燃料电池电堆及燃料电池的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及燃料电池电堆及燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应直接转化成电能的发电装置。燃料电池电堆堆芯通常由多个燃料电池单体串联组装而成，燃料电池单体一般包括双极板、膜电极和密封件。为了保证燃料电池的密封性良好，通常采用堆叠压装的方式进行装配。
3.由于双极板为金属材料或石墨板等导电材质，在燃料电池装配后，电堆结构紧凑，电池单体中膜电极两侧的极板间距较小，同时，燃料电池壳体内部容易产生冷凝水，冷凝水与溅落在堆芯上的灰尘和液滴等杂质混合，容易导致膜电极两侧的双极板短接，产生燃料电池短路和烧堆等风险，另外，冷凝水和杂质加剧电池极板腐蚀，影响燃料电池电堆的耐久性。
4.因此，亟需提出燃料电池电堆及燃料电池来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提供燃料电池电堆，该燃料电池电堆的极板不易发生腐蚀，且单体电池中中膜电极两侧的极板不易发生短路。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.燃料电池电堆，包括多个层叠设置的电池单体，所述电池单体包括第一极板、第二极板和膜电极，所述第一极板、所述膜电极和所述第二极板依次层叠设置，所述膜电极四周边缘超出所述第一极板和所述第二极板设置并形成边框区，相邻所述电池单体的边框区之间密封围设有边框密封件。
8.可选地，所述边框区上设置有凸台，所述边框密封件和所述凸台接触设置。
9.可选地，所述膜电极包括第一端面和第二端面，所述第一极板设置在所述第一端面，所述第二极板设置在所述第二端面，所述凸台凸设于所述第二端面，所述边框密封件夹设于一个所述所述膜电极的所述第一端面和另一个所述膜电极的所述凸台之间。
10.可选地，所述凸台上具有定位槽，所述边框密封件嵌入所述定位槽内。
11.可选地，所述边框密封件在所述电池单体堆叠方向上的截面为矩形或圆形。
12.可选地，所述边框密封件通过粘接或注塑或热压的方式和所述膜电极进行固定连接。
13.可选地，所述电池单体之间还设置有极板密封件，所述极板密封件的一面和所述第二极板的边缘接触设置，另一面和所述第一极板的边缘接触设置。
14.可选地，所述极板密封件通过粘接或注塑或热压的方式和所述第一极板、所述第二极板进行固定连接。
15.本发明的另一个目的在于提供燃料电池，该燃料电池中的第一极板和第二极板不
易发生短路，具有良好的安全性能。
16.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
17.燃料电池，所述燃料电池包括第一集流板、第二集流板和上述的燃料电池电堆，靠近所述第一集流板的所述膜电极的所述第一端面朝向所述第一集流板设置，所述第一集流板和靠近所述第一集流板的所述膜电极的所述边框区设置有第一密封件，靠近所述第二集流板的所述膜电极的第二端面朝向所述第二集流板设置。
18.可选地，所述第一集流板和靠近所述第一集流板的所述第一极板的边缘之间设置有第二密封件，和/或，所述第二集流板和靠近所述第二集流板的所述第二极板的边缘之间设置有第三密封件。
19.有益效果：
20.本发明提供的燃料电池电堆通过延长传统膜电极的四周边框，使膜电极的边缘超出第一极板和第二极板预留出边框区，并在边框区设置边框密封件。边框密封件夹设在两个电池单体之间，并且边框密封件和边框密封件上下两侧的膜电极围成密封空间，由于第一极板和第二极板位于该密封空间中，因此第一极板和第二极板能够和外界的冷凝水以及灰尘、液滴等杂质相隔绝，进而防止膜电极两侧的第一极板和第二极板短接，同时避免极板受到腐蚀，保证燃料电池电堆具有良好的安全性和耐久性。
21.本发明提供的燃料电池，其第一集流板和第一密封件以及靠近第一集流板的膜电极形成密封空间，密封空间设置有一个第一极板，该第一极板能够和外界绝缘隔离，从而不会和膜电极对侧的第二极板发生短路，具有足够的安全性能。
附图说明
22.图1是实施例一提供的电池单体在宽度方向上的截面示意图；
23.图2是实施例一提供的燃料电池的俯视图；
24.图3是实施例一提供的燃料电池的结构示意图；
25.图4是实施例二提供的电池单体在宽度方向上的截面示意图；
26.图5是实施例三提供的电池单体在宽度方向上的截面示意图。
27.图中：
28.10、冷凝水；100、电池单体；110、第一极板；120、第二极板；130、膜电极；131、第一端面；132、第二端面；133、凸台；134、定位槽；210、边框密封件；220、极板密封件；310、第一集流板；320、第二集流板；410、第一密封件；420、第二密封件；430、第三密封件；510、第一端板；520、第二端板。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.实施例一
34.参见图1至图3，本实施例提供一种燃料电池电堆，包括多个层叠设置的电池单体100，电池单体100包括第一极板110、第二极板120和膜电极130，第一极板110、膜电极130和第二极板120依次层叠设置，膜电极130四周边缘超出第一极板110和第二极板120设置并形成边框区，相邻电池单体100的边框区之间密封围设有边框密封件210。
35.上述燃料电池电堆通过延长传统膜电极130的四周边框，使膜电极130的边缘超出第一极板110和第二极板120预留出边框区，并在相邻电池单体100的边框区之间设置边框密封件210。边框密封件210夹设在两个电池单体100之间，并且边框密封件210和边框密封件210上下两侧的膜电极130围成密封空间，由于第一极板110和第二极板120位于该密封空间中，因此第一极板110和第二极板120能够和外界的冷凝水10以及灰尘、液滴等杂质相隔绝，进而防止膜电极130两侧的第一极板110和第二极板120短接，同时避免极板受到腐蚀，保证燃料电池电堆具有良好的安全性和耐久性。
36.图1所示为本实施例提供的一种电池单体100在宽度方向上的截面示意图，图2为本实施例提供的电池单体100的俯视图，图3为本实施例提供的燃料电池的结构示意图。参见图1至图3，在本实施例中第一极板110为阳极板，第二极板120为阴极板，在其他实施例中，也可以是第一极板110为阴极板，第二极板120为阳极板，根据具体需要进行设置即可。边框密封件210的材质可以为橡胶或树脂，当然也可以为其他具有弹性、粘结性、密封性的绝缘材质。
37.进一步地，边框区上设置有凸台133，边框密封件210和凸台133接触设置。凸台133的设置减少了相邻两个膜电极130之间的间距，从而可以减少边框密封件210的用料，并且由于边框密封件210具有一定弹性，减小边框密封件210的厚度利于单体电池堆叠后高度尺寸的稳定性，优化边框密封件210和边框区的连接强度，提高密封性能。可选地，边框密封件210在电池单体100堆叠方向上的截面为矩形或圆形，也可以根据使用需要设置为半圆形、葫芦形或腰形等。边框密封件210可以通过粘接或注塑或热压的方式和膜电极130进行连接，只要保证边框密封件210和膜电极130能够密封连接即可。边框密封件210在未进行压缩
之前，凸台133与边框密封件210的厚度之和大于阳极板和阴极板的厚度之和，而在进行压缩之后，凸台133与边框密封件210的厚度之和刚好等于阳极板和阴极板的厚度之和，保证燃料电池电堆的密封性和结构稳定性。
38.继续参见图2和图3，膜电极130包括第一端面131和第二端面132，第一极板110设置在第一端面131，第二极板120设置在第二端面132，凸台133凸设于第二端面132，边框密封件210夹设于一个膜电极130的第一端面131和另一个膜电极130的凸台133之间。本实施例中，只在膜电极130的一个端面，即第二端面132，设置凸台133，在其他实施例中，凸台133可以设置在第一端面131，也可以在第一端面131和第二端面132均设置凸台133。
39.进一步地，参见图2和图3，电池单体100之间还设置有极板密封件220，极板密封件220的一面和第一极板110的边缘接触设置，另一面和第二极板120的边缘接触设置。极板密封件220和边框密封件210为同心设置的矩形框。极板密封件220的设置能够保证相邻设置的第一极板110和第二极板120之间的气密性。可选地，极板密封件220可以通过粘接或注塑或热压的方式和第一极板110、第二极板120进行连接。极板密封件220的材质可以为橡胶或树脂或其他具有弹性、粘结性、密封性的绝缘材质。
40.参见图3，本实施例还提供一种燃料电池，该燃料电池包括第一集流板310、第二集流板320和上述的燃料电池电堆，靠近第一集流板310的膜电极130的第一端面131朝向第一集流板310设置，第一集流板310和靠近第一集流板310的膜电极130的边框区设置有第一密封件410，靠近第二集流板320的膜电极130的第二端面132朝向第二集流板320设置。另外，在第一集流板310的上方设置有第一端板510，在第二集流板320的下方设置有第二端板520。可以理解地，本实施例中的燃料电池，其第一集流板310和第一密封件410以及靠近第一集流板310的膜电极130形成密封空间，密封空间设置有一个第一极板110，该第一极板110能够和外界绝缘隔离，从而不会和膜电极130对侧的第二极板120发生短路，具有足够的安全性能。可选地，靠近第二集流板320的膜电极130的凸台133和第二集流板320接触设置，使膜电极130和第二集流板320之间的第二极板120和外界绝缘隔离。当然，在其他实施例中，也可以在凸台133和第二集流板320之间设置一个密封件。
41.进一步地，第一集流板310和靠近第一集流板310的第一极板110的边缘之间设置有第二密封件420，和/或，第二集流板320和靠近第二集流板320的第二极板120的边缘之间设置有第三密封件430。第二密封件420的设置能够保证第一集流板310和相邻第一极板110之间的气密性，而第三密封件430的设置能够保证第二集流板320和相邻第二极板120之间的气密性。第二密封件420和第三密封件430的形状及固定方式根据具体使用需要设置即可，在此不做具体限定。
42.实施例二
43.本实施例和实施例一的相同之处不再进行赘述，以下针对本实施例和实施例的不同之处进行说明：
44.在本实施例中，凸台133上具有定位槽134，边框密封件210嵌入定位槽134中。定位槽134的设置能够实现边框密封件210的定位，防止燃料电池电堆在堆叠压制过程中，边框密封件210的位置发生移动，保证结构的稳定性和密封性。
45.实施例三
46.本实施例和实施例一的相同之处不再进行赘述，以下针对本实施例和实施例一的
不同之处进行说明：
47.本实施例中，膜电极130的第二端面132上不具有凸台133，第二端面132直接和边框密封件210接触。可选地，可以在膜电极130的第一端面131和第二端面132的边框区均设置定位槽134(图中未示出)，对边框密封件210进行定位，防止燃料电池电堆在堆叠过程中，边框密封件210的位置发生移动，保证结构的稳定性和密封性。
48.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。