CN114512690B - 一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置及方法。本发明的装置包括边框定位组合件和质子交换膜定位组合件；所述边框定位组合件上固定有底膜，质子交换膜定位组合件上设置有边界结构。本发明的方法包括：将底膜以边界结构进行定位，再将底膜转移并粘到边框定位组合件上；取边框以压敏胶胶面朝上放置到边框定位组合件上，用底膜对边框上的压敏胶进行定位；取质子交换膜置于质子交换膜定位组合件上，用边界结构对质子交换膜进行定位；将质子交换膜定位组合件与边框定位组合件合上，边框与质子交换膜贴合。本发明提供了一种定位精准、密封效果更好且制备工艺简单的燃料电池单边框膜电极组件贴合装置及方法。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置及方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种利用氢气与氧化剂(一般是空气)的电化学反应的能量直接转化电能的发电装置，因其具有能量转换效率高、产物水清洁无污染等优点，发展和应用前景广阔。膜电极组件(MEA)是燃料电池的核心部件，其主要由质子交换膜、催化剂层、边框和气体扩散层等组成。作为燃料电池核心部件，其决定着燃料电池的性能好坏。在燃料电池的工作过程中，质子交换膜需要有效地将燃料与氧化剂阻隔开，防止氢气和氧化剂互相渗透引起的电池性能下降以及寿命的衰减。由于质子交换膜的机械强度低，需要将其用胶水固定在具有一定强度的边框上，以此达到密封的效果。
因此，对于燃料电池膜电极组件，如何保证质子交换膜和边框上胶水之间的定位精准，成为膜电极贴合质量的重要标准。
传统的定位方式是通过机械加工或划线定位，由于机械加工或者划线本身具有一定的公差，无法作为基准来定位且无法保持精度的一致性，因此，开发一种定位精准、密封效果更好且制备工艺简单的装置成为本领域的重点。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种定位精准、密封效果更好且制备工艺简单的燃料电池单边框膜电极组件贴合装置及方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，包括用于定位边框的边框定位组合件和用于定位质子交换膜的质子交换膜定位组合件；所述边框定位组合件上固定有用于对边框进行定位的底膜，质子交换膜定位组合件上设置有用于对质子交换膜进行限位的边界结构，底膜以边界结构定位。
底膜在质子交换膜定位组合件上以边界结构进行定位后，再将边框定位组合件和质子交换膜定位组合件合上，以将底膜转移到边框定位组合件上。将边框放置到边框定位组合件时，将边框上的压敏胶以底膜进行定位；将质子交换膜放置到质子交换膜定位组合件上时，质子交换膜以边界结构定位；再将边框定位组合件和质子交换膜定位组合件合上，使边框与质子交换膜粘接，得到膜电极组件。由于边框和质子交换膜的最初的定位基准均为边界结构，则边框与质子交换膜的配合精度高，成品率高。
贴合膜电极组件时，对边框和质子交换膜进行定位后，直接将边框定位组合件和质子交换膜定位组合件合上，即可得到膜电极组件，操作简单。
作为本发明的优选方案，还包括真空泵，边框定位组合件和质子交换膜定位组合件均通过气管与真空泵连接。真空泵可对边框定位组合件和质子交换膜定位组合件抽真空，在放置边框和质子交换膜后，可分别对边框定位组合件和质子交换膜定位组合件抽真空，避免边框或质子交换膜移动。合上边框定位组合件和质子交换膜定位组合件后，边框和质子交换膜能准确对位，进一步提高边框和质子交换膜的配合精度。并且，在设置底膜时，可将底膜在边界结构上定位，再对质子交换膜定位组合件抽真空，再合上边框定位组合件和质子交换膜定位组合件，则底膜能准确粘贴到边框定位组合件上。
作为本发明的优选方案，所述底膜与边框上的压敏胶的形状和尺寸相同。底膜用于对边框上的压敏胶进行定位，从而准确调整边框位置，使边框和质子交换膜准确贴合。底膜与边框上的压敏胶的形状和尺寸相同时，可直接将边框上的压敏胶与底膜对齐，方便调整边框。
作为本发明的优选方案，所述边框定位组合件包括底板，底板上连接有边框吸附台，底膜固定于边框吸附台上，边框吸附台与底板之间设置有第一真空腔，真空泵通过气管与第一真空腔连通，边框吸附台上设置有若干边框吸附微小孔。当需要对放置于边框吸附台上的边框进行吸附时，打开真空泵与边框定位组合件之间的气管，启动真空泵将第一真空腔抽真空。由于边框吸附台上设置有若干边框吸附微小孔，则边框能可靠吸附在边框吸附台上。
作为本发明的优选方案，所述边框吸附微小孔位于底膜以外的区域。边框吸附微小孔位于底膜以外的区域，则对第一真空腔抽真空时，底膜不会受到真空吸力的影响。由于边框比底膜大，则边框的边框均能受到吸附力。
作为本发明的优选方案，所述边框吸附台上固定有固定件，质子交换膜定位组合件转动连接于固定件的边缘。质子交换膜定位组合件通过固定件与边框吸附台转动连接，则当合上质子交换膜定位组合件时，质子交换膜定位组合件与边框定位组合件之间各处间隙相同，保证边框与质子交换膜被均匀且可靠的压紧并贴合。
作为本发明的优选方案，所述质子交换膜定位组合件包括盖板，盖板与边框定位组合件铰接，盖板上连接有质子交换膜吸附台，质子交换膜吸附台与盖板之间设置有第二真空腔，真空泵通过气管与第二真空腔连通，质子交换膜吸附台上设置有若干质子交换膜吸附微小孔，边界结构设置于质子交换膜吸附台上。当真空泵对第二真空腔抽真空时，质子交换膜吸附台对质子交换膜或底膜进行吸附，避免合上质子交换膜定位组合件时质子交换膜或底膜错位的情况。
作为本发明的优选方案，所述边界结构为凸台，质子交换膜吸附微小孔设置于凸台上。质子交换膜吸附微小孔设置于凸台上，则质子交换膜或底膜能被质子交换膜吸附台可靠吸附。并且，凸台的边线能对质子交换膜或底膜进行定位，当质子交换膜或底膜的尺寸和形状与凸台相同时，只需要将质子交换膜或底膜与凸台对齐即可，方便对质子交换膜或底膜进行快速定位。
一种燃料电池单边框膜电极组件贴合方法，包括以下步骤：
S1：将尺寸和形状与边框上的压敏胶相同的底膜置于质子交换膜定位组合件上，用边界结构对底膜进行定位，开启真空泵将质子交换膜定位组合件抽真空；
S2：将质子交换膜定位组合件与边框定位组合件合上，底膜粘到边框定位组合件上；
S3：取切割好的边框以压敏胶胶面朝上放置到边框定位组合件上，用底膜对边框上的压敏胶进行定位，开启真空泵将边框定位组合件抽真空；
S4：取切割好的质子交换膜置于质子交换膜定位组合件上，用边界结构对质子交换膜进行定位，开启真空泵将质子交换膜定位组合件抽真空；
S5：将质子交换膜定位组合件与边框定位组合件合上，边框与质子交换膜贴合，得到膜电极组件。
作为本发明的优选方案，所述边界结构为凸台，在步骤S1中，通过凸台来定位底膜；在步骤S4中，通过凸台来定位质子交换膜。
本发明的有益效果为：
1.本发明的底膜在质子交换膜定位组合件上以边界结构进行定位后，再将边框定位组合件和质子交换膜定位组合件合上，以将底膜转移到边框定位组合件上。由于边框和质子交换膜的最初的定位基准均为边界结构，则边框与质子交换膜的配合精度高，成品率高。
2.贴合膜电极组件时，对边框和质子交换膜进行定位后，直接将边框定位组合件和质子交换膜定位组合件合上，即可得到膜电极组件，无需人工定位，操作简单，效率高。
附图说明
图1是本发明打开时的结构示意图；
图2是本发明合上时的结构示意图；
图3是本发明的俯视图；
图4是边框的结构示意图；
图5是质子交换膜的结构示意图。
图中，1-边框定位组合件；2-质子交换膜定位组合件；3-底膜；4-真空泵；5-边框；6-质子交换膜；11-底板；12-边框吸附台；13-第一真空腔；14-边框吸附微小孔；15-支撑柱；16-固定件；21-边界结构；22-盖板；23-质子交换膜吸附台；24-第二真空腔；25-质子交换膜吸附微小孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1～图5所示，本实施例的燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，包括用于定位边框5的边框定位组合件1和用于定位质子交换膜6的质子交换膜定位组合件2；所述边框定位组合件1上固定有用于对边框5进行定位的底膜3，质子交换膜定位组合件2上设置有用于对质子交换膜6进行限位的凸台，底膜3以凸台定位。
其中，质子交换膜6可以是未经喷涂催化剂或已喷涂催化剂的质子交换膜6。
底膜3在质子交换膜定位组合件2上以凸台进行定位后，再将边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2合上，以将底膜3转移到边框定位组合件1上。将边框5放置到边框定位组合件1时，将边框5上的压敏胶以底膜3进行定位；将质子交换膜6放置到质子交换膜定位组合件2上时，质子交换膜6以凸台定位；再将边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2合上，使边框5与质子交换膜6粘接，得到膜电极组件。由于边框5和质子交换膜6的最初的定位基准均为凸台，则边框5与质子交换膜6的配合精度高，成品率高。
贴合膜电极组件时，对边框5和质子交换膜6进行定位后，直接将边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2合上，即可得到膜电极组件，操作简单。
本发明采用压敏胶制备边框5，无需加热，能耗上比传统封边框5和质子膜方式更低。
更进一步，本发明还包括真空泵4，边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2均通过气管与真空泵4连接。真空泵4可对边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2抽真空，在放置边框5和质子交换膜6后，可分别对边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2抽真空，避免边框5或质子交换膜6移动。合上边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2后，边框5和质子交换膜6能准确对位，进一步提高边框5和质子交换膜6的配合精度。并且，在设置底膜3时，可将底膜3在边界结构21上定位，再对，质子交换膜定位组合件2抽真空，再合上边框定位组合件1和质子交换膜定位组合件2，则底膜3能准确粘贴到边框定位组合件1上。
更进一步，所述底膜3与边框5上的压敏胶的形状和尺寸相同。底膜3用于对边框5上的压敏胶进行定位，从而准确调整边框5位置，使边框5和质子交换膜6准确贴合。底膜3与边框5上的压敏胶的形状和尺寸相同时，可直接将边框5上的压敏胶与底膜3对齐，方便调整边框5。
具体地，所述边框定位组合件1包括底板11，底板11的底部安装有若干支撑柱15，底板11上连接有边框吸附台12，底膜3固定于边框吸附台12上，边框吸附台12与底板11之间设置有第一真空腔13，真空泵4通过气管与第一真空腔13连通，边框吸附台12上设置有若干边框吸附微小孔14。当需要对放置于边框吸附台12上的边框5进行吸附时，打开真空泵4与边框定位组合件1之间的气管，启动真空泵4将第一真空腔13抽真空。由于边框吸附台12上设置有若干边框吸附微小孔14，则边框5能可靠吸附在边框吸附台12上。
其中，所述边框吸附微小孔14位于底膜3以外的区域。边框吸附微小孔14位于底膜3以外的区域，则对第一真空腔13抽真空时，底膜3不会受到真空吸力的影响。由于边框5比底膜3大，则边框5的边框5均能受到吸附力。
更进一步，所述边框吸附台12上固定有固定件16，质子交换膜定位组合件2铰接于固定件16的边缘。质子交换膜定位组合件2通过固定件16与边框吸附台12铰接，则当合上质子交换膜定位组合件2时，质子交换膜定位组合件2与边框定位组合件1之间各处间隙相同，保证边框5与质子交换膜6被均匀且可靠的压紧并贴合。链接装置不限于铰链、顶针、面接触式转动、轴承等转动类的固定方式或手持式等非固定的方式。
具体地，所述质子交换膜定位组合件2包括盖板22，盖板22与边框定位组合件1铰接，盖板22上连接有质子交换膜吸附台23，质子交换膜吸附台23与盖板22之间设置有第二真空腔24，真空泵4通过气管与第二真空腔24连通，质子交换膜吸附台23上设置有若干质子交换膜吸附微小孔25，边界结构21设置于质子交换膜吸附台23上。当真空泵4对第二真空腔24抽真空时，质子交换膜吸附台23对质子交换膜6或底膜3进行吸附，避免合上质子交换膜定位组合件2时质子交换膜6或底膜3错位的情况。
质子交换膜吸附微小孔25设置于凸台上，则质子交换膜6或底膜3能被质子交换膜吸附台23可靠吸附。并且，凸台的边线能对质子交换膜6或底膜3进行定位，当质子交换膜6或底膜3的尺寸和形状与凸台相同时，只需要将质子交换膜6或底膜3与凸台对齐即可，方便对质子交换膜6或底膜3进行快速定位。
一种燃料电池单边框膜电极组件贴合方法，包括以下步骤：
S1：将尺寸和形状与边框5上的压敏胶相同的底膜3置于质子交换膜吸附台23上，用凸台对底膜3进行定位，开启真空泵4将第二真空腔24抽真空；
S2：将质子交换膜定位组合件2与边框定位组合件1合上，开启真空泵4将第一真空腔13抽真空，底膜3粘到边框定位组合件1上，再关闭真空泵4；
S3：取切割好的边框5以压敏胶胶面朝上放置到边框吸附台12上，用底膜3对边框5上的压敏胶进行定位，开启真空泵4将第一真空腔13抽真空；
S4：取切割好的质子交换膜6置于质子交换膜吸附台23上，用凸台对质子交换膜6进行定位，开启真空泵4将第二真空腔24抽真空；
S5：将质子交换膜定位组合件2与边框定位组合件1合上，边框5与质子交换膜6贴合，得到膜电极组件。
需要说明的是：底膜3的材料不限于高分子、纤维等材料。质子交换膜吸附微小孔25的直径和边框吸附微小孔14的直径均不大于5mm，孔之间的间距不大于100mm。第一真空腔13和第二真空腔24的真空度为-5kpa～-101.325kpa。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，其特征在于，包括用于定位边框（5）的边框定位组合件（1）和用于定位质子交换膜（6）的质子交换膜定位组合件（2）；所述边框定位组合件（1）上固定有用于对边框（5）进行定位的底膜（3），质子交换膜定位组合件（2）上设置有用于对质子交换膜（6）进行限位的边界结构（21），底膜（3）以边界结构（21）定位；还包括真空泵（4），边框定位组合件（1）和质子交换膜定位组合件（2）均通过气管与真空泵（4）连接；
所述边框定位组合件（1）包括底板（11），底板（11）上连接有边框吸附台（12），底膜（3）固定于边框吸附台（12）上，边框吸附台（12）与底板（11）之间设置有第一真空腔（13），真空泵（4）通过气管与第一真空腔（13）连通，边框吸附台（12）上设置有若干边框吸附微小孔（14）；
所述边框吸附台（12）上固定有固定件（16），质子交换膜定位组合件（2）转动连接于固定件（16）的边缘；
所述质子交换膜定位组合件（2）包括盖板（22），盖板（22）与边框定位组合件（1）铰接，盖板（22）上连接有质子交换膜吸附台（23），质子交换膜吸附台（23）与盖板（22）之间设置有第二真空腔（24），真空泵（4）通过气管与第二真空腔（24）连通，质子交换膜吸附台（23）上设置有若干质子交换膜吸附微小孔（25），边界结构（21）设置于质子交换膜吸附台（23）上。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，其特征在于，所述底膜（3）与边框（5）上的压敏胶的形状和尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，其特征在于，所述边框吸附微小孔（14）位于底膜（3）以外的区域。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置，其特征在于，所述边界结构（21）为凸台，质子交换膜吸附微小孔（25）设置于凸台上。
5.使用权利要求1所述的一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置的贴合方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将尺寸和形状与边框（5）上的压敏胶相同的底膜（3）置于质子交换膜定位组合件（2）上，用边界结构（21）对底膜（3）进行定位，开启真空泵（4）将质子交换膜定位组合件（2）抽真空；
S2：将质子交换膜定位组合件（2）与边框定位组合件（1）合上，底膜（3）粘到边框定位组合件（1）上；
S3：取切割好的边框（5）以压敏胶胶面朝上放置到边框定位组合件（1）上，用底膜（3）对边框（5）上的压敏胶进行定位，开启真空泵（4）将边框定位组合件（1）抽真空；
S4：取切割好的质子交换膜（6）置于质子交换膜定位组合件（2）上，用边界结构（21）对质子交换膜（6）进行定位，开启真空泵（4）将质子交换膜定位组合件（2）抽真空；
S5：将质子交换膜定位组合件（2）与边框定位组合件（1）合上，边框（5）与质子交换膜（6）贴合，得到膜电极组件。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池单边框膜电极组件贴合装置的贴合方法，其特征在于，所述边界结构（21）为凸台，在步骤S1中，通过凸台来定位底膜（3）；在步骤S4中，通过凸台来定位质子交换膜（6）。
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