[发明专利]一种燃料电池电堆

说明书

本发明提供一种燃料电池电堆，属于燃料电池技术领域。包括有由多片单电池层叠而成的电池组，在电池组的上下两端分别设有前端板和后端板，电池组的上端与前端板之间设前端集流板，电池组的下端与后端板之间设后端集流板；其中，所述的单电池包括：阳极板、阴极板和膜电极，膜电极夹于阳极板和阴极板之间；阳极板朝向膜电极一面的四周设有第一限位凸台，用于将膜电极的位置固定；阳极板朝向膜电极一面上开设有燃料流场；阴极板朝向膜电极一面上开设有第二限位凸台，阴极板朝向膜电极一面上开设有氧化剂流场。电堆能精确控制每一片膜电极的气体扩散层的压缩量，电堆中各片单电池的性能均一性较好，提高了电堆的寿命。

技术领域

本发明提供一种燃料电池电堆，属于燃料电池技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）是一种清洁环保的电化学发电装置，由于其体积小、质量轻、操作条件温和、能量转换率高、结构简单以及响应迅速等优势，可广泛应用于交通工具、固定式发电、物料搬运、备用电源和便携式电源等诸多方面。氢能与燃料电池技术为清洁能源系统的利用提供了一条新的途径。氢的来源广泛，既包括可再生能源，也包括不可再生能源资源。氢能可以成为与电力互补的能源载体，从而有效降低当前能源系统的碳排放。因此，PEMFC被认为是21世纪首选的清洁、高效的发电装置。

对于车用燃料电池发动机，其寿命必须达到与传统发动机相当的水平，才有可能实现产业化。美国能源部氢能计划、日本新能源与工业技术发展委员会及欧洲氢能与燃料电池技术论坛均认为，对于车用燃料电池发动机寿命至少5000h（乘用车）和10000h（商用车）才具有产业化的可能。较之于静态应用环境（如发电站或移动电源），车载环境与工作条件显得更加恶劣，目前PEMFC发动机的耐久性与预期有一定的差距。其中，PEMFC电堆的寿命是影响PEMFC发动机的耐久性的重要因素之一。

传统的电堆是将膜电极、双极板间隔叠加后压紧成型，在此过程中，通过调节压装力或电堆总长度来控制气体扩散层的总压缩量，由于压紧过程中，电堆内部的预紧力分布不均匀，导致电堆内各个单电池的气体扩散层的压缩量大小不一，即部分单电池的气体扩散层的压缩量偏大、部分单电池的气体扩散层的压缩量偏小，则电堆在运行过程中，特别是经过长时间运行后，各个单电池之间的性能差距变得越来越大，产生“短板效应”，影响电堆的寿命。

对于传统的电堆，当电堆密封性测试不合格或者电堆在运行过程中发生故障，很可能要拆堆检查，由于反复拆装电堆，气体扩散层被反复挤压，导致气体扩散层的结构遭受不可逆的损伤，阻碍反应气体与水的传输，从而影响电堆的寿命。

此外，电堆的密封性能也是影响电堆寿命的关键因素之一，传统的电堆的气体密封通过采用阳极板/阳极侧密封垫/膜电极边框/阴极侧密封垫/阴极板这样的五合一压紧结构来实现，这对阳极侧密封垫与阴极侧密封垫的高度的精度要求均较高，且这种结构的电堆在振动与冲击的环境下易发生极板间的错位，这样很容易就会产生漏气问题，导致电堆不能运行，影响电堆的寿命。

因此，急需寻找一种新型的电堆，既能精确控制每一片膜电极的气体扩散层的压缩量，又能避免由于电堆密封性问题或电堆发生故障时拆卸电堆引发的气体扩散层被反复挤压所导致的不可逆损伤，还能降低对气体侧密封垫的要求，提高电堆的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长寿命的燃料电池堆，该燃料电池堆由前端板、前端集流板、N组新型的单电池、后端平板、后端集流板、后端板、捆扎带及密封圈组成；所述的新型的单电池由新型的阳极板、膜电极、公用通道密封垫片、新型的阴极板进行压合，直至膜电极边框与阳极板的正面的限位凸台、阴极板的正面完全重叠，形成“三明治”结构，并用上、下绝缘夹板进行锁紧，形成新型的燃料电池单电池。

技术方案是：