CN203165962U - 一种质子交换膜燃料电池的密封装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池的密封装置。一种质子交换膜燃料电池的密封装置，它包括膜电极组件、密封元件以及夹合该膜电极组件的阴极导流板和阳极导流板；其特征在于：膜电极组件由甲部分和乙部分组成；膜电极组件的甲部分包括质子交换膜以及粘附在其两侧的阴极和阳极；膜电极组件的乙部分为一套框，甲部分的质子交换膜的边缘部位设置在乙部分内；密封元件套设于膜电极组件的乙部分的周缘上并与该周缘接合，密封元件面向阴极导流板和阳极导流板突出形成凸起作为第一定位件，在阴极导流板和阳极导流板对应该第一定位件的位置凹入形成的密封槽作为第二定位件，该第一定位件、第二定位件匹配；组装时，密封元件的凸起嵌入密封槽。本实用新型具有气密性好的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池的密封装置。
背景技术
燃料电池是一种新型的电力系统，可由产生氢气的燃料与氧气通过化学反应直接产生电力。和现有的燃油类引擎(汽油和柴油发动机)相比，这种新系统能提供更高的能源效率且噪音低。除此之外，它不排放任何有毒有害气体，因此其作为一种清洁环保能源备受关注。
质子交换膜燃料电池的密封装置包括膜电极、密封件及夹合该膜电极的阳极导流极板和阴极导流极板。膜电极（MEA）由质子交换膜、催化剂和多孔性碳纸压制而成，一般质子交换膜要比电化学活性区域（催化剂和多孔性碳纸）向外延伸许多，一边将氢气和氧化性气体分隔开。密封件由具有弹性好的材料制成，如硅橡胶。阳极导流极板和阴极导流极板一般由碳板或者金属板制成的，两个极板表面均有气体流槽，而在极板的周围刻有密封槽，通常用的硅胶密封垫要比密封槽高出一点。组装电池时，把膜电极发在两个极板之间，周围均用密封垫密封，用机械力加紧两块极板达到密封作用。这种密封设计有如下缺点：（1）硅胶密封垫直接与质子交换膜接触挤压，容易使接触面的质子交换膜破裂，并且质子交换膜是酸性的，易与密封圈材料发生化学反应，产生对膜电极的污染和密封材料性能的退化。（2）浪费了向外延伸出膜电极活性区的这部分质子交换膜。
专利CN 2475144Y的密封装置膜电极由甲、乙两部分组成，甲部分采用质子交换膜、催化剂、多孔碳纸压制而成，乙部分为一套框，如果选用具有弹性伸缩性能的材料，则在导流极板不设密封圈，依靠乙部分的弹性进行密封；如果乙部分选用无弹性伸缩性能的材料，则在导流极板上设密封圈，靠密封圈进行密封。甲、乙两部分接合便形成膜电极，将两块导流极板中间夹持该膜电极，即构成一个完整的密封装置。但是该密封装置无论乙部分选用有无弹性伸缩性能的材料，两极板之间都难以整齐对位，加紧机械力时容易发生错位。
专利CN 1858926A膜电极组件包括质子交换膜及附着在其两侧的阳极和阴极，密封元件套设于质子交换膜的周缘上并与该周缘接合。在密封元件表面突出形成凸起作为第一定位件，在阴、阳导流极板面向膜电极组件的表面凹入形成的密封槽作为第二定位件。通过匹配的第一、第二定位件的设置，使阴阳极导流板之间不易滑动，从而使电池密封更加严实。但是，该种密封装置还是密封垫直接与质子交换膜接触挤压，使接触面的质子交换膜容易破裂，并且质子交换膜是酸性的，易与密封圈材料发生化学反应，产生对膜电极的污染和密封材料性能的退化而造成气体泄漏。
发明内容
为了解决上述技术上存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种气密性好的质子交换膜燃料电池的密封装置。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池的密封装置，它包括膜电极组件、密封元件以及夹合该膜电极组件的阴极导流板2和阳极导流板3；其特征在于：膜电极组件由甲部分1和乙部分4组成；膜电极组件的甲部分包括质子交换膜13以及粘附在其两侧的阴极11和阳极12，阴极11和阳极12均为多孔性碳纸上均匀分散铂催化剂制成；膜电极组件的乙部分为一套框，甲部分1的质子交换膜13的边缘部位（周缘）设置在乙部分4内（插入乙部分内，或可以同时一次成型制作）；阴极导流板2表面刻有氧气流道21，阳极导流板3表面刻有氢气流道31，在阴极导流板2和阳极导流板3周边均刻有密封槽22；
密封元件5套设于膜电极组件的乙部分的周缘（边缘部位）上并与该周缘接合，密封元件面向阴极导流板2和阳极导流板3突出形成凸起52作为第一定位件，在阴极导流板2和阳极导流板3对应该第一定位件的位置凹入形成的密封槽22作为第二定位件，该第一定位件、第二定位件匹配；组装时，密封元件的凸起52嵌入密封槽22。
所述的密封元件的凸起界面可为圆弧形、四边形或锥形，密封槽为对应的形状。
所述的密封元件的凸起的顶层表面高出膜电极组件表面，且与密封槽之间为过盈配合。
所述的密封元件与膜电极组件的乙部分配合的部分设有凹槽，乙部分就定位在该凹槽内。
所述的乙部分的材料为聚酰亚胺。
所述的密封元件的材料为硅橡胶。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：（1）质子交换膜得到乙部分的有效保护，避免了密封垫对质子交换膜的直接挤压，使密封更加可靠，气密性好。
（2）乙部分选用在在燃料电池运行条件下性能稳定的材料，避免了酸性质子交换膜直接对密封垫的侵蚀，使密封元件不易老化，同时也节省了质子交换膜的用量，节约了成本。
（3）通过相匹配的第一定位件、第二定位件的设置使阴极导流板和阳极导流板之间不易滑动，是电池更加容易组装，电池的密封性能更好，气密性好。既提高了密封性能也避免了密封垫与质子交换膜的相互影响。
附图说明
图1是本实用新型一种质子交换膜燃料电池的密封装置的示意图。
具体实施方式
结合图1，本实用新型的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，它包括膜电极组件、密封元件以及夹合该膜电极组件的阴极导流板2和阳极导流板3；膜电极组件由甲部分1和乙部分4组成。膜电极组件的甲部分又包括质子交换膜13以及粘附在其两侧的阴极11和阳极12，压制而成一体。该质子交换膜13是由高分子材料制成，如杜邦公司的Nafion膜。该质子交换膜13要比多孔性碳纸长度略长。一般质子交换膜要比电化学活性区域（催化剂和多孔性碳纸）向外延伸一些，以便将氢气和氧化性气体分隔开，是膜电极的有效部分。阴极11和阳极12均为多孔性碳纸上均匀分散铂催化剂制成。膜电极组件的乙部分为一套框，乙部分材料用可热硫化的在燃料电池运行条件下性能稳定的无弹性伸缩性能的材料，如聚酰亚胺，是膜电极的密封部分。甲部分1的质子交换膜13的边缘部位（周缘）设置在乙部分4内，甲部分1和乙部分4可以同时一次成型制作。阴极导流板2和阳极导流板3均是由碳板或金属板制成。阴极导流板2表面刻有氧气流道21，阳极导流板3表面刻有氢气流道31，在阴极导流板2和阳极导流板3周边均刻有密封槽22。
密封元件5由具有弹性、压缩永久变形小以及耐酸性的材料制成，如硅橡胶。密封元件5套设于膜电极组件的乙部分的周缘上并与该周缘接合，不与碳纸接触。在密封元件面向阴极导流板2和阳极导流板3突出形成凸起52作为第一定位件，在阴极导流板2和阳极导流板3对应该第一定位件的位置凹入形成的密封槽22作为第二定位件，该第一定位件、第二定位件匹配（即凸起52与密封槽22匹配）。组装时，密封元件的凸起52嵌入密封槽22，通过机械力作用下是整个密封装置紧固一体，密封元件的弹性保证了密封装置的气密性。图1中51表示阴极导流板2与阳极导流板3之间的空间。
所述的乙部分厚度略低于甲部分或相同厚度。
所述的甲部分与乙部分结合时要先在质子交换膜与碳纸交界处贴上一层保护质子交换膜的惰性材料。
所述的质子交换膜要比电化学活性区域（催化剂和多孔性碳纸）向外延伸一些，而乙部分又比质子交换膜长1 mm ~ 5 mm。
所述的密封元件的凸起界面可为圆弧形、四边形或锥形，密封槽为对应的形状。
所述的密封元件的凸起的顶层表面高出膜电极组件表面，且与密封槽之间为过盈配合。密封元件的突起要高出膜电极表，并且要高于密封槽深度1mm ~ 2mm。
所述的密封元件与膜电极组件的乙部分配合的部分设有凹槽，乙部分就定位在该凹槽内。
Claims (6)
1. 一种质子交换膜燃料电池的密封装置，它包括膜电极组件、密封元件以及夹合该膜电极组件的阴极导流板（2）和阳极导流板（3）；其特征在于：膜电极组件由甲部分（1）和乙部分（4）组成；膜电极组件的甲部分包括质子交换膜（13）以及粘附在其两侧的阴极（11）和阳极（12），阴极（11）和阳极（12）均为多孔性碳纸上均匀分散铂催化剂制成；膜电极组件的乙部分为一套框，甲部分（1）的质子交换膜（13）的边缘部位设置在乙部分（4）内；阴极导流板（2）表面刻有氧气流道（21），阳极导流板（3）表面刻有氢气流道（31），在阴极导流板（2）和阳极导流板（3）周边均刻有密封槽（22）；
密封元件（5）套设于膜电极组件的乙部分的周缘上并与该周缘接合，密封元件面向阴极导流板（2）和阳极导流板（3）突出形成凸起（52）作为第一定位件，在阴极导流板（2）和阳极导流板（3）对应该第一定位件的位置凹入形成的密封槽（22）作为第二定位件，该第一定位件、第二定位件匹配；组装时，密封元件的凸起（52）嵌入密封槽（22）。
2. 根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，其特征在于： 所述的密封元件的凸起界面可为圆弧形、四边形或锥形，密封槽为对应的形状。
3. 根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，其特征在于： 所述的密封元件的凸起的顶层表面高出膜电极组件表面，且与密封槽之间为过盈配合。
4. 根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，其特征在于：所述的密封元件与膜电极组件的乙部分配合的部分设有凹槽，乙部分就定位在该凹槽内。
5. 根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，其特征在于：所述的乙部分的材料为聚酰亚胺。
6. 根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池的密封装置，其特征在于：所述的密封元件的材料为硅橡胶。
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