[发明专利]燃料电池组件、燃料电池及其制备工艺

说明书

本申请提供一种燃料电池组件、燃料电池及其制备工艺。该燃料电池组件至少包括两个膜电极组件和三个双极板，每个所述膜电极组件夹设在两个所述双极板之间；每个所述膜电极组件的周边与相邻所述双极板为密封设置。采用三个双极板和两个膜电极组件的组装模式，能形成双电池单元结构，减少了双极板使用量，减薄了电池单元的厚度，增大了电堆质量、体积比功率，提高了电堆装配效率。

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池组件、燃料电池及其制备工艺。

背景技术

燃料电池是一种能源转换装置，能将燃料中的化学能转换为电能输出。单电池主要由双极板、膜电极和密封件等组成，多个单电池可通过串联堆叠成电堆结构，从而提高输出电压和功率。电堆的重量、体积比功率是评判电堆性能的重要指标，传统电池单元由两块双极板、一个膜电极组件及密封件组装制成，其体积比功率和重量比功率往往受电池单元结构限制，仅能微调，性能无法得到大幅的改进。因此，在车辆有限的空间内装载可满足功率密度需求的电堆，需将燃料电池电堆设计的更加紧凑和轻盈，从而提升电堆的比功率。

燃料电池内流体流动的均匀性对电池性能影响较大，气体分布不均会引起局部缺气而不能产生电流，严重的会引起反极导致催化剂降解和电池性能衰减。而液体分布不均，会导致电池在高电流区运行时，燃料电池工作时产生的热量不能及时排出，从而导致单电池出现局部超温现象，引起质子交换膜脱水从而导致电导率降低，严重的会导致质子交换膜穿孔，影响电池发电性能及电堆运行的安全性。因此，应使反应气体尽可能均匀到达电极表面，保证电流密度分布均匀，增加电池运行平稳性，提高电池性能，同时使冷却液能在流道内均匀分布，将电池工作产生的热量及时排出，保证电池温度分布的均匀性。然而，现有的双极板受加工工艺、密封工艺、模具精度、设计尺寸干涉等方面限制无法同时保证气侧和水侧流动均匀性，或是需要额外的制造工艺、材料和设备，增加了制造难度及成本。

另外，燃料电池对密封性要求较高，然而传统的硅胶垫挤压密封的方式抗震、耐温性差，在装配时需容易发生错位，须在装配过程中不断检测气侧、水侧泄露状况，组装效率较低，可靠性不足，若是出现气侧或水侧泄露等情况将严重影响电池性能和寿命。因此，随着技术的发展，粘接密封方式逐渐应用，然而大多厂家采用注塑等工艺进行粘接密封，生产设备成本高，对环境和工艺要求高，速度较慢，限制了燃料电池的生产效率，提高了生产成本。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种燃料电池组件、燃料电池及其制备工艺，能够减小电池厚度，提高电堆装配效率和流场均匀性。

为了解决上述问题，本申请提供一种燃料电池组件，至少包括两个膜电极组件和三个双极板，每个所述膜电极组件夹设在两个所述双极板之间；每个所述膜电极组件的周边与相邻所述双极板为密封设置。

优选地，所述燃料电池组件还包括有橡胶密封垫圈，所述橡胶密封垫圈包括密封槽，所述膜电极组件的周边密封插设于所述密封槽中，所述橡胶密封垫的两侧与相邻所述双极板密封固定。

优选地，所述双极板包括凹凸面结构，相邻所述双极板的所述凹凸面结构抵接式夹设所述膜电极组件；优选的，所述凹凸面结构包括波浪形结构。

优选地，所述双极板还包括有第一分配区，所述第一分配区对所述燃料电池组件中的冷却流体进行分散。

优选地，所述燃料电池组件还包括有盖板，所述盖板设在相邻所述双极板之间，所述盖板的侧边与所述膜电极组件密封接触；所述盖板使得相邻所述双极板的同侧的流体相同。

优选地，所述盖板上设有第二分配区，所述第二分配区使得经过所述盖板的流体分散均匀。

优选地，所述第一分配区或所述第二分配区包括有分散结构，所述分散结构包括圆形凸点、椭圆形凸点、树状连续流道中的至少一个。