CN110834283A - 一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池，五合一膜电极封装夹具包括：上盖框(1)、垫板(4)和下盖框(5)，下盖框(5)中设置有凹槽(51)，垫板(4)的大小形状与凹槽相匹配、能设置于凹槽(51)中，垫板(4)能够承接五合一膜电极于其上方，上盖框(1)能够盖设于五合一膜电极上方，且垫板(4)的承接五合一膜电极的一侧表面上开设有真空吸附流道(41)，真空吸附流道(41)工作时能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。本发明能够通过抽真空的方式对位于垫板上的五合一膜电极吸附，有效起到定位的作用，提高了定位精度，定位和固定能力强，同时节约了组装时间与提高了成品率。

Description

一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池。

背景技术

膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极的性能直接决定了电池的使用寿命。膜电极生产大致可分为两部分：前段为将催化剂附着在质子交换膜上，后端将附有催化剂的质子交换膜(CCM)进行封装。封装又分为五合一封装和七合一封装两个工序。目前，膜电极难以规模化生产主要是因为膜电极中的质子交换膜的原因。质子交换膜薄、机械强度低、对环境温湿度比较敏感，不同温湿度会造成交换膜吸水或脱水从而造成膜尺寸的变化。然而现如今多数的膜电极五合一封装是将CCM及封边材料夹在两层不锈钢板上中间垫上白纸或塑料薄膜，然后放在油压机上高温压制。这种方法压制出的五合一组件平整度差、厚度不均、容易起褶皱、次品率高。

专利申请号201210490779.0设计的热压夹具通过定位孔定位质子交换膜和封边材料，但无法解决铺膜无法铺平整的问题。同时其设计的夹具定位孔需通过螺栓紧固，螺栓反复拆装费时费力。专利申请号201410024434.5设计的夹具通过燕尾夹来固定上下盖板，虽然操作比较简单，但是燕尾夹的夹力较小难以将盖板内的膜牢牢固定住。同时以上专利压制出的产品边框内有气泡、边框易翘起，造成五合一组件平整度差、厚度不均匀、次品率高。

由于现有技术中的五合一膜电极在封装压制时会存在平整度差、厚度不均、容易起褶皱、次品率高等技术问题，因此本发明研究设计出一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的五合一膜电极在封装压制时会存在平整度差，易发生错位等的缺陷，从而提供一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池。

本发明提供一种五合一膜电极封装夹具，其包括：

上盖框、垫板和下盖框，所述下盖框中设置有凹槽，所述垫板的大小形状与所述凹槽相匹配、能设置于所述凹槽中，所述垫板能够承接五合一膜电极于其上方，所述上盖框能够盖设于所述五合一膜电极上方，且所述垫板的承接所述五合一膜电极的一侧表面上开设有真空吸附流道，所述真空吸附流道工作时能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。

优选地，

所述下盖框的位于所述凹槽的周围的表面处还贯通地设置有真空吸附区域，所述真空吸附区域包括至少一个孔，所述真空吸附区域工作时也能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。

优选地，

所述五合一膜电极封装夹具还包括底板，所述底板设置在所述下盖框的下端，且所述底板上与所述下盖框的凹槽相对的表面位置开设有至少一个第一孔，所述底板的侧边上还开设有与所述第一孔连通的抽真空孔；所述第一孔还与所述凹槽连通、进而与所述垫板上的真空吸附流道连通。

优选地，

当包括真空吸附区域时，所述底板与所述下盖框上的真空吸附区域相对的表面位置开设有至少一个第二孔，所述第二孔一侧与所述抽真空孔连通、另一侧与所述真空吸附区域连通。

优选地，

所述真空吸附流道的形状为蛇形、十字交叉形和点状中的至少一种。

优选地，

所述下盖框上还设置有至少一个第一定位孔，所述上盖框上还设置有至少一个第二定位孔，所述第一定位孔和所述第二定位孔能够相对设置，且所述五合一膜电极封装夹具还包括定位柱，所述定位柱能够同时穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔而对所述五合一膜电极进行定位设置。

优选地，

在所述上盖框和所述下盖框之间还设置有垫片，所述垫片上还设置有至少一个第三定位孔，所述第三定位孔和所述第一定位孔、所述第二定位孔能够同时相对设置，且所述定位柱能够同时穿过所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔而对所述五合一膜电极进行定位设置。

优选地，

所述垫板的厚度和/或硬度能够被调节；和/或，所述垫板是由导热材料或隔热材料制成；和/或，所述垫片的材料为橡胶、硅胶、聚乙烯、聚丙烯中的至少一种；和/或，所述垫板的上端面与所述凹槽的上端面之间存在高度差0mm-1mm。

优选地，

在所述上盖框和所述垫片之间还设置有定位框，所述上盖框、所述垫片、所述定位框的中部位置均开设有镂空结构，且述上盖框、所述垫片、所述定位框的镂空结构的大小与所述凹槽的大小均相同。

本发明还提供一种质子交换膜燃料电池，其包括前任一项所述的五合一膜电极封装夹具。

本发明提供的一种五合一膜电极封装夹具和质子交换膜燃料电池具有如下有益效果：

本发明通过在垫板上开设真空吸附流道，能够通过抽真空的方式对位于垫板上的五合一膜电极吸附，有效起到定位的作用，从而有效解决了五合一膜电极在封装压制时会存在平整度差，易发生错位，厚度不均，容易起褶皱，次品率高等问题，提高了定位精度，定位和固定能力强，克服了其他机械固定反复拆装造成磨损的缺陷，同时节约了组装时间与工作量，提高了产品成品率的同时还提高了生产效率；并且还通过下盖框上的真空吸附区域能够进一步通过真空吸附的作用而将五合一膜电极有效定位和固定住，进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率，并且有效防止反复拆装造成的磨损，还提高了生产效率；另外还通过定位孔和定位柱的设置形式再进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率。

附图说明

图1是本发明的五合一膜电极封装夹具的整体爆炸结构示意图；

图2是本发明的垫板的真空吸附流道的断面截断图。

1、上盖框；11、第二定位孔；2、定位框；3、垫片；31、第三定位孔；4、垫板；41、真空吸附流道；5、下盖框；51、凹槽；52、真空吸附区域；6、底板；60、抽真空孔；61、第一孔；62、第二孔；7、定位柱。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种五合一膜电极封装夹具，其包括：

上盖框1、垫板4和下盖框5，所述下盖框5中设置有凹槽51，所述垫板4的大小形状与所述凹槽相匹配、能设置于所述凹槽51中，所述垫板4能够承接五合一膜电极于其上方，所述上盖框1能够盖设于所述五合一膜电极上方，且所述垫板4的承接所述五合一膜电极的一侧表面上开设有真空吸附流道41，所述真空吸附流道41工作时能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。

本发明通过在垫板上开设真空吸附流道，能够通过抽真空的方式对位于垫板上的五合一膜电极吸附，有效起到定位的作用，从而有效解决了五合一膜电极在封装压制时会存在平整度差，易发生错位，厚度不均，容易起褶皱，次品率高等问题，提高了定位精度，定位和固定能力强，克服了其他机械固定反复拆装造成磨损的缺陷，同时节约了组装时间与工作量，提高了产品成品率的同时还提高了生产效率。

优选地，

所述下盖框5的位于所述凹槽51的周围的表面处还贯通地设置有真空吸附区域52，所述真空吸附区域52包括至少一个孔，所述真空吸附区域52工作时也能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。本发明还通过下盖框上的真空吸附区域能够进一步通过真空吸附的作用而将五合一膜电极有效定位和固定住，进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率，并且有效防止反复拆装造成的磨损，还提高了生产效率。

优选地，

所述五合一膜电极封装夹具还包括底板6，所述底板6设置在所述下盖框5的下端，且所述底板6上与所述下盖框5的凹槽51相对的表面位置开设有至少一个第一孔61，所述底板6的侧边上还开设有与所述第一孔61连通的抽真空孔60；所述第一孔61还与所述凹槽51连通、进而与所述垫板4上的真空吸附流道41连通。通过底板除了能够对下盖框进行支撑外，还能在其上开设第一孔、使其与下盖框的凹槽进行连通，并在侧边上开设抽真空孔，能够通过对该抽真空孔进行抽真空、以达到对下盖框的凹槽进行抽真空的目的，进而达到对垫板上的五合一膜电极进行真空吸附的目的，实现高效精确且牢固定位的作用，可以有效省除常规的机械定位等方式。

优选地，

当包括真空吸附区域52时，所述底板6与所述下盖框5上的真空吸附区域52相对的表面位置开设有至少一个第二孔62，所述第二孔62一侧与所述抽真空孔60连通、另一侧与所述真空吸附区域52连通。通过在底板上与下盖框的真空吸附区域相对的位置开设第二孔的形式，并且将第二孔的一端与真空吸附区域连通、另一端与抽真空孔连通的方式，能够使得对抽真空孔进行抽真空能够作用于下盖框的真空吸附区域，使得真空吸附区域进一步对五合一膜电极起到吸附固定的作用，进而进一步提高定位精度和强度的效果。

优选地，

所述真空吸附流道41的形状为蛇形、十字交叉形和点状中的至少一种。这是本发明的真空吸附流道的优选结构形式和形状，能够使得空气在该流道中进行流动，使得流动性更强，从而使得位于其上的膜电极被牢固地吸附，加强了定位效果。

优选地，

所述下盖框5上还设置有至少一个第一定位孔(图中定位柱的位置)，所述上盖框1上还设置有至少一个第二定位孔11，所述第一定位孔和所述第二定位孔11能够相对设置，且所述五合一膜电极封装夹具还包括定位柱7，所述定位柱7能够同时穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔11而对所述五合一膜电极进行定位设置。本发明还通过定位孔和定位柱的设置形式再进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率。

优选地，

在所述上盖框1和所述下盖框5之间还设置有垫片3，所述垫片3上还设置有至少一个第三定位孔31，所述第三定位孔31和所述第一定位孔、所述第二定位孔11能够同时相对设置，且所述定位柱7能够同时穿过所述第一定位孔、所述第二定位孔11和所述第三定位孔31而对所述五合一膜电极进行定位设置。通过垫片能够对上盖框和膜电极之间形成支撑缓冲的作用，还通过垫片上的第三定位孔和定位柱的设置形式再进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率。

优选地，

所述垫板和/或垫片的厚度和/或硬度能够被调节；和/或，所述垫板是由导热材料或隔热材料制成；和/或，所述垫片的材料为橡胶、硅胶、聚乙烯、聚丙烯中的至少一种；和/或，所述垫板的上端面与所述凹槽的上端面之间存在高度差0mm-1mm。通过对垫板的硬度或厚度的可调节性能够调节膜电极的受热程度，还可以使其受力均匀，减小对膜电极的损伤，提高其成品率，可使受力均匀同时能有效去除气泡；垫片采用上述材料能够提高其弹性强度，减小对膜电极的损伤，提高其成品率。

优选地，

在所述上盖框1和所述垫片3之间还设置有定位框2，所述上盖框1、所述垫片3、所述定位框2的中部位置均开设有镂空结构，且述上盖框1、所述垫片3、所述定位框2的镂空结构的大小与所述凹槽的大小均相同。通过定位框能够进一步对膜电极起到定位的作用，并且通过镂空结构并与凹槽匹配，能够使得膜电极被压制成凹槽大小的结构，提高成品率。

本发明还提供一种质子交换膜燃料电池，其包括前任一项所述的五合一膜电极封装夹具。通过在垫板上开设真空吸附流道，能够通过抽真空的方式对位于垫板上的五合一膜电极吸附，有效起到定位的作用，从而有效解决了五合一膜电极在封装压制时会存在平整度差，易发生错位，厚度不均，容易起褶皱，次品率高等问题，提高了定位精度，定位和固定能力强，克服了其他机械固定反复拆装造成磨损的缺陷，同时节约了组装时间与工作量，提高了产品成品率的同时还提高了生产效率；并且还通过下盖框上的真空吸附区域能够进一步通过真空吸附的作用而将五合一膜电极有效定位和固定住，进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率，并且有效防止反复拆装造成的磨损，还提高了生产效率；另外还通过定位孔和定位柱的设置形式再进一步提高了定位强度和精度，提高了产品成品率。

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极五合一组件制备成型的夹具。包括上盖框、垫片、定位框、垫板、下盖框。上盖框、定位框下盖框周边有定位孔，定位孔内有定位销，下盖框周边有螺栓孔。定位框与上盖板中部是镂空的框架，定位框镂空形状及大小与质子交换膜大小形状相同，上盖板镂空大小与制备膜电极活性区域大小相同。下盖框中间区域有凹槽，周边有真空微孔吸附，下盖框中间凹槽区域大小和膜电极有效面积相同，凹槽内放置垫板，垫板有真空吸附槽。采用本发明在膜电极封装时能够有效防止封边错位、热压时保证受力均匀、有效消除封边内气泡，同时操作简单、提高成品率、降低生产工时适合规模化生产。

如图1所示本发明的质子交换膜燃料电池五合一膜电极封装夹具，包括上盖框1、定位框2、垫片3、垫板4、下盖框5、底板6。上盖框、垫片、定位框、下盖框周边有定位孔，并且定位孔相互对应，下盖框定位孔内装有定位柱7。上盖框、垫片、定位框中部镂空镂空形状和大小与膜电极活性区域大小相同。下盖框中间区域有凹槽51，凹槽区域大小和膜电极有效面积相同。下盖框周边真空吸附区域大小及分布根据封边大小形状确定。下盖框凹槽内放有垫板，垫板面积与凹槽面积相同且垫板与下盖框凹槽周边有台阶。垫板上留有真空吸附流道。下盖框与底板有螺栓固定，底板侧面留有抽真空孔60。底板抽真空孔与下盖板有空气流道相通。

本发明所述膜电极五合一封装夹具的使用方法：

将封边材料冲裁成所需外边形状；

将垫板放入到下盖框中并用螺栓固定；

将定位销插入到定位孔内；

将裁切好的下封边材料平铺到下盖框上并打开真空吸附装置进行固定；

将定位框放置于封边材料上；

将附着有催化剂的质子交换膜平铺到定位框内，打开真空吸附装置并将定位框移走；

再将另一裁切好的封边材料平铺在上面；

最后将垫片和上盖板依次通过定位孔放在下盖框上，即可拿去热压。热压结束后取出夹具待冷却至室温得到压制好的五合一组件。

实施例：将组合好的夹具放在工作台上，取下上盖框1、定位框2、垫片3，将冲裁好的封边材料顺着定位柱7平铺在下盖框5上然后打开连接底板6的抽真空孔60处的真空发生器将封边材料吸附固定，然后将定位框沿定位柱7放在封边材料上。再将附着有催化剂的质子交换膜平铺在定位框内，然后打开连接底板的抽真空孔60的真空发生器，待吸附完全后再拿走定位框2。将另一冲裁好的封边材料沿着定位柱7平铺在上面，最后依次将垫片3上盖框1压在上面。组合完毕后将夹具放在热压机上进行热压。热压结束后去除夹具进行冷却，冷却后取出成品即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种五合一膜电极封装夹具，其特征在于：包括：

上盖框(1)、垫板(4)和下盖框(5)，所述下盖框(5)中设置有凹槽(51)，所述垫板(4)的大小形状与所述凹槽相匹配、能设置于所述凹槽(51)中，所述垫板(4)能够承接五合一膜电极于其上方，所述上盖框(1)能够盖设于所述五合一膜电极上方，且所述垫板(4)的承接所述五合一膜电极的一侧表面上开设有真空吸附流道(41)，所述真空吸附流道(41)工作时能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。

2.根据权利要求1所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

所述下盖框(5)的位于所述凹槽(51)的周围的表面处还贯通地设置有真空吸附区域(52)，所述真空吸附区域(52)包括至少一个孔，所述真空吸附区域(52)工作时也能够通过低压将五合一膜电极吸附而定位。

3.根据权利要求1或2所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

所述五合一膜电极封装夹具还包括底板(6)，所述底板(6)设置在所述下盖框(5)的下端，且所述底板(6)上与所述下盖框(5)的凹槽(51)相对的表面位置开设有至少一个第一孔(61)，所述底板(6)的侧边上还开设有与所述第一孔(61)连通的抽真空孔(60)；所述第一孔(61)还与所述凹槽(51)连通、进而与所述垫板(4)上的真空吸附流道(41)连通。

4.根据权利要求3所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

当包括真空吸附区域(52)时，所述底板(6)与所述下盖框(5)上的真空吸附区域(52)相对的表面位置开设有至少一个第二孔(62)，所述第二孔(62)一侧与所述抽真空孔(60)连通、另一侧与所述真空吸附区域(52)连通。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

所述真空吸附流道(41)的形状为蛇形、十字交叉形和点状中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

所述下盖框(5)上还设置有至少一个第一定位孔，所述上盖框(1)上还设置有至少一个第二定位孔(11)，所述第一定位孔和所述第二定位孔(11)能够相对设置，且所述五合一膜电极封装夹具还包括定位柱(7)，所述定位柱(7)能够同时穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔(11)而对所述五合一膜电极进行定位设置。

7.根据权利要求6所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

在所述上盖框(1)和所述下盖框(5)之间还设置有垫片(3)，所述垫片(3)上还设置有至少一个第三定位孔(31)，所述第三定位孔(31)和所述第一定位孔、所述第二定位孔(11)能够同时相对设置，且所述定位柱(7)能够同时穿过所述第一定位孔、所述第二定位孔(11)和所述第三定位孔(31)而对所述五合一膜电极进行定位设置。

8.根据权利要求7所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

所述垫板的厚度和/或硬度能够被调节；和/或，所述垫板是由导热材料或隔热材料制成；和/或，所述垫片的材料为橡胶、硅胶、聚乙烯、聚丙烯中的至少一种；和/或，所述垫板的上端面与所述凹槽的上端面之间存在高度差0mm-1mm。

9.根据权利要求7所述的五合一膜电极封装夹具，其特征在于：

在所述上盖框(1)和所述垫片(3)之间还设置有定位框(2)，所述上盖框(1)、所述垫片(3)、所述定位框(2)的中部位置均开设有镂空结构，且述上盖框(1)、所述垫片(3)、所述定位框(2)的镂空结构的大小与所述凹槽的大小均相同。

10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的五合一膜电极封装夹具。

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