[发明专利]聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆及其制造方法

权利要求书

1.一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，所述聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆包括金属双极板、膜电极、燃料气体进出分配管、顶部端板和底部端板，其特征在于，

所述金属双极板由一片金属波纹板和一片金属平板焊接或粘结构成，并在金属双极板两端开孔，所述膜电极为在一层聚合物电解质膜的两侧依次分布催化层和气体扩散层，其两端开有与金属双极板两端位置、大小相同孔，膜电极与金属平板接触侧为膜电极的阳极，与金属波纹板接触侧为膜电极阴极；所述顶部端板和底部端板两端也有与金属双极板两端位置、大小相同孔；两根尺寸相同的燃料气体进出分配管垂直插入底部端板两端的孔内固定，一片金属双极板两端的孔套在两根燃料气体进出分配管上，使金属平板侧向上，再将一片膜电极两端的孔套在两根燃料气体进出分配管上，使膜电极阳极侧向下，叠压在金属双极板的平板上；然后再将一片金属双极板两端的孔套在两根燃料气体进出分配管上，使金属平板侧向上，波纹板面向下与膜电极的阴极接触；按照此顺序，将N片膜电极和N+1片金属双极板叠压，最后套上顶部端板，组装成电堆；将膜电极、燃料气体进气分配管、燃料气体出气分配管、金属平板的接触边缘密封；

所述燃料气体进出分配管包括燃料气体进气分配管和燃料气体出气分配管，在膜电极阳极与燃料气体进出分配管接触部位开燃料气体分配孔。

2.根据权利要求1所述一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，其特征在于，所述金属平板为阳极板，金属波纹板为阴极板并兼冷却板，板材厚度为0.03-0.3毫米。

3.根据权利要求1所述一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，其特征在于，所述膜电极的气体扩散层为多孔介质。

4.根据权利要求1所述一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，其特征在于，所述聚合物电解质膜为薄增强型离子交换膜，膜厚度在5～50微米范围内，实现自增湿发电。

5.根据权利要求1所述一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，其特征在于，所述金属双极板采用表面处理方式进行良导电和耐腐涂层处理，包括化学镀、电镀和PVD、离子注入和表面改性处理技术；其中表面改性处理技术是将金属双极板表面涂覆贵金属层、氮化钛和碳化钛层、镍铜磷层、CN层。

6.根据权利要求1所述一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆，其特征在于，所述将膜电极、燃料气体进气分配管、燃料气体出气分配管、金属平板的接触边缘密封为点胶密封，形成电化学反应的密闭的阳极腔体；电堆中所有这样的阳极腔体构成聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆的阳极，为密封腔体，其余部分均不密封。

7.一种聚合物电解质膜燃料电池轻型电堆的制造方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

701.利用燃料气体进出分配管串接定位金属双极板和膜电极，固定电堆结构；

702.将膜电极阳极侧面叠压在金属双极板平板面上，在膜电极阳极与燃料气体进出分配管接触部位开孔供燃料气体进出到阳极腔体参与电化学反应；

703.采用点胶密封膜电极、燃料气体进出分配管、金属双极板的金属平板之间的接触边缘，形成电化学反应的密闭的阳极腔体；

704.将金属双极板波纹板侧叠压在膜电极阴极侧面，形成电化学反应的与大气贯通开放的阴极腔体；

705.依次重复步骤702、步骤703、步骤704、步骤702，形成多层膜电极与金属双极板交替叠压、阳极密封、阴极开放的轻型电堆。