CN101071868A - 具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法 - Google Patents

具有三种功能结构的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

一种具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，步骤如下：对五层蜡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

具有三种功能结构的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，特别是一种具有三种功能结构的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、各部件集成化的具有三种功能结构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。
本发明的具有三种功能结构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孔15；
②、制作保护框5、7，保护框5、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，保护框5、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，并在保护框5、7的周边上加工有孔4、6，保护框5、7的一面接有密封层3、8，另一面涂有粘接胶。
③、将保护框7上的密封层8朝下并置于下模10上，孔6套在下模10上的导柱9上，下模10的周边加工有凹边11，密封层8刚好与凹边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位于保护框7内，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，孔15套在导柱9上；
⑤、将保护框5的密封层3朝上并置于质子导电膜14上，孔4套在导柱9上，阳极催化剂层16、阳极扩散层17位于保护框5内，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置于保护框5上，孔2套在导柱9上，上模1的周边加工有凹边18，密封层3刚好与凹边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，形成具有三种功能结构的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。
本发明的具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其中所述的保护框5、7的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的密封层3、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。
本发明的具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其中所述的保护框5、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；所述的密封层3、8的厚度为0.02毫米～0.06毫米。
本发明的具有三种功能结构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孔15；
②、制作保护框5和保护框7，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，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。保护框5、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，并在保护框5的周边上加工有孔4，在保护框7的周边上加工有孔6。保护框5的一面接有密封层3，另一面涂有粘接胶。保护框7的一面接有密封层8，另一面涂有粘接胶；
③、将保护框7上的密封层8朝下并置于下模10上，孔6套在下模10上的导柱9上，下模10的周边加工有凹边11，密封层8刚好与凹边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位于保护框7内，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，孔15套在导柱9上；
⑤、将保护框5的密封层3朝上并置于质子导电膜14上，孔4套在导柱9上，阳极催化剂层16、阳极扩散层17位于保护框5内，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置于保护框5上，孔2套在导柱9上，上模1的周边加工有凹边18，密封层3刚好与凹边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，形成具有三种功能结构的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。
所述的保护框5、7的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的密封层3、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。
所述的保护框5、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；所述的密封层3、8的厚度为0.02毫米～0.06毫米。

Claims (3)

1、一种具有三种功能结构的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孔(15)；
②、制作保护框(5、7)，保护框(5、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，保护框(5、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，并在保护框(5、7)的周边上加工有孔(4、6)，保护框(5、7)的一面接有密封层(3、8)，另一面涂有粘接胶；
③、将保护框(7)上的密封层(8)朝下并置于下模(10)上，孔(6)套在下模(10)上的导柱(9)上，下模(10)的周边加工有凹边(11)，密封层(8)刚好与凹边(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)位于保护框(7)内，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，孔(15)套在导柱(9)上；
⑤、将保护框(5)的密封层(3)朝上并置于质子导电膜(14)上，孔(4)套在导柱(9)上，阳极催化剂层(16)、阳极扩散层(17)位于保护框(5)内，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)置于保护框(5)上，孔(2)套在导柱(9)上，上模(1)的周边加工有凹边(18)，密封层(3)刚好与凹边(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，形成具有三种功能结构的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所述的具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其特征在于：所述的保护框(5、7)的材料为PET或ABS或PP或PC高分子材料，所述的密封层(3、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所述的具有三种功能结构的直接醇类燃料电池膜电极集合体集成方法，其特征在于：所述的保护框(5、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；所述的密封层(3、8)的厚度为0.02毫米～0.06毫米。
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