CN113314728A - 燃料电池长寿命膜电极的密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为燃料电池长寿命膜电极的密封结构，包括阳极板和阴极板，所述阳极板与阴极板叠合，且阳极板与阴极板之间夹持有质子交换膜和扩散片，所述扩散片由两片组成并分布与质子交换膜的两侧，所述阳极板和阴极板的两端皆开设有通孔，所述阳极板的外表面设置有密封槽件，所述密封槽件包括第一环槽、条形槽和第二环形槽，所述第一环槽内嵌合有密封圈，所述条形槽的内部呈阶梯状，且所述条形槽的两侧皆开设有导槽并与向外延伸到阳极板的表面，所述条形槽内嵌合有密封条，密封条的外表面套接有封盖。本发明具有独立吸附式密封机构，对膜电极与催化片连接处进行针对密封，增强密封性，同时提高密封寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为燃料电池长寿命膜电极的密封结构。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，膜电极是装配在两块双极板中，用来质子转换发电的，膜电极上有气有水，因此膜电极的密封十分重要。
申请号为CN200510023723.4的中国发明专利，公开了一种用于燃料电池的导流双极板或膜电极的密封结构，包括导流双极板或膜电极、密封件，所述的密封件设置在导流双极板或膜电极的正、反面对称位置，在所述的导流双极板或膜电极设置密封件的位置开有多个连接通孔，所述的设置在导流双极板或膜电极正、反面的二密封件通过上述多个连接通孔用与其本身相同的材料连接在一起。与现有技术相比，本发明密封结构在导流双极板与膜电极分离时，其密封件不易变形，也不会脱落，可重复使用。
但是，这种密封方式存在一些问题，其一，密封件装在膜电极正、反面，可以对膜电极进行基本密封，然而为了提高膜电极转换效果，在膜电极两侧会贴合有催化片，加速催化，催化片与膜电极之间无密封，易导致气体从催化片与膜电极缝隙进入，这样就造成气体略过了催化片，直接与膜电极反应，未经过催化之间反应，直接导致离子转化率降低。
其二，密封件装在膜电极正、反面，可以对膜电极进行基本密封，然而密封圈长期接触水和氧气，长期使用腐蚀，影响寿命。
其三，膜电极与催化片处无法针对密封，用于新能源车辆使用的话，车辆在加速、急停状态时，内部气液受到惯性影响会加速对膜电极和催化片连接处冲击，长期如此，导致密封性急剧下降。
因此亟需设计燃料电池长寿命膜电极的密封结构来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供燃料电池长寿命膜电极的密封结构，以解决上述背景技术中提出的密封寿命短，用于车辆使用，在加速状态下，膜电极与催化片连接处密封性急剧下降的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：燃料电池长寿命膜电极的密封结构，包括阳极板和阴极板，所述阳极板与阴极板叠合，且阳极板与阴极板之间夹持有质子交换膜和扩散片，所述扩散片由两片组成并分布与质子交换膜的两侧，所述阳极板和阴极板的两端皆开设有通孔，所述阳极板的外表面设置有密封槽件，所述密封槽件包括第一环槽、条形槽和第二环形槽，所述第一环槽内嵌合有密封圈，所述条形槽的内部呈阶梯状，且所述条形槽的两侧皆开设有导槽并与向外延伸到阳极板的表面，所述条形槽内嵌合有密封条，所述密封条的外表面套接有封盖，且所述封盖内嵌于条形槽内，所述第二环形槽嵌合有封边环，且封边环围绕于密封圈的四周，所述密封条的两端上翘中间低洼，且密封条的中心处一体化连接有弧面凸条。
优选的，所述密封圈呈环形围绕阳极板的内侧一圈，且密封圈的两端围绕通孔外侧设置。
优选的，所述密封圈和密封条的数量皆为两个，两个所述密封圈和密封条分别安装于阳极板和阴极板上。
优选的，所述封边环包括环体和充气孔，所述环体的边缘呈弧形，所述环体的表面开设有充气孔。
优选的，所述充气孔由两个喇叭状通孔相组合，且右侧喇叭状通孔套在左侧喇叭状通孔的尾端。
优选的，所述质子交换膜包括膜电极，所述膜电极的两侧皆贴合有催化片，所述催化片的外周包裹有密封胶片，所述密封胶片通过胶粘剂与催化片粘合固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该燃料电池长寿命膜电极的密封结构具有独立吸附式密封机构，对膜电极与催化片连接处进行针对密封，提高密封寿命。
（1）通过在阳极板表面开设有条形槽，并在条形槽内嵌入安装有密封条，密封条的两端上翘中间低洼，中心处固定有弧面凸条，阳极板与阴极板叠合后，密封条夹持在催化片与密封胶片的连接处，通过阳极板与阴极板挤压，使密封条中心的弧面凸条形变向两侧扩张，使密封条两端翘起处张开，同时密封条表面凹槽内气体排出，使密封条吸附在催化片和密封胶片的表面，密封条两侧的坡面能缓冲液体的冲击，在高速行驶的车辆内长期使用，也能确保密封的稳定性。
（2）通过在密封圈的外侧围绕一圈封边环，环体向内侧弯折，与密封圈之间形成了一个空腔，通过针穿过充气孔能向空腔内注入氮气，再压合后，使密封圈与封边环之间形成了惰性气体密封层，同时惰性气体能保护密封圈，减缓了密封圈的老化时间，进一步提升了密封寿命，同时，氮气能通过条形槽两侧的导槽进去，气压抵住密封条的表面，加强密封条与催化片和密封胶片紧密抵触，提升密封性，也能同时防止密封条的老化。
附图说明
图1为本发明的结构整体示意图；
图2为本发明的结构爆炸示意图；
图3为本发明图2中A处结构放大示意图；
图4为本发明图1中阳极板与阴极板的结构局部剖面示意图；
图5为本发明图4中B处结构放大示意图；
图6为本发明图4中C处结构放大示意图；
图7为本发明图6中封边环的结构折起状态示意图。
图中：1、阳极板；2、阴极板；3、通孔；4、密封槽件；41、第一环槽；42、条形槽；43、第二环形槽；5、扩散片；6、密封圈；7、封边环；71、环体；72、充气孔；8、密封条；9、质子交换膜；91、膜电极；92、催化片；93、密封胶片；10、封盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供的一种实施例燃料电池长寿命膜电极的密封结构，包括阳极板1和阴极板2，阳极板1与阴极板2叠合，且阳极板1与阴极板2之间夹持有质子交换膜9和扩散片5，扩散片5由两片组成并分布与质子交换膜9的两侧，阳极板1和阴极板2的两端皆开设有通孔3，通孔3用于进气、排液使用。
阳极板1的外表面设置有密封槽件4，密封槽件4包括第一环槽41、条形槽42和第二环形槽43，第一环槽41内嵌合有密封圈6，条形槽42的内部呈阶梯状，且条形槽42的两侧皆开设有导槽并与向外延伸到阳极板1的表面，条形槽42内嵌合有密封条8，密封条8的外表面套接有封盖10，且封盖10内嵌于条形槽42内，导槽低于封盖10设置，第二环形槽43嵌合有封边环7，且封边环7围绕于密封圈6的四周，密封条8的两端上翘中间低洼，且密封条8的中心处一体化连接有弧面凸条。
进一步的，如图2和图4所示，密封圈6呈环形围绕阳极板1的内侧一圈，且密封圈6的两端围绕通孔3外侧设置，对通孔3四周也能进行密封，形成全封闭的密封效果。
进一步的，如图4所示，密封圈6和密封条8的数量皆为两个，两个密封圈6和密封条8分别安装于阳极板1和阴极板2上，使阳极板1与阴极板2合起后，两个密封圈6和密封条8能相抵，形成包裹密封。
进一步的，如图6-图7所示，封边环7包括环体71和充气孔72，环体71的边缘呈弧形，环体71的表面开设有充气孔72，如图6-7所示，充气孔72由两个喇叭状通孔相组合，且右侧喇叭状通孔套在左侧喇叭状通孔的尾端，环体71压合折起后，内部气体向外排，会推动充气孔72内的边缘卷边，将排气孔堵死，避免漏气。
进一步的，如图4-图5所示，质子交换膜9包括膜电极91，膜电极91的两侧皆贴合有催化片92，催化片92的外周包裹有密封胶片93，密封胶片93通过胶粘剂与催化片92粘合固定，提高膜电极91与催化片92连接处的密封性，也方便后期装配。
工作原理：使用时，密封条8装入条形槽42内，将密封圈6和封边环7分别嵌入第一环槽41和第二环形槽43内，再将两片扩散片5夹持质子交换膜9叠放在阳极板1内，最后将阴极板2叠在阳极板1上。
阳极板1与阴极板2叠合后，密封条8夹持在催化片92与密封胶片93的连接处，通过阳极板1与阴极板2挤压，使密封条8中心的弧面凸条形变向两侧扩张，使密封条8两端翘起处张开吸附在催化片92和密封胶片93的表面，密封条8两侧的坡面能缓冲液体的冲击，在高速行驶的车辆内长期使用，也能确保密封的稳定性。
环体71向内侧弯折，与密封圈6之间形成了一个空腔，通过针穿过充气孔72能向空腔内注入氮气，再将阳极板1与阴极板2压紧，压紧时，气体向外排出，会推动充气孔72向外折起闭合孔洞，避免漏气，使密封圈6与封边环7之间形成了惰性气体密封层，同时惰性气体能保护密封圈6，减缓了密封圈6的老化时间，提升了密封寿命，同时，氮气通过导槽进入第二环形槽43内，气压抵住密封条8的表面，加强密封条8与催化片92和密封胶片93紧密抵触，提升密封性，防止密封条8的老化。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨再将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.燃料电池长寿命膜电极的密封结构，包括阳极板（1）和阴极板（2），所述阳极板（1）与阴极板（2）叠合，且阳极板（1）与阴极板（2）之间夹持有质子交换膜（9）和扩散片（5），所述扩散片（5）由两片组成并分布与质子交换膜（9）的两侧，所述阳极板（1）和阴极板（2）的两端皆开设有通孔（3），其特征在于：所述阳极板（1）的外表面设置有密封槽件（4），所述密封槽件（4）包括第一环槽（41）、条形槽（42）和第二环形槽（43），所述第一环槽（41）内嵌合有密封圈（6），所述条形槽（42）的内部呈阶梯状，且所述条形槽（42）的两侧皆开设有导槽并与向外延伸到阳极板（1）的表面，所述条形槽（42）内嵌合有密封条（8），所述密封条（8）的外表面套接有封盖（10），且所述封盖（10）内嵌于条形槽（42）内，所述第二环形槽（43）嵌合有封边环（7），且封边环（7）围绕于密封圈（6）的四周，所述密封条（8）的两端上翘中间低洼，且密封条（8）的中心处一体化连接有弧面凸条。
2.根据权利要求1所述的燃料电池长寿命膜电极的密封结构，其特征在于：所述密封圈（6）呈环形围绕阳极板（1）的内侧一圈，且密封圈（6）的两端围绕通孔（3）外侧设置。
3.根据权利要求1所述的燃料电池长寿命膜电极的密封结构，其特征在于：所述密封圈（6）和密封条（8）的数量皆为两个，两个所述密封圈（6）和密封条（8）分别安装于阳极板（1）和阴极板（2）上。
4.根据权利要求1所述的燃料电池长寿命膜电极的密封结构，其特征在于：所述封边环（7）包括环体（71）和充气孔（72），所述环体（71）的边缘呈弧形，所述环体（71）的表面开设有充气孔（72）。
5.根据权利要求4所述的燃料电池长寿命膜电极的密封结构，其特征在于：所述充气孔（72）由两个喇叭状通孔相组合，且右侧喇叭状通孔套在左侧喇叭状通孔的尾端。
6.根据权利要求1所述的燃料电池长寿命膜电极的密封结构，其特征在于：所述质子交换膜（9）包括膜电极（91），所述膜电极（91）的两侧皆贴合有催化片（92），所述催化片（92）的外周包裹有密封胶片（93），所述密封胶片（93）通过胶粘剂与催化片（92）粘合固定。
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