燃料电池单元及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池单元及其制作方法，燃料电池单元包括第一极板

【技术实现步骤摘要】
燃料电池单元及制作方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池单元及制作方法
。

技术介绍

[0002]燃料电池由多个燃料电池单元堆叠而成
。
燃料电池单元包括双极板和设于双极板之间的膜电极，双极板具有分配区和反应区，膜电极包括质子交换膜和设于质子交换膜两侧的气体扩散层；膜电极的大部分设于双极板的反应区内，为了保持膜电极内的质子交换膜的张紧度，质子交换膜的边沿需要伸出至分配区处，并于分配区处
、
质子交换膜的两侧设置固定结构以把质子交换膜的边沿固定于分配区内；这个固定结构一般由两个气体扩散层的边沿延伸至分配区的部分充当
。
[0003]因为在双极板分配区处的膜电极没有活性反应区
、
不参与反应，所以目前双极板的常规设计时仅仅考虑了膜电极于反应区处的压缩率，设计时先定立膜电极于反应区处的压缩率，然后根据膜电极压缩前的厚度，计算出膜电极压缩后的厚度
(
即双极板的压缩后的间距
)
；然而，这样就导致分配区处的双极板与膜电极之间压缩率匹配设计被忽略，从而造成了气体扩散层在此处过压嵌入流道
、
堵塞流道造成缺气损坏电堆，亦或在此处欠压形成空腔
、
使得气体未能按照分配区流道进行分配，造成了分配不均匀性进而产生局部水淹等问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种燃料电池单元及制作方法
。
[0005]根据本专利技术第一方面实施例的燃料电池单元，包括从上至下依次叠设的第一极板
、
膜电极和第二极板，所述第一极板和所述第二极板之间的空间具有反应区和分配区；所述膜电极包括质子交换膜和分别设于所述质子交换膜上侧
、
下侧的第一扩散层
、
第二扩散层，所述第一扩散层设于所述分配区和所述反应区，所述第二扩散层设于所述反应区，所述第二极板于所述分配区处设有凸起部
。
[0006]根据本专利技术第一方面实施例的燃料电池单元，至少具有如下技术效果：通过设置第二扩散层不延伸至分配区以及设置凸起部，进行燃料电池单元的设计制作时，可先确定膜电极和第一极板的设计方案，选定膜电极反应区压缩率以及分配区压缩率，然后计算出凸起部的厚度，然后确定第二极板的设计方案，然后进行燃料电池单元的制作；则燃料电池单元的反应区压缩率及分配区压缩率都在合适范围内，避免造成扩散层在分配区处过压嵌入流道
、
堵塞流道造成缺气损坏电堆，亦或在此处欠压形成空腔
、
使得气体未能按照分配区流道进行分配，造成了分配不均匀性进而产生局部水淹等问题
。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，所述质子交换膜的上侧
、
下侧均设有催化层，所述催化层设于所述反应区内
。
防止气体直接从分配区处的膜电极穿过
。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述第一扩散层和所述第二扩散层均为碳纸
。
碳纸具
有较高的导电性，可以有效地传递电子，提供电流输出，同时，碳纸也能提供氧气和氢气的传导通道，适于作为第一扩散层和第二扩散层
。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述质子交换膜延伸至所述分配区之外
。
这样于分配区处，膜电极不会因质子交换膜的中止而导致厚度发生变化，膜电极的厚度较为均匀
。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述第二极板为阴极板
。
有利于进行排水
。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述膜电极包括两个第一边框，所述质子交换膜设于两个所述第一边框之间，所述第一边框设于所述反应区之外
。
第一边框能对质子交换膜进行支撑，使质子交换膜的设置更稳固
。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述第一边框与所述反应区之间设有第一间隙
。
通过设置第一间隙，第一扩散层的隆起形变较为平缓，避免因隆起形变导致第一扩散层脆性断裂
。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述膜电极还包括两个第二边框，两个所述第一边框均设于两个所述第二边框之间，所述第二边框设于所述分配区之外
。
提高第一边框的稳定性
。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述第二边框与所述分配区之间设有第二间隙
。
第二间隙能为被挤压的第一扩散层留出挤出空间
。
[0015]根据本专利技术第二方面实施例的制作方法，用于制作如上述的燃料电池单元，所述制作方法包括以下步骤：
[0016]步骤
a、
制作膜电极和第一极板，定立膜电极反应区压缩率以及分配区压缩率；
[0017]步骤
b、
根据膜电极反应区压缩前的厚度
、
膜电极分配区压缩前的厚度
、
膜电极反应区压缩率
、
膜电极分配区压缩率，计算出凸起部的厚度；
[0018]步骤
c、
根据凸起部的厚度制作第二极板；
[0019]步骤
d、
将膜电极
、
第一极板
、
第二极板组装成燃料电池单元
。
[0020]根据本专利技术第二方面实施例的制作方法，至少具有如下技术效果：这样燃料电池单元的反应区压缩率及分配区压缩率都在合适范围内
。
[0021]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到
。
附图说明
[0022]本专利技术的上述和
/
或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1是本专利技术实施例的燃料电池单元的剖视结构示意图；
[0024]图2是图1的分解结构示意图
。
[0025]附图中：
[0026]001
‑
分配区；
100
‑
第一极板；
110
‑
第一扩散层；
200
‑
第二极板；
201
‑
凸起部；
210
‑
第二扩散层；
300
‑
质子交换膜；
410
‑
第一边框；
411
‑
第一间隙；
420
‑
第二边框；
421
‑
第二间隙
。
具体实施方式
[0027]下面详细描述本专利技术的实施例，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种燃料电池单元，其特征在于：包括从上至下依次叠设的第一极板
、
膜电极和第二极板，所述第一极板和所述第二极板之间的空间具有反应区和分配区；所述膜电极包括质子交换膜和分别设于所述质子交换膜上侧
、
下侧的第一扩散层
、
第二扩散层，所述第一扩散层设于所述反应区和所述分配区，所述第二扩散层设于所述反应区，所述第二极板于所述分配区处设有凸起部
。2.
根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述质子交换膜的上侧
、
下侧均设有催化层，所述催化层设于所述反应区内
。3.
根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述第一扩散层和所述第二扩散层均为碳纸
。4.
根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述质子交换膜延伸至所述分配区之外
。5.
根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于：所述第二极板为阴极板
。6.
根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池单元，其特征在于：所述膜电极包括两个第一边框，所述质子交换膜设于两个所述第一边框之间，所述第一边框设于所述反应区之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立昌，潘牧，戈琛，向蔚，范卫东，张恒，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：