CN117644607A - 双极板密封圈制作方法、双极板及氢燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双极板密封圈制作方法、双极板及氢燃料电池，涉及燃料电池技术领域。双极板密封圈制作方法包括将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。双极板采用上述双极板密封圈制作方法制得的双极板密封圈。氢燃料电池包括至少一个氢燃料单电池；氢燃料单电池包括膜电极组件和两个上述的双极板，膜电极组件的两侧分别连接一个双极板。解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

Description

双极板密封圈制作方法、双极板及氢燃料电池

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双极板密封圈制作方法、双极板及氢燃料电池。

背景技术

氢燃料电池作为一种质子交换膜燃料电池，可以直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，其由一片片单电池串联组装而成。氢燃料电池单体即单电池是由膜电极组件、双极板和密封圈构成。其中膜电极和两侧双极板分别形成氢气腔和空气腔，膜电极和双极板之间使用密封圈密封，使其中的氢气和空气不泄露，保障电池安全运行。

现有技术中的密封圈主要采用三元乙丙橡胶或其他高分子材料通过模具成型预制密封圈，然后再用密封胶将成型的预制密封圈粘接到双极板密封槽里。

但是发明人发现，现有技术存在不足。现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种双极板密封圈制作方法、双极板及氢燃料电池，以解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种双极板密封圈制作方法，包括：

将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；

固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内的方法，包括将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的103％。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的103％的方法，包括分两次将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内，第一次注入将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的40％，在第一次注入的紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中包括第一次注入将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的40％后，第一次固化第一次注入的紫外线固化胶，在第一次固化的紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％，第二次固化第二次注入的紫外线固化胶。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中固化紫外线固化胶后，包括沿密封槽的槽沿刮平紫外线固化胶，使紫外线固化胶远离密封槽底部的一侧胶面与槽沿处于同一平面。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中固化紫外线固化胶，包括使用波长为100nm～400nm的紫外线光源对紫外线固化胶照射；照射时间为20s～100s。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中紫外线固化胶为聚异丁烯类固化胶。

在一些实施例中，前述的双极板密封圈制作方法，其中将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内前，包括用酒精、丙酮或弱酸弱碱清洗剂清洗清洗双极板的密封槽。

本申请第二方面提供一种双极板，包括采用上述双极板密封圈制作方法制得的双极板密封圈。

本申请第三方面提供一种氢燃料电池，包括至少一个氢燃料单电池；氢燃料单电池包括膜电极组件和两个上述的双极板，膜电极组件的两侧分别连接一个双极板。

通过上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明提供的一种双极板密封圈制作方法，包括将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。本发明提供的双极板密封圈制作方法步骤简单，通过固化紫外线固化胶得到双极板密封圈所需的时间较现有技术大幅缩短，且制得的双极板密封圈和双极板一体成型，能够保证较小的尺寸偏差和固化后双极板密封圈高度的一致性。通过本发明的应用，解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性地示出了本发明实施例提供的一种双极板密封圈制作方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，本公开可以以许多不同的形式实现，不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

本公开提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是大于或等于两个；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

此外，本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。

还需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。

本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

实施例一

如图1所示，本申请公开了一种双极板密封圈制作方法，方法包括：

101、将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内。

具体地，紫外线固化胶也叫光敏胶、无影胶，其由齐聚体、活性稀释剂、光引发剂、助剂等四部分构成。其中齐聚体也叫低聚物、预聚物，是带有双键的不饱和树脂，具有光固化性。本申请使用的紫外线固化胶可以为聚异丁烯类固化胶，也可以为其齐聚体为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不饱和聚酯等多种形式的紫外线固化胶，具体选用的形式不限，可以自制或者市场采购，其能满足在紫外线光源的作用下固化的使用需求即可。

可以使用注塑机、丝印机等能够进行注入的设备将紫外线固化胶注入双极板密封槽内，需要保证注塑喷头与密封槽的尺寸匹配，并且保证紫外线固化胶注入后充盈密封槽内部，同时根据密封槽的延伸路径，编制好注塑路径。需要注意的是，匀速对紫外线固化胶进行注入，并且还需注意，紫外线固化胶在加入注塑机或丝印机等设备的料仓时，注意避紫外光，以避免提前固化发生堵塞。

并且考虑到进一步提高本申请双极板密封圈的制作速度，可以适当的紫外线固化胶的注入效率，如加快注塑机或丝印机的输出料速度，加快沿密封槽延伸路径移动的行程，使用多注塑头同时注入的手段来提高注入效率。

102、固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。

具体地，固化紫外线固化胶需要用到紫外线光源，可以使用汞灯、具有汞元素的卤素灯、具有汞元素的无极灯、气灯及LED紫外等多种形式的发光体作为紫外线光源，紫外线固化胶在紫外线光源的作用下，由于其具有光固化性，其能够在一定的照射时间下，快速的完成固化。相比与现有技术中的模具成型制作，大大缩减了制造时间。另外，紫外线固化胶的固化时间也受紫外线波长的影响。

本发明提供的一种双极板密封圈制作方法，包括将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。本发明提供的双极板密封圈制作方法步骤简单，通过固化紫外线固化胶得到双极板密封圈所需的时间较现有技术大幅缩短，且制得的双极板密封圈和双极板一体成型，能够保证较小的尺寸偏差和固化后双极板密封圈高度的一致性。通过本发明的应用，解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

在一些实施例中，将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内的方法，包括将紫外线固化胶厚度注至密封槽深度的103％。

具体地，考虑到光敏树脂的固化过程是从短小分子体向长链大分子聚合体转变的过程，其分子结构的变化使得紫外线固化胶在固化过程中体积会发生收缩，为了提供本申请双极板密封圈的密封性，本申请注入紫外线固化胶后，要使紫外线固化胶的厚度为密封槽深度的103％，例双极板密封槽的厚度为0.1mm，注入的紫外线固化胶的厚度满足0.103mm，该数值可以上下小幅浮动，以满足本申请双极板密封圈的制作要求。

在一些实施例中，将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的103％的方法，包括：分两次将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内，第一次注入将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的40％，第一次注入将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的40％，在第一次注入的紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％。

具体地，为了进一步提高紫外线固化胶的注入精度，使固化后形成的双极板密封圈从厚度、平整度都满足密封要求，分两次将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内，第一次注入后紫外线固化胶厚度为密封槽深度的40％，第一次注入的紫外线固化胶上方进行第二次注入，第二次注入后两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％。

在一些实施例中，第一次注入将紫外线固化胶的厚度注至密封槽深度的40％后，第一次固化第一次注入的紫外线固化胶，在第一次固化的紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％，第二次固化第二次注入的紫外线固化胶。

具体地，第一次注入后，也可以将厚度为密封槽深度的40％的紫外线固化胶放在紫外线光源下进行固化，在第一次固化的紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的紫外线固化胶的厚度达到密封槽深度的103％，第二次固化第二次注入的紫外线固化胶，以对应解决紫外线固化胶在固化过程中体积的收缩，使双极板密封圈从厚度、平整度都满足密封要求。

在一些实施例中，固化紫外线固化胶后，包括沿密封槽的槽沿刮平紫外线固化胶，使紫外线固化胶远离密封槽底部的一侧胶面与槽沿处于同一平面。

具体地，为了保持双极板密封圈的平整度，本申请双极板密封圈制作方法在固化紫外线固化胶后，包括沿密封槽的槽沿刮平紫外线固化胶，使紫外线固化胶远离密封槽底部的一侧胶面与槽沿处于同一平面。由于紫外线固化胶在固化过程中体积的变化程度无法精准确定，故为了保证成型的双极板密封圈的平整度，保证其在与膜电极组件的配合组装过程中，不会由于体积原因影响氢燃料单电池内部的密封性，对固化后的紫外线固化胶采取刮平处理的手段。

在一些实施例中，固化紫外线固化胶，包括使用波长为100nm～400nm的紫外线光源对紫外线固化胶照射；照射时间为20s～100s。

具体地，根据紫外线固化胶固化所需的条件，使用波长为100nm～400nm的紫外线光源对紫外线固化胶照射，照射时间为20s～100s，即可完成对紫外线固化胶的固化。经过实验对本申请制作方法进行试验，使用波长为265nm或395nm的紫外线光源对紫外线固化胶照射，紫外线固化胶固化后得到的双极板密封圈平整度更高，并且将照射时间控制在40s～60s之内，完成固化的同时进一步缩短了本申请制作双极板密封圈的时间，本申请制作一个双极板密封圈整个过程的平均时间为5min。

在本申请的对比例中，使用三元乙丙橡胶辊压、切成条置于密封圈模具槽内，盖上上模，整体置于热压机并在150℃条件下热压成型，取下密封圈，双极板密封槽涂覆密封胶，将密封圈粘接进双极板密封槽，制作的整个过程需要25min。

另外，本申请双极板密封圈的高度一致性更高，例密封槽的深度为0.35mm，制作的双极板密封圈的实际高度为0.35±0.007mm，即尺寸偏差为密封槽深度的4％，上述对比例中密封圈的实际高度为0.35±0.049mm，即尺寸偏差为密封槽深度的28％，通过对比分析可知，本申请大大缩短了制作双极板密封圈的时间，同时大大提升了密封圈的高度一致性。

在一些实施例中，紫外线固化胶为聚异丁烯类固化胶。

具体地，聚异丁烯类紫外线固化胶具有低透湿率、高阻气性、低压缩永久变形等特性，并且其适当的硬度和弹性也满足氢燃料电池双极板密封所需密封圈的所需特性。本申请双极板密封圈的所使用的紫外线固化胶在橡胶态聚合物弹性体中，优选聚异丁烯类固化胶。

并且为了进一步提升本申请一体成型的密封圈和双极板的固化性能，考虑到紫外线固化胶内光引发剂的性能影响整体的固化性能，选用具有更好的光引发剂的紫外线固化胶。光引发剂又称为光敏剂，通过吸收紫外线光产生游离基，引发上述提到的齐聚体与活性稀释剂聚合、交联，从而实现固化。光引发剂主要包括自由基引发剂和阳离子光引发剂两大类，自由基引发剂固化速度较快，而与自由基引发剂相比，阳离子光引发剂具有收缩体积小，固化充分等优势，可根据实际需要进行光引发剂的选择，也可使用二者混合后的混杂体系光引发剂。故本申请在考虑紫外线固化胶的选择可从其光引发剂的组分进行判断。

在一些实施例中，将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内前，包括用酒精、丙酮或弱酸弱碱清洗剂清洗双极板的密封槽。

具体地，为了提高一体成型的双极板密封圈和密封槽之间的粘覆效果，在将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内前，清洗双极板的密封槽。可以人工进行清洗，也可以配备对应的清洗设备完成双极板密封圈制作前的清洗工作。可以使用酒精、丙酮或其他弱酸弱碱清洗剂对密封槽进行反复清洗，去除密封槽内的油污、灰尘等脏污，并在注入紫外线固化胶之前等待上述清洗剂充分挥发。

实施例二

本申请实施例二提供的双极板，包括采用上述双极板密封圈制作方法制得的双极板密封圈。

具体地，双极板密封圈制作方法的具体步骤可参考上述实施例一。

本发明提供的一种双极板，采用双极板密封圈制作方法，包括将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。本发明提供的双极板密封圈制作方法步骤简单，通过固化紫外线固化胶得到双极板密封圈所需的时间较现有技术大幅缩短，且制得的双极板密封圈和双极板一体成型，能够保证较小的尺寸偏差和固化后双极板密封圈高度的一致性。通过本发明的应用，解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

实施例三

本申请实施例三提供的氢燃料电池，包括至少一个氢燃料单电池；氢燃料单电池包括膜电极组件和两个上述的双极板，膜电极组件的两侧分别连接一个双极板。

具体地，双极板的具体结构可参考上述实施例二。

氢燃料电池根据需要可包括至少一个氢燃料单电池，当为多个氢燃料单电池时，为了组成氢燃料电池，相邻氢燃料单电池可通过焊接、粘接等手段进行叠加布置。每个氢燃料单电池包括膜电极组件和两个上述的双极板，其中膜电极组件与两侧的双极板分别形成氢气腔和空气腔，两侧双极板的密封槽均朝向膜电极组件一侧，和双极板一体成型的双极板密封圈对氢气腔和空气腔进行密封，由于固化后的紫外线固化胶具有弹性和塑性，在组装时，可以对膜电极组件和两侧双极板进行压缩，以使本申请提供的氢燃料单电池密封性更好，即也满足了氢燃料电池整体的密封性要求。需要注意的是，可以在双极板的密封槽在注入紫外线固化胶之前涂抹一层绝缘材料，同时也可以在膜电极组件的两侧涂抹绝缘材料，以保证氢燃料电池的正常性能。

在对一种氢燃料单电池进行密封时，可以采取下面结构进行密封操作，按阴极双极板、膜电极组件和阳极双极板三者的顺序关系水平放置，为阴极双极板和阳极双极板的密封槽开设侧面的注入口，将紫外线固化胶从侧面注入口注入其中密封槽竖直朝上的任一双极板密封槽内，注入后，将上述结构放置在紫外线光源环境下，在一定时间下紫外线固化胶固化，固化后，使另一侧的双极板密封槽竖直朝上，重复上述步骤，最终形成具有一体成型双极板密封圈的氢燃料单电池。

本发明提供的一种氢燃料电池，包括具有上述双极板密封圈制作方法制得的双极板密封圈的双极板，双极板密封圈制作方包括将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；固化紫外线固化胶，得到双极板密封圈。本发明提供的双极板密封圈制作方法步骤简单，通过固化紫外线固化胶得到双极板密封圈所需的时间较现有技术大幅缩短，且制得的双极板密封圈和双极板一体成型，能够保证较小的尺寸偏差和固化后双极板密封圈高度的一致性。通过本发明的应用，解决现有技术中对密封圈的预制过程复杂且周期较长，且由于预制密封圈与双极板密封槽尺寸偏差较大和用来粘接密封圈的密封胶涂覆不均，导致密封圈高度一致性差，影响密封效果的问题。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。

Claims (10)

1.一种双极板密封圈制作方法，其特征在于，所述方法包括：

将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内；

固化所述紫外线固化胶，得到所述双极板密封圈。

2.根据权利要求1所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，所述将紫外线固化胶注入双极板的密封槽内的方法，包括：

将所述紫外线固化胶的厚度注至所述密封槽深度的103％。

3.根据权利要求2所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，所述将所述紫外线固化胶的厚度注至所述密封槽深度的103％的方法，包括：

分两次将所述紫外线固化胶注入所述双极板的所述密封槽内，第一次注入将所述紫外线固化胶的厚度注至所述密封槽深度的40％，在第一次注入的所述紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的所述紫外线固化胶的厚度达到所述密封槽深度的103％。

4.根据权利要求3所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，包括：

第一次注入将所述紫外线固化胶的厚度注至所述密封槽深度的40％后，第一次固化第一次注入的所述紫外线固化胶，在第一次固化的所述紫外线固化胶上方进行第二次注入，使两次注入后的所述紫外线固化胶的厚度达到所述密封槽深度的103％，第二次固化第二次注入的所述紫外线固化胶。

5.根据权利要求1所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，固化所述紫外线固化胶后，包括：

沿所述密封槽的槽沿刮平所述紫外线固化胶，使所述紫外线固化胶远离所述密封槽底部的一侧胶面与所述槽沿处于同一平面。

6.根据权利要求1所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，固化所述紫外线固化胶，包括：

使用波长为100nm～400nm的紫外线光源对所述紫外线固化胶照射；

照射时间为20s～100s。

7.根据权利要求1所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，

所述紫外线固化胶为聚异丁烯类固化胶。

8.根据权利要求1所述的双极板密封圈制作方法，其特征在于，将紫外线固化胶注入所述双极板的密封槽内前，包括：

用酒精、丙酮或弱酸弱碱清洗剂清洗所述双极板的所述密封槽。

9.一种双极板，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的双极板密封圈制作方法制得的双极板密封圈。

10.一种氢燃料电池，其特征在于，包括：

至少一个氢燃料单电池；

所述氢燃料单电池包括膜电极组件和两个如权利要求9所述的双极板，所述膜电极组件的两侧分别连接一个所述双极板。