一种环形阴极开放式空冷燃料电池的制作方法

技术特征：
1.一种环形阴极开放式空冷燃料电池，包括一个或多个电池单元，与集流板和绝缘板组装成电池电堆且共同限定两个氢气通孔，用于氢气的输入和排出；所述电池单元由双极板、膜电极组件、密封圈装配而成；其特征在于，所述双极板为具有双面流道的环形结构，所述双极板的第一面为阳极面，设有氢气流道；第二面流道为阴极面，设置空气流道；所述电池电堆对应形成环形，电池电堆的内部形成环形内嵌式风道。2.如权利要求1所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，所述电池电堆安装有风机；风机的轴心与环形电池电堆的中心位于同一条直线上；电池电堆的内部形成的环形内嵌式风道作为风机的空气风道，无需额外的风道；风机用于将电池电堆内部空气排出，在电堆内部形成负压，将外部空气被从电堆的圆环四周吸进阴极面的空气流道；空气流道反应产生的水和多余的热量通过外部空气携带经风机排出。3.如权利要求1所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，双极板上开设有两个贯穿的氢气通孔，以构成电池电堆的氢气通孔；所述阳极面的氢气流道为蛇形多流道、混合蛇形流道、直通流道或者十字交叉流道中的一种或几种组合；密封圈设置于双极板与膜电极组件之间，与双极板和膜电极紧密贴合，以隔绝气体和水分的泄漏，防止氢气泄漏，防止氢氧互通。4.如权利要求3所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，双极板的阳极面和阴极面为环形；阳极面上设置有阳极密封槽；所述阳极密封槽将氢气通孔和氢气流道包围在内；阳极密封槽内设置有密封圈，与双极板的阳极面和膜电极组件紧密贴合，以防止氢气泄漏或氢氧互通；所述阳极密封槽为两个环形密封槽，将氢气流道和氢气通孔包围在其内；所述两个环形密封槽分别位于阳极面的内环边缘和外环边缘，对应为内环密封槽和外环密封槽；所述密封槽用于放置相适配的密封圈，防止氢气泄漏或氢氧互通；所述阴极面开设有阴极密封槽；所述阴极密封槽将氢气通孔包围在其内；所述阴极密封槽内设置有密封圈，与双极板的阴极面和膜电极组件紧密贴合，以防止氢气泄漏或氢氧互通。5.如权利要求1所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，所述集流板包括第一集流板和第二集流板；所述绝缘板包括第一绝缘板和第二绝缘板；第一绝缘板设置于第一集流板外，位于电池电堆的机顶端；第二绝缘板设置于所述第二集流板外，位于电池电堆的底端；所述电池电堆还包括阴极端板和阳极端板，所述一个或多个电池单元设置于阴极端板和阳极端板之间；阳极端板为环形结构，阳极端板的一面为阳极面，设置有氢气流道，与膜电极组件叠合；阳极端板的另一面与第一集流板紧密配合；第一集流板位于阳极端板外侧；阴极端板为环形结构；阴极端板的一面为阴极面，设置有空气流道，与膜电极组件叠
合；阴极端板的另一面与第二集流板紧密配合；第二集流板位于阴极端板外侧；阳极端板、膜电极组件、双极板的阴极面组成顶部电池单元，位于电池电堆的顶端；阴极端板、膜电极组件、双极板的阳极面组成底部电池单元，位于电池电堆的底端。6.如权利要求5所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，所述绝缘板设置于集流板外部，用于安装风机或封堵电池电堆内部风道，使得外部空气只能通过双极板或阴极端板的空气流道进入到燃料电池中；双极板的阴极面设置的空气流道与阴极端板的阴极面设置的空气流道结构和作用相同；双极板的阳极面设置的氢气流道与阳极端板设置的氢气流道结构和作用相同；第一绝缘板或第二绝缘板中之一绝缘板安装风机，另一绝缘板设置有两个氢气通孔作为氢气的进气口和出气口，与电池电堆的氢气通孔对应连通；所述风机为轴流式风机或离心式风机；风机安装于所述绝缘板上；所述集流板为环形结构；所述绝缘板为环形结构。7.如权利要求6所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，阳极端板的氢气流道的流道结构为蛇形多流道、混合蛇形流道、直通流道或者十字交叉流道中的一种或几种组合；阴极端板和双极板上分别设置有两个贯穿的氢气通孔，相互对应连通，且与绝缘板上设置的两个氢气通孔对应连通，共同构成电池电堆的两个氢气通孔，两个氢气通孔之间由氢气流道连通；阳极端板设置有氢气入口和出口，由阳极端板的氢气流道连通；阳极端板的氢气入口和出口为未贯穿阳极端板的凹槽，与双极板上设置的两个贯穿的氢气通孔对应且连通；当燃料电池工作时，氢气从电池电堆的一个氢气通孔输入，贯穿到电池电堆的阳极端板，氢气从各个双极板以及阳极端板的氢气流道通过，到达电池电堆的另一氢气通道后排出；所述集流板为表面光滑的金属环，包括集流区和采电区。8.如权利要求5所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，在阴极端板的两面且位于氢气通孔的外部，各设置有密封槽，用于放置密封圈，与膜电极组件或集流板紧密配合，以防止氢气泄漏或氢氧互通；阳极端板的阳极面上设置有阳极密封槽；所述阳极密封槽将氢气通孔和氢气流道包围在内；阳极密封槽内设置阳极面密封圈，与膜电极组件紧密配合，以防止氢气泄漏或氢氧互通；所述绝缘板起到隔绝电池电堆工作时产生的热量和电流，支撑电池电堆密封和防冲击的作用，所述绝缘板为高抗弯强度的树脂
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玻纤复合材料板；所述绝缘板、集流板、一个或多个双极板和膜电极组件由固定联锁装置组装成一体。9.如权利要求1
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8任一项所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，所述阴极面的空气流道是直通空气流道，多条空气流道以双极板的环形中心向外作辐射状分布形成圆周阵列，外部空气由环形四周吸进阴极面的空气流道内。10.如权利要求1
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8任一项所述的环形阴极开放式空冷燃料电池，其特征在于，
所述双极板为圆环或椭圆环或类圆环形状；多条空气流道以双极板的中心径向辐射地排列成圆周阵列；或者，所述双极板为多边形的环形结构或不规则形状的环形结构，多条空气流道以双极板的环形中心向外辐射地排列成阵列；外部空气由环形四周吸进阴极面的空气流道内；在阵列中空气流道均匀排列；各条空氢流道的形状一致。

技术总结
本实用新型涉及一种环形阴极开放式空冷燃料电池，包括一个或多个电池单元，与集流板和绝缘板组装成电池电堆且共同限定两个氢气通孔，所述电池单元由双极板、膜电极组件、密封圈装配而成；所述双极板为具有双面流道的环形结构，所述电池电堆对应形成环形，电池电堆的内部形成环形内嵌式风道。这种环形结构可以利用风机的负压，提高空气的进口压力，将外部的空气直接从环形周边快速且均匀的吸入，在降低电堆体积的同时，提高了电堆的散热能力和输出功率，解决了传统直流风道环形阴极开放式空冷燃料电池的散热效果差，反应区域不均匀，电堆性能不稳定的问题。性能不稳定的问题。性能不稳定的问题。


技术研发人员：赵晨 张景然 董铸荣
受保护的技术使用者：深圳职业技术学院
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/12/14