CN108550886B - 一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于燃料电池制作技术领域的一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法。具体包括步骤：一、制备双极板，将流道碳纸、阳极碳纸和双极板固定在点胶盘上；二、将点胶机设置好程序，沿着阳极板边缘开始点胶；三、在将点好胶的双极板的阳极板上铺上膜电极和阴极碳纸，组装成单电池；四、将组装好的单电池堆叠成电池组，将堆叠好的电池组放在两电池组端板之间加压固化；五、将多个固化好的电池组用采电板、电堆端板和螺杆紧固组装成电堆。本发明简化了质子交换膜燃料电池的密封和电堆组装工艺，具有工艺简单，实用，操作简单、成本低的特点，适用各种燃料电池的密封、组装。

Description

一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法
技术领域
本发明属于燃料电池制作技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法。
技术背景
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种清洁环保，适用于汽车、飞机，便携式电源，备用电源的电化学发生装置，可以直接将化学能转化为电能，具有能量密度高，转化效率高等特点。质子交换膜燃料电池所需的燃料为氢气，氧化剂为氧气或者氢气，然而氢气是非常活泼的气体，爆炸极限非常宽(4.1％—74.2％体积浓度)，如果氢气电池漏气，轻则电池性能下降，重则电池烧毁，最严重的是氢气和氧化剂气直接混合导致爆炸；所以密封是质子交换膜燃料电池领域比较棘手的问题。
目前燃料电池的密封技术应用最广泛的就是采用密封胶线密封，或者改变燃料电池密封结构，如申请号为CN200810204038.5的专利，200610144011.2的专利，申请号为201210509182.6的专利，大都需要密封件的浇注，需要设计磨具，需要在双极板板设计胶槽，需要在膜电极上涂一层薄薄的胶，对于燃料电池生产来说不实用，具有操作困难、工艺繁琐、成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将阳极板2放在阴极板1上，通过焊接.制成双极板3；然后将双极板3的阴极板1向下固定在点胶盘4上，双极板的阳极板2朝上；
步骤二，将点胶机设置好程序和点胶线6，将流道碳纸7、阳极碳纸8依次固定在双极板3的阳极板2上，用压盘5将双极板3和两层碳纸压平，再在双极板3的阳极板2上沿着碳纸边缘开始点胶；
步骤三，将点好胶的双极板3上的压盘5取下，将膜电极9平铺在点好胶的双极板3上的阳极碳纸8上，膜电极9的阳极面朝下；所述膜电极无需涂胶，将阴极碳纸10铺在膜电极9阴极侧上，组成一个完整的单电池11；
步骤四，将组装好的单电池11按照后一个单电池的阳极面放在前一个单电池的膜电极上堆叠起来，将堆叠好的电池组两端各加电池组端板12，并放在压机上加压固化，固化后，双极板和膜电极通过点胶粘接成一个电池组14；
步骤五，将多个电池组14组合一起，两端加上采电板15，采电板15上放置电堆端板13，然后用螺杆16紧固，组装成电堆；该组装电堆被夹在电堆端板13和采电板15之间，螺杆16的紧固力即装堆压力应该小于固化压力，以防止固化胶层产生裂纹，破坏组装电堆的密封效果。
所述阳极板边缘2mm—8mm的区域为平面，无点胶槽，无需胶线，所述双极板为金属双极板、石墨双极板或石墨/金属复合双极板。
所述膜电极与点胶接触部分无需做任何处理，直接平铺在双极板的阳极板上。
所述点胶为AB胶、环氧胶和硅胶中一种；其中硅胶为脱醇、脱脂硅胶。
所述硅胶室温固化或加热固化，固化温度为20℃-180℃，固化时间5min-24h，加压固化的压力为1-8kg/cm2，固化后，双极板和膜电极通过硅胶粘接成一个整体。
所述在双极板的阳极板边缘处点胶的高度为1-5mm，点胶宽度为2-8mm，
本发明的有益效果是简化了质子交换膜燃料电池的密封和电堆组装工艺，具有工艺简单，实用，操作简单、成本低，适用各种燃料电池的密封、组装。
附图说明
图1为双极板制备流程图；
图2为双极板固定在点胶盘上示意图
图3为点胶双极板示意图
图4单电池组装示意图
图5单电池堆叠示意图
图6电堆组装示意图
图中1阴极板，2阳极板，3双极板，4点胶盘，5压盘，6点胶线(2-8mm的阳极板区域),7流道碳纸，8阳极碳纸，9膜电极，10阴极碳纸，11单电池，，12电池组端板，13电堆端板，14电池组，15采电板.16螺杆.
具体实施方式
本发明提供一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，下面结合附图的本发明予以说明。
所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法包括如下步骤：
步骤一，将阳极板2放在阴极板1上，通过焊接.制成双极板3；然后将双极板3的阴极板1向下固定在点胶盘4上，双极板的阳极板2朝上(如图1所示的双极板制备流程图)；
步骤二，将点胶机设置好程序和点胶路线6，将流道碳纸7、阳极碳纸8依次固定在双极板3的阳极板2上，用压盘5将双极板3和两层碳纸压平(如图2所示的双极板固定在点胶盘上示意图)，再在双极板3的阳极板2上沿着碳纸边缘开始点胶，形成2-8mm的点胶线6、点胶的高度为2-5mm(如图3所示)；其中点胶采用AB胶、环氧胶或脱醇、脱脂硅胶。
步骤三，将点好胶的双极板3上的压盘5取下，将膜电极9平铺在点好胶的双极板3上的阳极碳纸8上，膜电极9的阳极面朝下；所述膜电极无需涂胶，将阴极碳纸10铺在膜电极9阴极侧上，组成一个完整的单电池11(如图4所示的单电池组装示意图)；
步骤四，将组装好的单电池11按照后一个单电池的阳极面放在前一个单电池的膜电极上堆叠起来(如图5所示的单电池堆叠示意图)，将堆叠好的电池组两端各加电池组端板12，并放在压机上加压固化，固化后，双极板和膜电极通过点胶粘接成一个电池组14；
步骤五，将多个电池组14组合一起，两端加上采电板15，采电板15上放置电堆端板13，然后用螺杆16紧固，组装成电堆(如图6所示的电堆组装示意图)；该组装电堆被夹在电堆端板13和采电板15之间，螺杆16的紧固力即装堆压力应该小于固化压力，以防止固化胶层产生裂纹，破坏组装电堆的密封效果。
实施例
本实施例以室温固化硅胶密封阴极开放式空冷电堆为例
步骤一.制备双极板3数块，将双极板的阳极板朝上固定在点胶盘4的上，将流道碳纸7和阳极碳纸8铺在阳极板上，所述流道碳纸7、阳极碳纸8尺寸小于双极板3和膜电极9尺寸，并形6mm的点胶线6，用压盘5将双极板3、流道碳纸7和阳极碳纸8固定压平。
步骤二.将点胶机设置好程序和点胶机点胶线6，沿着阳极碳纸8边缘处开始点胶；在双极板的阳极板边缘处点胶的高度为4mm，点胶宽度为7mm，。其中，任意采用AB胶、环氧胶和硅胶中一种；优先选择脱醇、脱脂硅胶；所述膜电极9无需涂胶。
步骤三.点完胶之后，取下压盘5，将膜电极9的阳极面朝下铺在点好胶的双极板3上，在膜电极9的阴极面铺上阴极碳纸10组成单电池11。
步骤四，将组装好的单电池11按照后一个单电池的阳极面放在前一个单电池的膜电极上堆叠起来，将堆叠好的电池组两端各加电池组端板12，并放在压机上加压固化，固化后，双极板和膜电极通过点胶粘接成一个电池组14；
步骤五，将多个电池组14组合一起，两端加上采电板15，采电板15上放置电堆端板13，然后用螺杆16紧固，组装成电堆；该组装电堆被夹在电堆端板13和采电板15之间，螺杆16的紧固力即装堆压力应该小于固化压力，以防止固化胶层产生裂纹，破坏组装电堆的密封效果。

Claims (6)

1.一种质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将阳极板放在阴极板上，通过焊接，制成双极板；然后将双极板的阴极板向下固定在点胶盘上，双极板的阳极板朝上；
步骤二，将点胶机设置好程序和点胶路线，将流道碳纸、阳极碳纸依次固定在双极板的阳极板上，用压盘将双极板和两层碳纸压平，再在双极板的阳极板上沿着碳纸边缘开始点胶；
步骤三，将点好胶的双极板上的压盘取下，将膜电极平铺在点好胶的双极板上的阳极碳纸上，膜电极的阳极面朝下；所述膜电极无需涂胶，将阴极碳纸铺在膜电极阴极侧上，组成一个完整的单电池；
步骤四，将组装好的单电池按照后一个单电池的阳极面放在前一个单电池的膜电极上堆叠起来，将堆叠好的电池组两端各加电池组端板，并放在压机上加压固化，固化后，双极板和膜电极通过点胶粘接成一个电池组；
步骤五，将多个电池组组合一起，两端加上采电板，采电板上放置电堆端板，然后用螺杆紧固，组装成电堆；该组装电堆被夹在电堆端板和采电板之间，螺杆的紧固力即装堆压力应该小于固化压力，以防止固化胶层产生裂纹，破坏组装电堆的密封效果。
2.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，所述阳极板边缘2mm—8mm的区域为平面，无点胶槽，无需胶线，所述双极板为金属双极板、石墨双极板或石墨/金属复合双极板。
3.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，所述膜电极与点胶接触部分无需做任何处理，直接平铺在双极板的阳极板上。
4.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，所述点胶为AB胶、环氧胶和硅胶中一种；其中硅胶为脱醇、脱脂硅胶。
5.根据权利要求4所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，所述硅胶室温固化或加热固化，固化温度为20℃-180℃，固化时间5min-24h，加压固化的压力为1-8kg/cm2，固化后，双极板和膜电极通过硅胶粘接成一个整体。
6.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池堆粘接密封方法，其特征在于，所述在双极板的阳极板边缘处点胶的高度为1-5mm，点胶宽度为2-8mm，所述胶为高温固化胶、AB胶、环氧胶和脱醇、脱脂硅胶中的一种。
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