燃料電池堆的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種燃料電池堆，改善了現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池堆采用平板型結(jié)構(gòu)，會(huì)占用較大空間的問題。該燃料電池堆包括圓柱體，所述圓柱體的側(cè)面設(shè)有多個(gè)腔體，所述圓柱體中設(shè)有與所述多個(gè)腔體連通且延伸至所述圓柱體上底面的通道，每個(gè)所述腔體中分別安裝有一個(gè)單體電池和電極槽，安裝于所述多個(gè)腔體中的多個(gè)單體電池通過集流體電連接；所述通道包括沿所述圓柱體的軸線設(shè)置且延伸至所述圓柱體上底面的主道和與所述主道連通的多個(gè)輔道，所述輔道連接于所述主道與所述腔體之間。使用該燃料電池堆，可以顯著減小電池堆體積。
【專利說明】
燃料電池堆
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種燃料電池堆。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。燃料電池從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。將多個(gè)燃料電池集成在一起進(jìn)行發(fā)電則構(gòu)成燃料電池堆，隨著燃料電池堆中單體電池?cái)?shù)量的增加，燃料電池堆的體積也隨之增加，現(xiàn)今的燃料電池堆大都為平板型結(jié)構(gòu)，會(huì)占用較大的空間。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提供一種燃料電池堆，以改善現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池堆采用平板型結(jié)構(gòu)，會(huì)占用較大空間的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下:
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種燃料電池堆，包括圓柱體，所述圓柱體的側(cè)面設(shè)有多個(gè)腔體，所述圓柱體中設(shè)有與所述多個(gè)腔體連通且延伸至所述圓柱體上底面的通道，每個(gè)所述腔體中分別安裝有一個(gè)單體電池和電極槽，安裝于所述多個(gè)腔體中的多個(gè)單體電池通過集流體電連接；
[0006]所述通道包括沿所述圓柱體的軸線設(shè)置且延伸至所述圓柱體上底面的主道和與所述主道連通的多個(gè)輔道，所述輔道連接于所述主道與所述腔體之間。
[0007]作為一種優(yōu)選，所述多個(gè)腔體相互獨(dú)立且均勻分布在所述圓柱體的側(cè)面。
[0008]作為另一種優(yōu)選，所述多個(gè)腔體中每個(gè)腔體與所述主道之間距離相等，每個(gè)輔道的長(zhǎng)度相同。
[0009]作為又一種優(yōu)選，所述電極槽安裝于所述腔體中靠近所述圓柱體下底面的位置。
[0010]進(jìn)一步地，所述電極槽包括陽極槽和陰極槽，所述陽極槽和陰極槽安裝于所述腔體中靠近所述圓柱體下底面的位置；
[0011]所述陽極槽的長(zhǎng)寬高小于所述陰極槽的長(zhǎng)寬高。
[0012]進(jìn)一步地，所述陰極槽位于所述腔體中遠(yuǎn)離所述圓柱體的軸線一側(cè)，所述陽極槽位于所述腔體中靠近所述圓柱體的軸線一側(cè)。
[0013]作為優(yōu)選，所述單體電池包括安裝于所述陽極槽中的負(fù)極和安裝于所述陰極槽中的正極，所述正極和所述負(fù)極之間設(shè)置有隔膜，所述正極遠(yuǎn)離所述負(fù)極的一側(cè)設(shè)有防水透氣膜。
[0014]優(yōu)選地，所述多個(gè)單體電池通過所述集流體串聯(lián)；
[0015]或者，所述多個(gè)單體電池通過所述集流體并聯(lián)。
[0016]進(jìn)一步地，所述集流體通過引腳與所述多個(gè)單體電池電連接，所述集流體位于所述圓柱體外。
[0017]作為優(yōu)選，所述圓柱體采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制造而成。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例中所提供的燃料電池堆整體上采用圓柱體設(shè)計(jì)，圓柱體電池堆的結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小重量更輕，大大提高了電池的體積比功率和質(zhì)量比功率，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0019]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實(shí)用新型的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0021 ]圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種圓柱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的另一種燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]各附圖標(biāo)記名稱為:
[0025]圓柱體100，腔體101，通道102，單體電池103，電極槽104;
[0026]防水透氣膜201，正極202，隔膜203，負(fù)極204。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實(shí)用新型實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本實(shí)用新型的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍，而是僅僅表示本實(shí)用新型的選定實(shí)施例。基于本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0028]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間較小的燃料電池堆，如圖1?3所示，該燃料電池堆包括圓柱體100，所述圓柱體100的側(cè)面設(shè)有多個(gè)腔體101，所述圓柱體100中設(shè)有與所述多個(gè)腔體101連通且延伸至所述圓柱體100上底面的通道102，每個(gè)所述腔體101中分別安裝有一個(gè)單體電池103和電極槽104，安裝于所述多個(gè)腔體101中的多個(gè)單體電池103通過集流體電連接。
[0030]其中，所述通道102包括沿所述圓柱體100的軸線設(shè)置且延伸至所述圓柱體100上底面的主道和與所述主道連通的多個(gè)輔道，所述輔道連接于所述主道與所述腔體101之間。
[0031]本實(shí)用新型實(shí)施例中，優(yōu)選圓柱體100側(cè)面的多個(gè)腔體101相互獨(dú)立且均勻分布在所述圓柱體100的側(cè)面。多個(gè)腔體101形成多個(gè)獨(dú)立的單電池區(qū)。例如:可在圓柱體100中設(shè)六個(gè)隔板，六個(gè)隔板采用星型連接，從而形成六個(gè)獨(dú)立的單電池區(qū)。
[0032]與所述多個(gè)腔體101連通且延伸至所述圓柱體100上底面的通道102形成一加注燃料區(qū)。為了確保多個(gè)腔體101中的燃料能夠被同時(shí)加滿，同時(shí)確保燃料在多個(gè)腔體101中分布均勻，本實(shí)施例中，通道102包括主道和多個(gè)輔道，其中，主道沿所述圓柱體100的軸線設(shè)置。例如:當(dāng)圓柱體100上有六個(gè)獨(dú)立的單電池區(qū)時(shí)，主道位于六個(gè)隔板星型連接的交點(diǎn)處。多個(gè)腔體101大小、結(jié)構(gòu)、連接方式完全相同，從而使得所述多個(gè)腔體101中每個(gè)腔體101與所述主道之間距離相等，每個(gè)輔道的長(zhǎng)度相同。如此設(shè)置后，只需從圓柱體100頂部向主道中加注燃料，即可保證多個(gè)腔體101中同步完成燃料添加，有效確保燃料在各個(gè)腔體101中分布均勻。
[0033]為了確保腔體101中的燃料能夠被充分利用，本實(shí)用新型實(shí)施例中，優(yōu)選每個(gè)腔體101中的所述電極槽104安裝于所述腔體101中靠近所述圓柱體100下底面的位置。
[0034]其中，所述電極槽104包括陽極槽和陰極槽，所述陽極槽和陰極槽均安裝于所述腔體101中靠近所述圓柱體100下底面的位置。為了防止電極帶式連接產(chǎn)生短路和液接電勢(shì)，本實(shí)施例中，優(yōu)選對(duì)陽極槽和陰極槽進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，所述陽極槽的長(zhǎng)寬高小于所述陰極槽的長(zhǎng)寬高。例如:陽極槽的長(zhǎng)寬高可為15*15*lmm，陰極槽的長(zhǎng)寬高可為23*18*3mm ο
[0035]在對(duì)陽極槽和陰極槽進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)的同時(shí)，優(yōu)選在陽極槽和陰極槽之間設(shè)置隔膜203。將所述陰極槽設(shè)置于所述腔體101中遠(yuǎn)離所述圓柱體100的軸線一側(cè)，將所述陽極槽設(shè)置于所述腔體101中靠近所述圓柱體100的軸線一側(cè)。
[0036]每個(gè)腔體101中的所述單體電池103包括安裝于所述陽極槽中的負(fù)極204和安裝于所述陰極槽中的正極202，所述隔膜203設(shè)置于所述正極202和所述負(fù)極204之間，所述正極202遠(yuǎn)離所述負(fù)極204的一側(cè)設(shè)有防水透氣膜201。如此設(shè)置，能有效防止同一單電池的陰極和陽極短路，確保燃料電池堆工作的穩(wěn)定可靠性。
[0037]本實(shí)施例中，燃料電池堆中的多個(gè)單體電池103通過集流體電連接，使得各單體電池103產(chǎn)生的電能能夠通過集流體被集中進(jìn)行輸送。集流體，顧名思義就是指匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件，在鋰離子電池上主要指的是金屬箔，如銅箔、鋁箔。泛指也可以包括極耳。集流體的功用主要是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對(duì)外輸出，因此集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸，并且內(nèi)阻應(yīng)盡可能小為佳。
[0038]需說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中，多個(gè)腔體101中僅有靠近圓柱體100底面的部分作為燃料盛放區(qū)用于盛放燃料，燃料流經(jīng)通道102與燃料盛放區(qū)之間存在空隙，使得燃料和外部空氣均能通過通道102進(jìn)入腔體101中，從而使每個(gè)腔體101中的單體電池103能夠可靠進(jìn)行發(fā)電，且發(fā)電時(shí)燃料與負(fù)極204的催化劑作用，燃料(硼氫化物)水解所產(chǎn)生的氫氣亦能通過通道102排放到外界。
[0039]在應(yīng)用時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求，多個(gè)腔體101中的多個(gè)單體電池103的連接方式有多種，例如:若需要提供高電壓低電流，則可將所述多個(gè)單體電池103通過所述集流體串聯(lián)。若需要提供低電壓高電流，則可將所述多個(gè)單體電池103通過所述集流體并聯(lián)。若需要提供適中的電壓和電流，則可將所述多個(gè)單體電池103通過所述集流體部分并聯(lián)、部分串聯(lián)。
[0040]為了提高單體電池103檢修和替換的便捷性，優(yōu)選所述集流體通過引腳與所述多個(gè)單體電池103連接，所述集流體位于所述圓柱體100外。
[0041]進(jìn)一步地，優(yōu)選所述圓柱體100采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS)制造而成。以進(jìn)一步提高電池堆的體積比功率和質(zhì)量比功率。
[0042]需說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中的燃料電池堆的發(fā)電原理與傳統(tǒng)的平板型電池堆發(fā)電原理基本一致，因而本實(shí)施例中不再對(duì)電池堆的發(fā)電原理進(jìn)行贅述。
[0043]為了使得本實(shí)用新型實(shí)施例的方案更為清楚，本實(shí)施例中對(duì)燃料電池堆的其中一種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行舉例說明。
[0044]本實(shí)施例中的電池堆為圓柱體100，圓柱體電池堆與傳統(tǒng)平板型電池堆在電池的基本原理上一樣，但采用圓柱體100設(shè)計(jì)，電池堆的結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小重量更輕。同時(shí)選用密度為1.02g.cm—3的ABS材料作為電池堆的結(jié)構(gòu)材料，大大提高了電池堆的體積比功率和質(zhì)量比功率。經(jīng)驗(yàn)證，本圓柱體電池堆可設(shè)計(jì)為直徑為50mm，高度為38mm，總體積為74.58cm3大小。電極槽104是在圓柱體100側(cè)壁上切除制成的，電極槽104能夠很好的定位和固定電極，同時(shí)電極槽104采用差異化設(shè)計(jì)，能有效防止同一單電池的陰陽兩極因隔膜203遇電解質(zhì)收縮等原因造成短路現(xiàn)象。圓柱體100內(nèi)部可采用厚度為3mm的隔板將圓柱體100等分成6個(gè)燃料儲(chǔ)存腔，經(jīng)測(cè)算每個(gè)燃料儲(chǔ)存腔的容積約為4.56IHL』個(gè)燃料入口匯集于一個(gè)總的入口，既能保證燃料分布的均勻性，又便于電池堆的系統(tǒng)封裝，燃料入口同時(shí)作為氫氣的排出口。
[0045]在實(shí)施時(shí)，本實(shí)施例中的燃料電池堆可采用新興流行的3D打印技術(shù)對(duì)ABS材料快速一體成型，以縮減燃料電池堆制作周期，降低制造價(jià)格。ABS材料具有優(yōu)良的抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能，是良好的燃料電池堆制作材料。為了確保3D打印得到的燃料電池堆表面的光滑度，優(yōu)選地，本電池堆打印過程中精度選擇0.1mm內(nèi)部填充度，為保證電池堆的強(qiáng)度以及防止電池堆漏液，優(yōu)選地，該電池堆的填充度選擇為100%。
[0046]考慮到圓柱體電池堆若采用帶式連接將很難解決電池的密封與短路問題，會(huì)造成相鄰單體電池103電極之間的滲液并引起混合電勢(shì)，同時(shí)也不利于單體電池103的檢測(cè)和更換。本實(shí)施例中，優(yōu)選燃料電池堆采用集流體的引腳在電池外部實(shí)現(xiàn)電連接，經(jīng)驗(yàn)證，采用集流體在電池外部進(jìn)行連接可以很好地實(shí)現(xiàn)電池堆的微型化和解決電池組的內(nèi)部短路問題。
[0047]為了防止溶液滲透，本實(shí)施例中優(yōu)選使用艾威博爾207106全透明高純度熱熔膠將各個(gè)單電池與電池堆結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。
[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例中所提供的燃料電池堆整體上采用圓柱體100設(shè)計(jì)，圓柱體電池堆的結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小重量更輕，大大提高了電池堆的體積比功率和質(zhì)量比功率。同時(shí)陰極槽和陽極槽采用差異化設(shè)計(jì)，有效防止了同一電池的陰極和陽極因隔膜203收縮等原因造成短路現(xiàn)象。圓柱體100內(nèi)部等分成多個(gè)腔體101，各腔體101的燃料入口匯集于一個(gè)總的入口，入口位于多個(gè)腔體101的交匯處，入口的圓心與電池堆的圓心重合，既能保證燃料在各腔中均勻分布，又便于電池堆的系統(tǒng)封裝，燃料入口(通道102)同時(shí)作為氫氣的排出口，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)巧妙，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0049]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池堆，其特征在于，包括圓柱體，所述圓柱體的側(cè)面設(shè)有多個(gè)腔體，所述圓柱體中設(shè)有與所述多個(gè)腔體連通且延伸至所述圓柱體上底面的通道，每個(gè)所述腔體中分別安裝有一個(gè)單體電池和電極槽，安裝于所述多個(gè)腔體中的多個(gè)單體電池通過集流體電連接； 所述通道包括沿所述圓柱體的軸線設(shè)置且延伸至所述圓柱體上底面的主道和與所述主道連通的多個(gè)輔道，所述輔道連接于所述主道與所述腔體之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述多個(gè)腔體相互獨(dú)立且均勻分布在所述圓柱體的側(cè)面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述多個(gè)腔體中每個(gè)腔體與所述主道之間距離相等，每個(gè)輔道的長(zhǎng)度相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述電極槽安裝于所述腔體中靠近所述圓柱體下底面的位置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池堆，其特征在于，所述電極槽包括陽極槽和陰極槽，所述陽極槽和陰極槽安裝于所述腔體中靠近所述圓柱體下底面的位置； 所述陽極槽的長(zhǎng)寬高小于所述陰極槽的長(zhǎng)寬高。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池堆，其特征在于，所述陰極槽位于所述腔體中遠(yuǎn)離所述圓柱體的軸線一側(cè)，所述陽極槽位于所述腔體中靠近所述圓柱體的軸線一側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池堆，其特征在于，所述單體電池包括安裝于所述陽極槽中的負(fù)極和安裝于所述陰極槽中的正極，所述正極和所述負(fù)極之間設(shè)置有隔膜，所述正極遠(yuǎn)離所述負(fù)極的一側(cè)設(shè)有防水透氣膜。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池堆，其特征在于，所述多個(gè)單體電池通過所述集流體串聯(lián)； 或者，所述多個(gè)單體電池通過所述集流體并聯(lián)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池堆，其特征在于，所述集流體通過引腳與所述多個(gè)單體電池電連接，所述集流體位于所述圓柱體外。10.根據(jù)權(quán)利要求1?9任意一項(xiàng)所述的燃料電池堆，其特征在于，所述圓柱體采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制造而成。
【文檔編號(hào)】H01M2/10GK205488287SQ201620116209
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日
【發(fā)明人】馬金福, 喻聰, 朱堯杰, 薛偉, 張珊, 董金
【申請(qǐng)人】北方民族大學(xué)