專利名稱：具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池的雙極板。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種很有發(fā)展前途的新的動(dòng)力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，用氫作為負(fù)極，用空氣中的氧作為正極.和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在入的，因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量；而燃料電池的活性物質(zhì)(燃料和氧化劑)是在反應(yīng)的同時(shí)源源不斷地輸入的，因此，這類電池實(shí)際上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn)，在飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池，主要由二個(gè)以上的電池單元串聯(lián)結(jié)合而成。圖I描述了一個(gè)電池單元中各部件的結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系。如圖I所示，所述每個(gè)電池單元都包括雙極板110、120和膜電極組件100，所述雙極板110、120包括分別獨(dú)立設(shè)置的陽(yáng)極板110和陰極板120，所述膜電極組件100夾設(shè)在所述陽(yáng)極板110和所述陰極板120之間。所述陽(yáng)極板110包括陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部117和陽(yáng)極非電化學(xué)反應(yīng)部118，所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部117靠近所述膜電極組件100的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道由于圖I為俯視圖，所述燃料流體通道未示出。所述陰極板120包括陰極電化學(xué)反應(yīng)部127和陰極非電化學(xué)反應(yīng)部128，所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部127靠近所述膜電極組件100的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道129 ;所述陽(yáng)極非電化學(xué)反應(yīng)部118上設(shè)有第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113，所述陰極非電化學(xué)反應(yīng)部128上設(shè)有第四通孔圖I中未示出、第五通孔125和第六通孔126，所述第一通孔111與所述第四通孔同軸連通，所述第二通孔112和所述第五通孔125同軸連通，所述第三通孔113和所述第六通孔126同軸連通；所述燃料流體通道與所述第一通孔111相連通；所述氧化劑流體通道129與所述第六通孔126相連通；另外，在所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部117及所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部127遠(yuǎn)離所述膜電極組件100的一面分別設(shè)有陽(yáng)極冷卻液通道119和陰極冷卻液通道232圖I中未示出，所述陽(yáng)極冷卻液通道119與所述第二通孔112相連通，所述陰極冷卻液通道232與所述第五通孔125相連通?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用粘合的方式將相鄰兩電池單元中的陽(yáng)極板和陰極板粘接在一 起，所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部之間，所述陽(yáng)極非電化學(xué)反應(yīng)部和陰極非電化學(xué)反應(yīng)部之間均存在接縫。上述現(xiàn)有技術(shù)中所描述的雙極板結(jié)構(gòu)，由于陽(yáng)極板和陰極板獨(dú)立設(shè)置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；陽(yáng)極板與相鄰陰極板之間具有較大的接觸內(nèi)阻，導(dǎo)致發(fā)電效率較低；另外，陽(yáng)極板與陰極板需獨(dú)立制造，分別組裝，加工成本較高，生產(chǎn)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池。本發(fā)明提供一種具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，包括交替排列的雙極板和膜電極組件；所述雙極板包括電化學(xué)反應(yīng)部和非電化學(xué)反應(yīng)部；所述非電化學(xué)反應(yīng)部為一體化結(jié)構(gòu)的框體，所述電化學(xué)反應(yīng)部嵌套在所述非電化學(xué)反應(yīng)部?jī)?nèi)。所述電化學(xué)反應(yīng)部包括陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部。所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部均粘接在所述非電化學(xué)反應(yīng)部?jī)?nèi)，所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部緊密排列在一起。所述電化學(xué)反應(yīng)部還可以為導(dǎo)電材料制成的一體化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所提供的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，使燃料電池的制造過(guò)程更為簡(jiǎn)便，增加了生產(chǎn)效率且降低了制造成本；本發(fā)明所提供的燃料電池雙極板，由于陰陽(yáng)極一體化的設(shè)計(jì)，減少了燃料電池的接觸阻抗，降低了輸出電量的內(nèi)部消耗，極大程度的提高了發(fā)電效率。


圖I本發(fā)明具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I沿方向A及方向B的剖視圖，圖2中部為折斷表示，以省略其長(zhǎng)度。
圖3為雙極板及膜電極組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一如圖I至圖3所示，本實(shí)施例提供一種具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，包括交替排列的雙極板和膜電極組件200 ;所述雙極板包括電化學(xué)反應(yīng)部和非電化學(xué)反應(yīng)部210 ;其特征在于所述非電化學(xué)反應(yīng)部為一體化結(jié)構(gòu)的框體，所述電化學(xué)反應(yīng)部210嵌套在所述非電化學(xué)反應(yīng)部框體內(nèi)。這樣，將現(xiàn)有技術(shù)中相鄰兩個(gè)電池單元中的一片陽(yáng)極板的非電化學(xué)反應(yīng)部210和一片陰極板的非電化學(xué)反應(yīng)部210改進(jìn)為一片整體結(jié)構(gòu)，不但使燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，有利于簡(jiǎn)化制造工藝，同時(shí)這種一體結(jié)構(gòu)的二機(jī)板可減少結(jié)構(gòu)間的接觸內(nèi)阻，減少電池發(fā)電量的損耗，從而可提高發(fā)電效率，進(jìn)一步節(jié)省自造成本。所述電化學(xué)反應(yīng)部包括陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071。所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072遠(yuǎn)離所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道233 ;所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071遠(yuǎn)離所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道，這樣便于燃料流體及氧化劑流體通過(guò)并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。圖主要用于說(shuō)明所述電化學(xué)反應(yīng)部和所述非電化學(xué)反應(yīng)部210的結(jié)構(gòu)及位置關(guān)系，為了使附圖更加清晰易懂，未示出所述燃料流體通道233和氧化劑流體通道。所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072遠(yuǎn)離所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道231 ;所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071遠(yuǎn)離所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道233。所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部均2071粘接在所述非電化學(xué)反應(yīng)部210框體內(nèi)，所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071緊密背靠背連接在一起。這樣，所述陽(yáng)極冷卻液通道232和所述陰極冷卻液通道232相連通成孔狀結(jié)構(gòu)，形成位于所述具有一體化陰陽(yáng)極雙極板中部的孔狀的冷卻液通道232。這樣就使該具有一體化陰陽(yáng)極雙極板分別在兩面及中部共具有個(gè)通道，分別用于通過(guò)燃料流、氧化劑流體和冷卻液，便于燃料和氧化劑流體的通過(guò)及相互反應(yīng)，可進(jìn)一步提高發(fā)電效率，使燃料電池具有較高的保水性能及燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于降低燃料電池的內(nèi)部溫度，保護(hù)燃料電池，增加燃料電池的使用壽命。所述冷卻流體通道232設(shè)在陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071之間；所述流體通道232可全部或部分制作在陰極電化學(xué)反應(yīng)部靠近所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部的一面，所述流體通道232也可全部或部分加工在陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部靠近所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部的一面。當(dāng)所述流體通道232制作在陰陽(yáng)兩極反應(yīng)部上時(shí)，背靠背連接在一起的陰陽(yáng)兩反應(yīng)部使所述陽(yáng)極冷卻液通道和所述陰極冷卻液通道合并相連通成孔狀結(jié)構(gòu)。所述非電化學(xué)反應(yīng)部上設(shè)有用于流入和流出燃料流體的通孔221、用于流入和流出氧化劑流體的通孔223及用于流入和流出冷卻液的通孔222，分別與所述制作在陰陽(yáng)反應(yīng)部上的燃料流體通道、氧化劑流體通道和冷卻液通道相連通。由于所述非電化學(xué)反應(yīng)部 210為一整體化的結(jié)構(gòu)，上述通孔、一次成型即可，無(wú)需在非電化學(xué)反應(yīng)部210上分別開(kāi)個(gè)通孔后再進(jìn)行組合，加工工藝更加簡(jiǎn)單，可有效降低制造成本，提高生產(chǎn)效率。實(shí)施例二如圖I至圖3所示，本發(fā)明還提供了所述具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池的另一實(shí)施例，該燃料電池包括交替排列的雙極板和膜電極組件200，所述雙極板包括電化學(xué)反應(yīng)部和非電化學(xué)反應(yīng)部210,所述非電化學(xué)反應(yīng)部210的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例一中所述的非電化學(xué)反應(yīng)部210—致，但是其電化學(xué)反應(yīng)部為導(dǎo)電材料制成的一體化結(jié)構(gòu)，將上述實(shí)施例一中所述的陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071合二為一，同時(shí)兼具了上述實(shí)施例一中所述的陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部2072和陰極電化學(xué)反應(yīng)部2071的功能。這樣，就形成了電化學(xué)反應(yīng)部及非電化學(xué)反應(yīng)部210均為一體結(jié)構(gòu)的雙極板。這樣，就在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，裝配更加容易，制造工藝更加簡(jiǎn)便，成本更低。由于電化學(xué)反應(yīng)部也為一體化的結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極之間無(wú)接縫，可進(jìn)一步降低了燃料電池內(nèi)部的接觸阻抗，進(jìn)一步增加了發(fā)電效率。所述電化學(xué)反應(yīng)部的兩面分別設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道233和槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道圖中未示出，便于反應(yīng)氣體通過(guò)并進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。所述電化學(xué)反應(yīng)部可采用開(kāi)模的加工工藝制造出中部設(shè)有孔狀冷卻液通道232的一體化結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步便于冷卻液通過(guò)所述燃料電池，提高該燃料電池的性能。如前述，所述非電化學(xué)反應(yīng)部210的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例一中所介紹的燃料電池的非電化學(xué)反應(yīng)部210的結(jié)構(gòu)一致，因此，可在所述非電化學(xué)反應(yīng)部210上一次成型的設(shè)三個(gè)通孔，分別與所述燃料流體通道233、冷卻液通道232和氧化劑流體通道相連通，用于向該燃料電池流入燃料流體、冷卻液和氧化劑流體。需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書(shū)中只對(duì)用于流入燃料流體、流入氧化劑流體和流入冷卻液的通孔進(jìn)行了說(shuō)明，相應(yīng)的用于流出燃料流體、氧化劑流體和冷卻液的通孔與上述用于流入燃料流體、流入氧化劑流體和流入冷卻液的通孔同理且相對(duì)應(yīng)，這里不做累述。最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，包括交替排列的雙極板和膜電極組件；所述雙極板包括電化學(xué)反應(yīng)部和非電化學(xué)反應(yīng)部；其特征在于所述非電化學(xué)反應(yīng)部為一體化結(jié)構(gòu)的框體，所述電化學(xué)反應(yīng)部嵌套在所述非電化學(xué)反應(yīng)部框體內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述電化學(xué)反應(yīng)部包括陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部。
3.如權(quán)利要求2所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部均粘接在所述非電化學(xué)反應(yīng)部框體內(nèi)，所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部緊密背靠背連接在一起。
4.如權(quán)利要求3所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部遠(yuǎn)離所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道；所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部遠(yuǎn)離所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部的一面設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道。
5.如權(quán)利要求4所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述冷卻流體通道設(shè)在陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部和陰極電化學(xué)反應(yīng)部之間；所述流體通道可全部或部分制作在陰極電化學(xué)反應(yīng)部靠近所述陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部的一面，所述流體通道也可全部或部分加工在陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)部靠近所述陰極電化學(xué)反應(yīng)部的一面。當(dāng)所述流體通道制作在陰陽(yáng)兩極反應(yīng)部上時(shí)，背靠背連接在一起的陰陽(yáng)兩反應(yīng)部使所述陽(yáng)極冷卻液通道和所述陰極冷卻液通道合并相連通成孔狀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述非電化學(xué)反應(yīng)部上設(shè)有用于流入和流出燃料流體的通孔、用于流入和流出氧化劑流體的通孔及用于流入和流出冷卻液的通孔，分別與所述制作在陰陽(yáng)反應(yīng)部上的燃料流體通道、氧化劑流體通道和冷卻液通道相連通。
7.如權(quán)利要求I所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述電化學(xué)反應(yīng)部為導(dǎo)電材料制成的一體化結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述電化學(xué)反應(yīng)部的兩面分別設(shè)有槽狀結(jié)構(gòu)的燃料流體通道和槽狀結(jié)構(gòu)的氧化劑流體通道。
9.如權(quán)利要求8所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述電化學(xué)反應(yīng)部的中部設(shè)有孔狀的冷卻液通道。
10.如權(quán)利要求9所述的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，其特征在于所述非電化學(xué)反應(yīng)部上設(shè)有三個(gè)流入通孔和三個(gè)流出通孔，分別依次與所述燃料流體通道、冷卻液通道和氧化劑流體通道相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，包括交替排列的雙極板和膜電極組件；所述雙極板包括電化學(xué)反應(yīng)部和非電化學(xué)反應(yīng)部；所述非電化學(xué)反應(yīng)部為一體結(jié)構(gòu)的框體，所述電化學(xué)反應(yīng)部嵌套在所述非電化學(xué)反應(yīng)部?jī)?nèi)。本發(fā)明所提供的具有一體化陰陽(yáng)極雙極板的燃料電池，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，使燃料電池的制造過(guò)程更為簡(jiǎn)便，增加了生產(chǎn)效率且降低了制造成本；本發(fā)明所提供的燃料電池雙極板，由于陰陽(yáng)極一體化的設(shè)計(jì)，減少了燃料電池的接觸阻抗，降低了輸出電量的內(nèi)部消耗，極大程度的提高了發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H01M4/86GK102969512SQ20111025736
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者高勇 申請(qǐng)人:上海恒勁動(dòng)力科技有限公司