[发明专利]一种质子交换膜燃料电池单元、燃料电池及其组装工艺

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池单元、燃料电池及其组装工艺，属于氢燃料电池技术领域。本发明提供一种质子交换膜燃料电池单元，其由第一金属双极板、氧气流场板、氧气扩散电极、质子交换膜、氢气扩散电极、氢气流场板、第二金属双极板组成。本发明提供一种质子交换膜燃料电池，其由正极端子、金属绑带、第一端板、盖板体、燃料电池单元、氧气供给管、第二端板、负极端子、氧气排出管、冷却水管、氢气供给管、氢气及其水分排出管组成，其中盖板体与燃料电池单元间用密封胶灌封。本发明可有效解决原燃料电池结构双极板制造成本高、内阻不稳定、装配工艺要求高不便规模制造等问题，极大降低了制造成本，简化了制造装配工艺便于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池单元、燃料电池及其组装工艺，属于氢燃料电池技术领域。

背景技术

锂离子动力电池作为一种储能装置在纯电动汽车中得到了推广应用，但由于其充电时间长、续驶里程短，使得纯电动汽车仅适用于个人短途交通出行，未来新能源汽车的终极解决方案可能聚焦于氢质子交换膜燃料电池系统。

随着新能源技术、材料技术的发展，制取、储存、运输氢气的瓶颈技术得以解决；催化剂的制备技术的进步，贵金属催化剂的应用担载量极大的降低，使得燃料电池的成本极大的降低；加上国家将燃料电池汽车作为我国重点发展的战略方向，燃料电池发展的局面很快出现。

现有的燃料电池系统主要由燃料电池堆、冷却系统、燃料供给系统、氧气供给系统等组成，其核心为燃料电池堆。燃料电池堆基本由端板、双极板、膜电极、及其密封圈、端板靠螺栓的紧固力组合而成，其电流的传导靠机械接触完成，这种燃料电池结构的功率特性主要依赖于机械紧固力提供的接触电阻的大小，并且随着机械紧固力的交变而变化，对装配工艺技术要求很高，不适于规模化生产，同时为了提供可靠的机械强度，各个部件设计的够重够厚，极大降低了燃料电池的比功率。而且，现有的燃料电池结构存在双极板制造成本高、内阻不稳定、装配工艺要求高不便规模制造等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池及其组装工艺，可解决现有技术中存在的上述问题，本发明中，燃料电池单元相互串联取代了机械接触的方式、取而代之采用了焊接结构，降低了串联电阻提高了功率特性；优化了双极板结构与功能，降低了双极板采用石墨板的制造难度，极大降低了制造成本；本结构简化了制造装配工艺便于规模化生产。

本发明提供的一种质子交换膜燃料电池单元，其由第一金属双极板、氧气流场板、氧气扩散电极、质子交换膜、氢气扩散电极、氢气流场板、第二金属双极板组成，氧气扩散电极与第一金属双极板采用激光焊接或超声或电阻焊接工艺焊接在一起，氢气扩散电极与第二金属双极板采用激光焊接或超声或电阻焊接工艺焊接在一起，氧气流场板设置在氧气扩散电极和第一金属双极板之间，氢气流场板设置在氢气扩散电极和第二金属双极板之间，质子交换膜设置在氧气扩散电极和氢气扩散电极之间，第一金属双极板、氧气流场板、氧气扩散电极、质子交换膜、氢气扩散电极、氢气场流板、第二金属双极板依次紧密接触排列在一起。

进一步，上述质子交换膜燃料电池单元中，所述第一金属双极板和第二金属双极板为铝板、不锈钢板或钛板等金属，所述氧气扩散电极和所述氢气扩散电极由气体扩散层、催化层组成。所述氧气扩散电极和氢气扩散电极的四周端部设计为向一侧突出。第一金属双极板、氧气流场板、氧气扩散电极、质子交换膜、氢气扩散电极、氢气流场板、第二金属双极板上都设置有多个开孔。

另外，本发明提供一种质子交换膜燃料电池，其由正极端子、金属绑带、第一端板、盖板体、燃料电池单元、氧气供给管、第二端板、负极端子、氧气排出管、冷却水管、氢气供给管、氢气及其水分排出管组成，其中盖板体与燃料电池单元间用密封胶灌封。