CN110667048A

CN110667048A - 一种燃料电池密封成型装置

Info

Publication number: CN110667048A
Application number: CN201911234227.1A
Authority: CN
Inventors: 李祥帆; 郝义国; 刘超
Original assignee: Wuhan Central Hydrogen Energy Industry Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Wuhan Central Hydrogen Energy Industry Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明实施例公开了一种燃料电池密封成型装置，所述装置包括：密封件模具和由第一极板和第二极板组成的双极板，所述双极板插入所述密封件模具的容置腔内，形成包覆所述双极板的密封腔；所述密封件模具上设置至少一个进口，所述至少一个进口用于将密封材料注入所述密封腔内，将所述密封材料成型在所述双极板上，形成所述双极板上的密封件。

Description

一种燃料电池密封成型装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池密封成型装置。

背景技术

氢燃料电池电堆的工作原理：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），电子则经外部电路到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子结合为水。氧气可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢气，给阴极板供应空气，并及时把生成的水带走，就可以不断地生产电能。由于生成物只有水，因此，氢燃料电池是真正意义上的环保发电机。

作为燃料的氢气和空气以及用于电堆冷却的冷却液都需要一条单独的循环路径与电堆内部相连，三腔路径和电堆需要很好的密封起来。如果燃料电池密封性能不好，轻则气体或冷却液泄漏，重则氢气和氧气混合发生爆炸。因此燃料电池三腔结构和三腔密封的可靠性都非常重要。

目前燃料电池领域的密封技术主要是预先将密封条注塑成型，然后将密封条粘接在双极板上。密封条主要由橡胶材料制作，由于橡胶材料质地柔软，造成其粘接难度大，粘接精度难以控制，粘接工艺量产性能差等一系列问题。针对该问题，目前尚无有效解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种燃料电池密封成型装置。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种燃料电池密封成型装置，所述装置包括：密封件模具和由第一极板和第二极板组成的双极板，所述双极板插入所述密封件模具的容置腔内，形成包覆所述双极板的密封腔；

所述密封件模具上设置至少一个进口，所述至少一个进口用于将密封材料注入所述密封腔内，将所述密封材料成型在所述双极板上，形成所述双极板上的密封件。

在上述方案中，所述密封腔内设置有条状凸起结构，所述条状凸起结构与所述双极板相对垂直；所述条状凸起结构用于将所述密封材料引流到所述条状凸起结构的两侧。

在上述方案中，所述条状凸起结构的高度与所述双极板的尺寸正相关。

在上述方案中，所述条状凸起结构的数量与所述双极板的尺寸正相关。

在上述方案中，所述双极板上设置有通孔，所述密封材料穿过所述通孔分别在所述双极板的两侧相互流动。

在上述方案中，所述双极板上通孔的数量与所述双极板的尺寸正相关。

在上述方案中，所述装置还包括压缩器件，用于对成型在所述双极板上的密封材料进行压缩。

在上述方案中，所述密封腔包括：密封区域、过渡区域和支撑区域；

所述密封区域对应于所述双极板的进出口部分；所述双极板的进出口部分为分别对应于燃料电池的空气流通腔、冷却液流通腔和氢气流通腔的进口和出口。

在上述方案中，所述密封区域、所述过渡区域和所述支撑区域的高度相同或不同；所述高度表征所述密封区域、所述过渡区域和所述支撑区域延压缩方向的尺寸。

在上述方案中，所述密封区域的高度大于所述支撑区域的高度；所述支撑区域的高度大于所述过渡区域的高度。

本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置，其中，所述装置包括：密封件模具和由第一极板和第二极板组成的双极板，所述双极板插入所述密封件模具的容置腔内，形成包覆所述双极板的密封腔；所述密封件模具上设置至少一个进口，所述至少一个进口用于将密封材料注入所述密封腔内，将所述密封材料成型在所述双极板上，形成所述双极板上的密封件。采用本发明实施例的技术方案，通过将所述密封材料成型在所述双极板上，形成所述双极板上的密封件，相比于将密封条粘接在双极板上大大提高了密封效果，增加了密封件对三腔结构和三腔密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置的组成结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置的应用场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置中条状凸起结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图；

图5为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置中双极板的示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例提供一种燃料电池密封成型装置，图1为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置的组成结构示意图，如图1所示；图2为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置的应用场景示意图，如图2所示；下面结合图1和图2进行说明，所述装置10包括：密封件模具101和由第一极板和第二极板组成的双极板102，所述双极板102插入所述密封件模具101的容置腔内，形成包覆所述双极板的密封腔103；

所述密封件模具101上设置至少一个进口，所述至少一个进口用于将密封材料注入所述密封腔103内，将所述密封材料成型在所述双极板102上，形成所述双极板上的密封件。

需要说明的是，双极板102为金属双极板，该金属双极板可以由冲压工艺制造。第一极板可以为阳极板，也可以为阴极板；第二极板可以为阳极板，也可以为阴极板；但当第一极板为阳极板时，第二极板为阴极板，当第一极板为阴极板时，第二极板为阳极板。双极板102由阳极板和阴极板组成。

密封件模具101内设置有容置腔，所述双极板102可以插入所述容置腔内，将所述双极板102进行固定，形成包覆所述双极板的密封腔103，在图1和图2中，没有示出容置腔。

所述密封件模具101上设置有至少一个进口，该进口的数量可以根据实际情况进行确定，在此不作限定。作为一种示例，当需要减少将密封材料注入所述密封腔103内的时间时，可以在所述密封件模具101上设置多个进口。密封材料可以通过所述至少一个进口注入所述密封腔103内，所述密封材料可以为流动的胶状材料，作为一种示例，所述密封材料可以为可以固化的固化胶或橡胶。当密封材料在所述密封腔103内发生固化后，所述密封材料便一体成型在所述双极板102上，形成所述双极板上的密封件，此时便可以将所述密封件模具101取下来，该密封件可以为弹性密封件。在图1和图2中，没有示出所述密封件模具101上设置的进口。

本实施例中，通过注射成型技术将密封材料直接成型在双极板（阴极板和阳极板）两侧，阴极板和阳极板两侧的密封件通过双极板外侧包胶的形式连接起来，其中，双极板外侧包胶的形式，为了方便理解，可以结合图1进行说明，在图1中双极板102的最左端被密封腔103包胶。

在本发明一种可选实施例中，所述密封腔103内设置有条状凸起结构，所述条状凸起结构与所述双极板102相对垂直；所述条状凸起结构用于将所述密封材料引流到所述条状凸起结构的两侧。

本实施例中，所述密封腔103内设置有条状凸起结构，该条状凸起结构可以通过冲压工艺直接成型在双极板密封腔103内。

所述密封腔103内的任意面上都可以设置条状凸起结构，作为一种示例，所述条状凸起结构可以为凸筋的形状。所述条状凸起结构与所述双极板102相对垂直，以使密封材料通过所述条状凸起结构的两侧引流到双极板的两侧（阳极板或阴极板上），减少双极板102由于密封材料的压力而产生的变形，从而增加双极板的抗弯刚度。

由于双极板102由阳极板和阴极板组成，可以在密封腔103内靠近阳极板的一侧设置条状凸起结构，所述条状凸起结构与阳极板垂直；和/或在密封腔103内靠近阴极板的一侧设置条状凸起结构，所述条状凸起结构与阴极板垂直。为了方便理解，这里示例说明，图3为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置中条状凸起结构的示意图，如图3所示；图3是截取所述密封腔103内的任意一个面上设置的条状凸起结构，11指示的是条状凸起结构，该条状凸起结构与双极板102相对垂直，也就是说该条状凸起结构可以与阳极板垂直，也可以与阴极板垂直。

在本发明一种可选实施例中，所述条状凸起结构的高度与所述双极板的正尺寸相关。

本实施例中，所述双极板的尺寸包括双极板的长、宽、高，所述条状凸起结构的高度需要综合考虑，在此不做限定。作为一种示例，所述双极板的尺寸越大，所述条状凸起结构的高度越高；所述双极板的尺寸越小，所述条状凸起结构的高度越低。这里，主要是由于所述条状凸起结构设置于密封腔103内，并且所述条状凸起结构的作用是将将所述密封材料引流到所述条状凸起结构的两侧，减少双极板102由于密封材料的压力而产生的变形，从而增加双极板的抗弯刚度，因此，所述双极板的尺寸会影响所述条状凸起结构的高度，即所述条状凸起结构的高度与所述双极板的尺寸正相关。

在本发明一种可选实施例中，所述条状凸起结构的数量与所述双极板102的尺寸正相关。

本实施例中，所述条状凸起结构的数量可以根据所述双极板102的尺寸确定，一般情况下，所述双极板102的尺寸越大，所述条状凸起结构的数量也就越多；所述双极板102的尺寸越小，所述条状凸起结构的数量也就越少。即所述条状凸起结构的数量与所述双极板102的尺寸正相关。

在本发明一种可选实施例中，所述双极板上设置有通孔104，所述密封材料穿过所述通孔104分别在所述双极板102的两侧相互流动。

需要说明的是，所述双极板上设置通孔104的数量可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。所述通孔104的作用是便于所述密封材料在所述双极板102的两侧相互流动，换句话说，所述密封材料通过所述通孔104可以从阳极板的一侧流动到阴极板的一侧，也可以从阴极板的一侧流动到阳极板的一侧。

本实施例中，通过在所述双极板上设置有通孔104，以便所述密封材料可以穿过所述通孔104分别在所述双极板102的两侧相互流动，使得双极板两侧的压力相等，防止双极板在成型的过程中由于阳极板和阴极板两侧存在压力差造成的变形。

为了方便理解，这里示例说明，图4为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图，如图4所示；图4中所述双极板102上设置有通孔104，该通孔104可以使密封材料分别在所述双极板102的两侧相互流动，使得双极板两侧的压力相等，防止双极板在成型的过程中由于阳极板和阴极板两侧存在压力差造成的变形。

在本发明一种可选实施例中，所述双极板102上通孔104的数量与所述双极板102的尺寸正相关。

本实施例中，由于所述通孔104的作用是便于所述密封材料在所述双极板102的两侧相互流动，为了更快速的将所述密封材料注满所述密封腔103，如果所述双极板102的尺寸越大，所述双极板上通孔104的数量可以设置的越多；如果所述双极板102的尺寸越小，所述双极板上通孔104的数量可以设置的越少。即所述双极板102上通孔104的数量与所述双极板102的尺寸正相关。

在本发明一种可选实施例中，所述装置10还包括压缩器件，用于对成型在所述双极板102上的密封材料进行压缩。

需要说明的是，所述压缩器件可以为任何可以将密封材料进行压缩的器件，在此不做限定。作为一种示例，所述压缩器件可以上下移动，将需要压缩的物体进行压缩。

本实施例中，所述压缩器件是对被压缩的物体施加作用力，当把密封有密封材料的双极板102从所述密封件模具101取出来后，所述压缩器件便可以对所述双极板102上的密封材料施加作用力进行上下压缩。所述压缩器件的位置可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。作为一种示例，所述压缩器件可以设置在密封件上。在附图中并没有画出所述压缩器件。

在本发明一种可选实施例中，所述密封腔103包括：密封区域1031、过渡区域1032和支撑区域1033；

所述密封区域1031对应于所述双极板的进出口部分；所述双极板102的进出口部分为分别对应于燃料电池的空气流通腔、冷却液流通腔和氢气流通腔的进口和出口。

本实施例中，所述密封区域1031通过所述过渡区域1032与所述支撑区域1033连通；所述支撑区域1033位于所述双极板某个面的边缘，所述双极板某个面的边缘被包覆于所述支撑区域1033内，其中，所述双极板某个面的边缘为与所述双极板102插入所述密封件模具101的容置腔的面相邻的面。所述双极板某个面的边缘被包覆于所述支撑区域1033内，燃料电池组装完成后密封胶会在燃料外围形成一层密封绝缘层，可以直接实现燃料电池与外界的绝缘，无需进行额外的绝缘设计，简化燃料电池组装工艺，降低成本。

所述密封区域1031对应于所述双极板102的进出口部分，所述双极板102的进出口部分为分别对应于燃料电池的空气流通腔、冷却液流通腔和氢气流通腔的进口和出口。也就是说，所述密封区域1031是对所述双极板102的进出口部分进行密封，由于所述双极板102的进出口部分为分别对应于燃料电池的空气流通腔、冷却液流通腔和氢气流通腔的进口和出口，当所述双极板102组装成燃料电池后，所述密封区域便可以对空气流通腔、冷却液流通腔和氢气流通腔进行完全的密封。

需要说明的是，所述双极板102的进出口部分的位置可以在所述双极板102的任何位置，在此不做限定。作为一种示例，所述双极板102的进出口部分的位置可以位于双极板102的边缘。图5为本发明实施例提供的一种燃料电池密封成型装置中双极板的示意图，如图5所示，示出了所述双极板102的进出口部分的位置，该进出口部分可以表示氢气进出口、氧气进出口、冷却液进出口的部分。

图6为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图，如图6所示；1031指示的为密封区域，1032为过渡区域，1033为支撑区域，102为双极板，12为膜电极组件，该膜电极组件可以包括阴极侧气体扩散层、质子交换膜和阳极侧气体扩散层。

在本发明一种可选实施例中，所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033的高度相同或不同；所述高度表征所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033延压缩方向的尺寸。

本实施例中，所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033的高度的情况可以根据实际情况进行设定，在此不做限定。为了方便理解，作为一种示例，所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033的高度相同的情况可以参照图1，由于所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033的高度均相同，并没有一一标注出对应的区域；所述密封区域1031、所述过渡区域1032和所述支撑区域1033的高度不同的情况可以参照图6，在图6中，所述密封区域1031的高度大于所述支撑区域1033的高度；所述支撑区域1033的高度大于所述过渡区域1032的高度。

图6中示出的燃料电池是将多个已经成型在双极板上的密封件和膜电极组件依次堆叠组成，所述膜电极组件堆叠在所述密封件上，通过对燃料电池施加一定的封装力或在压缩器件对燃料电池进行压缩后，密封区域1031会被压缩，从而实现所有双极板和膜电极组件之间的密封。也就是说，在燃料电池组装后密封件是处于可以被压缩的状态，所述密封件也可能存在部分变形。

在本发明一种可选实施例中，所述密封区域1031的高度大于所述支撑区域1033的高度；所述支撑区域1033的高度大于所述过渡区域1032的高度。

需要说明的是，由于所述密封区域1031的高度大于所述支撑区域1033的高度；在压力的作用下，所述密封区域1031的压缩程度大于所述支撑区域1033的压缩程度，该压缩程度的不同可以理解为压缩参数的不同，该压缩参数具体可以体现为压缩比的不同。由于所述支撑区域1033的高度大于所述过渡区域1032的高度，在压缩的过程中，由于所述过渡区域1032的高度最小，不被压缩，所述密封区域1031的高度最高，最先被压缩，当所述密封区域1031被压缩时，所述过渡区域1032会向远离双极板的方向膨胀，当所述密封区域1031的高度等于所述支撑区域1033的高度时，可以停止压缩，也可以继续压缩，当继续压缩时，所述密封区域1031和所述支撑区域1033都会被压缩。在该压缩过程中，所述密封区域1031的压缩量大，所述支撑区域1033的压缩量小，所述过渡区域1032不压缩。该压缩过程可以确保密封区域1031的压缩量的稳定性，防止密封区域1031高压缩或压缩不足。

图7为本发明实施例提供的又一种燃料电池密封成型装置示意图，如图7所示；图7是针对图6进行压缩后的图，在该图中，所述密封区域1031的高度等于所述支撑区域1033的高度。

Claims

1.一种燃料电池密封成型装置，其特征在于，所述装置包括：密封件模具和由第一极板和第二极板组成的双极板，所述双极板插入所述密封件模具的容置腔内，形成包覆所述双极板的密封腔；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封腔内设置有条状凸起结构，所述条状凸起结构与所述双极板相对垂直；所述条状凸起结构用于将所述密封材料引流到所述条状凸起结构的两侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述条状凸起结构的高度与所述双极板的尺寸正相关。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述条状凸起结构的数量与所述双极板的尺寸正相关。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双极板上设置有通孔，所述密封材料穿过所述通孔分别在所述双极板的两侧相互流动。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述双极板上通孔的数量与所述双极板的尺寸正相关。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压缩器件，用于对成型在所述双极板上的密封材料进行压缩。

8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述密封腔包括：密封区域、过渡区域和支撑区域；

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述密封区域、所述过渡区域和所述支撑区域的高度相同或不同；所述高度表征所述密封区域、所述过渡区域和所述支撑区域延压缩方向的尺寸。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述密封区域的高度大于所述支撑区域的高度；所述支撑区域的高度大于所述过渡区域的高度。