一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板及燃料電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，包括分割板，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面；以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體。同時公開了具有該極板的燃料電池。本實(shí)用新型能夠提高極板的強(qiáng)度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，減輕整體的重量，延長使用壽命，同時也提高電池的能量轉(zhuǎn)化率。
【專利說明】
一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板及燃料電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種質(zhì)子交換膜燃料電池中使用的極板，同時也涉及具有該極板的燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，燃料電池作為一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，在基站電源、中小型電站、電動車、備用電源、便攜電源等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名副其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。燃料電池可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融鹽燃料電池、微生物燃料電池、生物燃料電池等。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池則是非常重要的一種。質(zhì)子交換膜燃料電池主要由端板、集電板、雙極板、膜電極等組成。雙極板是燃料電池的支架部分，主要起支撐、分布導(dǎo)流氣體并隔離氣體和集流導(dǎo)電的作用，目前做雙極板的材料主要有兩大類:一類是石墨做的雙極板，一類是金屬雙極板。由于金屬雙極板具有質(zhì)量輕、板材薄、易加工和規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，越來越被用于燃料電池產(chǎn)業(yè)。金屬雙極板的加工工藝不同于傳統(tǒng)的石墨雙極板的加工工藝，金屬雙極板主要以板材沖壓為主，所以金屬雙極板對燃料電池的氣體流場的設(shè)計要求較尚O
[0004]專利申請?zhí)枮?0236169.8的中國專利，公開了用于質(zhì)子交換膜燃料電池鑲嵌結(jié)構(gòu)雙極板，將普通的石墨制成氫氣流場板和氧氣流場板分別鑲嵌到金屬材料制成的分割板上下面凹槽腔中，構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)雙極板。但是這種結(jié)構(gòu)的缺陷在于:石墨板與金屬分割板難以結(jié)合緊密，導(dǎo)致導(dǎo)電性能受到很大的影響，最終影響整個電池組的能量轉(zhuǎn)化率；同時，所述石墨板與金屬分割板的剛性接觸容易產(chǎn)生松動，而且，整體電池重量較大。
[0005]因此，非常有必要設(shè)計一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板以及燃料電池。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板以及燃料電池，從而解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0007]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，包括
[0009]分割板，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面；
[0010]以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體。[0011 ]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述分割板采用厚度為0.3-0.6mm的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板。該厚度是經(jīng)過發(fā)明人長期的實(shí)踐得出的，在確保整體質(zhì)量輕、導(dǎo)電性好的基礎(chǔ)上，最大限度的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度的提高。
[0012]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述分割板設(shè)有所述石墨層的一側(cè)面為粗糙面。
[0013]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部。
[0014]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部。
[0015]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述粗糙面上分布有針刺狀的凸起部。
[0016]當(dāng)分割板的一個粗糙面上設(shè)置有針刺狀的凸起部時，所述針刺狀的凸起部在沖壓時從所述分割板的另一個側(cè)面凸出，從而使得分割板的另一個側(cè)面也成為粗糙面，使得石墨層與分割板之間結(jié)合更加緊密。
[0017]燃料電池，包括兩塊極板和處于兩塊所述極板之間的膜電極組件，
[0018]所述極板采用如上所述的結(jié)構(gòu)，即:所述極板包括
[0019]分割板，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面；
[0020]以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體；
[0021 ]所述極板的分割板一面朝向所述膜電極組件。
[0022]本實(shí)用新型中，作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述極板的邊沿利用邊框進(jìn)行固定。
[0023]由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0024]實(shí)用新型提供的質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，包括分割板以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面;所述石墨層刮涂于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板沖壓結(jié)合為一體。基于這種結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型結(jié)合了分割板強(qiáng)度優(yōu)勢，其中，分割板采用碳纖維增強(qiáng)招基復(fù)合材料，碳纖維增強(qiáng)招基復(fù)合材料(carbon fiber reinforced Al-ma-trixcontpnsite；graphite fiber reinforced Al-matrix composite)是以招或招合金為基體，以低密度、高強(qiáng)度、高模量的碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。纖維排列分布可以根據(jù)構(gòu)件性能特點(diǎn)選擇設(shè)計一維、二維或三維分布。碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能取決于纖維的種類、含量、分布、基體鋁合金的成分以及制備方法。這種材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、耐高溫、耐磨、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異的綜合性能。碳纖維增強(qiáng)鋁的性能可據(jù)設(shè)計性能要求通過優(yōu)化組合纖維的含量、分布得到。這樣，就大大提高了電極板導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及整體的強(qiáng)度，而且耐腐蝕，使用壽命大大延長，質(zhì)量輕，大大減輕了電堆的整體重量。
[0025]本實(shí)用新型中，所述分割板的一個粗糙面上設(shè)置有針刺狀的凸起部?；谶@種結(jié)構(gòu)，分割板的粗糙面最大限度的提高了接觸面積，同時，存在針刺狀的凸起部更能夠增加石墨層與分割板之間的附著力，確保兩者結(jié)合緊密，導(dǎo)電效果更好，也利于燃料電池中氣體分子透過、并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而石墨層在這種結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)良的導(dǎo)電，更利于氫氣在催化下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時電子的轉(zhuǎn)移，最大限度的減小的電阻，減少了能量的損失。
[0026]綜上所述，本實(shí)用新型能夠提高極板的強(qiáng)度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，減輕整體的重量，延長使用壽命，同時也提高電池的能量轉(zhuǎn)化率。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本實(shí)用新型燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖5為本實(shí)用新型邊框的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0033]實(shí)施例一
[0034]參見圖1，一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，包括分割板1、以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層2，所述分割板采用厚度為0.6mm的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板，碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板是以鋁或鋁合金為基體，以低密度、高強(qiáng)度、高模量的碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。纖維排列分布可以根據(jù)構(gòu)件性能特點(diǎn)選擇設(shè)計一維、二維或三維分布。這種材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、耐高溫、耐磨、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異的綜合性能。碳纖維增強(qiáng)鋁的性能可據(jù)設(shè)計性能要求通過優(yōu)化組合纖維的含量、分布得到。所述分割板I設(shè)有所述石墨層2的一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面，本實(shí)施例中，所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部3，所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體。
[0035]實(shí)施例二
[0036]參見圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于:所述分割板I采用厚度為0.3mm的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板，所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部4?；⌒蔚耐蛊鸩坷谑珜拥木鶆蚍植加诟魍蛊鸩恐g，同時也使得石墨層厚度分散，透過性更好，利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
[0037]實(shí)施例三
[0038]如圖3所示，一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，包括分割板1、以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層2，所述分割板I采用厚度為0.5mm的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板，碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板是以鋁或鋁合金為基體，以低密度、高強(qiáng)度、高模量的碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。纖維排列分布可以根據(jù)構(gòu)件性能特點(diǎn)選擇設(shè)計一維、二維或三維分布。這種材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、耐高溫、耐磨、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異的綜合性能。碳纖維增強(qiáng)鋁的性能可據(jù)設(shè)計性能要求通過優(yōu)化組合纖維的含量、分布得到。所述分割板I設(shè)有所述石墨層2的一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面，本實(shí)施例中，所述分割板I的粗糙面上設(shè)置有針刺狀的凸起部5，發(fā)明人在長期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，分割板的針刺狀的凸起部最大限度的提高了接觸面積，同時，存在針刺狀的凸起部5更能夠增加石墨層與分割板之間的附著力，確保兩者結(jié)合緊密，利于燃料電池中氣體分子透過、并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且當(dāng)分割板的一個粗糙面上設(shè)置有針刺狀的凸起部時，所述針刺狀的凸起部在沖壓極板時可以從所述分割板另一個側(cè)面凸出，從而使得分割板的另一個側(cè)面也成為粗糙面，使得石墨層與分割板之間結(jié)合更加緊密;所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體。
[0039]實(shí)施例四
[0040]如圖4所示，燃料電池，包括兩塊極板6和處于兩塊所述極板6之間的膜電極組件7，所述極板6采用如上所述的結(jié)構(gòu)，S卩:所述極板6包括分割板、以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面;所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體;所述極板的分割板一面朝向所述膜電極組件7。
[0041]本實(shí)用新型中，所述極板6的邊沿利用邊框8進(jìn)行固定。發(fā)明人選擇了一種非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu):如圖5所示，邊框利用兩個側(cè)壁形成狹長的安裝槽，導(dǎo)電密封膠密封，所述極板6的邊沿插裝于所述安裝槽內(nèi)進(jìn)行夾持，所述側(cè)壁的外側(cè)面下部開設(shè)有若干卡位槽9，且所述側(cè)壁的外側(cè)面上部設(shè)置有彈性片10，所述彈性片彎曲后，末端限位于卡位槽9內(nèi)。
[0042]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:包括 分割板，所述分割板至少有一側(cè)面為粗糙面，所述粗糙面具有凹凸不平的表面； 以及位于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣流通道一側(cè)的石墨層，所述石墨層設(shè)置于所述分割板的一個粗糙面上，并與所述分割板結(jié)合為一體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:所述分割板采用厚度為0.3-0.6mm的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料板。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:所述分割板設(shè)有所述石墨層的一側(cè)面為粗糙面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:所述粗糙面上分布有剖面呈矩形的凸起部。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:所述粗糙面上分布有剖面呈弧形的凸起部。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池用極板，其特征在于:所述粗糙面上分布有針刺狀的凸起部。7.燃料電池，包括兩塊極板和處于兩塊所述極板之間的膜電極組件，其特征在于:所述極板采用如權(quán)利要求1-6任一項所述的極板;所述極板的分割板一面朝向所述膜電極組件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池，其特征在于:所述極板的邊沿利用邊框進(jìn)行固定，導(dǎo)電密封膠密封。
【文檔編號】H01M8/0213GK205645995SQ201620507559
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】郭金武
【申請人】山東智龍氫燃料汽車科技有限公司