一種高功率密度pemfc電堆用密封連接件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池領域，具體是一種高功率密度質子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆用密封連接件。
【背景技術】
[0002]質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell)是一種燃料電池，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為傳遞H+的介質，只允許Η +通過。工作時相當于一直流電源，陽極即電源負極，陰極即電源正極。
[0003]質子交換膜燃料電池的電堆由多個單體電池以串聯方式層疊組合而成。將雙極板與膜電極三合一組件(ΜΕΑ)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構成質子交換膜燃料電池電堆。
[0004]由此可以看出，傳統的燃料電池是由膜電極、雙極板、集電板、端板和緊固件組成。由于聚合物膜燃料電池單片電壓低，在實際應用中，是由多個電池單元疊加在一起進行串聯起來，形成電堆。雙極板是燃料電池部件中最重的構件，傳統的雙極板基本上是石墨雙極板或金屬雙極板，重量占電堆重量一半以上，使得燃料電池重量與體積偏大，限制燃料電池應用范圍與領域，在當今對燃料電池的體積密度和重量密度要求接近苛求的條件下，越來越掣肘著燃料電池的商業化腳步。
[0005]新型的高功率密度質子交換膜燃料電池電堆的主要構件是端板、集電板、極板和三合一 ΜΕΑ組成。利用新型的具有均質分散氣體和具有氣體流場的極板，取代傳統的雙極板和碳紙。由于整體結構的改變，新型的燃料電池電堆又涉及到密封性的問題，密封性對于質子交換膜燃料電池是一個至關重要的問題，傳統的電堆密封方式是將密封圈放置在雙極板上或者在雙極板與密封圈之間涂覆密封膠，在一定壓力下使密封圈微變形，從而達到密封效果。而新型的高功率密度質子交換膜燃料電池，由于極板的疏松多孔的性質，所以陰陽兩極的極板都要進行密封，防止電堆的外漏，造成電堆的性能下降和安全隱患密封方式不能采用傳統的電堆密封方式，需要對密封結構進行進一步的改進才能滿足新型質子交換膜燃料電池的需求。
【發明內容】
[0006]發明目的:本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種密封性能卓越，適用于高功率密度質子交換膜燃料電池電堆的密封連接件。
[0007]技術方案:本發明所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，包括連接板，所述連接板的四周設置有彈性密封結構，所述彈性密封結構貼合在三合一膜電極的進氣孔、進液孔的四周，所述連接板上由所述彈性密封結構圍成的中心區域內壓貼專用極板，且所述彈性密封結構的厚度大于所述專用極板的厚度； 所述連接板表面鍍有導電鍍層，便于電荷傳輸，內部設置有冷卻液流場，便于電堆的冷卻與溫度控制，連接板表面與所述專用極板接觸部位設置有氣體流場；所述連接板的兩端分別設置有進氣孔、進液孔和出氣孔、出液孔，所述進液孔和出液孔通過所述冷卻液流場相互連通，所述進氣孔和出氣孔通過所述氣體流場相互連通。
[0008]本發明進一步優選地的技術方案為，所述導電鍍層的厚度為10 nm~100 nm。
[0009]優選地，所述連接板的兩個表面四周均設置有彈性密封結構，兩表面的中心區域內分別貼合陽極專用極板和陰極專用極板。
[0010]優選地，所述連接板兩端的進氣孔和出氣孔均為兩個，分別為氧化氣體進口、燃料氣體進口和氧化氣體出口、燃料氣體出口，所述氧化氣體進口和氧化氣體出口以及燃料氣體進口和燃料氣體出口分別通過連接板其中一側表面的氣體流場各自連通。
[0011]優選地，所述連接板為由金屬材料、非金屬材料或復合材料制成的板體，板體的熱導系數彡15/[w.(mk) 1。
[0012]優選地，所述彈性密封結構為由彈性材料加工的密封圈。
[0013]優選地，所述專用極板的表面一面為平板面，另一面根據設計的流場壓制有氣體流場，其中，平板表面涂覆導電緩沖層后并貼合在所述三合一膜電極上，流場表面緊密貼合在所述連接板上。
[0014]有益效果:本發明在連接板的四周設置有彈性密封結構，貼合在三合一膜電極的進氣孔、進液孔的四周，用于密封貼合在連接件中心區域的專用極板，確保電堆整體無需設置雙極板，即可完成電堆的密封，解決高功率密度PEMFC電堆設計采用傳統密封方式無法密封的問題，減少電堆的成本，降低電堆的重量和體積，提高了電堆的比體積密度和比重量密度；同時本發明在連接板內部設置液體流道，便于冷卻液均勻分布有利于電堆冷卻和溫度控制；在連接板表面設置氣體流場，可配合專用極板，完成氣體均勻分布，代替傳統雙極板的氣體均勻分布功能，減少了電堆配件數量，提高電堆的組裝效率，加快了燃料電池產業化的腳步；
另外，本發明在連接板表面以及彈性密封結構的表面還設置有一層導電鍍層，便于收集電流，減少電堆內阻，提高電堆的性能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件的結構示意圖；
圖2為圖1的截面圖；
圖3為本發明所述高功率密度PEMFC電堆的裝配圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0017]實施例1: 一種高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，包括連接板1，連接板1的尺寸根據電堆的尺寸確定，連接板為由金屬材料、非金屬材料或復合材料制成的板體，板體的熱導系數彡15/[w.(mk) ;
如圖1所示:連接板1兩個表面的四周均設置有彈性密封結構11，比如密封圈，連接板1兩個表面的彈性密封結構11分別貼合在兩側的三合一膜電極2的進氣孔、進液孔的四周，連接板1兩面上由彈性密封結構11圍成的中心區域內分別壓貼陽極專用極板3和陰極專用極板4，且彈性密封結構11的厚度大于專用極板3、4的厚度，連接板1表面以及彈性密封結構11的表面還設置有一層10 nm~100 nm厚的導電鍍層12 ；
連接板1的兩端分別設置有氧化劑氣體進口 13、燃料氣體進口 14、進液孔15和氧化劑氣體出口 16、燃料氣體出口 17、出液孔18，連接板1內部設置液體流場19，進液孔15和出液孔18通過液體流場19相互連通；連接板1表面與專用極板3、4接觸部位設置有氣體流場，氧化劑氣體進口 13和氧化劑氣體出口 17以及燃料氣體進口 14和燃料氣體出口 17分別通過連接板2其中一側表面的氣體流場各自連通。
[0018]如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
【主權項】
1.一種高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，包括連接板，所述連接板的四周設置有彈性密封結構，所述彈性密封結構貼合在三合一膜電極的進氣孔、進液孔的四周，所述連接板上由所述彈性密封結構圍成的中心區域內壓貼專用極板，且所述彈性密封結構的厚度大于所述專用極板的厚度； 所述連接板表面鍍有導電鍍層，便于電荷傳輸，內部設置有冷卻液流場，便于電堆的冷卻與溫度控制，連接板表面與所述專用極板接觸部位設置有氣體流場；所述連接板的兩端分別設置有進氣孔、進液孔和出氣孔、出液孔，所述進液孔和出液孔通過所述冷卻液流場相互連通，所述進氣孔和出氣孔通過所述氣體流場相互連通。2.根據權利要求1所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述導電鍍層的厚度為10 nm~100 nm。3.根據權利要求1所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述連接板的兩個表面四周均設置有彈性密封結構，兩表面的中心區域內分別貼合陽極專用極板和陰極專用極板。4.根據權利要求3所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述連接板兩端的進氣孔和出氣孔均為兩個，分別為氧化氣體進口、燃料氣體進口和氧化氣體出口、燃料氣體出口，所述氧化氣體進口和氧化氣體出口以及燃料氣體進口和燃料氣體出口分別通過連接板其中一側表面的氣體流場各自連通。5.根據權利要求1所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述連接板為由金屬材料、非金屬材料或復合材料制成的板體，板體的熱導系數多15/[w.(mk) 1。6.根據權利要求1所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述彈性密封結構為由彈性材料加工的密封圈。7.根據權利要求1所述高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，其特征在于，所述專用極板的表面一面為平板面，另一面根據設計的流場壓制有氣體流場，其中，平板表面涂覆導電緩沖層后并貼合在所述三合一膜電極上，流場表面緊密貼合在所述連接板上。
【專利摘要】本發明公開一種高功率密度PEMFC電堆用密封連接件，包括連接板，所述連接板的四周設置有彈性密封結構，所述彈性密封結構貼合在三合一膜電極的進氣孔、進液孔的四周，所述連接板上由所述彈性密封結構圍成的中心區域內壓貼專用極板，且所述彈性密封結構的厚度大于所述專用極板的厚度，所述連接件表面鍍有導電鍍層，便于電荷傳輸，內部設置有冷卻液流場，便于電堆的冷卻與溫度控制。本發明在連接件的四周設置有彈性密封結構用于密封貼合在板體中心區域的專用極板，解決高功率密度PEMFC電堆設計用傳統密封方式無法密封的問題，降低電堆的重量和體積，提高了電堆的功率密度。
【IPC分類】H01M8/24, H01M8/0271, H01M8/0276, H01M8/02, H01M8/10
【公開號】CN105428678
【申請號】CN201510940054
【發明人】程立明, 魏廣科
【申請人】江蘇綠遙燃料電池系統制造有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月15日