CN1567612A - 燃料电池的密封结构 - Google Patents

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金铁焕
李明浩
曺泰熙
朴明硕
黄龙俊
高承兑
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Abstract

本发明燃料电池的密封结构，其发电器包括：膜－电极结合体、分隔板、集电板、密封垫。膜－电极结合体包括有电解质膜，及其电解质膜的一侧面粘着的阳极，另一侧面粘着的阴极；分隔板与膜－电极结合体之间形成流路，且紧密粘贴在其两侧；集电板紧密粘贴在分隔板的外侧面；密封垫插入上述分隔板和膜－电极结合体之间。其特征在于：使上述密封垫的剖面形状为两面外侧上形成沿长度方向突出的凸出部件，至此在装配时使其凸出部件在分隔板和膜－电极结合体上弹性密着，因此可防止在装配时的缝隙产生，进而防止燃料的泄漏及因燃料的泄漏而引起的绝缘的破坏。

Description

燃料电池的密封结构
技术领域
本发明涉及一种通过从外部供给的燃料和空气进行电化学发应来产生电的燃料电池，更详细的说，涉及一种在发电时能够防止从发电器的分隔板和膜-电极结合体的密封部位上发生燃料泄漏的燃料电池的密封结构(PACKINGSTRUCTURE OF FUEL CELL)。
背景技术
一般，燃料电池的技术是已公开的，其是把燃料的能源直接转换为电能源的装置，这种燃料电池以高分子电解质膜为中心，在两侧上紧密附着多孔质的阳极(ANODE)和阴极(CATHODE)。在阳极(氧化电极或燃料极)上进行作为燃料的氢的电化学氧化反应，并且，在阴极(还原电极或空气极)上进行作为氧化剂的氧的电化学还原反应，此时因生成的电子的移动而产生电能。
在质子半透膜燃料电池(PEMFC系统，Proton Exchange Membrane FuelCell)中，供给到燃料电池中的氢气是液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、甲醇(CH3OH)、汽油等碳化氢系(CH系列)燃料在转化炉里经过脱磺过程→转化反应→氢气提炼过程提炼出的氢(H2)，以气态的形式使用；或者，在硼燃料电池(BFC，Boron Fuel Cell)中，把固态的四氢化硼阴离子(BH4 -)转化为水溶液状态，将其直接作为燃料使用。
如上的燃料电池是单一电池(UNIT CELL)或是把多个单一电池(UNITCELL)叠加构成的电池堆(STACK)形状的发电器。单一电池是以在电解质膜的两侧上紧密附着阳极和阴极所形成的膜-电极结合体(MEA：MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY)为中心的，膜-电极结合体两侧上紧密粘贴有石墨材质的分隔板，且用螺丝组装，形成燃料和空气流动的流路。如此组装的分隔板和膜-电极结合体之间密封有为了防止燃料或空气泄漏的橡胶材质的密封垫。
但是，在如上述的现有技术中的燃料电池上，插入到发电器的分隔板和电解质膜之间的密封垫的剖面形状是平平的，因此在发电器的组装时，由于螺丝上施加的力的差异，部分地方容易发生缝隙。在发生燃料的泄漏的情况下，不仅不能形成正常的电力，而且还会因泄漏燃料，而存在发生安全事故的隐患。
发明内容
为了解决上述技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种确实能够维持气密性，且可防止发生燃料泄漏的燃料电池的密封结构。
为了实现上述目的的本发明一种燃料电池的发电器，包括：膜-电极结合体、分隔板、密封垫、集电板；其中膜-电极结合体由电解质膜、在电解质膜的一侧面粘着的阳极、另一侧面粘着的阴极构成，阳极上被供给水溶液状态四氢化硼阴离子，阴极上被供给空气；分隔板与膜-电极结合体之间形成上述水溶液状态的四氢化硼阴离子的流路和空气流动的流路，且紧密粘贴在其两侧；密封垫插入上述分隔板和膜-电极结合体之间的边沿起维持气密的作用；集电板紧密粘贴在分隔板的外侧面起集聚电的作用；对于其密封结构，其特征在于：上述密封垫的剖面形状是：在垫的两侧上沿着长度方向向外突出形成的凸出部件，在密着时能弹性地紧密粘着且可维持气密。
并且，本发明燃料电池的发电器，包括：膜-电极结合体、分隔板、密封垫、集电板；其中膜-电极结合体由电解质膜、在电解质膜的一侧面粘着的阳极、另一侧面粘着的阴极构成，阳极上被供给氢气，阴极上被供给空气；分隔板与膜-电极结合体之间形成上述水溶液状态的氢气的流路和空气流动的流路，且紧密粘贴在其两侧；密封垫插入上述分隔板和膜-电极结合体之间的边沿起维持气密的作用；集电板紧密粘贴在分隔板的外侧面起集聚电的作用；对于其密封结构，其特征在于：上述密封垫的剖面形状是：在垫的两侧上沿着长度方向向外突出形成的凸出部件，在密着时能弹性地紧密粘着且可维持气密。
如上所述本发明燃料电池的密封结构具有如下的效果：由于密封垫的剖面形状为两面外侧上形成沿长度方向突出的凸出部件，因此在装配时，使其凸出部件在分隔板和膜-电极结合体上弹性密着，因此可防止因燃料的泄漏而造成的非正常发电，同时可防止因燃料的泄漏而可能发生的安全事故。
附图说明
图1是具有本发明密封结构的燃料电池的简略构成图。
图2是本发明的单一电池纵剖面图。
图3是显示本发明密封结构的一实施例的示意图。
图4是图3的A-A′线切开剖面图。
图5是显示本发明密封结构的另一实施例的剖面图。
图6是显示本发明密封结构的又另一实施例的剖面图。
主要部件附图标记说明
10：发电器                  11：电解质膜
12：阳极                    13：阴极
14：膜-电极结合体           15：流路
16：分隔板                  17：密封垫
18：集电板                  100：凸出部件
具体实施方式
下面，参照附图对本发明燃料电池的密封结构的实施例进行进一步说明。
图1是具备有本发明密封结构的燃料电池的简略构成图，图2是本发明的单一电池纵剖面图，图3是显示本发明密封结构的一实施例的示意图，图4是图3的A-A′线切开剖面图。
如图所示，燃料电池1的整体构造是：在产生电的发电器10的一侧设置有为了储存水溶液状态BH4 -的燃料罐20，在其燃料罐20和发电器10的阳极上，连接有燃料供给管30和燃料回收管40，在其燃料供给管30上设置有用于抽吸燃料的燃料泵50；另外，在上述发电器的阴极上设置有空气供给管60和空气排出管70，其空气供给管60上设置有为了抽吸供给的空气的气泵80。
上述发电器10是如图2所示的单一电池(UNIT CELL)结构，包括：膜-电极结合体(MEA：MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY)14，由电解质膜11和在电解质膜11的两侧粘贴的用于扩散气体的阳极12和阴极13；分隔板(SEPARATOR)16，紧密粘贴在膜-电极结合体14的两侧，在阳极和阴极上形成水溶液状态BH4 -及空气的流路15；在上述分隔板16和上述膜-电极结合体14之间的边沿插入的密封垫17，起维持气密作用；集电板18，紧密粘贴固定在上述分隔板16的外侧，形成阳极12和阴极13的集电极。
上述膜-电极结合体14的电解质膜11是由高分子材料构成的离子交换膜，代表性的商品化电解质膜11有杜邦公司的Nafion膜，具有作为氢离子传导体的作用，同时有阻挡氧气和氢气接触的作用，阳极和阴极是负载铂(Pt)催化层的载体，是由多孔性复写纸(CARBON PAPER)或复写布(CARBONCLOTH)在电解质膜11的两侧粘贴形成的结构。
上述分隔板16是由致密质的碳板形成的，内侧面与上述膜-电极结合体14密着时，具有形成流路15的多个流路槽。
上述密封垫17是由橡胶材质构成，大约为“□”字形状，且在其上面相距一定间隔设置多个螺纹通孔17a，密封垫17剖面形状是：在两侧上向外凸出形成有圆弧形的凸出部件100，进而可在膜-电极结合体14和分隔板16密着时，能够弹性地进行密封。
图5是显示本发明密封结构的另一实施例的剖面图，如图所示，凸出部件100是三角形的突出。图6是显示本发明密封结构的又另一实施例的剖面图，如图所示，凸出部件100是四角形的形状。即，如上述实施例中所示，只要是以一定程度突出的形状，如果其能够弹性密着的话，什么样的形状均可以。
如上构成的具备有本发明的密封结构的燃料电池的作用效果说明如下：
操作者开启燃料电池1的开关时，根据控制部(未图示)预先设定的控制程序运作燃料泵50，因此通过燃料供给管30把储存在燃料罐20里的水溶液状态的BH4 -的燃料供给到发电器10的阳极的同时，驱动气泵80使空气通过空气供给管60供给到发电器10的阴极。
如上供给到发电器10的水溶液状态BH4 -沿着一侧的流路15流动，而且在膜-电极结合体14的阳极12上全面扩散的同时进行燃料的电化学氧化反应，空气沿着另一侧的流路15流动，并且在膜-电极集合14的阴极13上全面扩散的同时进行氧气的电化学还原反应，这时生成的电子的移动产生电，此时产生的电在集电板18上集聚，并被用作能量源。
此时的反应方程式如下：
阳极：           E0＝1.24V
阴极：                     E0＝0.4V
整体：                 E0＝1.64V
另外，在如上形成发电的发电器10中，在分隔板16和膜-电极结合体14之间插入的密封垫17的剖面形状是往外侧突出的，形成有凸出部件100，从而在组装时因为分隔板16和膜-电极结合体14的弹性密着，不会产生缝隙进而可确实维持气密。
上述的实施例中，叙述了供给阳极12的燃料采用水溶液状态BH4 -的燃料电池1，本发明并不限于此种情况，在把氢气直接供给到阳极的燃料来发电的电池上采用同样形状的密封垫，也能产生同样的效果。

Claims (8)

1、一种燃料电池的发电器，包括：膜-电极结合体、分隔板、密封垫、集电板；其中膜-电极结合体由电解质膜、在电解质膜的一侧面粘着的阳极、另一侧面粘着的阴极构成，阳极上被供给水溶液状态四氢化硼阴离子，阴极上被供给空气；分隔板与膜-电极结合体之间形成上述水溶液状态的四氢化硼阴离子的流路和空气流动的流路，且紧密粘贴在其两侧；密封垫插入上述分隔板和膜-电极结合体之间的边沿起维持气密的作用；集电板紧密粘贴在分隔板的外侧面起集聚电的作用；对于其密封结构，其特征在于：
上述密封垫的剖面形状是：在垫的两侧上沿着长度方向向外突出形成的凸出部件，在密着时能弹性地紧密粘着且可维持气密。
2、根据权利要求1所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由圆弧形的形状突出形成的。
3、根据权利要求1所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由三角形的形状突出形成的。
4、根据权利要求1所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由四角形的形状突出形成的。
5、一种燃料电池的发电器，包括：膜-电极结合体、分隔板、密封垫、集电板；其中膜-电极结合体由电解质膜、在电解质膜的一侧面粘着的阳极、另一侧面粘着的阴极构成，阳极上被供给氢气，阴极上被供给空气；分隔板与膜-电极结合体之间形成上述氢气的流路和空气流动的流路，且紧密粘贴在其两侧；密封垫插入上述分隔板和膜-电极结合体之间的边沿，起维持气密的作用；集电板紧密粘贴在分隔板的外侧面起集聚电的作用；对于上述燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述密封垫的剖面形状是：在垫的两侧上形成沿着长度方向向外突出形成的凸出部件，在密着时为了能使弹性地紧密粘着且可维持气密。
6、根据权利要求5所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由圆弧形的形状突出形成的。
7、根据权利要求5所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由三角形的形状突出形成的。
8、根据权利要求5所述的燃料电池的密封结构，其特征在于：
上述凸出部件是由四角形的形状突出形成的。
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