数个组件定位 孔， 所述阴极板的极板外围结构上设有与数个组件定位孔相配合的数个组件定位柱。 2.根据权利要求1所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述 极板流场区结构由金属薄

5、板制备而成， 所述极板外围结构由聚合物、 树脂或其他绝缘材料 制备而成。 3.根据权利要求1所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述 膜电极定位孔、 膜电极阳极侧定位柱、 膜电极阴极侧定位柱均具有锥度。 4.根据权利要求1或3所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述膜电极沿边缘设有数个膜电极加强凸起， 每个所述膜电极加强凸起凸出于膜电极的两 面， 每个膜电极加强凸起上开设膜电极定位孔； 所述阳极板的极板外围结构上设有与数个 膜电极加强凸起的阳极侧相配合的数个膜电极阳极侧定位凹槽， 所述膜电极阳极侧定位凹 槽内设置膜电极阳极侧定位柱； 所述阴极板的

6、极板外围结构上设有与数个膜电极加强凸起 的阴极侧相配合的数个膜电极阴极侧定位凹槽， 所述膜电极阴极侧定位凹槽内设置膜电极 阴极侧定位柱。 5.根据权利要求1所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述 卡槽和卡扣凸起均具有锥度。 6.根据权利要求1所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述 组件定位孔和组件定位柱均具有锥度。 7.根据权利要求1或6所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 两个以上的所述单电池组件在堆垛成燃料电池堆时， 相邻两个单电池组件通过组件定位孔 和组件定位柱相配合进行定位。 8.根据权利要求1所述的一种燃料电池

7、一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述 阳极板的内侧和膜电极的阳极侧构成氢腔， 所述阴极板的内侧和膜电极的阴极侧构成氧 腔； 两个以上的所述单电池组件堆垛成的燃料电池堆在工作时， 冷却水在相邻两个单电池 组件之间的层间空间流动。 9.根据权利要求13、 5、 6、 8任一项所述的一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 其特征在于， 所述单电池组件还包括阳极密封圈和阴极密封圈； 所述阳极板的两面均设置 一阳极密封圈， 两个所述阳极密封圈通过双色注塑的方式与阳极板的极板外围结构一体成 型； 所述阴极板的两面均设置一阴极密封圈， 两个所述阴极密封圈通过双色注塑的方式与 阴极板的极板外围结构一

8、体成型。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110571447 A 2 一种燃料电池一体化金属双极板组件结构 技术领域 0001 本发明涉及燃料电池技术领域， 具体涉及一种燃料电池一体化金属双极板组件结 构。 背景技术 0002 燃料电池的单电池组件是由阴极板和阳极板之间夹紧膜电极组成。 传统方法是将 阴极板和阳极板制作为一体， 即双极板， 多个双极板和膜电极堆垛形成燃料电池堆， 燃料电 池堆通过两端板夹紧构成燃料电池。 0003 传统燃料电池在装配时具有如下缺点：（1） 在装配完成之前， 双极板和膜电极无法 形成一个完整的单电池组件；（2） 燃料电池的双极板和膜电极在装配过程中， 膜电极直接

9、暴 露在环境中；（3） 参见图1， 由于定位柱3的制造公差和装配误差等原因， 膜电极2两侧的双 极板1容易发生错位， 导致膜电极2受剪切力作用被破坏；（4） 装配错位会导致多层结构的 膜电极的接触区域不一致， 从而接触均一性差。 发明内容 0004 本发明针对上述问题， 提供一种燃料电池一体化金属双极板组件结构。 0005 本发明的目的可以通过下述技术方案来实现： 一种燃料电池一体化金属双极板组 件结构， 包括单电池组件， 所述单电池组件包括阳极板、 阴极板、 膜电极； 所述阳极板和阴极 板均包括极板流场区结构和极板外围结构， 所述极板外围结构沿极板流场区结构的边缘包 覆设置； 所述膜电极沿边

10、缘设有数个膜电极定位孔， 所述阳极板的极板外围结构上设有与 数个膜电极定位孔相对应的数个膜电极阳极侧定位柱， 所述阴极板的极板外围结构上设有 与数个膜电极定位孔相对应的数个膜电极阴极侧定位柱， 所述膜电极阳极侧定位柱和膜电 极阴极侧定位柱组成膜电极定位柱， 并与膜电极定位孔相配合； 所述膜电极阳极侧定位柱 上开设有卡槽， 所述膜电极阴极侧定位柱上设有与卡槽相配合的卡扣凸起； 所述阳极板的 极板外围结构上设有数个组件定位孔， 所述阴极板的极板外围结构上设有与数个组件定位 孔相配合的数个组件定位柱。 0006 进一步地， 所述极板流场区结构由金属薄板制备而成， 所述极板外围结构由聚合 物、 树脂或

11、其他绝缘材料制备而成。 0007 进一步地， 所述膜电极定位孔、 膜电极阳极侧定位柱、 膜电极阴极侧定位柱均具有 锥度。 0008 进一步地， 所述膜电极沿边缘设有数个膜电极加强凸起， 每个所述膜电极加强凸 起凸出于膜电极的两面， 每个膜电极加强凸起上开设膜电极定位孔； 所述阳极板的极板外 围结构上设有与数个膜电极加强凸起的阳极侧相配合的数个膜电极阳极侧定位凹槽， 所述 膜电极阳极侧定位凹槽内设置膜电极阳极侧定位柱； 所述阴极板的极板外围结构上设有与 数个膜电极加强凸起的阴极侧相配合的数个膜电极阴极侧定位凹槽， 所述膜电极阴极侧定 位凹槽内设置膜电极阴极侧定位柱。 说明书 1/4 页 3 CN

12、 110571447 A 3 0009 进一步地， 所述卡槽和卡扣凸起均具有锥度。 0010 进一步地， 所述组件定位孔和组件定位柱均具有锥度。 0011 进一步地， 两个以上的所述单电池组件在堆垛成燃料电池堆时， 相邻两个单电池 组件通过组件定位孔和组件定位柱相配合进行定位。 0012 进一步地， 所述阳极板的内侧和膜电极的阳极侧构成氢腔， 所述阴极板的内侧和 膜电极的阴极侧构成氧腔； 两个以上的所述单电池组件堆垛成的燃料电池堆在工作时， 冷 却水在相邻两个单电池组件之间的层间空间流动。 0013 进一步地， 所述单电池组件还包括阳极密封圈和阴极密封圈； 所述阳极板的两面 均设置一阳极密封圈

13、， 两个所述阳极密封圈通过双色注塑的方式与阳极板的极板外围结构 一体成型； 所述阴极板的两面均设置一阴极密封圈， 两个所述阴极密封圈通过双色注塑的 方式与阴极板的极板外围结构一体成型。 0014 与现有技术相比， 本发明的有益效果： 利用金属薄板制备极板流场区结构， 采用聚 合物、 树脂等绝缘材料制备极板外围结构； 膜电极开设膜电极定位孔， 阳极板的极板外围结 构上设有膜电极阳极侧定位柱， 阴极板的极板外围结构上设有膜电极阴极侧定位柱， 实现 了膜电极与阳极板和阴极板之间的定位； 膜电极阳极侧定位柱上开设有卡槽， 膜电极阴极 侧定位柱上设有卡扣凸起， 实现了阳极板和阴极板之间的互锁， 并使阳极

14、板和阴极板夹紧 膜电极； 阳极板的极板外围结构上设有组件定位孔， 阴极板的极板外围结构上设有组件定 位柱， 在多个单电池组件堆垛时， 组件定位孔和组件定位柱保证了相邻两个单电池组件之 间精确定位， 避免了膜电极因错位装配而被破坏。 附图说明 0015 图1为传统燃料电池在装配时发生偏斜的结构示意图。 0016 图2为本发明中的单电池组件的结构示意图。 0017 图3为本发明中的单电池组件的分解示意图。 0018 图4为本发明中的极板流场区结构和极板外围结构的结构示意图。 0019 图5为本发明中的单电池组件的一局部结构示意图， 。 0020 图6为本发明中的单电池组件的另一局部结构及单电池组件

15、在工作时的气体和液 体流动的示意图。 0021 图7为本发明中的单电池组件堆垛成燃料电池堆的装配示意图。 0022 图中部件标号如下： 1双极板 2膜电极 3定位柱 1阳极板 2阴极板 3膜电极 4阳极密封圈 5阴极密封圈 6极板流场区结构 说明书 2/4 页 4 CN 110571447 A 4 7极板外围结构 8膜电极加强凸起 9膜电极定位孔 10膜电极阳极侧定位凹槽 11膜电极阴极侧定位凹槽 12膜电极阳极侧定位柱 13膜电极阴极侧定位柱 14卡槽 15卡扣凸起 16氢腔 17氧腔 18冷却水 19组件定位孔 20组件定位柱。 具体实施方式 0023 以下结合附图详细说明本发明的具体实施

16、方式， 使本领域的技术人员更清楚地理 解如何实践本发明。 尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明， 但这些实施方案只是 阐述， 而不是限制本发明的范围。 0024 参见图2和图3， 一种燃料电池一体化金属双极板组件结构， 包括单电池组件， 所述 单电池组件包括阳极板1、 阴极板2、 膜电极3、 阳极密封圈4、 阴极密封圈5。 0025 参见图4， 所述阳极板1和阴极板2均包括极板流场区结构6和极板外围结构7， 所述 极板流场区结构6由金属薄板制备而成， 所述极板外围结构7由聚合物、 树脂或其他绝缘材 料制备而成， 极板外围结构7沿极板流场区结构6的边缘包覆设置， 从而构成完整的极板。 002

17、6 参见图5， 所述膜电极3沿边缘设有数个膜电极加强凸起8， 每个所述膜电极加强凸 起8凸出于膜电极3的两面， 每个膜电极加强凸起8上开设有膜电极定位孔9， 所述膜电极定 位孔9具有锥度且贯通膜电极3的两面。 0027 所述阳极板1的极板外围结构7上设有与数个膜电极加强凸起8的阳极侧相配合的 数个膜电极阳极侧定位凹槽10， 所述阴极板2的极板外围结构7上设有与数个膜电极加强凸 起8的阴极侧相配合的数个膜电极阴极侧定位凹槽11， 所述膜电极阳极侧定位凹槽10和膜 电极阴极侧定位凹槽11内分别设有膜电极阳极侧定位柱12和膜电极阴极侧定位柱13， 所述 膜电极阳极侧定位柱12和膜电极阴极侧定位柱13

18、组成膜电极定位柱， 所述膜电极定位柱具 有锥度且与膜电极定位孔9相配合， 从而实现膜电极3与阳极板1和阴极板2之间的定位。 0028 其中， 所述膜电极阳极侧定位柱12上开设有卡槽14， 所述膜电极阴极侧定位柱13 上设有与卡槽14相配合的卡扣凸起15， 所述卡槽14和卡扣凸起15均具有锥度， 易于装配。 阳 极板1和阴极板2通过卡槽14和卡扣凸起15配合互锁， 并夹紧膜电极3。 0029 参见图6， 所述阳极板1的内侧和膜电极3的阳极侧构成氢腔16， 所述阴极板2的内 侧和膜电极3的阴极侧构成氧腔17。 燃料电池工作时， 氢气和氧气分别在单电池组件内部的 氢腔16和氧腔17中流动， 冷却水1

19、8在单电池组件的阳极板1和阴极板2的外侧流动进行冷 说明书 3/4 页 5 CN 110571447 A 5 却， 即在相邻两个单电池组件之间的层间空间流动。 0030 参见图7， 所述阳极板1的极板外围结构7上设有数个组件定位孔19， 所述阴极板2 的极板外围结构7上设有与数个组件定位孔19相配合的数个组件定位柱20， 所述组件定位 孔19和组件定位柱20均具有锥度， 易于装配。 两个以上的单电池组件在堆垛成燃料电池堆 时， 相邻两个单电池组件通过组件定位孔19和组件定位柱20相配合进行定位。 0031 所述阳极板1的两面均设置一阳极密封圈4， 两个所述阳极密封圈4可通过双色注 塑的方式与阳

20、极板1的极板外围结构7一体成型； 所述阴极板2的两面均设置一阴极密封圈 5， 两个所述阴极密封圈5可通过双色注塑的方式与阴极板2的极板外围结构7一体成型。 0032 应当指出， 对于经充分说明的本发明来说， 还可具有多种变换及改型的实施方案， 并不局限于上述实施方式的具体实施例。 上述实施例仅仅作为本发明的说明， 而不是对本 发明的限制。 总之， 本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见 的变换或替代以及改型。 说明书 4/4 页 6 CN 110571447 A 6 图1 图2 说明书附图 1/4 页 7 CN 110571447 A 7 图3 图4 说明书附图 2/4 页 8 CN 110571447 A 8 图5 说明书附图 3/4 页 9 CN 110571447 A 9 图6 图7 说明书附图 4/4 页 10 CN 110571447 A 10