一种适配碳纸尺寸的非对称燃料电池极板的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种适配碳纸尺寸的非对称燃料电池极板。


背景技术：

2.燃料电池是目前正在大力推广的新型能源转换装置，相较于传统的镍镉电池，具有电能高、污染小、可持续性强的特点。燃料电池在使用时，在阴极板和阳极板之间设有阴极碳纸、阳极碳纸和膜电极组件，阴极板与阴极碳纸和膜电极组件的硬质边框接触，阳极板与阴极碳纸和膜电极组件的硬质边框接触，在进行电堆装配时，将阴极碳纸、阳极碳纸和膜电极组件进行压缩。但是现有技术中，极板边沿结构未考虑膜电极组件两侧气体扩散层的厚度和压缩性能差异，在电堆装配受压时容易使膜电极组件的质子膜在边框中的位置与在流场中的错位，导致质子膜额外受力，影响局部机械强度和使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的未考虑膜电极组件两侧气体扩散层的厚度和压缩性能差异，导致质子膜额外受力，影响局部机械强度和使用寿命的缺陷而提供一种适配碳纸尺寸的非对称燃料电池极板。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种适配碳纸尺寸的非对称燃料电池极板，包括阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板之间设有阴极碳纸、阳极碳纸和膜电极组件，所述膜电极组件包括质子膜和硬质边框，所述阴极碳纸和阳极碳纸位于其中一端，所述硬质边框位于另一端，所述质子膜位于阴极碳纸和阳极碳纸之间，所述阴极碳纸与硬质边框的连接处为梯形结构，所述阴极板在梯形结构的对应的流道位置根据阴极碳纸和阳极碳纸的压缩率设有相应尺寸的阶梯状的槽口。
6.所述槽口具体是阴极板的流道的脊高通过冲压形成阶梯状。
7.所述硬质边框包括阴极侧边框和阳极侧边框，所述阴极侧边框和阳极侧边框在出厂时已经粘接成为标准厚度的边框。
8.进一步地，所述阴极侧边框与阴极碳纸接触且延伸至阴极碳纸和阳极碳纸之间。
9.进一步地，所述阴极碳纸和阳极碳纸之间的区域中，阴极侧边框与质子膜贴合，所述质子膜靠近阳极碳纸所在的一侧，所述阴极侧边框靠近阴极碳纸所在的一侧。
10.所述质子膜和阳极碳纸之间设有阳极粘接胶进行粘合。
11.所述阴极侧边框和阴极碳纸之间设有阴极粘接胶进行粘合。
12.所述阳极碳纸的厚度大于阴极碳纸的厚度。
13.所述阴极板上通过第一阴极接触面和第二阴极接触面与阴极碳纸接触，通过第三阴极接触面与硬质边框接触，第二阴极接触面位于阴极板的阶梯状的槽口处。
14.所述阳极板上通过第一阳极接触面和第二阳极接触面与阳极碳纸接触，通过第三
阳极接触面与硬质边框接触，第二阳极接触面位于第二阴极接触面的正下方。
15.进一步地，所述第三阳极接触面和第三阴极接触面均接触压紧硬质边框，第二阳极接触面和第二阴极接触面分别压紧相应的阳极碳纸和阴极碳纸。
16.进一步地，所述第一阴极接触面、第二阴极接触面与第三阴极接触面不在同一平面上，所述第一阳极接触面和第二阳极接触面位于同一平面上。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.本发明中阴极板在梯形结构的对应的流道位置根据阴极碳纸和阳极碳纸的压缩率设有相应尺寸的阶梯状的槽口，匹配阴极碳纸和阳极碳纸的压缩率，确保此区域的阳极碳纸压缩率相同，避免出现碳纸过压的情况，确保质子膜在电堆装配压缩的状态下不发生褶皱和错位扭曲，提高了局部机械强度和质子膜的使用寿命。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明实施例一中膜电极压缩前的结构示意图；
21.图3为本发明实施例一中膜电极压缩后的结构示意图；
22.图4为本发明实施例二中膜电极压缩后的结构示意图。
23.附图标记：
[0024]1‑
阴极板；2
‑
阳极板；3
‑
膜电极组件；4
‑
质子膜；5
‑
阴极碳纸；6
‑
阳极碳纸；7
‑
阴极侧边框；8
‑
阴极侧边框；9
‑
阴极粘接胶；10
‑
阳极粘接胶；11
‑
第一阴极接触面；12
‑
第二阴极接触面；13
‑
第三阴极接触面；14
‑
第一阳极接触面；15
‑
第二阳极接触面；16
‑
第三阳极接触面。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]
实施例一
[0027]
如图1所示，一种适配碳纸尺寸的非对称燃料电池极板，包括阳极板2和阴极板1，阳极板2和阴极板1之间设有阴极碳纸5、阳极碳纸6和膜电极组件3，膜电极组件3包括质子膜4和硬质边框，阴极碳纸5和阳极碳纸6位于其中一端，硬质边框位于另一端，质子膜4位于阴极碳纸5和阳极碳纸6之间，阴极碳纸5与硬质边框的连接处为梯形结构，阴极板1在梯形结构的对应的流道位置根据阴极碳纸5和阳极碳纸6的压缩率设有相应尺寸的阶梯状的槽口。
[0028]
槽口具体是阴极板1的流道的脊高通过冲压形成阶梯状。
[0029]
硬质边框包括阴极侧边框7和阳极侧边框8，阴极侧边框7和阳极侧边框8在出厂时已经粘接成为标准厚度的边框。
[0030]
如图2所示，阴极侧边框7与阴极碳纸5接触且延伸至阴极碳纸5和阳极碳纸6之间。
[0031]
如图3所示，阴极碳纸5和阳极碳纸6之间的区域中，阴极侧边框7与质子膜4贴合，质子膜4靠近阳极碳纸6所在的一侧，阴极侧边框7靠近阴极碳纸5所在的一侧。
[0032]
质子膜4和阳极碳纸6之间设有阳极粘接胶10进行粘合。
[0033]
阴极侧边框7和阴极碳纸5之间设有阴极粘接胶9进行粘合。
[0034]
阳极碳纸6的厚度大于阴极碳纸5的厚度。
[0035]
阴极板1上通过第一阴极接触面11和第二阴极接触面12与阴极碳纸5接触，通过第三阴极接触面13与硬质边框接触，第二阴极接触面12位于阴极板1的阶梯状的槽口处。
[0036]
阳极板2上通过第一阳极接触面14和第二阳极接触面15与阳极碳纸6接触，通过第三阳极接触面16与硬质边框接触，第二阳极接触面15位于第二阴极接触面12的正下方。
[0037]
第三阳极接触面16和第三阴极接触面13均接触压紧硬质边框，第二阳极接触面15和第二阴极接触面12分别压紧相应的阳极碳纸6和阴极碳纸5。
[0038]
第一阴极接触面11、第二阴极接触面12与第三阴极接触面13不在同一平面上，具体实施时，具体的尺寸差异通过匹配阴极碳纸5的压缩率来确定。
[0039]
第一阳极接触面14和第二阳极接触面15位于同一平面上，第三阳极接触面16与第一阳极接触面14和第二阳极接触面15不在同一平面上，具体的尺寸差异通过匹配阳极碳纸6的压缩率来确定，本实施例中，电堆装配压缩后，第一阳极接触面14和第二阳极接触面15所在平面距离质子膜4的距离小于第三阳极接触面16到质子膜4的距离。
[0040]
实施例二
[0041]
本实施例中，如图4所示，在电堆装配压缩后，第一阳极接触面14和第二阳极接触面15所在平面距离质子膜4的距离大于第三阳极接触面16到质子膜4的距离，其余同实施例一。
[0042]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。