一种后部集电结构及燃料电池电堆的制作方法

1.本发明涉及电池结构技术领域，尤其涉及一种后部集电结构及燃料电池电堆。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，pemfc)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，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
3.在pemfc电堆结构中，现有的集电板通常是设计成一整块，例如丰田电堆的结构，由于集电板自身结构的限制，其无法做到与水路完全隔离，不可避免的需要与水路造成接触，容易受到水路中弱酸性离子的侵蚀，造成电堆整体的绝缘强度不足，尽管集电板会采取各种防腐蚀的措施，如镀金、镀银等，但长运行或系统冷却水不洁后都会对集电板造成侵蚀，使电堆内部环境逐渐恶化，进一步使整体绝缘性能下降，甚至事故产生。


技术实现要素：

4.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种后部集电结构及燃料电池电堆。
5.本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
6.一种后部集电结构，应用于一燃料电池电堆中，所述燃料电池电堆包括电堆主体以及位于所述电堆主体两侧的端板，包括：
7.集电板，所述集电板包括底部平板和电极柱体；
8.绝缘板，所述绝缘板靠近所述电堆主体的一侧中心设有凹坑，所述凹坑设有可供所述电极柱体穿过的第一通孔，所述底部平板设置于所述凹坑中，且所述电极柱体从所述第一通孔、所述端板上对应设置的第二通孔伸出至所述燃料电池电堆的外部，以使所述集电板通过所述绝缘板与所述燃料电池电堆的水路相隔离。
9.优选地，所述底部平板的面积与所述燃料电池电堆的反应面积相等。
10.优选地，所述凹坑的厚度与所述底部平板的厚度相等。
11.优选地，所述集电板采用导电材料制备而成。
12.优选地，所述集电板采用铜板制备而成。
13.优选地，所述集电板的表面具有防腐蚀层。
14.优选地，所述绝缘板采用非金属材料制备而成。
15.优选地，所述电极柱体和所述端板之间设有隔离套。
16.优选地，所述端板包括：
17.进口端板，设置于所述电堆主体的开口端；
18.盲端板，设置于所述电堆主体的盲端，所述盲端板和所述进口端板的边缘通过若干连接件相连。
19.本发明还提供一种燃料电池电堆，包括如上述的后部集电结构。
20.本发明技术方案的优点或有益效果在于：
21.本发明通过改进集电板的结构，将集电板设计为底部平板和电极柱体结合的形式，解决了燃料电池电堆内部集电板与水路接触的问题，在保证电堆导电能力的同时，更好的提升了电堆绝缘性能，同时也提高了集电板的寿命，避免了电堆冷却水对集电板的腐蚀，电堆整体性能具有了较大的提升，保证电堆安全运行。
附图说明
22.图1为本发明较佳实施例中，一种燃料电池电堆的结构示意图；
23.图2为本发明较佳实施例中，一种燃料电池电堆的剖面示意图；
24.图3为本发明较佳实施例中，一种后部集电结构的结构示意图；
25.图4为本发明较佳实施例中，集电板的结构示意图。
26.附图标记：
27.1、集电板；11、底部平板；12、电极柱体；2、绝缘板；3、电堆主体；41、进口端板；411、氢气口；412、空气口；413、水口；42、盲端板；5、连接件；6、隔离套。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
33.本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种后部集电结构，属于电池结构技术领域，如图1所示，应用于一燃料电池电堆中，燃料电池电堆包括电堆主体3以及位于电堆主体3两侧的端板，后部集电结构设置于电堆主体3和对应侧的端
板之间，如图1-图4所示，具体包括：
34.集电板1，集电板1包括底部平板11和电极柱体12；
35.绝缘板2，绝缘板2靠近电堆主体3的一侧中心设有凹坑，凹坑设有可供电极柱体12穿过的第一通孔，底部平板11设置于凹坑中，且电极柱体12从第一通孔、端板上对应设置的第二通孔伸出至燃料电池电堆的外部，以使集电板1通过绝缘板2与燃料电池电堆的水路相隔离。
36.针对现有技术中燃料电池电堆集电板容易被侵蚀，电堆绝缘性能不足的问题，本发明实施例中通过改进电堆内部的集电板结构，将集电板1设计为底部平板11和电极柱体12结合的形式，在保证电堆导电性能情况下，避免了集电板1与水的接触，保证电堆绝缘性能及长时间运行。
37.作为优选的实施方式，其中，底部平板11的面积与燃料电池电堆的反应面积相等。
38.具体的，在本实施例中，底部平板11的面积与燃料电池电堆的反应面积相等，可以将反应区产生的电流及时导出，并通过电极柱体12传输至燃料电池电堆的外部。
39.作为优选的实施方式，其中，凹坑的厚度与底部平板11的厚度相等。
40.具体的，在本实施例中，凹坑的尺寸大小与集电板1的底部平板11相匹配，使得底部平板11设置于凹坑时，可以将底部平板11沉进去，并且底部平板11与绝缘板2保持在同一平面上，能够同时保证燃料电池电堆在装配压紧后内部的密封性和导电性。
41.作为优选的实施方式，其中，集电板1采用导电材料制备而成。
42.作为优选的实施方式，其中，集电板1采用铜板制备而成。
43.作为优选的实施方式，其中，集电板1的表面具有防腐蚀层。
44.具体的，在本实施例中，集电板1的表面经过防腐蚀处理，形成防腐蚀层，以延长其使用寿命。
45.作为优选的实施方式，其中，绝缘板2采用非金属材料制备而成。
46.作为优选的实施方式，其中，电极柱体12和端板之间设有隔离套6。
47.具体的，在本实施例中，由于上述端板也采用金属材料制成，反应区产生的电流自集电板1的电极柱体12通过端板的第二通孔引伸至燃料电池电堆的外部的过程中，电极柱体12与端板的第二通孔之间需要设置隔离套6进行隔离。
48.作为优选的实施方式，其中，如图1和图2所示，端板包括：
49.进口端板41，设置于电堆主体3的开口端；
50.盲端板42，设置于电堆主体3的盲端，盲端板42和进口端板41的边缘通过若干连接件5相连。
51.进一步的，进口端板设置有若干氢气口411、空气口412以及水口413，并与电池电堆主体3连通，可便于外部管路的连接，形成水路、氢气路、空气路的通道，以供外部的氢气和空气进入电堆主体3内部进行反应，此外氢气口411、空气口412以及水口413凸出设置于进口端板。
52.进一步的，水路、氢气路、空气路的通道开设于绝缘板2的周边，在满足燃料电池电堆的功能需要的同时，通过绝缘板2将集电板1与水路隔离开，避免电堆冷却水对集电板1的腐蚀，延长集电板1的使用寿命，保证电堆安全运行。
53.本发明还提供一种燃料电池电堆，包括如上述的后部集电结构。
54.于上述较佳的实施例中，燃料电池电堆装配时，先将双极板、mea等按顺序进行叠层，然后将集电板1、绝缘板2、端板等进行安装，通过压紧杆等连接件将电堆压紧，以实现电堆的固定。
55.采用上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明通过改进集电板的结构，将集电板设计为底部平板和电极柱体结合的形式，解决了燃料电池电堆内部集电板与水路接触的问题，在保证电堆导电能力的同时，更好的提升了电堆绝缘性能，同时也提高了集电板的寿命，避免了电堆冷却水对集电板的腐蚀，电堆整体性能具有了较大的提升，保证电堆安全运行。
56.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。