CN210723231U - 燃料电池膜电极组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池膜电极组件，包括：框体、质子交换层、催化剂层和气体扩散层，框体包括沿纵向插接的上框体和下框体，上框体和下框体的背离端分别设有凸出部，上框体和下框体之间形成第一容纳区间，上框体和下框体分别在远离第一容纳区间的一侧形成第二容纳区间；质子交换层填充在第一容纳区间中；每个第二容纳区间沿纵向填充催化剂层和气体扩散层，催化剂层设置在质子交换层和气体扩散层之间。上框体和下框体能够通过凸出部连接双极板从而组成一个单电池单元；上框体和下框体能够沿纵向卡接，提高了密封效果和电池组装效率；且催化剂层小于质子交换层的长度，因此降低了催化剂用量。

Description

燃料电池膜电极组件

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池膜电极组件。

背景技术

氢燃料燃料电池因其无污染、无噪声、转化效率高等特点，在世界范围内得到了越来越广泛的关注。但制约其发展的重要因素之一是制造成本。燃料电池系统由电堆、BOP附件等组成，电堆成本占到整个系统的50％以上。电堆又由集流器、双极板、密封组件以及膜电极等组成，膜电极的性能及成本又是整个电堆的关键。

膜电极通常由质子交换膜、催化剂以及气体扩散层组成。通常将催化剂通过喷涂等方式涂覆在质子交换膜或气体扩散层上，组装成膜电极后，置于两片双极板之间，形成单电池，通过在双极板上点胶或者使用密封垫圈的方式，实现对双极板与膜电极的密封，进而完成对燃料和空气的密封。多个如此重复的单电池单元按照设计方案重复排列，组成燃料电池电堆。燃料电池电堆可以通过螺栓紧固以及绷带的形式实现压紧。

现有的燃料电池电堆组装工艺，生产效率低，密封胶的固化需要额外的时间和设备投入，且当燃料电池堆采用较多单电池单元时，单体之间无法完全对正，累计偏差较大，导致燃料电池电堆密封性存在问题，进而影响燃料电池堆的性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池膜电极组件，以解决组装效率低、密封性不好的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池膜电极组件，包括：

框体，所述框体包括能够沿纵向相互插接的上框体和下框体，所述上框体和所述下框体的背离端分别设有凸出部，所述上框体和所述下框体之间形成第一容纳区间，所述上框体和所述下框体分别在远离所述第一容纳区间的一侧形成一个比所述第一容纳区间窄的第二容纳区间；

质子交换层，所述质子交换层填充在所述第一容纳区间中；

催化剂层和气体扩散层，每个所述第二容纳区间沿纵向填充所述催化剂层和所述气体扩散层，所述催化剂层设置在所述质子交换层和所述气体扩散层之间。

上框体和下框体能够通过凸出部连接双极板从而组成一个单电池单元；上框体和下框体能够沿纵向卡接，提高了密封效果和电池组装效率；质子交换层位于框体的中心区域，且催化剂层小于质子交换层的长度，因此在保证稳定连接的同时降低了价格高昂的催化剂用量。

作为优选，所述上框体和所述下框体的对置面设有相互配合的插接部。

作为优选，所述上框体相对所述下框体的端面设有第一凸起和第一凹槽，所述下框体相对所述上框体的端面设有与所述第一凸起配合的第二凹槽以及与所述第一凹槽配合的第二凸起。

作为优选，所述上框体相对所述下框体的端面形成上台阶面，所述下框体相对所述上框体的端面形成下台阶面，所述第一容纳区间沿横向的两侧均通过所述上台阶面和所述下台阶面限位。

作为优选，所述气体扩散层沿纵向凸出于所述框体。

作为优选，所述质子交换层的沿横向的两端分别凸出于所述催化剂层3mm至5mm。

作为优选，所述凸出部为圆柱体。

作为优选，所述催化剂层和所述气体扩散层沿纵向在所述质子交换层上的投影面积均相同。

作为优选，所述框体采用硅橡胶、聚四氟乙烯和聚酯中的一种。

本实用新型的有益效果：上框体和下框体能够通过凸出部连接双极板从而组成一个单电池单元；上框体和下框体能够沿纵向卡接，提高了密封效果和电池组装效率；质子交换层位于框体的中心区域，且催化剂层小于质子交换层的长度，因此在保证稳定连接的同时降低了催化剂用量。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施例的燃料电池膜电极组件的结构示意图。

图中：

1-框体；2-质子交换层；3-催化剂层；4-气体扩散层；

10-凸出部；10A-第一容纳区间；10B-第二容纳区间；11-上框体；12-下框体；

110-上台阶面；111-第一凸起；112-第一凹槽；120-下台阶面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实用新型提供一种燃料电池膜电极组件，包括：框体1、质子交换层2、催化剂层3和气体扩散层4，其中：框体1包括能够沿纵向插接的上框体11和下框体12，上框体11和下框体12的背离端分别设有凸出部10，上框体11和下框体12之间形成第一容纳区间10A，上框体11和下框体12分别形成一个第二容纳区间10B，第一容纳区间10A沿横向的长度大于第二容纳区间10B沿横向的长度；质子交换层2设置在第一容纳区间10A；每个第二容纳区间10B沿纵向设有催化剂层3和气体扩散层4，催化剂层3设置在质子交换层2和气体扩散层4之间。

上框体11和下框体12的对置面设有相互配合的插接部。通过插接部实现上框体11和下框体12沿纵向连接。

上框体11相对下框体12的端面设有第一凸起111和第一凹槽112，下框体12相对上框体11的端面设有与第一凸起111配合的第二凹槽以及与第一凹槽112配合的第二凸起。

上框体11相对下框体12的端面形成上台阶面110，下框体12相对上框体11的端面形成下台阶面120，第一容纳区间10A沿横向的两侧均通过上台阶面110和下台阶面120限位。

优选地，气体扩散层4沿纵向凸出于框体1。

质子交换层2的沿横向的两端分别凸出于催化剂层3的两端3mm至5mm。

凸出部10为圆柱体。相应地，在双极板上也设置圆形的插孔，从而和凸出部10相配合。

催化剂层3和气体扩散层4的形状相同，第二容纳区间10B的两端侧壁沿纵向延伸，从而使催化剂层3和气体扩散层4沿纵向在质子交换层2上的投影面积均相同。

在本实施例中，框体1采用硅橡胶、聚四氟乙烯和聚酯中的一种，从而使框体具有绝缘的特性。

下面介绍该燃料电池膜电极组件的制备工艺：

取已加工成型的上框体11和下框体12各一片，其中上框体11和下边框12均设有凸出部10，该凸出部10为直径0.5mm、高度0.2mm的圆柱。

将上框体11置于工装夹具上，将尺寸裁剪好的作为阳极部分的第一气体扩散层置于上框体11的第二容纳区间10B，适当加压压缩，使第一气体扩散层填充在第二容纳区间10B中。

翻转工装夹具180°，使刚刚安装的第一气体扩散层一侧向下，此时上框体11的上台阶面110朝上，将尺寸已裁剪好的两面均喷涂有催化剂层3的质子交换膜2置于第一容纳区间10A，其中，质子交换膜2两侧设有3mm未喷涂催化剂层3的区域，质子交换膜2填充在上台阶面110之间，同时催化剂层3填充在第二容纳区间10B中。

将下框体12与上框体11沿纵向配合并形成第一容纳区间10A，并使质子交换膜2填充在第一容纳区间10A中，同时下框体12对应的催化剂层2分别与下框体12的第二容纳区间10B充分接触。

利用工装夹具对已对位落正的上框体11和下框体12接触部分施加压力，实现预紧，将尺寸已裁剪好的作为阴极部分的第二气体扩散层置于下框体12的第二容纳区间10B，适当加压进行预压紧，最终第一气体扩散层和第二气体扩散层的厚度均为0.4mm，并制得膜电极组件。

将上一步骤所得的膜电极组件置于与之配合的双极板上，上下两个凸出部10分别与两个双极板上的凹陷部位结合，自动对正后即可得到一个单电池单元。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池膜电极组件，其特征在于，包括：

框体(1)，所述框体(1)包括能够沿纵向相互插接的上框体(11)和下框体(12)，所述上框体(11)和所述下框体(12)的背离端分别设有凸出部(10)，所述上框体(11)和所述下框体(12)之间形成第一容纳区间(10A)，所述上框体(11)和所述下框体(12)分别在远离所述第一容纳区间(10A)的一侧形成一个比所述第一容纳区间(10A)窄的第二容纳区间(10B)；

质子交换层(2)，所述质子交换层(2)填充在所述第一容纳区间(10A)中；

催化剂层(3)和气体扩散层(4)，每个所述第二容纳区间(10B)沿纵向填充所述催化剂层(3)和所述气体扩散层(4)，所述催化剂层(3)设置在所述质子交换层(2)和所述气体扩散层(4)之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述上框体(11)和所述下框体(12)的对置面设有相互配合的插接部。

3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述上框体(11)相对所述下框体(12)的端面设有第一凸起(111)和第一凹槽(112)，所述下框体(12)相对所述上框体(11)的端面设有与所述第一凸起(111)配合的第二凹槽以及与所述第一凹槽(112)配合的第二凸起。

4.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述上框体(11)相对所述下框体(12)的端面形成上台阶面(110)，所述下框体(12)相对所述上框体(11)的端面形成下台阶面(120)，所述第一容纳区间(10A)沿横向的两侧均通过所述上台阶面(110)和所述下台阶面(120)限位。

5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述气体扩散层(4)沿纵向凸出于所述框体(1)。

6.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述质子交换层(2)的沿横向的两端分别凸出于所述催化剂层(3)3mm至5mm。

7.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述凸出部(10)为圆柱体。

8.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述催化剂层(3)和所述气体扩散层(4)沿纵向在所述质子交换层(2)上的投影面积均相同。

9.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极组件，其特征在于，所述框体(1)采用硅橡胶、聚四氟乙烯和聚酯中的一种。

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