CN102544539A - 燃料电池封装方法及燃料电池封装模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池封装方法，将燃料电池的各组成部分依次固定于燃料电池封装模具中，然后将塑料注入到燃料电池封装模具中，待塑料冷却后脱模，得到燃料电池。本发明的燃料电池封装方法，由于采用了注塑成型技术，使封装后的燃料电池体积减小，能明显提高电池能量密度；并且解决了用胶封装的不良后果，该不良后果为固化后的胶体容易溶解在甲醇溶液中，溶解在溶液中的胶体部分随着甲醇溶液扩散到膜电极表面，造成电池性能的严重衰减。本发明还公开了一种燃料电池封装模具，该燃料电池封装模具结构紧凑，使用方便，并能灵活控制膜电极的压缩比，可以用于单电池封装、堆叠式电堆封装、平板式电堆封装。

Description

燃料电池封装方法及燃料电池封装模具

技术领域

本发明涉及燃料电池制造技术，特别涉及一种燃料电池封装方法及燃料电池封装模具。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将甲醇或氢气等燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的发电装置。燃料电池的内部核心部件是膜电极(MembraneElectrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂，膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。

由于电子产品的多功能集成造成了电子产品功耗的极大提高，这就要求便携式电池能量密度也随着升高。

现有的燃料电池，通常采用螺丝固定、铆钉铆接、粘结剂等封装方式。螺丝固定、铆钉铆接封装方式，由于使用螺丝、铆钉而浪费很大的空间，使得燃料电池体积较大，电池能量密度较低；使用粘结剂封装，常会造成密封不严，或粘结剂中的小分子随燃料一起到达燃料电池催化剂表面，造成电池的失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是使封装后的燃料电池体积减小，提高电池能量密度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池封装方法，将燃料电池的各组成部分依次固定于燃料电池封装模具中，然后将塑料注入到燃料电池封装模具中，待塑料冷却形成塑料封装体后脱模，得到燃料电池。

所述塑料，可以为聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚甲醛或聚偏氟乙烯。

本发明还提供了一种用于所述燃料电池封装方法的燃料电池封装模具，包括一定模、一动模；

所述定模，包括一上模板，所述上模板下端面中央位置设置有一个或多个电池上模槽；

所述电池上模槽包括上模平台、上模导流槽、阳极集流板固定柱，上模导流槽围绕在上模平台周围，阳极集流板固定柱在上模导流槽外围，上模导流槽中设置有多个通往上模板上端面的进塑孔；

所述动模，包括下模板、活动底板、调节杆；

所述下模板，中央位置设置有一孔槽，相对两侧面设置有调节杆安装孔；

所述活动底板，大小与所述孔槽相适配，容置在所述下模板中央位置的孔槽中，所述活动底板的上端面设置有一个或多个电池下模单元，所述电池下模单元包括下模平台、下模导流槽、阴极集流板固定柱，下模导流槽围绕在下模平台周围，阴极集流板固定柱在下模导流槽外围，所述活动底板的侧面，设置有齿槽；

所述调节杆，中部固定有齿轮，所述齿轮同所述活动底板侧面的齿槽相啮合，所述调节杆的两端枢固定于所述调节杆安装孔。

所述活动底板的下模导流槽中可以设置有多个通往活动底板下端面的顶针孔。

较佳的，所述定模，还包括一脱料板、多个导柱、多个拉杆；

所述脱料板，设有注塑孔；

所述多个导柱一端及所述多个拉杆一端，分别固定在所述脱料板周边；

所述上模板，周边设置有多个导柱滑动孔、多个拉杆孔；所述多个导柱的另一端分别穿过所述多个导柱滑动孔，所述多个拉杆另一端分别穿过所述拉杆孔，并在多个拉杆另一端形成外径大于所述拉杆孔直径的拉杆帽，从而使所述上模板在拉杆帽、脱料板之间沿导柱、拉杆滑动；

所述下模板，上端面周边设置有多个导柱孔、多个拉杆孔；

所述多个导柱孔，用于分别容置定模上的多个导柱另一端，实现定模、动模合模时的定位；

所述多个拉杆孔，用于分别容置定模上的多个拉杆另一端。

所述定模，还可以包括多个紧闭柱；

所述多个紧闭柱，一端分别固定在所述上模板下端面周边；

所述下模板，上端面周边设置有多个紧闭孔；

所述多个紧闭孔，用于分别容置定模上的多个紧闭柱另一端，并且紧闭孔同相应紧闭柱间过盈配合。

本发明的燃料电池封装方法，由于采用了注塑成型技术，使封装后的燃料电池体积减小，能明显提高电池能量密度，并且解决了用胶封装的不良后果，该不良后果为固化后的胶体容易溶解在甲醇溶液中，溶解在溶液中的胶体部分随着甲醇溶液扩散到膜电极表面，造成电池性能的严重衰减，同时封装后的燃料电池一致性高，生产效率高，便于大规模商业化生产。本发明的燃料电池封装模具，结构紧凑，使用方便，并能灵活控制膜电极的压缩比，可以用于单电池封装、堆叠式电堆封装、平板式电堆封装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的燃料电池封装模具一实施例示意图；

图2是本发明的燃料电池封装模具一实施例的定模示意图；

图3是本发明的燃料电池封装模具一实施例的上模板上的电池上模槽示意图；

图4是本发明的燃料电池封装模具一实施例的动模示意图；

图5是本发明的燃料电池封装模具一实施例的移动底板上的电池下模单元示意图；

图6是本发明的燃料电池封装模具一实施例的活动底板同调节杆啮合示意图；

图7是本发明的燃料电池封装模具一实施例的具有三个电池下模单元的动模示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

燃料电池封装方法，将燃料电池的各组成部分依次固定于燃料电池封装模具中，然后将塑料注入到燃料电池封装模具中，待塑料冷却形成塑料封装体后脱模，得到燃料电池。

所述塑料，为注塑专用塑料，包括聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚甲醛、聚偏氟乙烯或其它含氟工程塑料以及其它耐酸耐碱、耐甲醇、耐水解、力学性能优异的工塑料。

所述燃料电池，包括阳极集流板、阳极密封垫片、膜电极、阴极密封垫片、阴极集流板等各组成部分。

所述集流板，可以为镀金的金属板、渗氮的钛板、石墨板、复合双极板、镂空的双极板以及各种形状流道的双极板。

所述的密封垫片，可以为含氟塑料垫片、耐甲醇和水的硅橡胶垫片或金属垫片。

所述膜电极，可以为各种工艺制作的常规5层膜电极以以及其它膜电极。

实施例二

燃料电池封装模具，如图1所示，包括定模1、动模2；

所述定模1，如图2所示，包括一脱料板11、一上模板13、多个(图2中为4个)导柱12、多个(图2中为2个)紧闭柱14、多个(图2中为4个)拉杆15；

所述脱料板11，中间设有注塑孔111；

所述多个导柱12，一端分别固定在所述脱料板11周边；

所述多个拉杆15，一端分别固定在所述脱料板11周边；

所述上模板13，周边设置有多个导柱滑动孔、多个拉杆孔；所述多个导柱12的另一端分别穿过所述上模板13周边设置的多个导柱滑动孔，所述多个拉杆15另一端分别穿过所述上模板13周边设置的多个拉杆孔，并在多个拉杆15另一端形成外径大于所述拉杆孔直径的拉杆帽，从而使所述上模板13能在拉杆帽、脱料板之间沿导柱12、拉杆15滑动；

所述上模板13下端面中央位置设置有一个电池上模槽16；电池上模槽16如图3所示，包括上模平台164、上模导流槽162、阳极集流板固定柱163，上模导流槽162围绕在上模平台164周围，阳极集流板固定柱163在上模导流槽162外围；上模导流槽162中设置有多个(图3中为4个)通往上模板13上端面的进塑孔161；

所述多个紧闭柱14，一端分别固定在所述上模板13下端面周边；

所述动模2，如图4所示，包括下模板23、活动底板26、调节杆29；

所述下模板23，上端面周边同定模上的导柱、紧闭柱、拉杆个数相对应，设置有多个(图4中为4个)导柱孔22、多个(图4中为2个)紧闭孔24、多个(图4中为4个)拉杆孔25，中央位置设置有一孔槽，相对两侧面设置有调节杆安装孔28；

所述多个导柱孔22，用于分别容置定模1上的多个导柱12另一端，实现定模1、动模2合模时的定位；

所述多个紧闭孔24，用于分别容置定模1上的多个紧闭柱14另一端，并且紧闭孔24同相应紧闭柱间过盈配合，从而使定模1、动模2分模时上模板13、下模板间存在一定阻力；

所述多个拉杆孔25，用于分别容置定模1上的多个拉杆15另一端；

所述活动底板26，大小与所述下模板23中央位置的孔槽相适配，容置在所述下模板23中央位置的孔槽中，如图5、图6所示，所述活动底板26的上端面设置有一个电池下模单元，所述电池下模单元包括下模平台264、下模导流槽262、阴极集流板固定柱263，下模导流槽262围绕在下模平台264周围，阴极集流板固定柱263在下模导流槽262外围；下模导流槽262中设置有多个(图5、图6中为4个)通往活动底板26下端面的顶针孔261；所述活动底板26的侧面，设置有齿槽265；

所述调节杆29，中部固定有齿轮291，所述齿轮291同所述活动底板26侧面的齿槽265相啮合，所述调节杆29的两端枢固定于所述下模板23相对两侧面设置的调节杆安装孔28，当所述调节杆29旋转时，所述齿轮291通过齿槽265带动所述活动底板26沿所述下模板23中央位置的孔槽上下移动，当到达目标位置时，可以将所述调节杆29端部通过定位销锁定从而将所述活动底板26固定。

利用实施例二的燃料电池封装模具，可以塑封单电池及堆叠式电堆。

具体方法如下：

一.将燃料电池的包括阳极集流板、阳极密封垫片、膜电极、阴极密封垫片、阴极集流板的各组成部分依次安置在电池封装腔体内，电池封装腔体由合模后的定模1的上模板13的电池上模槽16、动模2的下模板23中央位置的孔槽及活动底板26所形成；所述定模1同动模2合模时，定模1上的多个导柱12探入动模2上的多个导柱孔22内实现定模、动模合模时的定位；定模、动模合模后，定模1上的多个紧闭柱14分别探入动模2上的多个紧闭孔24，定模1上的多个拉杆15的拉杆帽分别探入动模2上的多个拉杆孔25内；

阳极集流板套设在电池上模槽16内的阳极集流板固定柱163上，阴极集流板套设在所述活动底板26上的阴极集流板固定柱263上，上模导流槽162同下模导流槽262配合形成完整导流槽，环绕在由下模平台264、上模平台164组成的平台区周围；

通过所述调节杆29调节所述活动底板26的高低，可调节电池封装腔体高度，从而可控制膜电极的压缩比，达到最优化的单个电池厚度；当电池封装腔体高度足够大时，可以在腔体内安置多个燃料电池的各组成部分，从而实现堆叠式电堆封装；

二.当定模1同动模2合模并在电池封装腔体内安置燃料电池的各组成部分后，向前推动动模使动模及定模的上模板13沿所述多个导柱12移动直至上模板13上端面同脱料板11抵靠在一起，使脱料板11上的注塑孔111同上模板13上的上模导流槽162中设置的多个进塑孔161相连通；

三.通过脱料板11上的注塑孔111及上模板13上的上模导流槽162中设置的多个进塑孔161向电池封装腔体内注入塑料，注入的塑料沿上模导流槽162同下模导流槽262配合形成的完整导流槽流动，包绕在位于由下模平台264、上模平台164组成的平台区间的燃料电池的各组成部分周围，从而完成对燃料电池的塑封；

四.待塑料冷却后，向后拉动动模2，上模板13由于紧闭孔24同相应紧闭柱14间的过盈配合而随动模2一起脱离脱料板11，当继续向后拉动动模2，上模板13由于受拉杆15上的拉杆帽的阻挡而同动模2脱离，实现定模1同动模2的分模；

五.定模1同动模2的分模后，可以通过活动底板26的顶针孔261探入顶针将塑封的燃料电池顶出，得到燃料电池。

实施例三

燃料电池封装模具如图7所示，其同实施例二中的燃料电池封装模具的区别在于，定模1的上模板13下端面中央位置设置有多个(图7中为3个)电池上模槽16，动模模2的活动底板26上端面设置有多个(图7中为3个)同多个电池上模槽16一一对应的电池下模单元；

利用实施例三的燃料电池封装模具，可以塑封平板式电堆。

本发明的燃料电池封装方法，由于采用了注塑成型技术，使封装后的燃料电池体积减小，能明显提高电池能量密度，并且封装后的燃料电池一致性高，生产效率高，便于大规模商业化生产。本发明的燃料电池封装模具，结构紧凑，使用方便，并能灵活控制膜电极的压缩比，可以用于单电池封装、堆叠式电堆封装、平板式电堆封装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池封装方法，其特征在于，

将燃料电池的各组成部分依次固定于燃料电池封装模具中，然后将塑料注入到燃料电池封装模具中，待塑料冷却形成塑料封装体后脱模，得到燃料电池。

2.根据权利要求1所述的燃料电池封装方法，其特征在于，

所述塑料，为聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚甲醛或聚偏氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的燃料电池封装方法，其特征在于，

所述燃料电池，包括阳极集流板、阳极密封垫片、膜电极、阴极密封垫片、阴极集流板。

4.根据权利要求3所述的燃料电池封装方法，其特征在于，

所述集流板，为镀金的金属板、渗氮的钛板、石墨板、复合双极板或镂空的双极板。

5.根据权利要求3所述的燃料电池封装方法，其特征在于，

所述的密封垫片，为含氟塑料垫片、耐甲醇和水的硅橡胶垫片或金属垫片。

6.一种用于权利要求1所述的燃料电池封装方法的燃料电池封装模具，其特征在于，包括一定模、一动模；

所述定模，包括一上模板，所述上模板下端面中央位置设置有一个或多个电池上模槽；

所述电池上模槽包括上模平台、上模导流槽、阳极集流板固定柱，上模导流槽围绕在上模平台周围，阳极集流板固定柱在上模导流槽外围，上模导流槽中设置有多个通往上模板上端面的进塑孔；

所述动模，包括下模板、活动底板、调节杆；

所述下模板，中央位置设置有一孔槽，相对两侧面设置有调节杆安装孔；

所述活动底板，大小与所述孔槽相适配，容置在所述下模板中央位置的孔槽中，所述活动底板的上端面设置有一个或多个电池下模单元，所述电池下模单元包括下模平台、下模导流槽、阴极集流板固定柱，下模导流槽围绕在下模平台周围，阴极集流板固定柱在下模导流槽外围，所述活动底板的侧面，设置有齿槽；

所述调节杆，中部固定有齿轮，所述齿轮同所述活动底板侧面的齿槽相啮合，所述调节杆的两端枢固定于所述调节杆安装孔。

7.根据权利要求6所述的燃料电池封装模具，其特征在于，

所述活动底板的下模导流槽中设置有多个通往活动底板下端面的顶针孔。

8.根据权利要求6所述的燃料电池封装模具，其特征在于，

所述定模，还包括一脱料板、多个导柱、多个拉杆；

所述脱料板，设有注塑孔；

所述多个导柱一端及所述多个拉杆一端，分别固定在所述脱料板周边；

所述上模板，周边设置有多个导柱滑动孔、多个拉杆孔；所述多个导柱的另一端分别穿过所述多个导柱滑动孔，所述多个拉杆另一端分别穿过所述拉杆孔，并在多个拉杆另一端形成外径大于所述拉杆孔直径的拉杆帽，从而使所述上模板在拉杆帽、脱料板之间沿导柱、拉杆滑动；

所述下模板，上端面周边设置有多个导柱孔、多个拉杆孔；

所述多个导柱孔，用于分别容置定模上的多个导柱另一端，实现定模、动模合模时的定位；

所述多个拉杆孔，用于分别容置定模上的多个拉杆另一端。

9.根据权利要求8所述的燃料电池封装模具，其特征在于，

所述定模，还包括多个紧闭柱；

所述多个紧闭柱，一端分别固定在所述上模板下端面周边；

所述下模板，上端面周边设置有多个紧闭孔；

所述多个紧闭孔，用于分别容置定模上的多个紧闭柱另一端，并且紧闭孔同相应紧闭柱间过盈配合。

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