燃料电池电堆及燃料电池汽车制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池电堆及燃料电池汽车。该燃料电池电堆，包括两个端板结构，以及通过螺栓连接于两个所述端板结构之间、并串联的多个单元电池；每个所述单元电池包括两块双极板，以及设于两块双极板之间的膜电极；其中，每块所述双极板均包括主板体，所述主板体上间隔设有多个气体流道和多个冷却流道，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.28‑0.32mm、流道圆角半径为0.09‑0.11mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.09‑0.11mm。本发明专利技术可以解决相关技术中燃料电池电堆由于体积、重量等原因，只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用的问题。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电堆及燃料电池汽车
本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池电堆及燃料电池汽车。
技术介绍
燃料电池电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。调研国内外金属双极板电堆研发进展与趋势，表明燃料电池电池的功率、功率密度呈明显上升发展态势。目前国际上已开发出的金属双极板电堆，体积功率密度最高可达到3.0kW/L水平，预测在未来五年将会有更大的技术突破。根据中国燃料电池汽车发展路线图规划，国内燃料电池电堆整体技术水平处于追赶状态，预计国内到2025年达到国际先进水平，即电堆体积功率密度达到4.0kW/L的目标。小形化、轻量化、大功率、高功率密度是车用电堆发展的主要方向，也是燃料电池规模化、产业化发展的重要趋势。但是，目前燃料电池电堆由于体积、重量等原因，只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用，如何减轻燃料电池电堆的重量，提高燃料电池体积能量密度，将燃料电池应用范围更广泛，成为目前急需解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种燃料电池电堆及燃料电池汽车，以解决相关技术中燃料电池电堆由于体积、重量等原因，只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用的问题。第一方面，本专利技术提供了一种燃料电池电堆，包括两个端板结构，以及通过螺栓连接于两个所述端板结构之间、并串联的多个单元电池：每个所述单元电池包括两块双极板，以及设于两块双极板之间的膜电极；其中，每块所述双极板均包括主板体，所述主板体上间隔设有多个气体流道和多个冷却流道，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.28-0.32mm、流道圆角半径为0.09-0.11mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.09-0.11mm。在一些实施例中，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.3mm、流道圆角半径为0.1mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.1mm。在一些实施例中，所述气体流道和所述冷却流道为采用多步成形工艺在不锈钢316L板材上冲压形成的流道结构，而且所述板材平整度小于等于1mm，所述流道结构的成形公差小于等于0.015mm。在一些实施例中，所述双极板包括设于所述主板体的两侧面上的金属基薄膜防护涂层，所述金属基薄膜防护涂层通过采用PVD物理气相沉积工艺将Cr/C材料沉积于所述主板体上形成。在一些实施例中，所述膜电极包括质子交换膜，分别叠设于所述质子交换膜两侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，以及封设于所述质子交换膜、所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层的四周侧的电极边框，所述阳极气体扩散层与一个所述双极板对应，所述阴极气体扩散层与另一个所述双极板对应。在一些实施例中，所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层均包括炭纸支撑层，以及设于所述炭纸支撑层上的微孔层，所述微孔层与所述双极板对应；所述述质子交换膜的两侧均设有与所述炭纸支撑层对应的催化剂膜层，所述述催化剂膜层可通过附着Pt/C催化剂颗粒于质子交换膜的侧面上形成，且所述催化剂膜层上的Pt载量小于等于0.3mg/cm2。在一些实施例中，所述电极边框包括围设于所述阳极气体扩散层周侧的第一边框、以及对应叠设于所述第一边框外侧的第一密封垫片；所述电极边框还包括围设于所述阴极气体扩散层周侧的第二边框、以及对应叠设于所述第二边框外侧的第二密封垫片，所述质子交换膜夹设于所述第一边框和所述第二边框之间。在一些实施例中，所述燃料电池电堆包括设于多个所述单元电池周侧的密封壳结构，所述密封壳结构位于两个所述端板结构之间；所述密封壳结构包括设于多个所述单元电池周侧的密封胶层，以及封设于所述密封胶层外的聚烯烃绝缘外壳。在一些实施例中，所述端板结构包括依次叠设的端盖板、绝缘板及集流板，所述集流板与所述双极板对应设置。第二方面，本专利技术提供了一种燃料电池汽车，包括如上所述的燃料电池电堆。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果包括：减轻燃料电池电堆的重量，提高燃料电池体积能量密度，将燃料电池应用范围更广泛。本专利技术实施例提供了一种燃料电池电堆，通过对双极板的流道结构(气体流道及冷却流道)进行精细化设置，具体可使得流道深度为0.28-0.32mm、流道圆角半径为0.09-0.11mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，并控制双极板的板厚为0.09-0.11mm，可极大提高电化学有效面积，使得膜电极受力均匀，降低膜电极与双极板的接触电阻，改善流道间气体传输，减小单电池间距和电堆尺寸，提高电堆体积功率密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所述燃料电池电堆的俯视结构示意图；图2为图1的横断面结构示意图；图3为图2的局部结构示意图；图4为本专利技术实施例所述燃料电池电堆的膜电极的结构示意图。图中：100、端板结构；200、单元电池；210、双极板；212、主板体；214、冷却流道；216、气体流道；220、膜电极；222、质子交换膜；226、阳极气体扩散层(阴极气体扩散层)；228、电极边框；2282、第一边框(第二边框)；2284、第一密封垫片(第二密封垫片)；300、密封壳结构；310、密封胶层；320、聚烯烃绝缘外壳。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种燃料电池电堆，以解决相关技术中燃料电池电堆由于体积、重量等原因，只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用的问题。具体地，如图1所示，本专利技术提供的燃料电池电堆，包括两个端板结构100，以及通过螺栓连接于两个端板结构100之间的多个单元电池200，多个单元电池串联成为一体，而且多个单元电池200的周侧还围设有密封壳结构300。而且，如图2所示，每个单元电池200可包括两块双极板210，以及设于两块双极板210之间的膜电极220。这样，可将多块双极板210与多个膜电极220交替叠合形成多个单元电池200，并通过两个端板结构100将叠合的多个单元电池200夹住以形成燃料电池电堆；而且，通过密封壳结构300可将多个单元电池200密封住，而通过端板结构100可从两侧将多个单元电池200进行紧固住，即可构成燃料电池电堆。燃料电池电堆工作时，氢气和氧气(空气)分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单元电池200的双极板210，双极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括两个端板结构，以及通过螺栓连接于两个所述端板结构之间、并串联的多个单元电池：/n每个所述单元电池均包括两块双极板，以及设于两块双极板之间的膜电极；/n其中，每块所述双极板均包括主板体，所述主板体上间隔设有多个气体流道和多个冷却流道，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.28-0.32mm、流道圆角半径为0.09-0.11mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.09-0.11mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括两个端板结构，以及通过螺栓连接于两个所述端板结构之间、并串联的多个单元电池：
每个所述单元电池均包括两块双极板，以及设于两块双极板之间的膜电极；
其中，每块所述双极板均包括主板体，所述主板体上间隔设有多个气体流道和多个冷却流道，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.28-0.32mm、流道圆角半径为0.09-0.11mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.09-0.11mm。


2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述气体流道和所述冷却流道的流道深度为0.3mm、流道圆角半径为0.1mm、流道周期≤1mm、流道倾角≤5°，且所述主板体的板厚为0.1mm。


3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述气体流道和所述冷却流道为采用多步成形工艺在不锈钢316L板材上冲压形成的流道结构，而且所述板材平整度小于等于1mm，所述流道结构的成形公差小于等于0.015mm。


4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述双极板包括设于所述主板体的两侧面上的金属基薄膜防护涂层，所述金属基薄膜防护涂层通过采用PVD物理气相沉积工艺将Cr/C材料沉积于所述主板体上形成。


5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆，其特征在于，所述膜电极包括质子交换膜，分别叠设于所述质子交换膜两侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，以及封设于所述质子交换膜、所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层的四周侧的电极边框...

【专利技术属性】
技术研发人员：周波，史建鹏，李洪涛，张新丰，覃博文，
申请(专利权)人：东风汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42