CN116885228A - 易于密封的燃料电池用双极板及燃料电池 - Google Patents

易于密封的燃料电池用双极板及燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种易于密封的燃料电池用双极板，所述双极板沿边缘设置有环形凹槽，包括限位结构；所述限位结构设置于所述环形凹槽内，且包括限位件；所述限位件成对间隔设置，成对设置的所述限位件之间形成限位槽；所述限位槽用于容纳密封胶条；所述限位件用于对所述密封胶条进行限位。本发明的易于密封的燃料电池用双极板基于在环形凹槽内设置限位结构对密封胶条进行限位，避免在组装过程中密封胶条发生位移，影响密封和组装效果，且基于在环形槽内设置的限位件形成的限位槽，将密封胶条安装在限位槽中，便于安装时密封胶条的定位安装，且基于限位件对密封胶条的限位作用，避免在安装时，密封胶条外溢以致露出双极板边缘。

Description

易于密封的燃料电池用双极板及燃料电池
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种易于密封的燃料电池用双极板及燃料电池。
背景技术
现有技术中燃料电池的双极板与膜电极边框之间主要通过点胶、组装密封胶条或液态注入三种方式实现密封，其中，点胶获得的胶线尺寸精度差，胶线截面形状单一，液态注入方式仍处于研究验证阶段，成本高昂，二者均不利于小批量生产。组装密封胶条由于其合适的尺寸精度、多样的截面形状和适中的成本，成为当前密封的主要方式。
组装密封胶条前，通常会先涂覆一层薄的底涂胶，以实现胶条与密封槽(通常为沿双极板边缘设置的环形凹槽)的粘接；但在实际应用时，往往会出现密封胶条错位的情况，即在将膜电极边框压紧过程中密封胶条发生位移，为避免位移则需要更严谨的组装，增加组装的精度要求，使得燃料电池的电堆密封性能下降，影响密封持久性，出现安全隐患；同时，错位的密封胶条在相互压缩的过程中会出现较大的剪切应力，膜电极边框受到密封胶条的反作用力后造成膜电极边框物理结构失效。
因此，提供一种易于组装且密封效果好的双极板，成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，在第一方面，本发明提供了一种易于密封的燃料电池用双极板，所述双极板沿边缘设置有环形凹槽，包括限位结构；所述限位结构设置于所述环形凹槽内，且包括限位件；所述限位件成对间隔设置，成对设置的所述限位件之间形成限位槽；所述限位槽用于容纳密封胶条；所述限位件用于对所述密封胶条进行限位。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述限位结构沿所述环形凹槽延伸方向间隔设置有多个。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述限位结构长度为3-5mm，相邻两个所述限位结构之间的距离为30-50mm。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述限位件高度为H，宽度为K；H＜α·a，K＜(环形凹槽宽度-密封胶条设计宽度)/2，其中，α代表所述密封胶条的压缩率边界，a代表所述密封胶条的原始尺寸。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述K＞b×(环形凹槽宽度-密封胶条设计宽度)/2，其中b为缓冲系数，取值范围为0.7～0.9。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述限位件横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述密封胶条底面贴合于所述限位槽。
在本发明的易于密封的燃料电池用双极板中，所述限位件一体成型于所述双极板。
在第二方面，本发明还提供了一种应用上述的双极板的燃料电池，其包括所述双极板、密封胶条和膜电极边框；所述膜电极边框成对设置，且位于所述双极板两侧；所述密封胶条抵于所述膜电极边框和所述双极板之间。
本发明的有益效果如下：本发明的易于密封的燃料电池用双极板基于在环形凹槽内设置限位结构对密封胶条进行限位，避免在组装过程中密封胶条发生位移，影响密封和组装效果，且基于在环形槽内设置的限位件形成的限位槽，将密封胶条安装在限位槽中，便于安装时密封胶条的定位安装，且基于限位件对密封胶条的限位作用，避免在安装时，密封胶条外溢以致露出双极板边缘。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本发明的易于密封的燃料电池用双极板的结构示意图(安装有密封胶条)；
图2是本发明的燃料电池的结构示意图之一(未压缩状态)；
图3是本发明的燃料电池的结构示意图之二(压缩状态)。
图例：1.双极板；11.环形凹槽；12.限位结构；121.限位件；122.限位槽；2.密封胶条；3.膜电极边框。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
下面参照附图来详细说明根据本申请的易于密封的燃料电池用双极板及燃料电池。
如图1所示，一种易于密封的燃料电池用双极板，双极板1沿边缘设置有环形凹槽11，包括限位结构12；限位结构12设置于环形凹槽11内，且包括限位件121；限位件121成对间隔设置(如平行间隔设置)，成对设置的限位件2之间形成限位槽122；限位槽122用于容纳密封胶条2，密封胶条2顶部露出限位槽122；安装时基于限位槽122的设置便于密封胶条安装定位，限位件121用于对密封胶条2进行限位，限制密封胶条2在限位槽122宽度方向的移动。
本发明的易于密封的燃料电池用双极板基于在环形凹槽内设置限位结构对密封胶条进行限位，避免在组装过程中密封胶条发生位移，影响密封和组装效果，且基于在环形槽内设置的限位件形成的限位槽，将密封胶条安装在限位槽中，便于安装时密封胶条的定位安装，且基于限位件对密封胶条的限位作用，避免在安装时，密封胶条外溢以致露出双极板边缘；如果采取将环形凹槽宽度降低以对密封胶条限位的方案，会造成密封胶条填充率过大，出现溢胶现象，进而导致造成电堆泄露的，所以为了避免溢胶，往往密封槽的设计宽度要＞密封胶条的设计宽度。且在组装完成后，通常需要人工利用视觉对密封胶条进行检测现有技术中，通常需要工人用肉眼对密封胶条的所有区域进行检查，通过设置本发明的限位结构，只需对该结构处的胶条进行检查就可以，从而降低检测难度。
在一些实施例中，限位结构12沿环形凹槽11延伸方向间隔设置有多个；基于限位结构12间隔设置，则一方面节省了材料，另一方面，为密封胶条2提供形变空间，避免挤压力过大挤压限位件121，造成限位件121变形影响限位效果。
优选的，限位结构12长度为3-5mm，相邻两个限位结构12之间的距离为30-50mm(端部之间的距离)；限位结构12长度不宜过长或过短，过长或过短都会提升加工难度，过短的长度使得加工精度难以控制，使得加工难度提升，过长的长度则会造成用料增加，二者均会增加加工成本。
在一些实施例中，限位件121高度为H，宽度为K；H＜α·a，K＜(环形凹槽11宽度(具体为环形凹槽11底面宽度)-密封胶条2设计宽度(即未压缩状态的宽度))/2，其中，α代表密封胶条2的极限压缩率，a代表密封胶条2的初始高度(未压缩状态)；基于此高度和宽度的设置，使得一方面便于将密封胶条设置于限位槽内，且基于高度低于密封胶条最大压缩极限避免压缩程度过大使得限位件121接触膜电极边框，造成两者挤压变形影响正常使用；具体的将限位件121底端外侧面与环形凹槽11底面一侧齐平安装，以此限位件121之间的限位槽122大于密封胶条2的宽度。
优选的，K＞b×(环形凹槽11宽度(具体为环形凹槽11底面宽度)-密封胶条2设计宽度)/2，其中b为缓冲系数，取值范围为0.7～0.9；基于此宽度的限制，一方面避免限位件121宽度过小强度低，对密封胶条的限位能力降低；另一方面，避免密封胶条在限位槽内移动范围过大，产生剪切力影响膜电极边框的性能，且移动范围过大亦会造成双极板两侧的密封胶条位置不对应，出现错位，进而影响组装及密封效果；第三方面，基于此宽度限制使得密封胶条2被压缩后，能够贴合并抵顶于限位件121上(如图3)，以此，增加了密封胶条2与限位槽12的接触面积，提高密封效果。
在一些实施例中，限位件121横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。
在一些实施例中，密封胶条2底面贴合于限位槽122底面；基于密封胶条2底面贴合于限位槽122底面，增加了密封胶条2与限位槽122底面的接触面积，增加了挤压时密封胶条2的稳定性。优选的，截面形状为双峰形(即密封胶条2顶面和/或底面具有沿长度方向的条形凸起，条形凸起之间间隔设置)，双峰形使得密封面由一个变成两个，提高密封安全性，同时可以通过工况需要设置峰面的宽度及峰面角度具体可参考现有设计。
在一些实施例中，限位件121一体成型于双极板1；如限位件121为双极板1冲压成型；基于一体成型的结构，增加了限位件121的结构强度，保证对密封胶条的限位效果。
一种应用上述的双极板的燃料电池，如图2所示，其包括双极板1、密封胶条2和膜电极边框3；膜电极边框3成对设置，且位于双极板1两侧；密封胶条2抵于膜电极边框3和双极板1之间。

Claims (9)

1.一种易于密封的燃料电池用双极板，所述双极板(1)沿边缘设置有环形凹槽(11)，其特征在于，包括限位结构(12)；
所述限位结构(12)设置于所述环形凹槽(11)内，且包括限位件(121)；
所述限位件(121)成对间隔设置，成对设置的所述限位件(2)之间形成限位槽(122)；
所述限位槽(122)用于容纳密封胶条(2)；
所述限位件(121)用于对所述密封胶条(2)进行限位。
2.根据权利要求1所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述限位结构(12)沿所述环形凹槽(11)延伸方向间隔设置有多个。
3.根据权利要求2所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述限位结构(12)长度为3-5mm，相邻两个所述限位结构(12)之间的距离为30-50mm。
4.根据权利要求1所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述限位件(121)高度为H，宽度为K；H＜α·a，K＜(环形凹槽(11)宽度-密封胶条(2)设计宽度)/2，其中，α代表密封胶条(2)的压缩率边界，a代表密封胶条(2)的原始尺寸。
5.根据权利要求4所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述K＞b×(环形凹槽(11)宽度-密封胶条(2)设计宽度)/2，其中b为缓冲系数，取值范围为0.7～0.9。
6.根据权利要求1所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述限位件(121)横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。
7.根据权利要求1所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述密封胶条(2)底面贴合于所述限位槽(122)。
8.根据权利要求1所述的易于密封的燃料电池用双极板，其特征在于，所述限位件(121)一体成型于所述双极板(1)。
9.一种应用上述权利要求1-8任一所述的双极板的燃料电池，其特征在于，包括所述双极板(1)、密封胶条(2)和膜电极边框(3)；
所述膜电极边框(3)成对设置，且位于所述双极板(1)；
所述密封胶条(2)抵于所述膜电极边框(3)和所述双极板(1)之间。
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