一种背向进气燃料电池堆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池制造及能量存储装置，具体地，涉及一种具有背向进气功能的燃料电池堆结构。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，可以长时间不间断地工作，同时兼具普通化学电源能量转换效率高和常规发电机组连续工作时间长的两种优势。
[0003]质子交换膜燃料电池(Protonexchange membrane fuel cell, PEMFC)是燃料电池中的一种，其电解质由固态聚合物膜制成，所以又叫作固态聚合物电解质燃料电池(SPEFC)或固态聚合物燃料电池(SPFC)，具有功率密度高、工作温度低(< 100°C)、寿命长等优点，是目前研究最广泛的燃料电池。
[0004]质子交换膜燃料电池堆由膜电极组件(MEA)和电池极板组件重复堆叠而成，其中电池极板组件包括氧气流场板、冷却板和氢气流场板。目前，氢、氧气自气源进入电堆进气支管，经过气体通孔到达流场板，通常在流场板的进出口区域布有引流流道，流道直接延伸到气体通孔以便于气体进入流场发生反应。这样的设计将进气路支管和活性反应区域两者直接相通，存在以下问题:(1)进口区域布有引流流道，无法很好支撑对应该区域的膜电极组件及密封件，密封存在一定风险；(2)反应区域一旦发生过热燃烧等现象，烟雾或火焰会直接进入气体管路可能会引起更大范围的危害。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于燃料电池电堆结构的设计，实现了电堆背向进气功能，提高电堆密封可靠性的同时可以降低电池过热燃烧后引发安全事故的可能性。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种背向进气燃料电池堆，其中，该燃料电池堆包含平板形的膜电极组件和极板组件；所述的极板组件包含氧气流场板、氢气流场板和冷却流场板，所述的氧气流场板和氢气流场板结构相同；所述的燃料电池堆由膜电极组件和极板组件重复堆叠而成。
[0007]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的氧气流场板和氢气流场板，其正面分别设有两个气体进出口封闭区域以及一个活性反应封闭区域；所述的气体进出口封闭区域分别设置在氧气流场板或氢气流场板的上方和下方，两个气体进出口封闭区域成中心对称，每个气体进出口封闭区域的周围分别设有一圈凸出的气体进出口封闭凸台；所述的气体进出口封闭凸台内的区域即每个气体进出口封闭区域内设有气体通孔以及气体引流点；所述的活性反应封闭区域设置在氧气流场板或氢气流场板的中间，位于两个气体进出口封闭凸台之间，活性反应封闭区域周围设有一圈凸出的活性反应封闭凸台；所述的活性反应封闭凸台内的活性反应封闭区域为气体流场，流场形式不限。
[0008]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的氧气流场板，其被凸台包围的气体通孔为氢气通孔，两个气体进出口封闭区域分别连接氢气进口管路和氢气出口管路。
[0009]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的氢气流场板，其被凸台包围的气体通孔为氧气通孔，两个气体进出口封闭区域分别连接氧气进口管路和氧气出口管路。
[0010]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的氧气流场板和氢气流场板，其正面相向，分别设置在膜电极组件的两侧；所述氧气流场板的气体进出口封闭区域在其面向的氢气流场板上的对应位置在所述氢气流场板的活性反应封闭区域内，所述氢气流场板的气体进出口封闭区域在其面向的氧气流场板上的对应位置在所述氧气流场板的活性反应封闭区域内。
[0011]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的氧气流场板、膜电极组件、氢气流场板与下一组氧气流场板、膜电极组件、氢气流场板之间设有冷却流场板。
[0012]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的膜电极组件包含位于中间的活性反应区以及设置在活性反应区外围的边框区；所述的边框区设有四组背向进出气通孔。所述的活性反应区的位置与氧气流场板和氢气流场板上的活性反应封闭区域对应。
[0013]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的背向进出气通孔，其两组的位置与氧气流场板的气体进出口封闭区域对应，即其在氢气流场板上的对应位置在所述氢气流场板的活性反应封闭区域内；另两组的位置与氢气流场板气体进出口封闭区域的位置对应，即其在氧气流场板上的对应位置在所述氧气流场板的活性反应封闭区域内。
[0014]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的膜电极组件，其边框区由多层薄片叠加而成，每层之间通过热熔胶粘合形成一体，叠加的薄片材料一致。
[0015]上述的背向进气燃料电池堆，其中，所述的热熔胶，其熔点高于或等于电池的最高工作温度，同时低于或等于制备膜电极材料的最低着火点。一旦活性区域发生过热燃烧时，膜电极组件中的热熔胶成分发生熔化，将气体通孔和背向进出气通孔堵塞并完全封闭，切断气体供应，降低电池过热燃烧蔓延的可能性。
[0016]本发明提供的背向进气燃料电池堆具有以下优点:
本发明提供的具有背向进气功能燃料电池堆，实现了背向进气功能，可以进一步提高电堆密封可靠性，也可降低电池过热燃烧后引发安全事故的可能性，具有更高的实用性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的背向进气燃料电池堆的氧气流场板正面结构示意图。
[0018]图2为本发明的背向进气燃料电池堆的氢气流场板正面结构示意图。
[0019]图3为本发明的背向进气燃料电池堆的膜电极组件结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0021]本发明提供的背向进气燃料电池堆，包含平板形的膜电极组件1和极板组件。该燃料电池堆由膜电极组件1和极板组件重复堆叠而成。
[0022]极板组件包含氧气流场板2、氢气流场板3和冷却流场板，氧气流场板2和氢气流场板3结构相同。
[0023]氧气流场板2和氢气流场板3，其正面分别设有两个气体进出口封闭区域4以及一个活性反应封闭区域5。
[0024]气体进出口封闭区域4分别设置在氧气流场板2或氢气流场板3的上方和下方，两个气体进出口封闭区域4成中心对称，每个气体进出口封闭区域4的周围分别设有一圈凸出的气体进出口封闭凸台6 ;该气体进出口封闭凸台6内的区域即每个气体进出口封闭区域4内设有气体通孔以及气体引流点8。氧气流场板2上的气体通孔为氢气通孔9，两个气体进出口封闭区域4分别连接氢气进口管路和氢气出口管路。氢气流场板3上的气体通孔为氧气通孔10，两个气体进出口封闭区域4分别连接氧气进口管路和氧气出口管路。
[0025]活性反应封闭区域5设置在氧气流场板2或氢气流场板3的中间，位于两个气体进出口封闭凸台6之间，活性反应封闭区域5周围设有一圈凸出的活性反应封闭凸台7 ;活性反应封闭凸台7内的活性反应封闭区域5为气体流场，流场形式不限。
[0026]也就是说，氧气流场板2和氢气流场板3，其正面分别具有三个封闭区域，分别由封闭凸台包围形成。
[0027]氧气流场板2和氢气流场板3，其正面相向，分别设置在膜电极组件1的两侧；氧气流场板2的气体进出口封闭区域4在其面向的氢气流场板3上的对应位置在氢气流场板3的活性反应封闭区域5内，氢气流场板3的气体进出口封闭区域4在其面向的氧气流场板2上的对应位置在氧气流场板2的活性反应封闭区域5内。
[0028]氧气流场板2、膜电极组件1、氢气流场板3与下一组氧气流场板2、膜电极组件1、氢气流场板3之间设有冷却流场板。
[0029]膜电极组件1包含位于中间的活性反应区11以及设置在活性反应区11外围的边框区12。活性反应区11的位置与氧气流场板2和氢气流场板3上的活性反应封闭区域5对应。
[0030]边框区12设有四组背向进出气通孔13。其中两组的位置与氧气流场板2的气体进出口封闭区域4对应，即其在氢气流场板3上的对应位置在氢气流场板3的活性反应封闭区域5内；另两组的位置与氢气流场板3气体进出口封闭区域4的位置