CN108598522B - 一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，包括交替堆叠的双极板和膜电极组件，所述双极板的边缘注塑成型有包塑结构，双极板的两侧板面上均注塑成型有密封结构，所述密封结构通过压缩来与所在侧的膜电极组件的边框贴合，起到密封作用。包塑结构在电堆装配过程中起到定位及限位的作用，提高了装配鲁棒性，防止极板过压，同时也起到连接双极板的作用，减少连接过程产生的变形。注塑成型的密封结构稳定性好，不发生滑移等失效等问题。采用多道凸起的密封结构设计提高了密封的可靠性。本发明能够提升燃料电池使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构。
背景技术
燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的一种能源装置，主要由双极板，膜电极等组件经过层叠式装配组成。双极板主要起到分配反应气体，收集电子，支撑膜电极，排出反应生成水等作用，是燃料电池中关键组件之一。
燃料电池中为防止气体泄漏，尤其是阴阳极反应气体互窜，双极板表面必须设计有密封元件。现有的技术是预先制作出密封圈或密封垫片，再用胶水固定在双极板的两面成为双极板的密封组件，膜电极在两块双极板之间，构成密封单元。密封胶线成本较高，胶水固化时间长，不适于极板密封批量化生产。同时燃料电池环境是酸性环境，密封胶线在酸性环境下发生老化、降解等问题，造成反应气体渗透扩散，密封结构失效。同时不停的机械振动，密封胶粘接失效，引起密封绞线滑移出密封槽，造成密封失效。专利公开号CN102983338公开一种密封性能增强的金属双极板，将氯丁胶刷涂在密封槽后，然后将胶线框通过定位孔粘接在刷涂氯丁胶的胶线框处，然后将粘接胶线框的极板进行压合。专利CN101651188A公布了一种燃料电池密封方法及密封结构，根据膜电极形状进行模具设计，将膜电极用模具加紧，然后将密封材料从模具注胶口注入，之后排出气体与多余的密封材料，最后加热直至密封固化。专利CN104810533A公开了质子交换膜燃料电池密封设计以及制造方法，在燃料电池极板之间形成的复合褶皱结构形成密封结构。综上分析，现有的燃料电池极板密封结构不能提高电堆装配稳定性，同时密封方法较为复杂，不适合批量化一致性生产。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，包括交替堆叠的双极板和膜电极组件，所述双极板的边缘成型有包塑结构，双极板的两侧板面上均成型有密封结构，所述密封结构通过压缩来与所在侧的膜电极组件的边框贴合，起到密封作用。
进一步地，所述密封结构包括至少一道凸起，每道凸起与膜电极组件的边框相对应布置。
进一步地，所述包塑结构上成型有导向结构，所述导向结构对相邻两块双极板的装配起到导向作用。更进一步地，所述导向结构包括凸台和凹槽，所述凸台设置于包塑结构上的对应双极板一侧的面上，所述凹槽设置于包塑结构上的对应双极板另一侧的面上，凸台与凹槽相对应设置；相邻两块双极板通过其中一块双极板的包塑结构上的凸台或凹槽与另一块双极板的包塑结构上的相对应的凹槽或凸台相配合来导向装配。
进一步地，所述包塑结构和密封结构均通过注塑成型的方式与双极板连成一体。更进一步地，所述双极板的两侧板面上开设有用于注塑模具中定位用的定位孔。再进一步地，所述联通孔开设于双极板的包塑结构成型处，注塑成型包塑结构的材料通过联通孔使得包塑结构的对应双极板两侧的两个面在双极板内部固结在一起；或，所述联通孔开设于双极板的两侧板面上的密封结构成型处，注塑成型密封结构的材料通过联通孔使得双极板两侧板面上的密封结构连成一体；或，所述双极板的包塑结构成型处和两侧板面上的密封结构成型处分别开设联通孔，注塑成型包塑结构的材料通过包塑结构成型处的联通孔使得包塑结构的对应双极板两侧的两个面在双极板内部固结在一起，注塑成型密封结构的材料通过密封结构成型处的联通孔使得双极板两侧板面上的密封结构连成一体。
更进一步地，所述双极板上开设有贯通阴极侧和阳极侧的联通孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果：双极板的阴极和阳极侧分别设置压缩后与膜电极边框贴合的密封结构，密封结构与双极板连接牢靠，不易变形、脱落等，耐久寿命强。密封结构采用注塑成型，稳定性好，不发生滑移等失效等问题，并且采用多道凸起状的密封结构提高了密封的可靠性。同时，形成的包塑结构可以起到电堆装配过程中限位和定位的作用，提高装配过程鲁棒性，避免膜电极过压而损坏，还起到连接双极板的作用，减少连接过程产生的变形。本发明提出的密封结构稳定可靠，能够显著提升燃料电池使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为本发明实施例3的结构示意图。
图4为本发明实施例4的结构示意图。
图中部件标号如下：
1膜电极组件、2双极板、3包塑结构、4密封结构、5凸台、6膜电极组件的边框、7联通孔、8梯形口。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。
实施例1
参见图1，每块双极板2由燃料电池的阴极板和阳极板叠加在一起形成，阴极板在阳极板上面。双极板2的两侧板面上均开有定位孔。
双极板2上成型包塑结构3和密封结构4的过程如下：将双极板2放入注塑模具中，双极板2上的定位孔与注塑模具上的定位销相配合而实现对双极板2的定位，注塑模具的密封空腔包塑住双极板2的边缘，将热熔材料注入到注塑模具中直至充满模腔，之后冷却固化，将模具取出，注塑材料在双极板2上一次注塑形成包塑结构3和密封结构4，包塑结构3和密封结构4是一体的。
其中，双极板2的两侧板面边缘均成型有密封结构4，每侧板面上的密封结构4为紧挨设置的三道凸起，每道凸起的截面呈三角形，三道凸起整体截面呈锯齿状；包塑结构3包塑于双极板2的边缘且位于两侧板面上的密封结构4的外周，包塑结构3在装配过程中起到限位和定位的作用，有限地提高了装配鲁棒性，防止膜电极组件1过压。同时，包塑结构3上成型有导向结构，包塑结构3的对应双极板2阴极侧的面上成型有凸台5，包塑结构3的对应双极板2阳极侧的面上成型有凹槽。
相邻两块双极板2与膜电极组件1装配时，两块双极板2分别设置于膜电极组件1的上面和下面。位于上面的双极板2阳极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6上表面，位于下面的双极板2阴极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6下表面，通过压缩密封结构4使其与膜电极组件的边框6相对应表面贴合，起到密封作用。位于上面的双极板2的包塑结构3上的凹槽与位于下面的双极板2的包塑结构3上的凸台5相配合，实现导向装配，提高了电堆的装配效率。
实施例2
参见图2，每块双极板2由燃料电池的阴极板和阳极板叠加在一起形成，阴极板在阳极板上面。双极板2的两侧板面上均开有定位孔，双极板2上还开设有贯通阴极侧和阳极侧的联通孔7。
双极板2上成型包塑结构3和密封结构4的过程如下：将双极板2放入注塑模具中，双极板2上的定位孔与注塑模具上的定位销相配合而实现对双极板2的定位，注塑模具的密封空腔包塑住双极板2的边缘，将热熔材料注入到注塑模具中直至充满模腔，之后冷却固化，将模具取出，注塑材料在双极板2上一次注塑形成包塑结构3和密封结构4，包塑结构3和密封结构4是一体的。
其中，双极板2的两侧板面边缘均成型有密封结构4，每侧板面上的密封结构4为紧挨设置的三道凸起，每道凸起的截面呈三角形，三道凸起整体截面呈锯齿状；包塑结构3包塑于双极板2的边缘且位于两侧板面上的密封结构4的外周，包塑结构3在装配过程中起到限位和定位的作用，防止膜电极组件1过压，其中，双极板2的包塑结构3成型处开设联通孔7，使得注塑成型过程中的成型包塑结构3的材料将包塑结构3的对应双极板2两侧的两个面在双极板2内部固结在一起，包塑结构3整体不易变形或分离。同时，包塑结构3上成型有导向结构，包塑结构3的对应双极板2阴极侧的面上成型有凸台5，包塑结构3的对应双极板2阳极侧的面上成型有凹槽。
相邻两块双极板2与膜电极组件1装配时，两块双极板2分别设置于膜电极组件1的上面和下面。位于上面的双极板2阳极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6上表面，位于下面的双极板2阴极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6下表面，通过压缩密封结构4使其与膜电极组件的边框6相对应表面贴合，起到密封作用。位于上面的双极板2的包塑结构3上的凹槽与位于下面的双极板2的包塑结构3上的凸台5相配合，实现导向装配，提高了电堆的装配效率。
实施例3
参见图3，每块双极板2由燃料电池的阴极板和阳极板叠加在一起形成，阴极板在阳极板上面。双极板2的两侧板面上均开有定位孔。
双极板2上成型包塑结构3和密封结构4的过程如下：将双极板2放入注塑模具中，双极板2上的定位孔与注塑模具上的定位销相配合而实现对双极板2的定位，注塑模具的密封空腔包塑住双极板2的边缘，将热熔材料注入到注塑模具中直至充满模腔，之后冷却固化，将模具取出，注塑成型包塑结构3的材料包塑住双极板2的边缘形成包塑结构3。上述两个实施例中密封结构4是与包塑结构3一起一次注塑成型，本实施例中密封结构4的成型与上述两个实施例不同，是包塑结构3先注塑成型，再是密封结构4成型处注塑成型密封结构4的材料，注塑成型的密封结构4与双极板2的板面牢固连接。
其中，双极板2的两侧板面边缘均成型有密封结构4，每侧板面上的密封结构4为紧挨设置的三道凸起，每道凸起的截面呈三角形，三道凸起整体截面呈锯齿状；包塑结构3包塑于双极板2的边缘且位于两侧板面上的密封结构4的外周，包塑结构3在装配过程中起到限位和定位的作用，有限地提高了装配鲁棒性，防止膜电极组件1过压。同时，包塑结构3上成型有导向结构，包塑结构3的对应双极板2阴极侧的面上成型有凸台5，包塑结构3的对应双极板2阳极侧的面上成型有凹槽。
相邻两块双极板2与膜电极组件1装配时，两块双极板2分别设置于膜电极组件1的上面和下面。位于上面的双极板2阳极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6上表面，位于下面的双极板2阴极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6下表面，通过压缩密封结构4使其与膜电极组件的边框6相对应表面贴合，起到密封作用。位于上面的双极板2的包塑结构3上的凹槽与位于下面的双极板2的包塑结构3上的凸台5相配合，实现导向装配，提高了电堆的装配效率。
实施例4
参见图4，每块双极板2由燃料电池的阴极板和阳极板叠加在一起形成，阴极板在阳极板上面。双极板2的两侧板面上均开有定位孔。
双极板2上成型包塑结构3和密封结构4的过程如下：将双极板2放入注塑模具中，双极板2上的定位孔与注塑模具上的定位销相配合而实现对双极板2的定位，注塑模具的密封空腔包塑住双极板2的边缘，将热熔材料注入到注塑模具中直至充满模腔，之后冷却固化，将模具取出，注塑成型包塑结构3的材料先包塑住双极板2的边缘形成包塑结构3，然后密封结构4成型处注塑成型密封结构4的材料，注塑成型的密封结构4与双极板2的板面牢固连接。
其中，双极板2的两侧板面边缘均成型有密封结构4，每侧板面上的密封结构4为紧挨设置的三道凸起，每道凸起的截面呈三角形，三道凸起整体截面呈锯齿状；包塑结构3包塑于双极板2的边缘且位于两侧板面上的密封结构4的外周，包塑结构3在装配过程中起到限位和定位的作用，有限地提高了装配鲁棒性，防止膜电极组件1过压。同时，一块双极板2的包塑结构3的对应双极板2阴极侧的面上成型有截面呈梯形的凸台5，下一块双极板2的包塑结构3的对应双极板2阳极侧的面上成型有贯通的梯形口8。
相邻两块双极板2与膜电极组件1装配时，两块双极板2分别设置于膜电极组件1的上面和下面。位于上面的双极板2阳极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6上表面，位于下面的双极板2阴极侧的密封结构4对应膜电极组件的边框6下表面，通过压缩密封结构4使其与膜电极组件的边框6相对应表面贴合，起到密封作用。位于上面的双极板2的包塑结构3上的梯形口8与位于下面的双极板2的包塑结构3上的截面呈梯形的凸台5相配合，实现导向装配，提高了电堆的装配效率。
需要说明的是，上述实施例中均为双极板2的阴极板在阳极板上面的情况，而双极板2的阳极板在阴极板上面的情况可以参照上述实施例，这边不再赘述了。
此外，密封结构4的每道凸起的截面形状除了三角形外，还可以是矩形、半圆形、椭圆形或拱形。
联通孔7除了开设于双极板2的包塑结构3成型处外，还可开设于双极板2的两侧板面上的密封结构4成型处，密封结构4成型处的联通孔7使得注塑成型过程中的成型包塑结构3的材料将双极板2两侧板面上的密封结构4连成一体，提高了密封结构4整体的稳定性。又或者是两种情况皆有，即双极板2的包塑结构3成型处和两侧板面上的密封结构4成型处分别开设联通孔7，注塑成型包塑结构3的材料通过包塑结构3成型处的联通孔7使得包塑结构3的对应双极板2两侧的两个面在双极板2内部固结在一起，注塑成型密封结构4的材料通过密封结构4成型处的联通孔7使得双极板2两侧板面上的密封结构4连成一体。
密封结构4和包塑结构3除了选择同种材料并与双极板2一次注塑成型外，还可选择相异材料，并且分开与双极板2注塑成型，即密封结构4先与双极板2注塑成型，包塑结构3后与双极板2注塑成型，或反之。包塑结构3的材料可以是聚氨酯、氟橡胶、硅橡胶或树脂，密封结构4的材料可以是氟橡胶或硅橡胶。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (4)
1.一种增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，包括交替堆叠的双极板和膜电极组件，其特征在于，所述双极板的边缘成型有包塑结构，双极板的两侧板面上均成型有密封结构，所述密封结构通过压缩来与所在侧的膜电极组件的边框贴合，起到密封作用；
所述密封结构包括至少一道凸起，每道凸起与膜电极组件的边框相对应布置；每侧板面上的密封结构为紧挨设置的三道凸起，每道凸起的截面呈三角形，三道凸起整体截面呈锯齿状；
所述包塑结构上成型有导向结构，所述导向结构对相邻两块双极板的装配起到导向作用；
所述导向结构包括凸台和凹槽，所述凸台设置于包塑结构上的对应双极板一侧的面上，所述凹槽设置于包塑结构上的对应双极板另一侧的面上，凸台与凹槽相对应设置；相邻两块双极板通过其中一块双极板的包塑结构上的凸台或凹槽与另一块双极板的包塑结构上的相对应的凹槽或凸台相配合来导向装配；
所述包塑结构和密封结构均通过注塑成型的方式与双极板连成一体；
所述双极板的两侧板面上开设有用于注塑模具中定位用的定位孔；
所述双极板上开设有贯通阴极侧和阳极侧的联通孔。
2.根据权利要求1所述的增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，其特征在于，所述联通孔开设于双极板的包塑结构成型处，注塑成型包塑结构的材料通过联通孔使得包塑结构的对应双极板两侧的两个面在双极板内部固结在一起。
3.根据权利要求1所述的增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，其特征在于，所述联通孔开设于双极板的两侧板面上的密封结构成型处，注塑成型密封结构的材料通过联通孔使得双极板两侧板面上的密封结构连成一体。
4.根据权利要求1所述的增强燃料电池电堆稳定性的密封结构，其特征在于，所述双极板的包塑结构成型处和两侧板面上的密封结构成型处分别开设联通孔，注塑成型包塑结构的材料通过包塑结构成型处的联通孔使得包塑结构的对应双极板两侧的两个面在双极板内部固结在一起，注塑成型密封结构的材料通过密封结构成型处的联通孔使得双极板两侧板面上的密封结构连成一体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Yifan Inventor after: Jiang Tianhao Inventor after: Bi Feifei Inventor after: Lan Shuhuai Inventor after: Peng Linfa Inventor before: Xu Yifan Inventor before: Jiang Tianhao Inventor before: Bi Feifei Inventor before: Lan Shuhuai |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201306 factory building 1, No. 1500, cenglin Road, Lingang New District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Applicant after: Shanghai Zhizhen new energy Co.,Ltd. Address before: 201306 Building 1, No. 1500, cenglin Road, Nicheng Town, Pudong New Area, Shanghai Applicant before: SHANGHAI ZHIZHEN NEW ENERGY EQUIPMENT CO.,LTD. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |