CN115084569B - 一种双极板密封结构及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极板密封结构及燃料电池，其中双极板密封结构包括阳极板，阴极板和膜电极边框，膜电极边框置于阳极板和阴极板之间，阳极板或阴极板中的一者为平面结构，且平面结构上沿双极板的腔口或流场区的周向设置有第一凸起，阳极板或阴极板中的另一者远离膜电极边框一端的端面上沿双极板的腔口或流场区的周向设置有凸台，和分别设置于凸台两侧且与第一凸起相对应的第二凸起，第一凸起和第二凸起的形状相同，且第一凸起和第二凸起的凸起方向相同，双极板的腔口或流场区置于凸台、第一凸起和第二凸起所围成的空间内。该双极板密封结构可降低双极板与膜电极边框之间的剪切应力，避免双极板与膜电极边框分离，降低剪切应力，避免密封失效。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种双极板密封结构及燃料电池。
背景技术
燃料电池双极板密封一般采用金属-橡胶复合式密封结构，其主要通过将双极板的金属板材冲压成拱形或梯形的凸起结构，然后在拱形或梯形的凸起结构上设置密封件用于增强密封面的密封性。
当多片双极板堆叠后，密封件会在同一竖直方向的位置上堆叠为多层结构，在电堆装配的过程中，会加载组装力，双极板及其局部所有结构都会受到组装力的作用而被压缩，当密封件被压缩后，由于密封件的变形会导致双极板与膜电极边框之间发生剪切应力，造成双极板与膜电极边框分离，从而导致密封效果失效。
因此，如何提供一种双极板密封结构，能够有效降低剪切应力，避免密封失效是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双极板密封结构，能够有效降低剪切应力，避免密封失效。
本发明的另一目的还在于提供一种燃料电池。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双极板密封结构，包括阳极板，阴极板和膜电极边框，所述膜电极边框置于所述阳极板和所述阴极板之间，所述阳极板或所述阴极板中的一者为平面结构，且所述平面结构上沿所述双极板的腔口或流场区的周向设置有第一凸起，所述阳极板或所述阴极板中的另一者远离所述膜电极边框一端的端面上沿所述双极板的腔口或流场区设置有凸台，和分别设置于所述凸台两侧且与所述第一凸起相对应的第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起的形状相同，且所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向相同，所述双极板的腔口或流场区置于所述凸台、所述第一凸起和所述第二凸起所围成的空间内；
当多个所述双极板装配成电堆后，所述膜电极边框置于所述第一凸起与所述第二凸起所形成的凹槽内，且所述膜电极边框的下端面与所述第一凸起的上端面挤压接触，所述膜电极边框的上端面与所述第二凸起的上端面挤压接触，以防止从所述双极板的腔口或流场区流出的介质从相邻两个所述双极板之间的间隙内流出。
优选的，所述凸台的横截面为梯形状凸台，或所述凸台的横截面为矩形状凸台。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起均为半圆状结构。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起均为梯形状结构。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起均为矩形状结构。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向均与所述凸台凸起的方向相同。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向均与所述凸台凸起的方向相反。
优选的，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起高度均为所述凸台凸起高度的20％-80％。
优选的，所述阳极板和所述阴极板的厚度相同，所述第一凸起和所述第二凸起的宽度均为阳极板或阴极板厚度的5倍-20倍。
一种燃料电池，包括如上述任意一项所述的双极板密封结构。
由以上技术方案可以看出，在双极板与膜电极的安装过程中，膜电极边框置于第一凸起和第二凸起所形成的凹槽内，在第一凸起和第二凸起的挤压的作用下，膜电极边框的下端面与第一凸起的上端面挤压接触，膜电极边框的上端面与第二凸起的下端面挤压接触，如此设置，不同的双极板之间形成有效密封，可防止从双极板的腔口或流场区流出的介质从相邻两个双极板之间的间隙内流出。和现有技术相比，本发明实施例所公开的双极板密封结构可降低双极板与膜电极边框之间的剪切应力，避免双极板与膜电极边框分离，从而降低剪切应力，避免密封失效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的整体结构示意图；
图2为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的剖面结构示意图；
图3为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；
图4为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图；
图5为第一实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；
图6为第一实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图；
图7为第二实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；
图8为第二实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图；
图9为第二施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；
图10为第二实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图。
其中，各部件名称如下：
100为阳极板，200为阴极板，300为膜电极边框，400为凸台，500为第一凸起，600为第二凸起。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的核心在于提供一种双极板密封结构，能够有效降低剪切应力，避免密封失效。
本发明的另一核心还在于提供一种燃料电池。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面接合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，请参考图1至图10。
本发明实施例所公开的双极板密封结构，包括阳极板100，阴极板200和膜电极边框300，其中膜电极边框300置于阳极板100和阴极板200之间，阳极板100或阴极板200中的一者为平面结构，且平面结构上沿双极板的腔口或流场区的周向设置有第一凸起500，阳极板100或阴极板200中的另一者远离膜电极边框300一端的端面上沿双极板的腔口或流场区的周向设置有环形的凸台400，和分别设置于凸台400两侧且与第一凸起500相对应设置的第二凸起600，其中，第一凸起500和第二凸起600的形状相同，且第一凸起500和第二凸起600的凸起方向相同，双极板的腔口或流场区置于环形的凸台400、第一凸起500和第二凸起600所围成的空间内；
当多个双极板装配成电堆后，膜电极边框300置于第一凸起500与第二凸起600所形成的凹槽内，且膜电极边框300的下端面与第一凸起500的上端面挤压接触，膜电极边框300的上端面与第二凸起600的下端面挤压接触，以防止从双极板的腔口或流场区流出的介质从相邻两个双极板之间的间隙内流出。
在双极板与膜电极的安装过程中，膜电极边框300置于第一凸起500和第二凸起600所形成的凹槽内，在第一凸起500和第二凸起600的挤压的作用下，膜电极边框300的下端面与第一凸起500的上端面挤压接触，膜电极边框300的上端面与第二凸起600的下端面挤压接触，如此设置，不同的双极板之间形成有效密封，可防止从双极板的腔口或流场区流出的介质从相邻两个双极板之间的间隙内流出。
和现有技术相比，本发明实施例所公开的双极板密封结构可降低双极板与膜电极边框300之间的剪切应力，避免双极板与膜电极边框300分离，从而降低剪切应力，避免密封失效。
需要解释的是，本发明实施例所公开的膜电极边框300的上端面指靠近凸台400的端面，膜电极边框300的下端面指远离凸台500的端面。
本发明实施例对凸台400的具体结构不进行限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
作为优选实施例，本发明实施例所公开的凸台400的横截面优选为梯形状凸台，或凸台的横截面优选为矩形状凸台。
更为优选的，本发明实施例所公开的凸台400的横截面优选为梯形状凸台。
本发明实施例对第一凸起500和第二凸起600的具体结构不进行限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
为了优化上述实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600均为半圆状结构。
作为另一优选实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600均优选为梯形状结构。
作为另一优选实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600均优选为矩形状结构。
当然，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600也可以为W型或V型结构。
请参考图1至图6，作为本发明的第一实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600的凸起均与凸台400凸起的方向相同。
其中，图1为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的整体结构示意图；图2为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的剖面结构示意图；图3为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；图4为第一实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图；图5为第一实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；图6为第一实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图。
请参考图7至图10，作为本发明的第二实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600的凸起方向均与凸台400凸起的方向相反。
其中，图7为第二实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；图8为第二实施例所公开的阳极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图；图9为第二施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板密封结构的截面结构示意图；
图10为第二实施例所公开的阴极板上设置凸台的双极板与膜电极的边框结合的截面结构示意图。
本发明实施例对第一凸起500与第二凸起600的高度和宽度也不进行具体限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
作为优选实施例，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600的凸起高度均为凸台400凸起高度的20％-80％。
其中，阳极板100和阴极板200的厚度相同，本发明实施例所公开的第一凸起500和第二凸起600的宽度为阳极板100或阴极板200厚度的5倍-20倍。
本发明实施例还公开了一种燃料电池，包括上述任意一实施例所公开的双极板密封结构。
由于该燃料电池采用了上述实施例所公开的双极板密封结构，因此该燃料电池兼具上述双极板密封结构的技术优势，本发明实施例对此不再进行一一赘述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种双极板密封结构，其特征在于，包括阳极板，阴极板和膜电极边框，所述膜电极边框置于所述阳极板和所述阴极板之间，所述阳极板或所述阴极板中的一者为平面结构，且所述平面结构上沿所述双极板的腔口或流场区的周向设置有第一凸起，所述阳极板或所述阴极板中的另一者远离所述膜电极边框一端的端面上沿所述双极板的腔口或流场区设置有凸台，和分别设置于所述凸台两侧且与所述第一凸起相对应的第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起的形状相同，且所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向相同，所述双极板的腔口或流场区置于所述凸台、所述第一凸起和所述第二凸起所围成的空间内；
当多个所述双极板装配成电堆后，所述膜电极边框置于所述第一凸起与所述第二凸起所形成的凹槽内，且所述膜电极边框的下端面与所述第一凸起的上端面挤压接触，所述膜电极边框的上端面与所述第二凸起的上端面挤压接触，以防止从所述双极板的腔口或流场区流出的介质从相邻两个所述双极板之间的间隙内流出。
2.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述凸台的横截面为梯形状凸台，或所述凸台的横截面为矩形状凸台。
3.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起均为半圆状结构。
4.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起均为梯形状结构。
5.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起均为矩形状结构。
6.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向均与所述凸台凸起的方向相同。
7.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起方向均与所述凸台凸起的方向相反。
8.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起的凸起高度均为所述凸台凸起高度的20％-80％。
9.根据权利要求1所述的双极板密封结构，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板的厚度相同，所述第一凸起和所述第二凸起的宽度均为阳极板或阴极板厚度的5倍-20倍。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的双极板密封结构。
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