[发明专利]一种燃料电池电堆的组装结构

说明书

本发明涉及一种燃料电池电堆的组装结构，所述电堆依次由双极板和膜电极交替堆叠形成，所述双极板包括阴极面和阳极面，所述阴极面和阳极面均独立地设置流场和公共流道，所述公共流道位于所述流场的两侧，安装时，所述膜电极与相邻双极板之间设置第一密封件，相邻两块双极板的公共流道区域通过第二密封件进行密封。本发明工艺简单、操作容易、受力均匀、且能降低膜电极成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆的组装结构。

背景技术

随着近些年燃料电池在应用端的火热，相关的研发内容也持续增多。大多数公司仍在沿用传统的膜电极七合一组件，包括质子交换膜、双侧催化层、双侧边框层、双侧扩散层，其中双侧边框多选用PET、PI、PEN等材质，整体尺寸与极板相同或相似，公共流道部分占据较大面积，使用宽幅固定的边框卷料裁剪得到的成型边框数量也会大大较少，且边框在中间活性区域的部分需要被裁掉，若无相关小型膜电极产品，则此部分会产生浪费。

目前市场上主流的电堆组装密封结构为以下三种：1、阴阳极为单极板，在单极板两侧分别设置弹性体密封件，可以使用点胶的方式粘贴在极板密封槽内或者膜电极相应密封区域内，也可以使用贴胶线的方式粘贴已注塑成型的密封件；2、阴阳极极板水流场一侧已通过合理的方式贴合在一起并达到密封效果，石墨极板可使用非弹性体胶水粘接，金属极板可使用焊接，阴阳极两侧则通过弹性体密封件与膜电极密封；3、阴阳极极板膜电极一侧通过非弹性体胶水与膜电极边框粘接在一起形成单池，水流场一侧通过弹性体密封件密封。

以上三种方式各有优缺点，第一种优点是各组分可独立分离，拆解后各组分可保持完整，缺点是弹性体密封件过多会导致密封效果不好或膜电极受力不均影响性能，严重则导致极板受力不均弯折甚至断裂；第二种是在第一种密封结构的基础上进行优化，减少了水流场弹性体密封件的影响，但是膜电极一侧由于活性区域与边框区域存在高度差并且变形量不一致的原因，还是会导致膜电极受力不均影响性能。第三种密封结构使用非弹性体胶水将阴阳极极板膜电极一侧与膜电极边框牢牢粘接在一起，利用极板自身刚性使单池中活性区域部分受力始终稳定从而保证性能稳定，但是这种方式的缺点是单池由强力胶水粘接，只能使用破坏的方式方能使膜电极与极板分离，无法使膜电极完整回收再利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池电堆的组装结构。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种燃料电池电堆的组装结构，所述电堆依次由双极板和膜电极交替堆叠形成，所述双极板包括阴极面和阳极面，所述阴极面和阳极面均独立地设置流场和公共流道，所述公共流道位于所述流场的两侧，安装时，所述膜电极与相邻双极板之间设置第一密封件，相邻两块双极板的公共流道区域通过第二密封件进行密封。在本申请中，阴阳极极板公共流道部分由非弹性体胶水粘接（即第二密封件），中间膜电极边框与流场部分由弹性体密封件（即第一密封件）密封形成单池，利用极板自身刚性，计算好高度差可以使活性区域受力均一稳定，弹性体密封件受力均一稳定。而且使用单池进行电堆组装可以大大减少相关组件数量，提高组装精度，单池水流场部分可使用硬度较高的弹性体密封件，变形量较小可使电堆整体尺寸偏差减小，并且由于单池自身尺寸结构稳定，即使压装力发生小范围改变也不会影响膜电极的受力导致性能改变。

在第一方面的一种实施方式中，所述膜电极包括同轴心布置的阴极扩散层、CCM膜、阳极扩散层、第一边框和第二边框，所述阴极扩散层、CCM膜和阳极扩散层依次堆叠布置，所述阴极扩散层的外缘尺寸小于等于所述第一边框的内缘尺寸，所述阳极扩散层的外缘尺寸小于等于所述第二边框的内缘尺寸，所述CCM膜的外缘尺寸大于所述阴极扩散层及阳极扩散层的外缘尺寸，所述CCM膜外缘的两侧分别与第一边框和第二边框通过胶层粘结，所述第一边框和第二边框通过胶层相互粘结。