CN114864981A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池，所述燃料电池包括集电板、绝缘板和双极板，所述绝缘板与所述集电板的第一侧面固定连接，所述双极板与所述集电板的第二侧面抵接，且所述第一侧面与所述第二侧面相对设置，所述集电板和所述绝缘板之间设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接所述第一侧面和所述绝缘板，使得所述集电板能够发生拱形形变并向靠近所述双极板的方向凸出。本发明的燃料电池在集电板和绝缘板之间设置弹性件，集电板和双极板能够紧密贴合，从而使得集电板与双极板之间接触良好以实现较小的接触电阻，提高电池性能，避免燃料电池使用过程中温度过高。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是以氢气为燃料，氧气或空气为氧化剂，将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置，具有效率高，温度低，清洁环保等优点。在燃料电池内部，集电板一般位于电堆的两端，直接与始末端的双极板接触来实现收集电堆的电流，前后分别为正负极输出。燃料电池对于集电板的要求比较高，要求其有非常好的导电性，较好的平整度，较强的耐腐蚀性以及与端板实现良好的绝缘。

现有技术中，集电板和绝缘板通过胶粘合的方式实现一体化，该方案在工艺上很难实现，另外，集电板、绝缘板、双极板都可以视为刚性体，用胶粘合的方式底胶有一定的厚度，该厚度很难保证均匀，如果某一个部件的平面度略差，将会导致集电板和双极板之间接触不好，从而导致电阻过大和温度过高的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中燃料电池中集电板和双极板之间接触不好从而导致电阻过大和温度过高的缺陷，提供一种燃料电池。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括集电板、绝缘板和双极板，所述绝缘板与所述集电板的第一侧面固定连接，所述双极板与所述集电板的第二侧面抵接，且所述第一侧面与所述第二侧面相对设置，所述集电板和所述绝缘板之间设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接所述第一侧面和所述绝缘板，使得所述集电板能够发生拱形形变并向靠近所述双极板的方向凸出。

在本方案中，采用上述结构形式，在集电板和绝缘板之间设置弹性件，集电板、绝缘板和双极板之间直接产生内应力，另外，弹性件使得集电板发生拱形形变并向靠近双极板的方向凸出，集电板的第二侧面与双极板抵接设置能够将集电板的拱形面压平，集电板和双极板能够紧密贴合，从而使得集电板与双极板之间接触良好以实现较小的接触电阻，提高电池性能，避免燃料电池使用过程中温度过高。

较佳地，所述弹性件的数量为多个。

在本方案中，采用上述结构形式，设置多个弹性件以保证集电板能够发生向靠近双极板的方向凸出的拱形形变，进一步使得集电板和双极板之间紧密贴合。

较佳地，所述弹性件的材料为三元乙丙、硅橡胶、氟橡胶或者丁腈橡胶；

和/或，所述弹性件为橡胶O型圈。

在本方案中，采用上述结构形式，弹性件采用弹性力较低的材质，在实现集电板和双极板直接接触良好的同时，能够保护集电板和绝缘板，并且能够实现集电板和绝缘板之间的密封。弹性件采用橡胶O型圈，安装方便。

较佳地，所述集电板的周侧与所述绝缘板固定连接，所述弹性件抵接于所述集电板的中部。

在本方案中，采用上述结构形式，集电板的周侧固定，能够进一步保证集电板中部能够发生向靠近双极板的方向凸出的拱形形变，进一步使得集电板和双极板之间紧密贴合。

较佳地，所述集电板的两端设有第一安装孔，所述绝缘板上设有第二安装孔，所述燃料电池包括紧固件，所述紧固件依次穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述集电板与所述绝缘板固定。

在本方案中，采用上述结构形式，通过紧固件使得集电板与绝缘板实现一体化，提高装配效率，安装方式可靠且便于拆装。

较佳地，所述紧固件中靠近所述双极板的一端端面低于所述第二侧面。

在本方案中，采用上述结构形式，避免集电板和双极板之间出现间隙，进一步使得集电板和双极板紧密贴合，降低接触电阻。

较佳地，所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧侧面开设凹槽，所述集电板嵌入所述凹槽内。

在本方案中，采用上述结构形式，集电板和绝缘板采用嵌入式结构，提高集电板和绝缘板之间的密封性，有效避免了集电板与反应气体及冷却液之间的直接接触，避免出现集电板与冷却液接触而导致绝缘性差的情况。

较佳地，所述第二侧面不低于所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧表面。

在本方案中，采用上述结构形式，进一步使得集电板和双极板能够紧密贴合，降低接触电阻。

较佳地，所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧开设容置槽，所述弹性件置于所述容置槽内并与所述集电板抵接。

在本方案中，采用上述结构形式，弹性件置于容置槽，使得弹性件不容易脱落，避免弹性件的移动。

较佳地，所述绝缘板上开设有第一通道，所述第一通道位于所述凹槽的两端，所述双极板上开设有第二通道，所述第一通道与所述第二通道连通，且所述第一通道和所述第二通道作为所述燃料电池的公共流道；

和/或，所述双极板具有活性区，所述集电板能够覆盖所述活性区。

在本方案中，采用上述结构形式，集电板嵌入凹槽内，第一通道和第二通道分别位于凹槽的两端，避免集电板与燃料电池的公共流道内的反应气体及冷却液直接接触，进一步避免出现集电板与冷却液接触而导致绝缘性差的情况。集电板能够覆盖活性区，防止电流过大。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的燃料电池在集电板和绝缘板之间设置弹性件，集电板、绝缘板和双极板之间直接产生内应力，另外，弹性件使得集电板发生拱形形变并向靠近双极板的方向凸出，集电板的第二侧面与双极板抵接设置能够将集电板的拱形面压平，集电板和双极板能够紧密贴合，从而使得集电板与双极板之间接触良好以实现较小的接触电阻，提高电池性能，避免燃料电池使用过程中温度过高。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的燃料电池的局部结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的燃料电池的弹性件的安装示意图。

图3为本发明较佳实施例的燃料电池的紧固件的安装示意图。

附图标记说明：

集电板 1

第一安装孔 11

绝缘板 2

第二安装孔 21

凹槽 22

容置槽 23

第一通道 24

第一氢气公共流道 241

第一氧气公共流道 242

第一冷却液公共流道 243

双极板 3

第二通道 31

第二氢气公共流道 311

第二氧气公共流道 312

第二冷却液公共流道 313

活性区 32

弹性件 4

紧固件 5

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

本发明提供了一种燃料电池，请同时参阅图1至图3。燃料电池包括集电板1、绝缘板2和双极板3，绝缘板2与集电板1的第一侧面固定连接，双极板3与集电板1的第二侧面抵接，且第一侧面与第二侧面相对设置。集电板1和绝缘板2之间设有弹性件4，弹性件4的两端分别抵接第一侧面和绝缘板2，使得集电板1能够发生拱形形变并向靠近双极板3的方向凸出。在集电板1和绝缘板2之间设置弹性件4，集电板1、绝缘板2和双极板3之间直接产生内应力，另外，弹性件4使得集电板1发生拱形形变并向靠近双极板3的方向凸出，集电板1的第二侧面与双极板3抵接设置能够将集电板1的拱形面压平，集电板1和双极板3能够紧密贴合，从而使得集电板1与双极板之3间接触良好以实现较小的接触电阻，提高电池性能，避免燃料电池使用过程中温度过高。

在本实施例中，弹性件4的设置位置不做特别限定，只要集电板1能够发生拱形形变并向靠近双极板3的方向凸出，例如，弹性件4可以设置在集电板1的中部位置，也可以设置在集电板1一端的端部位置，弹性件4也可以被设置成覆盖集电板1。另外，集电板1采用铜或钛材料，并且表面有金属涂层，涂层材料为金或者银。绝缘板2的材料为一种环氧树脂，并且其中添加有增强材料。

其中，燃料电池可以为质子交换膜燃料电池，也可以为固体氧化物燃料电池等相关燃料电池。

另外，在实验过程中，在集电板1和绝缘板2之间设置有弹性件4的方案与在集电板1和绝缘板2之间不设置弹性件4的方案相比，前者方案中的电阻相较于后者方案中的电阻降低24.6％。

在本实施例中，弹性件4的数量为多个，设置多个弹性件4以保证集电板1能够发生向靠近双极板3的方向凸出的拱形形变，进一步使得集电板1和双极板3之间紧密贴合。

优选的，沿着集电板1的长度方向，弹性件4的数量为多个，多个弹性件4均匀分布。保证集电板1在沿着集电板1的长度方向上，能够发生向靠近双极板3的方向凸出的拱形形变。具体地，沿着集电板1的长度方向，弹性件4的数量为三个。

优选的，沿着集电板1的宽度方向，弹性件4的数量为多个，多个弹性件4均匀分布。保证集电板1在沿着集电板1的宽度方向上，能够发生向靠近双极板3的方向凸出的拱形形变。具体地，沿着集电板1的宽度方向，弹性件4均匀分布，且弹性件4的数量为两个。

在一些实施例中，弹性件4的材料为三元乙丙、硅橡胶、氟橡胶或者丁腈橡胶。弹性件4采用弹性力较低的材质，在实现集电板1和双极板3直接接触良好的同时，能够保护集电板1和绝缘板2，并且能够实现集电板1和绝缘板2之间的密封。另外，弹性件4的硬度为50-80。弹性件4为橡胶O型圈，安装方便。

当然，在其他实施例中，弹性件4也可以为弹簧。

集电板1的周侧与绝缘板2固定连接，弹性件4抵接于集电板1的中部。集电板1的周侧固定，能够进一步保证集电板1能够发生向靠近双极板3的方向凸出的拱形形变，进一步使得集电板1和双极板3之间紧密贴合。

集电板1的两端设有第一安装孔11，绝缘板2上设有第二安装孔21，燃料电池包括紧固件5，紧固件5依次穿过第一安装孔11和第二安装孔21将集电板1与绝缘板2固定。通过紧固件5使得集电板1与绝缘板2实现一体化，提高装配效率，安装方式可靠且便于拆装。

具体地，第一安装孔11设为通孔，第二安装孔21采用螺纹孔，紧固件5采用螺钉。两个第一安装孔11对角设置，且位于集电板1的转角处，两个第二安装孔21对角设置，且分别于两个第一安装孔11对应设置。

如图3所示，紧固件5中靠近双极板3的一端端面低于第二侧面，避免集电板1和双极板3之间出现间隙，进一步使得集电板1和双极板3紧密贴合，降低接触电阻。

绝缘板2中靠近集电板1的一侧侧面开设凹槽22，集电板1嵌入凹槽22内。集电板1和绝缘板2采用嵌入式结构，提高集电板1和绝缘板2之间的密封性，有效避免了集电板1与反应气体及冷却液之间的直接接触，避免出现集电板1与冷却液接触而导致绝缘性差的情况。具体地，凹槽22为开口槽，凹槽22与绝缘板2的侧端面连通，集电板1中伸出凹槽22的部分设置有充放电集耳。其中，凹槽22中的开口处的长度小于凹槽22的整体长度，避免集电板1的脱落。

当然，在其他实施例中，集电板1和绝缘板2可以采用非嵌入式结构，例如，集电板1的四周和绝缘板2的四周固定连接。

另外，在实验过程中，集电板1和绝缘板2采用嵌入式结构与集电板1和绝缘板2采用非嵌入式结构相比，前者方案中冷却液的电导率相较于后者方案中冷却液的电导率减小72％。

第二侧面不低于绝缘板2中靠近集电板1的一侧表面，进一步使得集电板1和双极板3能够紧密贴合，降低接触电阻。优选的，第二侧面高于绝缘板2中靠近集电板1的一侧表面0-0.02mm，防止集电板1和双极板3之间出现间隙，防止集电板1接触冷却液。

如图1和图2所示，绝缘板2中靠近集电板1的一侧开设容置槽23，弹性件4置于容置槽23内并与集电板1抵接。弹性件4置于容置槽23，使得弹性件4不容易脱落，避免弹性件4的移动。具体地，弹性件4的横截面为圆形结构，容置槽23的断面直径为d，深度为h，宽度为b，h＜d＜1.35h；b＜d＜1.4b。

在一些实施例中，绝缘板2上开设有第一通道24，第一通道24位于凹槽22的两端，双极板3上开设有第二通道31，第一通道24与第二通道31连通，且第一通道24和第二通道31作为燃料电池的公共流道。集电板1嵌入凹槽22内，第一通道24和第二通道31分别位于凹槽22的两端，避免集电板1与燃料电池的公共流道内的反应气体及冷却液直接接触，进一步避免出现集电板1与冷却液接触而导致绝缘性差的情况。具体地，第一通道24包括第一氢气公共流道241、第一氧气公共流道242或第一空气公共流道、第一冷却液公共流道243；第二通道31包括第二氢气公共流道311、第二氧气公共流道312或第二空气流道、第二冷却液公共流道313。双极板3具有活性区32，为图3中双极板3的虚线区域，集电板1能够覆盖活性区32，即集电板1的长宽尺寸均大于双极板的活性区32的长宽尺寸，防止电流过大。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池，所述燃料电池包括集电板、绝缘板和双极板，其特征在于，所述绝缘板与所述集电板的第一侧面固定连接，所述双极板与所述集电板的第二侧面抵接，且所述第一侧面与所述第二侧面相对设置，所述集电板和所述绝缘板之间设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接所述第一侧面和所述绝缘板，使得所述集电板能够发生拱形形变并向靠近所述双极板的方向凸出。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述弹性件的数量为多个。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述弹性件的材料为三元乙丙、硅橡胶、氟橡胶或者丁腈橡胶；

和/或，所述弹性件为橡胶O型圈。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述集电板的周侧与所述绝缘板固定连接，所述弹性件抵接于所述集电板的中部。

5.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述集电板的两端设有第一安装孔，所述绝缘板上设有第二安装孔，所述燃料电池包括紧固件，所述紧固件依次穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述集电板与所述绝缘板固定。

6.如权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述紧固件中靠近所述双极板的一端端面低于所述第二侧面。

7.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧侧面开设凹槽，所述集电板嵌入所述凹槽内。

8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述第二侧面不低于所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧表面。

9.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述绝缘板中靠近所述集电板的一侧开设容置槽，所述弹性件置于所述容置槽内并与所述集电板抵接。

10.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述绝缘板上开设有第一通道，所述第一通道位于所述凹槽的两端，所述双极板上开设有第二通道，所述第一通道与所述第二通道连通，且所述第一通道和所述第二通道作为所述燃料电池的公共流道；

和/或，所述双极板具有活性区，所述集电板能够覆盖所述活性区。

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