CN215008294U - 双边框膜电极封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计一种双边框膜电极封装结构，包括两个气体扩散层和两层夹在两气体扩散层之间的第一边框层，两层第一边框层之间还夹设有催化剂涂布膜，该催化剂涂布膜位于两层第一边框层的内边缘处，其特征在于，在两层第一边框层之间的外边缘处设有围在催化剂涂布膜的周侧的中间层，该中间层包括两层第二边框层，这两层中间层相对的面相互粘接且相背的面分别粘接一层第一边框层，中间层的厚度等于催化剂涂布膜的厚度。通过在两层第一边框层之间设置厚度等于催化剂涂布膜厚度的中间层，使得膜电极整体平整，避免在边框和催化剂涂布膜的边缘产生压力，保证了对膜电极良好的密封效果，且生产过程不需要对边框进行刻蚀，制作更简单方便，适用于规模化生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种双边框膜电极封装结构。
背景技术
如图1，当前膜电极的主流封装方法为：首先在质子交换膜的两侧分别涂布阳极催化层和阴极催化层，制备出具有三层结构的催化剂涂布膜1；然后把催化剂涂布膜1的边缘与两个边框2的边缘通过胶粘剂层3密封起来；最后两层气体扩散层4分别通过胶粘剂层来粘接边框形成膜电极。这种封装结构由于催化剂涂布膜1的厚度与催化剂涂布膜1两侧的两层胶体厚度之和差别不大，存在以下弊端：(1)当热压压力小时，边缘密封区域容易密封失效； (2)当热压压力大时，在边框2和催化剂涂布膜1的边缘会产生很大压力，导致质子交换膜的边缘机械降解或导致催化剂涂布1膜与边框2脱落，进而导致膜电极密封失效。
如图2，目前还有另一种封装方法是对催化剂涂布膜1两侧的边框2进行刻蚀，使两层边框2供催化剂涂布膜1粘接的部位形成凹陷，两层边框2的凹陷处的内侧壁围住催化剂涂布膜1，催化剂涂布膜1的两侧通过第一胶粘剂层3粘接两层边框的凹陷处的底壁，两层边框2的非凹陷处通过第二胶粘剂层4相互粘接，第二胶粘剂层4与两层边框2的凹陷处的内侧壁三者的厚度之和等于催化剂涂布膜1与两侧的第一胶粘剂层3三者的厚度之和，从而使得两层边框2整体平整，避免在边框2和催化剂涂布膜1的边缘产生压力，但这种方法需要对边框2进行刻蚀，以使凹陷内侧壁的厚度满足要求，加工难度较大，生产效率低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种双边框膜电极封装结构，其密封效果好，制作简单，适用于规模化生产。
为解决上述问题，本实用新型提供一种双边框膜电极封装结构，包括两个气体扩散层和两层夹在两气体扩散层之间的第一边框层，两层第一边框层之间还夹设有催化剂涂布膜，该催化剂涂布膜位于两层第一边框层的内边缘处，在两层第一边框层之间的外边缘处设有围在在催化剂涂布膜的周侧的中间层，该中间层包括两层第二边框层，这两层第二边框层相对的面相互粘接且相背的面分别粘接一层第一边框层，中间层的厚度等于催化剂涂布膜的厚度。
在两层第一边框层之间设置厚度等于催化剂涂布膜厚度的中间层，使得膜电极整体平整，避免在边框和催化剂涂布膜的边缘产生压力，保证了对膜电极良好的密封效果，且生产过程不需要对边框进行刻蚀，制作更简单方便，适用于规模化生产。
附图说明
图1为现有技术中一种双边框膜电极封装结构的示意图；
图2为现有技术中另一种双边框膜电极封装结构的示意图；
图3为本实用新型的双边框膜电极封装结构的示意图；
图4为本实用新型的双边框膜电极封装结构的封装流程示意图。
1、气体扩散层；2、第一边框层；3、催化剂涂布膜；4、第二边框层；5、第二胶粘剂层；6、第一胶粘剂层。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明。
如图3，双边框膜电极封装结构包括两个气体扩散层1和两层夹在两气体扩散层1之间的第一边框层2，两层第一边框层2之间还夹设有催化剂涂布膜3，该催化剂涂布膜3位于两层第一边框层2的内边缘处，在两层第一边框层2之间的外边缘处设有围在催化剂涂布膜3 的周侧的中间层，该中间层包括两层第二边框层4，这两层第二边框层4相对的面通过第二胶粘剂层5相互粘接且相背的面分别粘接一层第一边框层2，催化剂涂布膜3和两层第二边框层4一起通过两层第一胶粘剂层6粘贴在两层第一边框层2之间，中间层的厚度等于催化剂涂布膜3的厚度，即第二胶粘剂层5与两层第二边框层4三者的厚度之和等于所述催化剂涂布膜3的厚度。
如图4，上述双边框膜电极封装结构的封装方法包括以下步骤：
S1、在第一层第一边框层2的顶面涂上一层第一层第一胶粘剂层6，第一胶粘剂层6铺满边框的顶面，把第一层第二边框层4和第一层第一边框层2经第一胶粘剂层6贴合在一起，再在第一层第二边框层4的顶面涂上一层第二胶粘剂层5，把第二层第二边框层4和第一层第二边框层4通过第二胶粘剂层5贴合在一起，两层第二边框层4与两层第二边框层4之间的第二胶粘剂层5共同组成中间层，该中间层的内侧壁围成的区域与催化剂涂布膜3(催化剂涂布膜3选用现有技术中含全氟磺酸型催化剂层的催化剂涂布膜，全氟磺酸型催化剂层指含全氟磺酸树脂的催化剂层)的形状大小相同，中间层的厚度等于催化剂涂布膜3的厚度。
S2、将催化剂涂布膜3置入由中间层的内侧壁围成的区域内，催化剂涂布膜3的底面通过第一层第一胶粘剂层6粘贴在第一层第一边框层2上，在催化剂涂布膜3和第二层第二边框层4的顶面上涂上一层第一胶粘剂层6，第一胶粘剂层6和第二胶粘剂层5可以选用同一种材质，也可以选用不同种材质；如果第一胶粘剂层6和第二胶粘剂层5选用不同的材质，则第一胶粘剂层6必须对边框材料和催化剂涂布膜3都有较好的亲和性，而第二胶粘剂层5对边框材料有较好的亲和性。
S3、把第二层第一边框层2通过第一胶粘剂层6贴在催化剂涂布膜3和第二层第二边框层4的顶面上，此时催化剂涂布膜3夹在两层第一边框层2之间且位于两层第一边框层2的内边缘处；根据第一胶粘剂层6和第二胶粘剂层5的种类选用热固化、光固化或压力固化的方式使这些粘接剂层固化；由于第一边框层2和第二边框层4均由碳氢材料(PEN、PET、PI、PP、PE、PEEK和PPS等)制成，则当第一胶粘剂层6和第二胶粘剂层5选用不同的材质时，第二胶粘剂层5是碳氢材料亲和型的胶粘剂，而第一胶粘剂层6对碳氢材料和全氟磺酸树脂材料都有较好的亲和性；第一边框层2和第二边框层4可以选同一种材质，也可以不选同一种，只需要第一边框层2和第二边框层4具有相同的粘接性能即可；如果第一边框层 2和第二边框层4选用不同的材质，可以采用现有技术对第一边框层2和第二边框层4进行处理，使第一边框层2和第二边框层4的热收缩率等性质相近，就可以在满足粘接性质相同的情况下，使第一边框层2和第二边框层4也满足对边框的其他性能的要求；本实施例中，第一边框层2和第二边框层4都是选用已经过热处理的PEN材料，例如Q53,Q83,Q51等制成；
S4、采用现有技术将气体扩散层1固定在第二层第一边框层2的顶面和第一层第一边框层2的底面，此时第一边框层2夹在两层气体扩散层1之间，就得到了如图3的双边框膜电极封装结构。
膜电极装配完成后，一方面由于第二胶粘剂层5与两层第二边框层4三者的厚度之和等于所述催化剂涂布膜3的厚度，减小了边框层和胶层对催化剂涂布膜3的压力，另一方面由于第一胶粘剂层6和中间层稳固的封堵住催化剂涂布膜3的周侧，防止催化剂涂布膜3与边框脱离，从而保证了密封的有效性。
如上所述仅为本发明创造的实施方式，不以此限定专利保护范围。本领域技术人员在本发明创造的基础上作出非实质性的变化或替换，仍落入专利保护范围。
Claims (9)
1.双边框膜电极封装结构，包括两个气体扩散层(1)和两层夹在两气体扩散层(1)之间的第一边框层(2)，两层第一边框层(2)之间还夹设有催化剂涂布膜(3)，该催化剂涂布膜(3)位于两层第一边框层(2)的内边缘处，其特征在于，在两层第一边框层(2)之间的外边缘处设有围在催化剂涂布膜(3)的周侧的中间层，该中间层包括两层第二边框层(4)，这两层第二边框层(4)相对的面相互粘接且相背的面分别粘接一层第一边框层(2)，中间层的厚度等于催化剂涂布膜(3)的厚度。
2.根据权利要求1所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，中间层包括边框材料亲和型的第二胶粘剂层(5)，该第二胶粘剂层(5)夹在两层第二边框层(4)之间从而实现所述的相互粘接，第二胶粘剂层(5)与两层第二边框层(4)三者的厚度之和等于所述催化剂涂布膜(3)的厚度。
3.根据权利要求2所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，两层第二边框层(4)都是碳氢材料制成，相应地，第二胶粘剂层(5)是碳氢类材料亲和型的胶粘剂。
4.根据权利要求1所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，催化剂涂布膜(3)和两层第二边框层(4)一起通过两层第一胶粘剂层(6)粘贴在两层第一边框层(2)之间。
5.根据权利要求4所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，中间层包括边框材料亲和型的第二胶粘剂层(5)，该第二胶粘剂层(5)夹在两层第二边框层(4)之间从而实现所述的相互粘接，第二胶粘剂层(5)与两层第二边框层(4)三者的厚度之和等于所述催化剂涂布膜(3)的厚度。
6.根据权利要求5所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，第一胶粘剂层(6)和第二胶粘剂层(5)是由同一种材料制成。
7.根据权利要求5所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，第一胶粘剂层(6)是对边框材料和催化剂涂布膜(3)都有亲和性的材料，第二胶粘剂层(5)是对边框材料有亲和性的材料。
8.根据权利要求7所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，第二边框层(4)由碳氢材料制成，相应地，第二胶粘剂层(5)是碳氢材料亲和型的胶粘剂。
9.根据权利要求8所述的双边框膜电极封装结构，其特征在于，第一边框层(2)由碳氢材料制成，催化剂涂布膜(3)的两个侧面是全氟磺酸型催化剂层，相应地，第一胶粘剂层(6)是对碳氢材料和全氟磺酸树脂材料都有亲和性的材料。
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