CN101651188A - 一种燃料电池密封方法及密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池密封方法及密封结构，所述方法包括：首先根据膜电极的形状进行模具设计，在所述的模具上设有注胶口和排气口，将制备好的膜电极采用所述的模具固定夹紧，然后将密封材料从所述的注胶口注入，直至注满，空气和多余的密封材料由所述的排气口排出，最后，加热，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料电池的密封结构。本发明还公开了一种燃料电池密封结构。本发明操作简单、适于大批量生产，并且加强了燃料电池的密封效果，提高了燃料电池的放电性能、稳定性和一致性，延长了其使用寿命。

Description

一种燃料电池密封方法及密封结构

技术领域

本发明涉及一种燃料电池密封方法及密封结构。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧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，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，大部分类型的燃料电池的效率高达50％-60％，通过对余热的二次利用，总效率可高达80％-85％，作为动力源，其实际能源利用效率是普通内燃机的2-3倍。其工作过程中几乎不产生污染，功率范围从几瓦到数兆瓦，应用范围十分广大。

燃料电池的类型有多种，其中质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快速、功率密度高的优点，被公认为最有可能替代内燃机、蓄电池成为电动汽车的理想动力源，能开发为各种便携式电源和分布式独立电源，市场极为广泛。

质子交换膜燃料电池单体主要包括膜电极和双极板。膜电极由质子交换膜、气体扩散层、催化层组成，是燃料电池产生电能的核心部件，膜电极两侧是阴、阳极板，阳极极板上的导流孔和流场给膜电极一侧提供氢燃料，阴极极板上的导流孔和流场给膜电极另一侧提供空气作为氧化剂。在阳极，氢经催化反应产生质子(氢离子)和电子，质子透过质子交换膜迁移到阴极，而电子通过极板引出至外电路。电子流过外电路到达阴极。在阴极，空气中的氧经催化反应得到电子形成负离子，与迁移过来的质子反应生成水。在整个电化学反应过程中，极板引出的电流正是燃料电池的发电结果。多个电池单体根据需要串联，组成不同功率的电池组(电堆)。在电池组中，极板串联叠加，其一面作为阳极导流面，另一面可作为相邻单体电池的阴极导流面，这种极板称为双极板。也有一种双极板由两块阴、阳极板粘合而成，中间粘接处制成空气或水的冷却流槽。

为防止气体特别是氢气的泄漏，双极板的两面都必须安装密封组件。现有的方法是先行制好的密封圈或密封垫片，再用胶水固定在双极板的两面成为双极板密封组件，膜电极夹在两块双极板之间组成电池单元。这种方法部件多，安装时工序繁琐，作业效率低，多依靠手工操作，对操作者的技能要求较高，造成产品的品质不稳定，对电池的放电性能、稳定性、一致性和使用寿命产生影响。不符合大规模机械化生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池密封方法及密封结构，具有操作简单、品质稳定，适于大批量生产的特点。

本发明还提供了一种燃料电池密封结构，加强了密封效果，提高了燃料电池的放电性能、稳定性和一致性，延长了其使用寿命。

其具体技术方案如下：一种燃料电池密封方法，包括如下步骤：

1)根据膜电极的形状进行模具设计，在所述的模具上设有注胶口和排气口；

2)将制备好的膜电极采用所述的模具固定夹紧，在膜电极周边形成一个与所述注胶口相通的封闭空间，然后将密封材料从所述的注胶口注入，直至注满所述的封闭空间，空气和多余的密封材料由所述的排气口排出；

3)对上述模具加热，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料电池的密封结构。

所述的膜电极在制备的过程中可按膜或碳纸大小进行制作，然后将根据所需膜电极的面积裁剪下来。

所述的密封材料可以是任何在燃料电池运行时性能稳定的密封材料，其可以是天然橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的一种或多种材料。

一种采用上述方法制备的燃料电池密封结构，包括膜电极以及位于膜电极端部的密封部分，所述的膜电极包括质子交换膜以及位于质子交换膜两侧的阴极和阳极，所述的密封部分包括对所述膜电极的端部进行包覆的包覆区、位于包覆区端部的密封区以及支撑区，在所述的支撑区与包覆区之间设有水气通道，所述的密封区上设有凸起。

所述的凸起可以圆形、方形、三角形等任何与双极板的凹槽相对应的形状。当第一双极板及第二双极板压紧夹持该具有密封结构的膜电极时，所述的密封部分与双极板相互作用从而对燃料电池起到密封作用。

与现有技术相比，本发明的燃料电池密封方法及密封结构具有如下优点：

(1)膜电极可以根据膜或碳纸的大小进行制作，不受电池功率的限制，大大提高了工作效率，缩短了制作周期，节约了成本；

(2)采用一次注胶成型的方法，改变了在原有双极板上采用密封线或垫的密封工艺，把密封线或垫和膜电极两个零件集成为一个组件，减少了零件种类，简化了装配工序，降低了装配难度，提高了工作效率和装配安全性；

(3)膜电极周边包覆的密封材料，对膜电极起到了支撑保护的作用，使膜电极不易变形损坏，电池拆卸后可以重复使用，所述的包覆区上设有与双极板密封沟槽对应的凸起，对膜电极起到了密封作用；

(4)所述的密封部分在燃料电池组装后对双极板起支持作用，使其受力均匀，不变形，加强密封效果，提高燃料电池的放电性能，稳定性和一致性，延长了其使用寿命。

附图说明

图1是本发明的燃料电池密封结构的俯视图；

图2是本发明的燃料电池密封结构的主视图；

图3是图2中A部的放大图；

图4是本发明的燃料电池组装示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但不限于本实施例的内容。

一种燃料电池密封方法，包括如下步骤：

1)根据膜电极的形状进行模具设计，在所述的模具上设有注胶口和排气口；

2)将制备好的膜电极采用所述的模具固定夹紧，在膜电极周边形成一个与所述注胶口相通的封闭空间，然后将密封材料从所述的注胶口注入，直至注满所述的封闭空间，空气和多余的密封材料由所述的排气口排出；

3)在一定压力下，对上述模具加热，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料电池的密封结构，如图1、图2、图3所示。

所述的膜电极在制备的过程中可按膜或碳纸大小进行制作，然后将根据电池功率计算出所需膜电极的面积裁剪下来。

所述的密封材料可以是任何在燃料电池运行时性能稳定的密封材料，其可以是天然橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的一种或多种材料。

如图1、图2、图3所示，一种采用上述方法制备的燃料电池密封结构，包括膜电极1以及位于膜电极1端部的密封部分2，所述的膜电极1包括质子交换膜以及位于质子交换膜两侧的阴极和阳极，所述的密封部分2包括对所述膜电极的端部进行包覆的包覆区3、位于包覆区3端部的密封区4以及支撑区5，在所述的支撑区5与包覆区3之间设有水气通道6，所述的密封区4上设有凸起9。

所述的凸起9可以圆形、方形、三角形等任何与双极板的凹槽相对应的形状。如图4所示，当第一双极板7及第二双极板8压紧夹持该具有密封结构的膜电极1时，所述的密封部分2与双极板7，8相互作用从而对燃料电池起到密封作用。

Claims (4)

1.一种燃料电池密封方法，其特征在于包括如下步骤：

1)根据膜电极的形状进行模具设计，在所述的模具上设有注胶口和排气口；

2)将制备好的膜电极采用所述的模具固定夹紧，在膜电极周边形成一个与所述注胶口相通的封闭空间，然后将密封材料从所述的注胶口注入，直至注满所述的封闭空间，空气和多余的密封材料由所述的排气口排出；

3)对上述模具加热，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料电池的密封结构。

2.根据权利要求1所述的燃料电池密封方法，其特征在于所述的密封材料是天然橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的一种或多种材料。

3.一种采用权利要求1所述方法制备的燃料电池密封结构，其特征在于包括膜电极(1)以及位于膜电极(1)端部的密封部分(2)，所述的膜电极(1)包括质子交换膜以及位于质子交换膜两侧的阴极和阳极，所述的密封部分(2)包括对所述膜电极(1)的端部进行包覆的包覆区(3)、位于包覆区(3)端部的密封区(4)以及支撑区(5)，在所述的支撑区(5)与包覆区(3)之间设有水气通道(6)，所述的密封区(4)上设有凸起(9)。

4.根据权利要求3所述的燃料电池密封结构，其特征在于所述的凸起(9)为圆形、方形或三角形。

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