CN213936281U - 一种燃料电池的膜电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池的膜电极，包括：膜电极组件；所述膜电极组件外边缘设置有用于保护所述膜电极组件的功能区，所述功能层外侧设置有上极板以及下极板，所述上极板和所述下极板的两端均紧贴有密封板；所述密封板沿所述膜电极组件叠放方向的长度大于所述功能区的长度；所述密封板用于所述上极板和所述下极板的定位安装。本实用新型的燃料电池的膜电极密封效果优良，结构简单，能够防止极板移位，有效防止了电堆中其他部件接触极板或各单电池之间发生短路现象。

Description

一种燃料电池的膜电极

技术领域

本实用新型涉及燃料电池膜电极技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的膜电极。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置。燃料电池工作时，氢气进入阳极被氧化，氢离子通过质子交换膜至阴极与氧气发生化学反应，氢气氧化产生的电子通过外电路至阴极，形成电流。质子交换膜分离了氧化反应气流与还原反应气流，避免了直接混合发生的热化学反应。

质子交换膜燃料电池核心部件是膜电极，主要是由质子交换膜、催化剂和扩散层组成。在质子交换膜两侧均匀分散着引发电化学反应的催化剂(如碳载铂催化剂)，通过热压和质子交换膜粘合。扩散层贴合膜电极的两侧，通常由碳纸或碳布组成。扩散层两侧为极板，兼有导流板功能将释放的电子通过外电路引出，形成电流回路。

为保证燃料与氧化剂气体能够分布在膜电极两面又不产生混合，膜电极边框的密封技术非常关键，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。

但是，目前的密封装置缺少对极板的保护，极板在使用过程中有可能移位与其他电池接触发生短路，对燃料电池产生破坏。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池的膜电极，该装置通过设置密封板卡在极板侧面，对极板的横向进行限制，防止了其发生移位，从而有效防止了极板与其他电池接触，提高了膜电极整体的安全性，且整体结构简单，成本低。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种燃料电池的膜电极，包括：膜电极组件；所述膜电极组件外边缘设置有用于保护所述膜电极组件的功能区，所述功能层外侧设置有上极板以及下极板，所述上极板和所述下极板的两端均紧贴有密封板；所述密封板沿所述膜电极组件叠放方向的长度大于所述功能区的长度；所述密封板用于所述上极板和所述下极板的定位安装。

现有技术中，密封装置缺少对极板的保护，极板在使用过程中有可能移位与其他电池接触发生短路，对燃料电池产生破坏。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种燃料电池的膜电极，该装置通过设置密封板卡在极板侧面，一方面，方便了极板的定位安装；另一方面，限制了极板的横向移位，有效防止了极板与其他电池接触，提高了膜电极的安全性，且整体结构简单，成本低。

优选的，所述密封板沿所述膜电极组件叠放方向的长度小于所述上极板至下极板之间的距离，所述上极板到所述密封板靠近所述上极板的一端的距离与所述下极板到所述密封板靠近所述下极板的一端的距离相等。这样设置既能够限制极板横向移动，还能够防止密封板端部过长阻碍膜电极的安装。

优选的，所述功能层包括密封层，所述密封层紧贴在所述膜电极组件的两侧。进一步的，所述密封层为聚氨酯类密封层或聚酯类密封层。设置密封层能够防止阴阳两极气体互漏，保障使用安全性，同时能够起到密封和耐温保护的作用。

优选的，所述功能层包括补充层；所述膜电极组件的外延与所述补充层相连。进一步的，所述补充层的厚度与所述膜电极组件的厚度相同。更进一步的，所述补充层为聚酰亚胺补充层或聚对苯二甲酸二醇酯补充层。设置补充层方便安装密封板时找平。

优选的，所述膜电极组件包括质子交换膜和催化剂层，所述催化剂层设置在质子交换膜的两侧。催化剂层能够催化电池进行发电，提高发电效率。

优选的，所述催化剂层外侧设置有气体扩散层，所述气体扩散层的一端对接所述密封层。气体扩散层能够起传质、传热、导电的作用，将气体均匀的扩散到催化剂进行反应，同时将燃料电池反应产生的热量、电流导出。

优选的，所述催化剂层与所述密封层间设置有粘合剂层；所述粘合剂层延伸设置在所述补充层与所述密封层之间。进一步的，所述粘合剂层为酚醛树脂层或环氧树脂层。通过粘合剂层，能够将催化剂层和密封层紧密结合在一起。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的燃料电池的膜电极密封效果优良，结构简单，能够保护极板，避免极板移位，有效防止了电堆中其他部件接触极板或各单电池之间发生短路现象。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池的膜电极的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的燃料电池的膜电极的平面图。

其中：

10-密封板； 20-补充层；

30-密封层； 40-下极板；

50-粘合剂层； 60-上极板；

70-气体扩散层； 80-催化剂层；

90-质子交换膜； 100-燃料气体路进口；

110-空气路进口； 120-水路进口；

130-水路出口； 140-空气路出口；

150-燃料气体路出口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。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。

为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

参阅图1-2所示，本实施例提供了一种燃料电池的膜电极，包括：膜电极组件；膜电极组件外边缘设置有用于保护膜电极组件的功能区，功能层外侧设置有上极板60以及下极板40，上极板60和下极板40的两端均紧贴有密封板10；密封板10沿膜电极组件叠放方向的长度大于功能区的长度；密封板10用于上极板60和下极板40的定位安装。

其中，密封板10沿膜电极组件叠放方向的长度小于上极板60至下极板40之间的距离，上极板60到密封板10靠近上极板60的一端的距离与下极板40到密封板10靠近下极板40的一端的距离相等。

在本实施例中，功能层包括密封层30和补充层20，密封层30紧贴在膜电极组件的两侧。密封层30可以为聚氨酯类密封层30或聚酯类密封层30，本实施例并不对其做具体限制。另外，本实施例中的密封板10与密封层30为一体结构。

其中，补充层20与膜电极组件的外延相连。补充层20的厚度与膜电极组件的厚度相同。补充层20可以为聚酰亚胺补充层或聚对苯二甲酸二醇酯补充层，本实施例并不对其做具体限制。

在本实施例中，膜电极组件包括质子交换膜90和催化剂层80，催化剂层80设置在质子交换膜90的两侧。实际使用中，质子交换膜90一般由全氟磺酸离子聚合物组成，为燃料和氧化气体提供足够的屏障。催化剂层80能够催化电池进行发电，提高发电效率。

催化剂层80外侧设置有气体扩散层70，气体扩散层70的一端对接密封层30。气体扩散层70在实际应用中能够起传质、传热、导电的作用，将气体均匀的扩散到催化剂进行反应，同时将燃料电池反应产生的热量、电流导出。

具体的，催化剂层80与密封层30间设置有粘合剂层50；粘合剂层50延伸设置在补充层20与密封层30之间。粘合剂层50可采用酚醛树脂层或环氧树脂层。

如图2所示，本实施例的燃料电池膜电极两边留有燃料气体路进口100、燃料气体路出口150、空气路进口110、空气路出口140、水路进口120和水路出口130，通过这些进出口连接相应的管路，能够确保氢气路、空气路和水路的正常运行。

本实施例的燃料电池的膜电极的制备方法如下：首先，在质子交换膜90两侧涂覆催化剂，形成催化剂层80；然后将具有催化剂层80的质子交换膜90放置在补充层20之间，并使其端部对接，在具有催化剂层80的质子交换膜90和补充层20两侧设置粘合剂层50，将气体扩散层70设置在催化剂层80的外侧，同时与密封层30端部对接。组装完成后通过热压和挤压方式将补充层20、密封层30和质子交换膜90延伸部分融为一体，最后将上极板60和下极板40安装到气体扩散层70的外侧，极板60的定位通过与密封层30一体的密封板10确定。制备好的膜电极边框可以依据极板60形状采用刀模冲割方式进行一次性的通孔和外形成型以确保氢气路、空气路和水路的正常运行。

总之，本实用新型的燃料电池的膜电极密封效果优良，结构简单，能够防止极板移位，有效防止了电堆中其他部件接触极板或各单电池之间发生短路现象。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池的膜电极，其特征在于，包括：膜电极组件；所述膜电极组件外边缘设置有用于保护所述膜电极组件的功能层，所述功能层外侧设置有上极板以及下极板，所述上极板和所述下极板的两端均紧贴有密封板；所述密封板沿所述膜电极组件叠放方向的长度大于所述功能层的长度；所述密封板用于所述上极板和所述下极板的定位安装。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述密封板沿所述膜电极组件叠放方向的长度小于所述上极板至下极板之间的距离，所述上极板到所述密封板靠近所述上极板的一端的距离与所述下极板到所述密封板靠近所述下极板的一端的距离相等。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述功能层包括密封层，所述密封层紧贴在所述膜电极组件的两侧。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述功能层包括补充层；所述膜电极组件的外延与所述补充层相连。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述补充层的厚度与所述膜电极组件的厚度相同。

6.根据权利要求4所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述膜电极组件包括质子交换膜和催化剂层，所述催化剂层设置在质子交换膜的两侧。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述催化剂层外侧设置有气体扩散层，所述气体扩散层的一端对接所述密封层。

8.根据权利要求6所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述催化剂层与所述密封层间设置有粘合剂层；所述粘合剂层延伸设置在所述补充层与所述密封层之间。

9.根据权利要求8所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述粘合剂层为酚醛树脂层或环氧树脂层。

10.根据权利要求4所述的燃料电池的膜电极，其特征在于，所述补充层为聚酰亚胺补充层或聚对苯二甲酸二醇酯补充层。

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