CN105428678A - 一种高功率密度pemfc电堆用密封连接件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，包括连接板，所述连接板的四周设置有弹性密封结构，所述弹性密封结构贴合在三合一膜电极的进气孔、进液孔的四周，所述连接板上由所述弹性密封结构围成的中心区域内压贴专用极板，且所述弹性密封结构的厚度大于所述专用极板的厚度，所述连接件表面镀有导电镀层，便于电荷传输，内部设置有冷却液流场，便于电堆的冷却与温度控制。本发明在连接件的四周设置有弹性密封结构用于密封贴合在板体中心区域的专用极板，解决高功率密度PEMFC电堆设计用传统密封方式无法密封的问题，降低电堆的重量和体积，提高了电堆的功率密度。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体是一种高功率密度质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆用密封连接件。
背景技术
质子交换膜燃料电池（protonexchangemembranefuelcell）是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。
质子交换膜燃料电池的电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆。
由此可以看出，传统的燃料电池是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。双极板是燃料电池部件中最重的构件，传统的双极板基本上是石墨双极板或金属双极板，重量占电堆重量一半以上，使得燃料电池重量与体积偏大，限制燃料电池应用范围与领域，在当今对燃料电池的体积密度和重量密度要求接近苛求的条件下，越来越掣肘着燃料电池的商业化脚步。
新型的高功率密度质子交换膜燃料电池电堆的主要构件是端板、集电板、极板和三合一MEA组成。利用新型的具有均质分散气体和具有气体流场的极板，取代传统的双极板和碳纸。由于整体结构的改变，新型的燃料电池电堆又涉及到密封性的问题，密封性对于质子交换膜燃料电池是一个至关重要的问题，传统的电堆密封方式是将密封圈放置在双极板上或者在双极板与密封圈之间涂覆密封胶，在一定压力下使密封圈微变形，从而达到密封效果。而新型的高功率密度质子交换膜燃料电池，由于极板的疏松多孔的性质，所以阴阳两极的极板都要进行密封，防止电堆的外漏，造成电堆的性能下降和安全隐患密封方式不能采用传统的电堆密封方式，需要对密封结构进行进一步的改进才能满足新型质子交换膜燃料电池的需求。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种密封性能卓越，适用于高功率密度质子交换膜燃料电池电堆的密封连接件。
技术方案：本发明所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，包括连接板，所述连接板的四周设置有弹性密封结构，所述弹性密封结构贴合在三合一膜电极的进气孔、进液孔的四周，所述连接板上由所述弹性密封结构围成的中心区域内压贴专用极板，且所述弹性密封结构的厚度大于所述专用极板的厚度；
所述连接板表面镀有导电镀层，便于电荷传输，内部设置有冷却液流场，便于电堆的冷却与温度控制，连接板表面与所述专用极板接触部位设置有气体流场；所述连接板的两端分别设置有进气孔、进液孔和出气孔、出液孔，所述进液孔和出液孔通过所述冷却液流场相互连通，所述进气孔和出气孔通过所述气体流场相互连通。
本发明进一步优选地的技术方案为，所述导电镀层的厚度为10nm~100nm。
优选地，所述连接板的两个表面四周均设置有弹性密封结构，两表面的中心区域内分别贴合阳极专用极板和阴极专用极板。
优选地，所述连接板两端的进气孔和出气孔均为两个，分别为氧化气体进口、燃料气体进口和氧化气体出口、燃料气体出口，所述氧化气体进口和氧化气体出口以及燃料气体进口和燃料气体出口分别通过连接板其中一侧表面的气体流场各自连通。
优选地，所述连接板为由金属材料、非金属材料或复合材料制成的板体，板体的热导系数≥15/[w.(mk)-1]。
优选地，所述弹性密封结构为由弹性材料加工的密封圈。
优选地，所述专用极板的表面一面为平板面，另一面根据设计的流场压制有气体流场，其中，平板表面涂覆导电缓冲层后并贴合在所述三合一膜电极上，流场表面紧密贴合在所述连接板上。
有益效果：本发明在连接板的四周设置有弹性密封结构，贴合在三合一膜电极的进气孔、进液孔的四周，用于密封贴合在连接件中心区域的专用极板，确保电堆整体无需设置双极板，即可完成电堆的密封，解决高功率密度PEMFC电堆设计采用传统密封方式无法密封的问题，减少电堆的成本，降低电堆的重量和体积，提高了电堆的比体积密度和比重量密度；同时本发明在连接板内部设置液体流道，便于冷却液均匀分布有利于电堆冷却和温度控制；在连接板表面设置气体流场，可配合专用极板，完成气体均匀分布，代替传统双极板的气体均匀分布功能，减少了电堆配件数量，提高电堆的组装效率，加快了燃料电池产业化的脚步；
另外，本发明在连接板表面以及弹性密封结构的表面还设置有一层导电镀层，便于收集电流，减少电堆内阻，提高电堆的性能。
附图说明
图1为本发明所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件的结构示意图；
图2为图1的截面图；
图3为本发明所述高功率密度PEMFC电堆的装配图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，包括连接板1，连接板1的尺寸根据电堆的尺寸确定，连接板为由金属材料、非金属材料或复合材料制成的板体，板体的热导系数≥15/[w.(mk)-1]；
如图1所示：连接板1两个表面的四周均设置有弹性密封结构11，比如密封圈，连接板1两个表面的弹性密封结构11分别贴合在两侧的三合一膜电极2的进气孔、进液孔的四周，连接板1两面上由弹性密封结构11围成的中心区域内分别压贴阳极专用极板3和阴极专用极板4，且弹性密封结构11的厚度大于专用极板3、4的厚度，连接板1表面以及弹性密封结构11的表面还设置有一层10nm~100nm厚的导电镀层12；
连接板1的两端分别设置有氧化剂气体进口13、燃料气体进口14、进液孔15和氧化剂气体出口16、燃料气体出口17、出液孔18，连接板1内部设置液体流场19，进液孔15和出液孔18通过液体流场19相互连通；连接板1表面与专用极板3、4接触部位设置有气体流场，氧化剂气体进口13和氧化剂气体出口17以及燃料气体进口14和燃料气体出口17分别通过连接板2其中一侧表面的气体流场各自连通。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，包括连接板，所述连接板的四周设置有弹性密封结构，所述弹性密封结构贴合在三合一膜电极的进气孔、进液孔的四周，所述连接板上由所述弹性密封结构围成的中心区域内压贴专用极板，且所述弹性密封结构的厚度大于所述专用极板的厚度；
所述连接板表面镀有导电镀层，便于电荷传输，内部设置有冷却液流场，便于电堆的冷却与温度控制，连接板表面与所述专用极板接触部位设置有气体流场；所述连接板的两端分别设置有进气孔、进液孔和出气孔、出液孔，所述进液孔和出液孔通过所述冷却液流场相互连通，所述进气孔和出气孔通过所述气体流场相互连通。
2.根据权利要求1所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述导电镀层的厚度为10nm~100nm。
3.根据权利要求1所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述连接板的两个表面四周均设置有弹性密封结构，两表面的中心区域内分别贴合阳极专用极板和阴极专用极板。
4.根据权利要求3所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述连接板两端的进气孔和出气孔均为两个，分别为氧化气体进口、燃料气体进口和氧化气体出口、燃料气体出口，所述氧化气体进口和氧化气体出口以及燃料气体进口和燃料气体出口分别通过连接板其中一侧表面的气体流场各自连通。
5.根据权利要求1所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述连接板为由金属材料、非金属材料或复合材料制成的板体，板体的热导系数≥15/[w.(mk)-1]。
6.根据权利要求1所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述弹性密封结构为由弹性材料加工的密封圈。
7.根据权利要求1所述高功率密度PEMFC电堆用密封连接件，其特征在于，所述专用极板的表面一面为平板面，另一面根据设计的流场压制有气体流场，其中，平板表面涂覆导电缓冲层后并贴合在所述三合一膜电极上，流场表面紧密贴合在所述连接板上。
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