CN103682374A - 一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，该方法包括以下步骤：(1)将双极板清洗干净待用；(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到双极板上。与现有技术相比，本发明具有简单方便、可提高燃料电池稳定性等优点。

Description

一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法。
背景技术
燃料电池是一种电化学发电装置，由于它具有能量转化效率高(50％-70％)、环境友好等突出的优越性，燃料电池技术的研究和开发备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的能源。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)电流密度高、结构简单、运行过程没有电解液的渗漏等优势，而且具有启动快速响应、燃料(氢气)获取手段多样等优点，很适用于便携式电源和运输工具。PEMFC单电池是由集流板、刻有流道的双极板(Bipolar plates)、膜电极以及气体扩散层(GDL)所构成。通常情况下，催化层(catalyst layer)被均匀地涂在质子交换膜(PEM)的两侧，构成膜电极，而气体扩散层则是独立在膜电极之外的结构。气体扩散层(GDL)是气体由流道进入到催化层的通道，同时把电流从催化层传输到集流板上。因此，GDL与双极板之间的接触电阻对燃料电池的性能至关重要。近几年来，关于GDL与双极板之间接触电阻的研究都是从GDL材料性质着手，而对与GDL和双极板直接接触的密封材料的研究报道却不多。密封结构在燃料电池的设计中也是经常被忽视的一个要素，它设计的好坏直接关系燃料电池的安全性和可靠性。密封层处于双极板和MEA膜电极之间，密封的好坏直接影响燃料电池的性能，而且双极板一般也是通过密封胶将单极板粘结在一起组成的，双极板的密封也非常重要。
现有的密封方法一般包括：(1)在双极板的密封槽内放置密封圈，这种方法由于是额外放置密封圈，密封圈定位较难，容易泄露，导电电阻不稳定，而且对于强度较差的石墨双极板来说，还会对其强度造成负面影响。(2)涂胶密封，即在双极板的密封槽内采用人工涂刷密封胶的方法进行密封，该方法密封胶的厚度与位置难以控制，也容易造成漏气，电阻大等缺陷，而且劳动强度大，效率低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单方便、性能稳定的质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将组成双极板的阴极板和阳极板清洗干净、晾干待用；
(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到阴极板和阳极板的对应面上；
(3)将上好胶的阴极板和阳极板对合，放入压紧装置压紧，使两块需要粘接的阴极板和阳极板紧密贴合；
(4)8-15个小时后，取出压合在一起的阴极板和阳极板，表面清洁，得到密封好的双极板。
所述的双极板由阴极板和阳极板粘合组成，阴极板和阳极板上设有流体进出口和密封槽，密封槽开设在阴极板和阳极板相对板面边缘，以及该板面各流体进出口周边，密封槽的深度为0.05-0.3mm。
所述的密封胶为KD504双组份环氧胶，该KD504双组份环氧胶包括A组分和B组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为固化剂，使用时，按质量比为2∶1将A组分和B组分均匀混合。
所述的密封胶的厚度为0.1-0.4mm。
所述的密封好的双极板与MEA膜电极组成单电池，多个单电池叠加得到燃料电池堆。
设定丝网印刷机的印刷厚度，将密封胶丝网印刷到阴极板和阳极板上，在室温下，该密封胶既能保持一定的粘度，又不会从密封槽中溢出，压合后可得到厚度均一的密封层。
与现有技术相比，本发明采用机械的丝网印刷法将密封胶印刷在双极板的密封槽中，代替了传统的手工涂覆法，大大提高了劳动效率和劳动精度，使密封胶精准地设置在密封槽中，而且控制密封胶厚度均匀，既有一定的粘度又不会外溢，在双极板粘结密封时，方便可靠，不会因为密封胶厚度不均导致泄露，也不会因密封胶溢出密封槽导致电阻增大，同时也大大提高了双极板的机械强度，因此本发明方法提高了燃料电池的性能稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
燃料电池堆一般由单电池密封叠加组成，单电池一般由双极板与MEA膜电极组成，双极板一般由阴极板和阳极板密封粘合组成，阴极板和阳极板相对准备粘合的板面上设有导流孔和密封槽。密封槽的深度为0.1mm。
一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，该方法包括以下步骤：
(1)将组成双极板的阴极板和阳极板清洗干净、晾干待用；
(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到阴极板和阳极板的对应面上；所述的密封胶为KD504双组份环氧胶，该KD504双组份环氧胶包括A组分和B组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为固化剂，使用时，按质量比为2∶1将A组分和B组分均匀混合。密封胶的印刷厚度为0.2mm。该密封胶既能保持一定的粘度，又不会从密封槽中溢出。
(3)将上好胶的阴极板和阳极板对合，放入压紧装置压紧，使两块需要粘接的阴极板和阳极板紧密贴合；
(4)12个小时后，取出压合在一起的阴极板和阳极板，表面清洁，得到密封好的双极板。
丝网印刷密封胶后压合得到的双极板与MEA膜电极组成单电池，多个单电池叠加得到燃料电池堆。
丝网印刷机可以根据需要粘接的极板的大小选择。本实施例中采用型号：S-300R，最大印刷面积：200MM×260MM最大整圈印刷直径：88MM。工作环境的温度也保持室温。
实施例2
燃料电池堆一般由单电池密封叠加组成，单电池一般由双极板与MEA膜电极组成，双极板一般由阴极板和阳极板密封粘合组成，阴极板和阳极板相对准备粘合的板面上设有导流孔和密封槽。密封槽的深度为0.05mm。
一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，该方法包括以下步骤：
(1)将组成双极板的阴极板和阳极板清洗干净、晾干待用；
(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到阴极板和阳极板的对应面上；所述的密封胶为KD504双组份环氧胶，该KD504双组份环氧胶包括A组分和B组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为固化剂，使用时，按质量比为2∶1将A组分和B组分均匀混合。密封胶的印刷厚度为0.1mm。该密封胶既能保持一定的粘度，又不会从密封槽中溢出。
(3)将上好胶的阴极板和阳极板对合，放入压紧装置压紧，使两块需要粘接的阴极板和阳极板紧密贴合；
(4)8个小时后，取出压合在一起的阴极板和阳极板，表面清洁，得到密封好的双极板。
丝网印刷密封胶后压合得到的双极板与MEA膜电极组成单电池，多个单电池叠加得到燃料电池堆。
丝网印刷机可以根据需要粘接的极板的大小选择。本实施例中采用型号：S-300R，最大印刷面积：200MM×260MM最大整圈印刷直径：88MM。工作环境的温度也保持室温。
实施例3
燃料电池堆一般由单电池密封叠加组成，单电池一般由双极板与MEA膜电极组成，双极板一般由阴极板和阳极板密封粘合组成，阴极板和阳极板相对准备粘合的板面上设有导流孔和密封槽。密封槽的深度为0.3mm。
一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，该方法包括以下步骤：
(1)将组成双极板的阴极板和阳极板清洗干净、晾干待用；
(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到阴极板和阳极板的对应面上；所述的密封胶为KD504双组份环氧胶，该KD504双组份环氧胶包括A组分和B组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为固化剂，使用时，按质量比为2∶1将A组分和B组分均匀混合。密封胶的印刷厚度为0.4mm。该密封胶既能保持一定的粘度，又不会从密封槽中溢出。
(3)将上好胶的阴极板和阳极板对合，放入压紧装置压紧，使两块需要粘接的阴极板和阳极板紧密贴合；
(4)15个小时后，取出压合在一起的阴极板和阳极板，表面清洁，得到密封好的双极板。
丝网印刷密封胶后压合得到的双极板与MEA膜电极组成单电池，多个单电池叠加得到燃料电池堆。
丝网印刷机可以根据需要粘接的极板的大小选择。本实施例中采用型号：S-300R，最大印刷面积：200MM×260MM最大整圈印刷直径：88MM。工作环境的温度也保持室温。

Claims (5)

1.一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将组成双极板的阴极板和阳极板清洗干净、晾干待用；
(2)按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧导入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到阴极板和阳极板的对应面上；
(3)将上好胶的阴极板和阳极板对合，放入压紧装置压紧，使两块需要粘接的阴极板和阳极板紧密贴合；
(4)8-15个小时后，取出压合在一起的阴极板和阳极板，表面清洁，得到密封好的双极板。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，所述的双极板由阴极板和阳极板粘合组成，阴极板和阳极板上设有流体进出口和密封槽，密封槽开设在阴极板和阳极板相对板面边缘，以及该板面各流体进出口周边，密封槽的深度为0.05-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，所述的密封胶为KD504双组份环氧胶，该KD504双组份环氧胶包括A组分和B组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为固化剂，使用时，按质量比为2∶1将A组分和B组分均匀混合。
4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，所述的密封胶的厚度为0.1-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板的密封方法，其特征在于，所述的密封好的双极板与MEA膜电极组成单电池，多个单电池叠加得到燃料电池堆。
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