[实用新型]一种用于燃料电池堆的紧固结构和燃料电池堆

说明书

本实用新型提供一种用于燃料电池堆的紧固结构和燃料电池堆，包括，第一端板、第二端板和使第一端板、第二端板夹持住外部电极板的若干组绑扎组件；每组绑扎组件包括：端盖，其与第一端板相面接触；紧固带，该紧固带沿第一端板、第二端板宽度方向环绕第一端板、端盖和第二端板，使第一端板、第二端板夹持住外部电极板；绑扎组件还包括，位于第一端板与端盖之间的至少一个碟簧，利用碟簧的形变能力来补偿燃料电池堆处于不同状态时因物料(如膜电极/密封圈/膜电极/密封圈/双极板组件)形变量的不同而引起的物料与端板之间相对位置的变化；该紧固结构能够保证燃料电池堆中物料始终处于适当的受力范围内且受力分布均匀，同时显著减小了燃料电池堆的体积和重量。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池堆的紧固结构和燃料电池堆。

背景技术

燃料电池是一种将氢气和氧气中的化学能转化成电能的发电装置。由于其是电化学反应，无燃烧放热，不受“卡诺循环”限制，因此能量转换效率要高出普通热机。除此之外，燃料电池还具有无污染、噪声低、可靠性高等优点，在汽车、航天以及固定以及便携式发电设备等领域具有十分广阔的市场前景。

双极板和膜电极是燃料电池堆中的重要组成部分，双极板用于分配燃料、导电和支撑膜电极，膜电极是电化学反应发生的场所，双极板和膜电极堆叠并串联后组成燃料电池电堆。为了使燃料电池具有尽量小的接触电阻，就必须施加一定的作用力，使得气体扩散层被压缩，而燃料电池堆在运行过程中，尤其是启动和停机过程的温差较大，会引起燃料电池堆内各部件的热胀冷缩，材料的热胀冷缩最终会使得电堆的压紧力发生变化，并且紧固所使用的螺杆、紧固带或其他紧固材料也都随温度变化而变化，从而导致电堆内各部件的形变频繁发生变化，最终可能会导致气体扩散层变形，最终导致气体透过率降低，甚至气体扩散层破损，同时，带催化层的质子交换膜也有可能受微孔层的影响而发生屈服力变化，甚至被破坏，严重影响电堆的输出性能和寿命。通常情况下都会用金属螺杆来紧固电堆，并且在螺杆上使用弹垫、碟簧、弹簧等具有回弹性的材料来防止电堆高度的变化，但是螺母与螺杆间的摩擦力相差较大，达到特定堆内高度时的各螺杆紧固力可能会因扭矩不一致，而导致端板法向应力不一致，甚至翘曲，同时，螺杆式结构还会增加电堆的体积和重量。

申请号为CN201710138182.2的发明专利申请中公开了一种紧固结构，该结构的局限性在于：1.采用弹簧、T型螺栓、压板的紧固及弹性补偿方式极大的增大了燃料电池堆的体积和重量；2.U型金属带的尺寸相对固定，无法满足金属板燃料电池堆内高度的细微变化，从而造成压紧力上的不足。

申请号为CN201810197850.3的发明专利申请中公开了一种紧固结构，该结构较好的解决了体积和重量问题，而且也有效的解决了气口端板的问题，但该发明的局限性在于：1.反弧部需要具有较强的弹性形变能力来应对物料应变、热胀冷缩所造成的形变，材料的选型非常困难，并且为了应对热胀冷缩所造成的压力变化，反弧部的两端会频繁的在水平和垂直方向发生形变，从而摩擦紧固带，而第三紧固带又从中间进一步向下压紧第一紧固带，从而使得第一紧固带在弧部的受力变大,不利于紧固带的可靠性，尤其不适于燃料电池堆在汽车上的应用；2.未考虑双极板膜电极组与紧固带间的绝缘问题，故而可能只能使用非金属类紧固带，而一般地，非金属类紧固带的热膨胀系数是不锈钢材质的数倍，所以对弧部及紧固带的设计和加工要求极高，稍有偏差就有可能造成燃料电池堆的松弛；3.正弧部、反弧部在堆上的着力点主要集中在端板的中心位置，当端板材料厚度不足时，可能会造成端板法向上的边缘位置发生翘曲变形，或者是在紧固带热变形过大的情况下，都会导致电堆压紧力的一致性变差，甚至出现气密性问题，因此不适合用于具有较大膜电极宽度，或者是具有较大堆内高度的大功率燃料电池堆的组装。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于燃料电池堆的紧固结构和燃料电池堆，以解决现有技术中存在的技术问题。