CN108461775A - 一种高温质子交换膜燃料电池用金属复合密封垫及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高温质子交换膜燃料电池用金属复合密封垫及应用,所述金属复合密封垫包括一中空的环型片状密封金属基体，而于靠近中空区域的密封基体上设有2个以上的通孔；于基体一侧表面每个通孔沿周向均设有围绕此通孔的第一环状密封凸台、于与第一环状密封凸台相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽，任意2通孔间均由通孔沿周向的环状密封凸台分隔；于密封金属基体一侧表面的沿周向围绕中空区域和通孔设有第二环状密封凸台，于与第二环状密封凸台相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽；第一环状密封凸台和第二环状密封凸台均处于密封基体的一侧表面；于密封基体的两侧表面均设有绝缘耐腐涂层。

Description

一种高温质子交换膜燃料电池用金属复合密封垫及应用
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种高温质子交换膜燃料电池密封垫。
背景技术
燃料电池是一类将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有效率高、无污染、噪音低等诸多优势，在动力电源、备用电源及移动电源领域应用前景广阔。
氢气是燃料电池的首选燃料，但由于目前氢气在制备、存储、运输等方面存在诸多问题，限制了其大规模应用。使用液态燃料(甲醇、乙醇、柴油等)重整制氢是行之有效的解决办法。一般重整气中一氧化碳含量不低于5000ppm，而基于Nafion膜的低温(80℃)质子交换膜燃料电池的一氧化碳耐受能力仅为10ppm，故需要复杂的净化装置。提升一氧化碳耐受性的有效手段是提高电池工作温度，使用高温PBI/H3PO4膜可将一氧化碳的耐受能力提升至30000ppm，从而使得燃料电池的系统结构大幅简化。
密封是高温质子交换膜的一大难题。首先，氢气是最小的分子，极易泄露；其次，使用环境为高温、强酸、高湿度；再次，电池频繁启停要求密封材料能经受冷热循环。燃料电池密封垫厚度一般在200微米左右，氟橡胶是常用的高温密封材料，但在工艺上做薄十分不易，此情况下厚度偏差较大，导致电池压缩比不均甚至造成泄漏，影响电池性能。
发明内容
针对以上问题，本发明目的在于提供一种金属复合密封垫。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种金属复合密封垫，所述垫片包括一中空的环型片状密封金属基体(1)，而于靠近中空区域的密封基体(1)上设有2个以上的通孔(4)；
于基体一侧表面每个通孔沿周向均设有围绕此通孔的第一环状密封凸台(2)、于与第一环状密封凸台(2)相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽，任意2通孔间均由通孔沿周向的环状密封凸台(2)分隔；
于密封金属基体(1)一侧表面的沿周向围绕中空区域和通孔设有第二环状密封凸台(3)，于与第二环状密封凸台(3)相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽；
第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)均处于密封基体(1)的一侧表面；
于密封基体(1)的两侧表面均设有绝缘耐腐涂层(5)。
第一环状密封凸台(2)的内侧边缘与通孔间留有空隙，形成环状平台；
通孔与基体外边缘之间的第一环状密封凸台(2)的部分和第二环状密封凸台(3)的部分相重合；第二环状密封凸台(3)的内侧边缘为中空区域的边缘和环状平台的内侧远离通孔的外边缘。
第一环状密封凸台(2)的A-A截面为梯形，第二环状密封凸台(3)的A-A截面为直角梯形。
第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)及它们相应的环状凹槽是通过于密封基体(1)的一侧向另一侧冲压形成的。
所述金属基底可以是不锈钢或弹簧钢，绝缘耐腐涂层(5)可以是氟橡胶、PTFE、FEP、或PFA。不同的基底材料可使本密封片有不同的密封压力和疲劳寿命。
所述金属复合密封垫应用于高温质子交换膜燃料电池中。
2个密封垫片分别置于膜电极(MEA)的两侧，第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)均面向远离MEA的一侧；
密封垫片上的中空区域与膜电极中部位置相对应，通孔与燃料电池上的流道对应。
金属基底上有突起结构，其压缩时产生弹性变形与其它接触面紧密接触，填塞接触面的不平处实现密封的目的。
所述金属薄片上突起结构在通孔处需独立闭合，与周边突起结构相接处形成连接过渡。
所述金属薄片上突起结构在四周需首尾相接完整闭合。
所述绝缘耐腐涂层(5)的涂覆方法可以是电镀、静电喷涂、热压等。
所述金属复合密封垫整体厚度及压缩率大小应与所用极板和膜电极(MEA)相匹配。
与现有技术相比，本发明应用于高温质子交换膜燃料电池中时在保证电池性能不受损失的同时，具有密封效果好，在高温、强酸、高湿度等苛刻环境下可持续保持密封，同时能够经受冷热循环等优点。
附图说明
图1为本发明所述突起结构在通孔及密封金属基体周边的结构形式图。
图2为本发明所述金属基底和绝缘耐腐涂层断面图A-A。
图3本发明所述金属复合密封垫片与MEA密封使用的断面图。
图4为本发明所述典型实例使用的断面图。
图中，1为密封基体；2为第一环状密封凸台；3为第二环状密封凸台；5为绝缘耐腐涂层；6为金属复合密封垫；7为MEA；8为极板。
具体实施方式
下面详述描述和附图示出了本发明的多个典型实施事例。该说明书和附图用以使得本领域的技术人员能够使用和利用本发明，而不是旨在以任何方式限制本发明的保护范围。对于所披露的方法而言，所描述的步骤在本质上是示例性的，因此，所述步骤的顺序并不一定是必须的或关键的。
本金属复合密封垫适用于高温燃料电池的使用场合。金属基底厚度0.2mm，突起面与基底最近面高度差0.05mm，单侧氟橡胶厚度0.1mm，定位孔大小Φ4mm。使用时，需利用定位柱将各个金属复合密封垫6、MEA7和极板8按照次序依次叠加，装配成为电堆的主体部分。为确保密封的有效性，各密封片需利用定位孔精确定位。

Claims (7)

1.一种金属复合密封垫，其特征在于：所述垫片包括一中空的环型片状密封金属基体(1)，而于靠近中空区域的密封基体(1)上设有2个以上的通孔(4)；
于基体一侧表面每个通孔沿周向均设有围绕此通孔的第一环状密封凸台(2)、于与第一环状密封凸台(2)相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽，任意2通孔间均由通孔沿周向的环状密封凸台(2)分隔；
于密封金属基体(1)一侧表面的沿周向围绕中空区域和通孔设有第二环状密封凸台(3)，于与第二环状密封凸台(3)相对应的基体另一侧表面具有沿周向围绕此通孔的环状凹槽；
第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)均处于密封基体(1)的一侧表面；
于密封基体(1)的两侧表面均设有绝缘耐腐涂层(5)。
2.按照权利要求1所述金属复合密封垫，其特征在于：
第一环状密封凸台(2)的内侧边缘与通孔间留有空隙，形成环状平台；
通孔与基体外边缘之间的第一环状密封凸台(2)的部分和第二环状密封凸台(3)的部分相重合；第二环状密封凸台(3)的内侧边缘为中空区域的边缘和环状平台的内侧远离通孔的外边缘。
3.按照权利要求1或2所述金属复合密封垫，其特征在于：第一环状密封凸台(2)的A-A截面为梯形，第二环状密封凸台(3)的A-A截面为直角梯形。
4.按照权利要求1、2或3所述金属复合密封垫，其特征在于：第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)及它们相应的环状凹槽是通过于密封基体(1)的一侧向另一侧冲压形成的。
5.按照权利要求1、2或3所述金属复合密封垫，其特征在于：所述金属基底可以是不锈钢或弹簧钢，绝缘耐腐涂层(5)可以是氟橡胶、PTFE、FEP、或PFA。
6.一种权利要求1-5任一所述金属复合密封垫的应用，其特征在于：所述金属复合密封垫应用于高温质子交换膜燃料电池中。
7.按照权利要求6所述的应用，其特征在于：
2个密封垫片分别置于膜电极(MEA)的两侧，第一环状密封凸台(2)和第二环状密封凸台(3)均面向远离MEA的一侧；
密封垫片上的中空区域与膜电极中部位置相对应，通孔与燃料电池上的流道对应。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109986735A (zh) * 2019-04-30 2019-07-09 石家庄贝克密封科技股份有限公司 一种氢能源电池用电堆垫片及其生产模具、生产工艺
CN110854408A (zh) * 2019-11-20 2020-02-28 杨云 一种降低燃料电池泄漏率的方法和装置
CN112993305A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于高温质子交换膜燃料电池的双极板密封结构
CN113108060A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 广东微电新能源有限公司 环形密封件以及环形密封件制造方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5284718A (en) * 1991-09-27 1994-02-08 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell membrane electrode and seal assembly
CN1151492A (zh) * 1995-10-09 1997-06-11 日本密封垫株式会社 金属密封垫
CN1812171A (zh) * 2005-01-28 2006-08-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池用金属双极板及其制备方法
CN1858926A (zh) * 2005-04-30 2006-11-08 比亚迪股份有限公司 质子交换膜燃料电池单元的密封装置
CN101006598A (zh) * 2004-08-18 2007-07-25 荷兰能源建设基金中心 固体氧化物燃料电池（sofc）堆构思
JP2008140721A (ja) * 2006-12-05 2008-06-19 Toyota Motor Corp 燃料電池、および、燃料電池に用いられるセパレータ
CN101208821A (zh) * 2005-06-28 2008-06-25 标致雪铁龙汽车公司 密封垫和包括贴在双极板上的该密封垫的燃料电池单元
CN101707254A (zh) * 2009-12-04 2010-05-12 昆山弗尔赛能源有限公司 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制造方法
CN101449411B (zh) * 2006-06-19 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池
KR20120055398A (ko) * 2010-11-23 2012-05-31 국방과학연구소 연로전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지
CN102804468A (zh) * 2009-06-19 2012-11-28 Nok株式会社 燃料电池的密封构造
CN103765058A (zh) * 2011-09-02 2014-04-30 Nok株式会社 板材一体型衬垫
JP2016139529A (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5284718A (en) * 1991-09-27 1994-02-08 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell membrane electrode and seal assembly
CN1151492A (zh) * 1995-10-09 1997-06-11 日本密封垫株式会社 金属密封垫
CN101006598A (zh) * 2004-08-18 2007-07-25 荷兰能源建设基金中心 固体氧化物燃料电池（sofc）堆构思
CN1812171A (zh) * 2005-01-28 2006-08-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池用金属双极板及其制备方法
CN1858926A (zh) * 2005-04-30 2006-11-08 比亚迪股份有限公司 质子交换膜燃料电池单元的密封装置
CN101208821A (zh) * 2005-06-28 2008-06-25 标致雪铁龙汽车公司 密封垫和包括贴在双极板上的该密封垫的燃料电池单元
CN101449411B (zh) * 2006-06-19 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池
JP2008140721A (ja) * 2006-12-05 2008-06-19 Toyota Motor Corp 燃料電池、および、燃料電池に用いられるセパレータ
CN102804468A (zh) * 2009-06-19 2012-11-28 Nok株式会社 燃料电池的密封构造
CN101707254A (zh) * 2009-12-04 2010-05-12 昆山弗尔赛能源有限公司 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制造方法
KR20120055398A (ko) * 2010-11-23 2012-05-31 국방과학연구소 연로전지용 가스켓 및 이를 구비하는 연료전지
CN103765058A (zh) * 2011-09-02 2014-04-30 Nok株式会社 板材一体型衬垫
JP2016139529A (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109986735A (zh) * 2019-04-30 2019-07-09 石家庄贝克密封科技股份有限公司 一种氢能源电池用电堆垫片及其生产模具、生产工艺
CN110854408A (zh) * 2019-11-20 2020-02-28 杨云 一种降低燃料电池泄漏率的方法和装置
CN112993305A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于高温质子交换膜燃料电池的双极板密封结构
CN112993305B (zh) * 2019-12-12 2022-03-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于高温质子交换膜燃料电池的双极板密封结构
CN113108060A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 广东微电新能源有限公司 环形密封件以及环形密封件制造方法

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