本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种空冷型燃料电池电堆用密封垫。
背景技术：
燃料电池是一种能量转化装置，通过电化学反应将贮存在燃料气体和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能，具有能量转化效率高，环境污染少的优点，有着广泛的应用前景。
通常燃料电池具有将多个单电池层叠而成的堆叠结构，行业统称其为燃料电池堆。各单电池具有如下构造：膜电极(mea：membraneelectrodeassembly)与双极板(bp：bipolarplate)，在两者之间形成有用于沿着膜电极表面供给反应气体的气体流道。膜电极包括：固体聚合物电解质膜、催化剂、气体扩散层。其中阳极电极设置在固体聚合物电解质膜的一个表面上，阴极电极设置在固体聚合物电解质膜的另一个表面上。阳极和阴极电极各自包括催化剂层以及气体扩散层。
燃料电池由于冷却方式的不同可以分为空气冷却燃料电池(下文简称空冷型燃料电池)与液体冷却燃料电池，因空冷型燃料电池体积小、结构简单紧凑、供电反应迅速等优点，被广泛用作小功率电源，在无人机、叉车、巡逻车等方面得到了广泛应用。
空冷型燃料电池电堆的阴极为开放式，通过空气的流动，为电堆提供氧气并带走部分反应热；阳极所用的燃料气体在电堆内部是需要密封的，目前主要采用点胶方式或裁切硅胶垫进行密封，点胶方式形成的密胶垫厚度较难控制，一致性差，粘接力不强。普通硅胶垫采用面密封或线密封，这种方式受挤压后易变形，使密封效果变差。同时，电池单体所需的燃料气体是通过供气歧管提供，电堆内部的多个单体以串联方式连接，燃料气体以并联方式供给；由于电池单体的多片堆叠，供、排气歧管在电堆内部的管径一致，易造成燃料气体进入电池单体前分布不均匀，反应过程中产生的部分水会积聚在阳极流场内，使得阳极易出现积水现象。
因此，在空冷电堆领域尚需解决阳极燃料气体在电堆单体之间的可靠密封；在燃料气体进入电池单体前，实现均匀分配；在离开电池单体后，未排出电堆前，燃料气体带出的水分有汇聚的空间。
技术实现要素：
本发明是为了克服现有技术存在的缺陷而设计的一种空冷型燃料电池密封垫，主要用于燃料电池单体之间阳极燃料气体的密封。同时在密封垫上设计有扩大的燃料气体通道，使进入电池单体前阳极燃料气体有缓冲的空间，实现均匀分配；在离开电池单体后，未排出电堆前，反应水有汇聚的空间。
为达到目的，本发明采用如下技术方案：
1.一种空冷型燃料电池电堆用密封垫，密封垫由内密封线、外密封线、密封室组成的网状结构、扩大的阳极燃料气体通道构成：
优选的，所述内密封线为环形，位于密封垫内测，线宽为0.5-5mm，例如：1mm、2mm、2.5mm、3mm；
优选的，所述外密封线为环形，位于密封垫外边缘，线宽为0.5-10mm，例如：2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm；
优选的，所述网格状结构，位于内密封线、外密封线之间，网格状结构将密封面分成若干独立的密封室，密封室之间的分割线高点与密封面等高齐平。
优选的，所述密封室为凹型结构，深度为0.05-1.5mm，例如：0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm；长边尺寸为1-15mm，例如：2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm；
优选的，所述凹型密封室的形状可以为正方形、长方形、菱形，优选为正方形；优选的，所述密封室组成不少于两条环状密封线，线宽为0.1-5mm。例如：2条密封线，3条密封线；线宽为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm；
2.密封垫上采用扩大的燃料气体通道，扩大的燃料气体通道的横截面积不低于燃料气体供给歧管横截面积的2倍，不大于密封垫横截面积的3/4。例如：燃料气体通道的横截面积为燃料气体供给歧管横截面积的10倍、11倍、12倍、13倍、14倍、15倍、16倍、17倍；
4.密封垫的厚度为1-3mm，例如：1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.8mm。
5.密封垫可由硅橡胶、聚烯烃类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、工程塑料等材料制成；例如：硅橡胶、氟橡胶。
本发明的有益效果是：
1.在本发明中，密封垫的密封面由内密封线、密封室组成的网状密封线、外密封线够成，实现了多线、多区域的密封。
2.密封面上的密封室呈凹型结构，减轻了密封垫的重量，缓解了密封垫在受压时产生的形变，增强了电堆单体之间的密封效果。
3.本发明采用了扩大的阳极燃料气体通道，形成缓冲区域，在进气端储备了较为充足的阳极燃料气体，使阳极燃料气体进入电池单体前分配更为均匀；在排气端，给阳极燃料气体带出的液态水预留了储存空间，减少了阳极积水现象的发生，使电堆运行更稳定。
附图说明
下面结合附图做进一步的说明：
图1是密封垫结构的示意图；
图2是单电池分解结构的示意图；
图3是空冷燃料电池堆分解结构的示意图；
图4是电堆示意图；
标号说明：
10-燃料电池堆
11-单电池
110-膜电极
110a-阳极气体扩散层
110c-阴极气体扩散层
112-阳极板
112a-燃料气体流道
113-阴极板
113a-氧化剂气体流道
113b-冷媒气体流道
12-燃料气体密封垫
121-燃料气体通道
122-内密封线
123-外密封线
124-网状密封线
125-密封室
13a、13c-集电板
14a、14c-绝缘板
15a、15c-端板
16a、16c-紧固螺栓
17-紧固杆
18-堆叠体
19in-燃料气体供给歧管
19out-燃料气体排出歧管
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图一所示，燃料气体密封垫12包括燃料气体通道121、内密封线122、外密封线123、网状密封线124、密封室125。密封垫12可以由弹性材料制成，密封垫可由硅橡胶、聚烯烃类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、工程塑料等材料制成；优选为硅橡胶。
如图二所示：在面向膜电极110的阴极板113表面上，设置有氧化剂气体通道113a沿坐标y方向延伸。氧化剂气体沿y方向流经氧化剂气体通道113a，为每个单电池11提供氧化剂并排除产生的部分水。在单电池11的阴极板113和相邻单电池11的阳极板112之间，冷媒流道113b成型在阴极板113上氧化剂气体流道113a的背面和相邻阳极板112上燃料气体流道112a的背面之间。氧化剂气体沿y方向流经冷媒通道113b，为每个单电池11散热。燃料气体密封垫12分别设置在膜电极110的两端。燃料气体密封垫12的外边缘尺寸等于或略大于膜电极110两端的外边缘尺寸，阴极板113位于同一单体的两个密封垫12之间，燃料气体供给歧管19in、燃料气体排出歧管19分别位于密封垫12的燃料气体通道121内。由阳极板112、膜电极110、阴极板113、两端密封垫12构成了单体电池11，单体电池11的叠加在燃料气体通道121处形成了较大的气体缓冲空间。阳极燃料气体经燃料气体通道121、膜电极110上的进气歧管19in进入到燃料气体流场112a，参与反应，之后由排出歧管19out排出、排气侧的燃料气体通道121处缓冲，最后由电堆统一集中排放。
如图三所示多个单电池11进行叠加，上、下两侧分别辅以集电板13a、13c，绝缘板14a、14c，端板15a、15c，在紧固螺栓16a、16c、紧固杆17的紧固下，形成了燃料电池电堆10。
如图四所示，燃料电池电堆10的密封垫在设计夹紧力下，未有变形和挤出现象，经气密性检测，燃料气体泄漏量符合要求，说明密封垫达到密封要求。
实施例2
对燃料电池电堆10，进行活化，活化好的电堆经过直立、倒置、倾斜等不同放置方式进行稳定性测试，电流密度从100ma/cm2开始，每阶段增加100ma/cm2，逐步加载到600ma/cm2，每阶段运行30min，电堆在各阶段均能稳定运行，未出现电堆内部积水的现象。
以上所述实施例仅表达了本申请的的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
1.一种空冷型燃料电池用密封垫，其特征在于：
1.1密封采用内密封线、网格状结构、外密封线共同完成，利用多线多室构成的密封结构实现电池单体之间的燃料气体的密封；
1.2密封垫上采用扩大的燃料气体通道。
2.如权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用密封垫，其特征在于，密封由内密封线、网格状结构、外密封线共同完成；
优选的，所述内密封线为环形，位于密封垫内缘，线宽为0.5-5mm；
优选的，所述外密封线为环形，位于密封垫外缘，线宽为0.5-10mm；
优选的，所述网格状结构，位于内密封线、外密封线之间，由若干独立的密封室构成，密封室之间的分割线高点与密封面等高；
优选的，所述密封室为凹型结构；深度为0.05-1.5mm；长边为1-15mm；
优选的，所述密封室组成不少于两条环状密封线，线宽为0.1-5mm。
3.如权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用密封垫，其特征在于密封垫上采用扩大的燃料气体通道，位于内密封线内；
优选的，所述的扩大的燃料气体通道的横截面积不低于燃料气体供给歧管横截面积的2倍，不大于密封垫横截面积的3/4。
4.如权利要求1所述的一种空冷型燃料电池用密封垫，其特征在于，密封垫的厚度为1-3mm，宽度为10-60mm，长度为20-120mm。
技术总结