CN100588016C - 直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法 - Google Patents

直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法 Download PDF

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Abstract

一种直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，步骤如下：对五层膜电极两侧的催化剂层、扩散层进行切割，使位于中间的质子导电膜的周边凸出5毫米～10毫米，并加工有孔；制作内侧与扩散层相吻合的保护框，保护框的一面接有密封层，另一面涂有粘接胶；将保护框与五层膜电极置于上、下模之间并通过下模上的导柱定位；利用超声加热器进行超声震动，使其集合成一体。本发明的方法生产的产品强度、刚度好、不变形、不形裂、电堆组装容易、燃料电池稳定性好、寿命长。

Description

直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法
技术领域
本发明涉及直接醇类燃料电池的部件的集成方法，特别是一种直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法。
背景技术
直接醇类燃料电池是一种能量转换装置，按电化学原理，把燃料(甲醇、乙醇等)和氧化剂(氧气)内的化学能转化成电能。
直接醇类燃料电池具有能量转换效率高、环境友好等优点，更具有低温运行、比功率高特点，因此DAFC不仅可用于建立小型发电站，也适用于可移动电源，如笔记本电脑、手机、PDA、小型移动雷达、小型移动通信设备、电动摩托车等。
膜电极(MEA)是直接醇类燃料电池核心部件，是燃料和氧化剂发生电化学反应产生电能的场所，通常把含有阳极扩散层、阳极催化剂、质子导电膜、阴极催化剂、阴极扩散层的膜电极称为五层膜电极。
传统的五层膜电极虽然具有工艺简单的优点，但存在一些问题：1.质子导电膜在电化学反应吸水与失水过程中产生形变，膜电极尺寸稳定性差；2.质子导电膜产生形变影响密封效果；3.采用线密封方式时，质子导电膜受力集中，导致膜破裂，降低质子导电膜的使用寿命；4.MEA、密封层或密封线、保护框目前是独立部件，是分体结构，电池电堆组装时定位不准和无法准确给定夹紧力，影响电堆的每片电池放电稳定性和一致性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的膜电极易变形、不稳定、导电膜密封效果差、整体易破裂、电池电堆组装麻烦的问题，针对上述问题，本发明的目的是提供一种强度、刚度好、不变形、不形裂、寿命长、电堆组装容易、稳定性好、各部件集成化的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，克服现有技术的不足。
本发明的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，包括如下步骤：
①、对由质子导电膜14和位于质子导电膜14两侧的阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12所组成的五层膜电极板材进行处理，利用切割刀或模具对阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12的周边进行切割，使位于中间的质子导电膜14的周边凸出，凸出的宽度为5毫米～10毫米，周边凸出处上加工有质子导电膜周边孔15；
②、制作每一保护框5、第二保护框7，第一保护框5、第二保护框7的内侧孔形与所述的阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12的外形相吻合，第一保护框5、第二保护框7的周边宽度与所述的质子导电膜14周边所凸出的宽度相一致，并在第一保护框5的周边上加工有第一保护框周边孔4，在第二保护框的周边上加工有第二保护框周边孔6，第一保护框5一面接有密封层3，第二保护框7的一面接有下密封层8，第一保护框5和第二保护框7的另一面均涂有粘接胶；
③、将第二保护框7上的下密封层8朝下并置于下模10上，第二保护框周边孔6套在下模10上的导柱9上，下模10的周边加工有下凹边11，下密封层8刚好与下凹边11相吻合；
④、将由质子导电膜14和位于质子导电膜14两侧的阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12所组成的五层膜电极板置于下模10上，使阴极扩散层12、阴极催化剂层13位于第二保护框7内，第二保护框7上面的粘接胶与质子导电膜14的周边凸出部分相接触，质子导电膜周边孔15套在导柱9上；
⑤、将第一保护框5的上密封层3朝上并置于质子导电膜14上，第一保护框周边孔4套在导柱9上，阳极催化剂层16、阳极扩散层17位于第一保护框5内，第一保护框5上的粘接胶与质子导电膜14的周边凸出部分相接触；
⑥、将上模1置于第一保护框5上，上模周边的孔2套在导柱9上，上模1的周边加工有上凹边18，上密封层3刚好与上凹边18相吻合；
⑦、将上模1、下模10及其中间的各部件一同置于超声加热器内超声震动，形成直接醇类燃料电池膜电极集合体，在此过程中压力控制在0.5～0.1MPa之间，温度控制在80～120C°之间，时间控制在1～8秒之间。
本发明的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其中所述的第一保护框5、第二保护框7的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的上密封层3、下密封层8的材料为氟橡胶或硅橡胶或聚乙稀或聚氯乙稀；所述的粘接胶为不干胶或热溶胶。
本发明的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其中所述的第一保护框5、第二保护框7的厚度为0.1毫米～0.2毫米；所述的粘接胶的厚度为0.005毫米～0.01毫米；所述的上密封层3、下密封层8的厚度为0.02毫米～0.06毫米。
本发明的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，与现有技术相比具有如下优点：
利用模具将组成膜电极的各部件集合成一体，使电堆组装方便，降低劳动强度，提高生产效率，其中的高分子薄片保护框，把MEA框在一起，有效的防止了阳极扩散层、阳极催化剂层、质子导电膜、阴极催化剂层、阴极扩散层脱落、移位、起折、溶涨形变。
直接醇类燃料电池是由N个单电池串联组成电堆，电堆组装时夹紧力大小直接影响电池放电性能。夹紧力太大易压碎扩散层和压裂质子导电膜，使电池放电性能失效；夹紧力太小时扩散层与双极板面接触电阻过大，达不到最佳匹配，直接影响电池放电性能。本方法中的保护框能起到不论夹紧力多大，始终保持扩散层与双极板面接触电阻一致，无须担忧压碎扩散层和压裂质子导电膜，电池达到最佳匹配，最佳放电状态。
高分子薄片保护框上粘贴密封层起到MEA与双极板之间密封作用。
因此，利用本发明的方法生产的产品，强度、刚度好、不变形、不形裂、电堆组装容易、燃料电池稳定性好、寿命长。
附图说明
图1是本发明的方法中模具及组成膜电极各件的分解示意图；
图2是本发明的方法中模具及组成膜电极各件的组合示意图；
图3是本发明的方法生产的产品结构示意图。
具体实施方式
如图所示：本发明的方法按如下步骤进行：
①、首先对由质子导电膜14和位于质子导电膜14两侧的阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12所组成的五层膜电极板材进行处理，确定其规格，根据需要形成一定的长和宽的板材。然后利用切割刀或者模具对位于两侧阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12的周边进行切割，即去除一部分，使位于中间的质子导电膜14的周边凸出，凸出的宽度为5毫米或6毫米或8毫米或9毫米或10毫米，即在5毫米～10毫米之间均可，在该凸出处上加工有质子导电膜周边孔15；
②、制作第一保护框5和第二保护框7，第一保护框5的内侧孔形与所述的阳极催化剂层16、阳极扩散层17的外形相吻合，第二保护框7的内侧孔形与所述的阴极催化剂层13、阴极扩散层12的外形相吻合。第一保护框5、第二保护框7的周边宽度与所述的质子导电膜14周边所凸出的宽度相一致，并在第一保护框5的周边上加工有第一保护框周边孔4，在第二保护框7的周边上加工有第二保护框周边孔6。第一保护框5的一面接有上密封层3，另一面涂有粘接胶。第二保护框7的一面接有下密封层8，第一保护框5和第二保护框7的另一面均涂有粘接胶；
③、将第二保护框7上的下密封层8朝下并置于下模10上，第二保护框周边孔6套在下模10上的导柱9上，下模10的周边加工有下凹边11，下密封层8刚好与下凹边11相吻合；
④、将由质子导电膜14和位于质子导电膜14两侧的阳极催化剂层16、阳极扩散层17、阴极催化剂层13、阴极扩散层12所组成的五层膜电极板置于下模10上，使阴极扩散层12、阴极催化剂层13位于第二保护框7内，第二保护框7上面的粘接胶与质子导电膜14的周边凸出部分相接触，质子导电膜周边孔15套在导柱9上；
⑤、将第一保护框5的上密封层3朝上并置于质子导电膜14上，第一保护框周边孔4套在导柱9上，阳极催化剂层16、阳极扩散层17位于第一保护框5内，第一保护框5上的粘接胶与质子导电膜14的周边凸出部分相接触；
⑥、将上模1置于第一保护框5上，上模周边的孔2套在导柱9上，上模1的周边加工有上凹边18，上密封层3刚好与上凹边18相吻合；
⑦、将上模1、下模10及其中间的各部件一同置于超声加热器内超声震动，形成直接醇类燃料电池膜电极集合体，在此过程中压力控制在0.5～0.1MPa之间，温度控制在80～120C°之间，时间控制在1～8秒之间。
所述的第一保护框5、第二保护框7的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的上密封层3、下密封层8的材料为氟橡胶或硅橡胶或聚乙稀或聚氯乙稀；所述的粘接胶为不干胶或热溶胶。
所述的第一保护框5、第二保护框7的厚度为0.1毫米～0.2毫米；所述的粘接胶的厚度为0.005毫米～0.01毫米；所述的上密封层3、下密封层8的厚度为0.02毫米～0.06毫米。

Claims (3)

1、一种直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其特征在于：包括如下步骤：
①、对由质子导电膜(14)和位于质子导电膜(14)两侧的阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)、阴极催化剂层(13)、阴极扩散层(12)所组成的五层膜电极板材进行处理，利用切割刀或模具对阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)、阴极催化剂层(13)、阴极扩散层(12)的周边进行切割，使位于中间的质子导电膜(14)的周边凸出，凸出的宽度为5毫米～10毫米，周边凸出处上加工有质子导电膜周边孔(15)；
②、制作第一保护框(5)、第二保护框(7)，第一保护框(5)、第二保护框(7)的内侧孔形与所述的阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)、阴极催化剂层(13)、阴极扩散层(12)的外形相吻合，第一保护框(5)、第二保护框(7)的周边宽度与所述的质子导电膜(14)周边所凸出的宽度相一致，并在第一保护框(5)的周边上加工有第一保护框周边孔(4)，在第二保护框(7)的周边上加工有第二保护框周边孔(6)，第一保护框(5)的一面接有上密封层(3)、第二保护框(7)的一面接有下密封层(8)，第一保护框5和第二保护框7的另一面均涂有粘接胶；
③、将第二保护框(7)上的下密封层(8)朝下并置于下模(10)上，第二保护框周边孔(6)套在下模(10)上的导柱(9)上，下模(10)的周边加工有下下凹边(11)，下密封层(8)刚好与下凹边(11)相吻合；
④、将由质子导电膜(14)和位于质子导电膜(14)两侧的阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)、阴极催化剂层(13)、阴极扩散层(12)所组成的五层膜电极板置于下模(10)上，使阴极扩散层(12)、阴极催化剂层(13)位于第二保护框(7)内，第二保护框(7)上面的粘接胶与质子导电膜(14)的周边凸出部分相接触，质子导电膜周边孔(15)套在导柱(9)上；
⑤、将第一保护框(5)的上密封层(3)朝上并置于质子导电膜(14)上，第一保护框周边孔(4)套在导柱(9)上，阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)位于第一保护框(5)内，第一保护框(5)上的粘接胶与质子导电膜(14)的周边凸出部分相接触；
⑥、将上模(1)置于第一保护框(5)上，上模周边的孔(2)套在导柱(9)上，上模(1)的周边加工有上凹边(18)，上密封层(3)刚好与上凹边(18)相吻合；
⑦、将上模(1)、下模(10)及其中间的各部件一同置于超声加热器内超声震动，形成直接醇类燃料电池膜电极集合体，在此过程中压力控制在0.5～0.1MPa之间，温度控制在80～120℃之间，时间控制在1～8秒之间。
2、根据权利要求1所述的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其特征在于：所述的第一保护框(5)、第二保护框(7)的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的上密封层(3)、下密封层(8)的材料为氟橡胶或硅橡胶或聚乙稀或聚氯乙稀；所述的粘接胶为不干胶或热溶胶。
3、根据权利要求1或2所述的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其特征在于：所述的第一保护框(5)、第二保护框(7)的厚度为0.1毫米～0.2毫米；所述的粘接胶的厚度为0.005毫米～0.01毫米；所述的上密封层(3)、下密封层(8)的厚度为0.02毫米～0.06毫米。
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