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CN103794741A - 一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构 - Google Patents

一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构 Download PDF

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CN103794741A
CN103794741A CN201410038815.9A CN201410038815A CN103794741A CN 103794741 A CN103794741 A CN 103794741A CN 201410038815 A CN201410038815 A CN 201410038815A CN 103794741 A CN103794741 A CN 103794741A
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CN
China
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fuel cell
pile
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compensation
end plate
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CN201410038815.9A
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English (en)
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刘常福
赵帅
侯中军
付宇
王红梅
窦永香
明平文
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Sunrise Power Co Ltd
Original Assignee
Sunrise Power Co Ltd
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Abstract

一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构，包括组装在两块端板之间的膜电极、双极板和集流板，两块端板上不设补偿弹簧，端板为用具有冷胀热缩性质的锑、铋或镓的合金材料制成的端板。有益效果是：能够完全补偿电堆内部各构件热胀冷缩的尺寸变化带来的组装力的不平衡，提高了补偿效率和能力，不需要使用弹簧，更节省空间，提高燃料电池的集成度，提高电堆体积比功率和重量比功率。同时，部件种类减少，在一定程度上提高电堆长期运行的可靠性。

Description

一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及燃料电池电堆技术。 
背景技术
现有技术中燃料电池端板上设有弹簧，通过弹簧形变有效补偿燃料电池堆内的膜膨胀和压应力松弛引起燃料电池内部层叠体紧固力的变化，减小沿燃料电池层叠方向负荷的变化。以电堆初始组装力为15KN为例。假设电堆内各部件尺寸下降3mm，电堆组装力下降6KN，如果弹簧伸长3mm来补偿电堆内各部件尺寸变化，每个弹簧需释放弹性势能4kN，这时电堆内各部件受力15KN，弹簧受力15-4=11KN，显然此系统不能保持平衡，下降的4KN势能由弹簧、电堆内各部件共同分担。现有技术的不足是：电堆内各部件尺寸下降相同时，无论弹簧如何补偿，都不能使电堆维持原来的组装力，补偿能力受到制约，补偿效果不够理想；使用弹簧来补偿电堆时，增加电堆使用空间及重量，降低电堆体积比功率和重量比功率。 
发明内容
本发明的目的是提供一种可以补偿电堆内部组装力的端板，解决现有技术是不足。 
本发明的技术方案是：一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构，包括组装在两块端板之间的膜电极、双极板和集流板，其特征在于所述两块端板上不设补偿弹簧，端板为用具有冷胀热缩性质的锑、铋或镓的合金材料制成的端板。 
本发明的工作原理是：燃料电池堆的工作环境温度在-20℃到80℃之间，由于温度发生变化，电堆内部各构件尺寸会发生热胀冷缩的变化，用锑、铋或镓制成电堆的端板会发生冷胀热缩的变化。当电堆温度升高时，电堆内部各构件尺寸膨胀，厚度增大了S1，端板厚度会收缩S1，可以有效缓解电堆内部增大的组装力，防止电堆内部压力过大加速部件老化速度甚至压坏双极板或膜电极；当电堆温度降低时，电堆内部各构件尺寸厚度收缩S2，端板厚度膨胀S2，可以 有效缓解电堆内部组装力的降低，防止电堆内部压力减小造成组装力不够，导致接触双极板与膜电极接触电阻降低或者密封性能降低甚至失效。端板同时起到弹簧的补偿作用。 
本发明的有益效果是：能够完全补偿电堆内部各构件热胀冷缩的尺寸变化带来的组装力的不平衡，提高了补偿效率和能力，不需要使用弹簧，更节省空间，提高燃料电池的集成度，提高电堆体积比功率和重量比功率。同时，部件种类减少，在一定程度上提高电堆长期运行的可靠性。 
附图说明
附图1为本发明的电堆未紧固状态示意图 
附图2为本发明的电堆紧固状态电堆示意图 
附图3为传统使用弹簧做补偿的电堆示意图 
图中：1、端板；2、端板密封凹槽；3、端板密封胶圈；4、端板流场；5、端板内侧导电改性接片；6、端板外侧；7、膜电极（MEA）；8、双极板；9、螺帽，10、螺杆，11、补偿弹簧，12、集流板。 
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。 
以冷胀热缩材料锑、铋或镓的合金材料制成的端板1，端板1上不设补偿弹簧，端板内侧设有端板密封凹槽2、端板密封胶圈3、端板流场4和端板内侧导电改性接片5。燃料电池电堆按照以下顺序叠加在一起进行组装：一端的端板1、双极板8、膜电极（MEA）7、双极板8、膜电极（MEA）7……，直到最后一片膜电极（MEA）7，然后放置集流板12和另一端的端板1，用螺杆10和螺帽9将两端板及两端板间的双极板、膜电极（MEA）和集流板紧固连接。与传统使用弹簧做补偿的电堆相比，这样省去了端板外面两侧的补偿弹簧11，提升燃料电池结构集成度，从而达到燃料电池结构体积小、重量轻的效果，在一定程度上提高燃料电池堆的体积比功率和重量比功率。同时，部件种类减少，在一定程度上提高电堆长期运行的可靠性。 

Claims (1)

1.一种具有补偿能力的高集成度燃料电池结构，包括组装在两块端板（1）之间的膜电极（7）、双极板（8）和集流板（12），其特征在于所述两块端板（1）上不设补偿弹簧，端板（1）为用具有冷胀热缩性质的锑、铋或镓的合金材料制成的端板。
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