CN215578640U - 一种质子交换膜燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种质子交换膜燃料电池，属于燃料电池技术领域，其技术方案要点是包括膜电极，膜电极包括质子交换膜，质子交换膜的两侧面连接有催化剂层，催化剂层远离质子交换膜的侧面连接有气体扩散层，气体扩散层远离质子交换膜的两侧连接有电极板，所述电极板与质子交换膜之间设有密封组件，密封组件包括密封带和密封板，密封带完全覆盖在催化剂层、气体扩散层的自由端侧面，并且与催化剂层、气体扩散层粘接，密封板包覆在密封带外周，并且与密封带之间留有间隙，密封板的两端分别与质子交换膜和电极板相对连接，电极板、质子交换膜上设有用于安装膜电极的安装组件，达到提高质子交换膜燃料电池密封性的效果。

Description

一种质子交换膜燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种能够将蕴藏在氢燃料及氧化剂中的化学能直接转化为电能及反应产物的发电装置。

如图1所示，现有的质子交换膜燃料电池包括质子交换膜11，质子交换膜11的两侧面铺设有催化剂层12，催化剂层12远离质子交换膜11的侧面铺设有气体扩散层13，气体扩散层13远离质子交换膜11的两侧连接有电极板14，质子交换膜11、催化剂层12、气体扩散层13和电极板14的中心重合，质子交换膜11边缘通过粘胶连接有安装框111，安装框111沿质子交换膜11的边缘排布，安装框111上设有垂直于安装框111的密封环1111，密封环1111与安装框111抵接，并且通过固定胶带1112与安装框111连接。

针对上述中的相关技术，发明人认为密封环与安装框之间抵接的连接方式不严密，气体扩散层的气体会通过密封环与安装框之间的缝隙扩散，造成气体泄漏，浪费资源。因此现有的质子交换膜燃料电池有密封性较差的缺陷。

实用新型内容

为了提高质子交换膜燃料电池的密封性，本申请提供一种质子交换膜燃料电池。

本申请提供的一种质子交换膜燃料电池采用如下的技术方案：

一种质子交换膜燃料电池：包括膜电极，膜电极包括质子交换膜，质子交换膜的两侧面连接有催化剂层，催化剂层远离质子交换膜的侧面连接有气体扩散层，气体扩散层远离质子交换膜的两侧连接有电极板，所述电极板与质子交换膜之间设有密封组件，密封组件包括密封带和密封板，密封带完全覆盖在催化剂层、气体扩散层的自由端侧面，并且与催化剂层、气体扩散层粘接，密封板包覆在密封带外周，并且与密封带之间留有间隙，密封板的两端分别与质子交换膜和电极板相对连接，电极板、质子交换膜上设有用于安装膜电极的安装组件。

通过采用上述技术方案，在催化剂层和气体扩散层的自由端侧面覆盖且粘接密封带，可在一定程度上阻止气体扩散层中的气体外泄，提高质子交换膜燃料电池的密封性，从而提高气体的氧化还原反应效率，减少气体浪费；密封板的设置可使膜电极与外界隔绝，减少反应液外漏，也进一步加强了质子交换膜燃料电池的密封性。

优选的，所述安装组件包括连接板、边框和连接杆，连接板上开设有让位孔，让位孔的四个侧壁与质子交换膜的四侧壁粘接，边框长度方向的侧面开设有卡槽，电极板的一侧置于卡槽内与边框插接，连接板和边框分别与密封板的两端连接，连接杆穿设连接板与边框螺接。

通过采用上述技术方案，连接板的设置可起到支撑质子交换膜的作用，与质子交换膜直接连接边框相比，可减少对质子交换膜的挤压，并且使质子交换膜与外界相对隔绝，除此之外，在一定程度上减少质子交换膜多出催化剂层区域的大小，节省材料，节约资源；电极板与边框插接，可以加强电极板与边框的连接，连接杆将边框与连接板连接至一起，使得膜电极可以稳定的安装在质子交换膜燃料电池上。

优选的，所述连接板靠近边框的侧面开设有第一连接槽，边框靠近连接板的侧面开设有第二连接槽，第一连接槽、第二连接槽和其所在侧壁的长度方向相同，密封板的两端分别置于第一连接槽和第二连接槽内与连接板、边框插接。

通过采用上述技术方案，第一连接槽和第二连接槽的设置，加强了密封板与连接板、边框的连接，使得密封板连接的更加稳定；第一连接槽和第二连接槽的设置还增大了密封板与连接板、边框的接触面积，使得密封板与连接板、边框紧密插接，一定程度上阻止气体向外扩散，提高质子交换膜燃料电池的密封性。

优选的，所述第一连接槽的内壁粘接有第一橡胶垫，第二连接槽的内壁粘接有第二橡胶垫，密封板的两端分别与第一橡胶垫、第二橡胶垫抵接。

通过采用上述技术方案，第一橡胶垫有效填充了密封板与连接板之间的间隙，第二橡胶垫有效填充了密封板与边框之间的间隙，第一橡胶垫、第二橡胶垫的设置加强了密封板与连接板、边框的连接，使得密封板与连接板、边框可以紧密抵接，提高质子交换膜燃料电池的密封性。

优选的，所述密封板和密封带之间设有通气管，通气管一端穿过电极板与气体扩散层连接，通气管与电极板固定连接。

通过采用上述技术方案，通气管置于密封板与密封带之间，可一定程度的避免通气管与气体扩散层的接触面积过大，较大程度的增大气体扩散的面积，使得气体可以充分地接触催化剂层并且发生反应。

优选的，所述密封带上开设有连接孔，气体扩散层与连接孔对应位置处开设有管槽，通气管的一端穿过连接孔置于管槽内与气体扩散层插接。

通过采用上述技术方案，通气管置于管槽内与气体扩散层插接，可以使得气体充分进入气体扩散层内，减少气体向外扩散，提高膜电极的密封性，进而提高质子交换膜燃料电池的密封性。

优选的，所述通气管上套接有O型密封圈，O型密封圈与密封带抵接。

通过采用上述技术方案，O型密封圈与密封带抵接，可以减少气体通过连接孔向外扩散，提高膜电极的密封性，减少气体浪费，提高气体的反应效率。

优选的，所述密封带为由阻隔气体扩散的材料制成的密封带。

通过采用上述技术方案，由阻隔气体扩散材料制成的密封带可以最大程度的阻止气体扩散层的气体向外扩散，提高膜电极的密封性，减少气体外漏，提高反应效率，减少资源浪费，从而进一步保证质子交换膜燃料电池的正常工作。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、密封带的设置，可在一定程度上阻止气体扩散层中的气体外泄，提高膜电极的密封性，并且可提高气体的反应效率，减少气体浪费；密封板的设置可使膜电极与外界隔绝，减少反应液外漏，也进一步加强了质子交换膜燃料电池的密封性；

2、密封板与连接板、边框通过插接的方式连接，并且在第一连接槽内设置第一橡胶垫，第二连接槽内设置第二橡胶垫可以加强密封板与连接板、边框的连接，使得密封板与连接板、边框的紧密抵接，提高了质子交换膜燃料电池的密封性。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图。

图2是本申请的结构示意图。

图3是本申请的部分剖面结构示意图。

附图标记说明：

1、膜电极；11、质子交换膜；111、安装框；1111、密封环；1112、固定胶带；12、催化剂层；13、气体扩散层；131、管槽；14、电极板；141、通气管；1411、O型密封圈；2、安装组件；21、连接板；211、让位孔；212、第一连接槽；2121、第一橡胶垫；22、边框；221、卡槽；222、第二连接槽；2221、第二橡胶垫；23、连接杆；3、密封组件；31、密封带；311、连接孔；32、密封板。

具体实施方式

以下结合附图2-3对本申请作进一步详细说明。

本申请公开了一种质子交换膜燃料电池，如图2所示，包括膜电极1，用于支撑和固定膜电极1的安装组件2，以及用于将膜电极1与外界隔绝的密封组件3。

如图3所示，膜电极1包括质子交换膜11、催化剂层12、气体扩散层13和电极板14，质子交换膜11为竖直设置的矩形膜，质子交换膜11面积最大的两侧面与竖直的催化剂层12固定连接，催化剂层12的纵截面面积小于质子交换膜11的纵截面面积，催化剂层12远离质子交换膜11的侧面与竖直的气体扩散层13固定连接，气体扩散层13的纵截面面积与催化剂层12的纵截面面积相等，并且气体扩散层13靠近催化剂层12的侧面与催化剂层12远离质子交换膜11的侧面完全贴合；气体扩散层13远离质子交换膜11的侧面与电极板14固定连接，电极板14的纵截面面积大于气体扩散层13的纵截面面积，电极板14、气体扩散层13、催化剂层12和质子交换膜11的中心重合。

膜电极1制作时，将质子交换膜11竖直放置，在质子交换膜11的两侧依次放置催化剂层12、气体扩散层13和电极板14，通过热压将质子交换膜11、催化剂层12、气体扩散层13和电极板14连接在一起形成膜电极1。

如图3所示，安装组件2包括连接板21、边框22和连接杆23，连接板21为竖直的矩形板，并且连接板21上开设有矩形的让位孔211，让位孔211贯通连接板21面积最大的两个侧面，让位孔211的四个侧壁分别和质子交换膜11外周的四个侧壁粘接；边框22的纵截面为等腰梯形，边框22的短边底面上开设有卡槽221，卡槽221的长度方向和其所在侧壁的长度方向相同，每个电极板14上设有四个边框22，四个边框22粘接成矩形板，并且四个卡槽221连通，电极板14外周的四个侧壁分别置于四个卡槽221内与四个边框22插接，边框22靠近连接板21的侧面与密封组件3连接，四个边框22为一组，边框22设有两组且关于连接板21对称；连接杆23设有四个，并且分别靠近电极板14的四个顶点，连接杆23的一端与边框22螺纹连接，另一端穿过连接板21与另一组边框22螺纹连接。

在质子交换膜11的周侧粘接连接板21，再将电极板14四个侧壁分别与四个边框22插接，将四个边框22粘接成一体，通过热压将质子交换膜11、催化剂层12、气体扩散层13和电极板14连接形成膜电极1，将连接杆23依次穿过边框22、连接板21、另一组边框22，最后将连接杆23的两端通过螺栓分别与两组边框22连接。

如图3所示，密封组件3包括密封带31和密封板32，密封带31设有四个，四个密封带31分别与催化剂层12的四个自由端侧壁粘接，并且密封带31沿自身宽度方向延伸，延伸至密封带31将催化剂层12和气体扩散层13的自由端侧壁完全覆盖，密封带31与催化剂层12、气体扩散层13粘接，密封带31的长度等于与其连接的催化剂层12侧壁的长度，密封带31的宽度等于与其连接的催化剂层12和气体扩散层13侧壁宽度之和，密封带31由可以阻隔气体扩散的材料制成，密封带31为薄型聚酰亚胺材料、聚羟基脂肪酸酯材料、聚氯乙烯材料中的一种。

如图3所示，连接板21靠近边框22的侧面上沿着连接板21四条边的长度方向开设有四个第一连接槽212，四个第一连接槽212互相连通，每个边框22靠近连接板21的侧面均开设有第二连接槽222，第二连接槽222的长度方向与其所在侧壁的长度方向相同，四个第二连接槽222互相连通，第一连接槽212和第二连接槽222平行并且位于同一水平面上；第一连接槽212内固定连接有第一橡胶垫2121，第一橡胶垫2121与第一连接槽212的底面贴合，第二连接槽222内固定连接有第二橡胶垫2221，第二橡胶垫2221与第二连接槽222的底面贴合；密封板32设有四个，四个密封板32一体成型围成矩形框架，密封板32设置在连接板21与边框22之间，以靠近气体扩散层13顶部的密封板32为例，密封板32长度方向的一侧壁置于第一连接槽212内与连接板21插接，并且与第一橡胶垫2121抵接，另一侧壁置于第二连接槽222内与挡板插接，并且与第二橡胶垫2221抵接。

如图3所示，气体扩散层13顶部和底部的侧面上开设有倾斜的管槽131，管槽131向气体扩散层13中心方向延伸，密封带31上与管槽131对应位置处开设有连接孔311，电极板14竖直方向的两侧对称设有水平的通气管141，通气管141的一端水平向下弯折，通气管141弯折的一端依次穿过边框22、电极板14、连接孔311后置于管槽131内与气体扩散层13插接，通气管141与电极板14固定连接，通气管141的另一端与气源连接；通气管141与气体扩散层13除上述连接方式外，还可以采用以下连接方式：通气管141弯折的一端依次穿过边框22、电极板14、连接孔311后与气体扩散层13抵接，通气管141的另一端与气源连接。通气管141与密封带31连接处设有O型密封圈1411，O型密封圈1411的内侧壁与通气管141固定连接，O型密封圈1411与密封带31抵接；密封组件3设有两组，两组密封组件3关于质子交换膜11对称。

本申请的使用过程如下：首先将质子交换膜11竖直放置，将连接板21粘接在质子交换膜11的外周，在质子交换膜11的两侧依次放置催化剂层12和气体扩散层13，再将电极板14的四个侧壁置于卡槽221内与四个边框22插接，将四个边框22粘接成一体；在催化剂层12和气体扩散层13的四个侧壁上粘接密封带31，将连接有O型密封圈1411的通气管141一端依次穿过边框22、电极板14、连接孔311后插至管槽131内与气体扩散层13插接；将密封板32长度方向的两侧壁分别插入第一连接槽212、第二连接槽222内，通过热压将质子交换膜11、催化剂层12、气体扩散层13和电极板14连接在一起，将连接杆23依次穿过边框22、连接板21、另一组边框22，再将连接杆23的两端通过螺栓分别与两组边框22连接，完成质子交换膜燃料电池的制作。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种质子交换膜燃料电池，包括膜电极(1)，膜电极(1)包括质子交换膜(11)，质子交换膜(11)的两侧面连接有催化剂层(12)，催化剂层(12)远离质子交换膜(11)的侧面连接有气体扩散层(13)，气体扩散层(13)远离质子交换膜(11)的两侧连接有电极板(14)，其特征在于：所述电极板(14)与质子交换膜(11)之间设有密封组件(3)，密封组件(3)包括密封带(31)和密封板(32)，密封带(31)完全覆盖在催化剂层(12)、气体扩散层(13)的自由端侧面，并且与催化剂层(12)、气体扩散层(13)粘接，密封板(32)包覆在密封带(31)外周，并且与密封带（31）之间留有间隙，密封板(32)的两端分别与质子交换膜(11)和电极板(14)相对连接，电极板(14)、质子交换膜(11)上设有用于安装膜电极(1)的安装组件(2)。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述安装组件(2)包括连接板(21)、边框(22)和连接杆(23)，连接板(21)上开设有让位孔(211)，让位孔(211)的四个侧壁与质子交换膜(11)的四侧壁粘接，边框(22)长度方向的侧面开设有卡槽(221)，电极板(14)的一侧置于卡槽(221)内与边框(22)插接，连接板（21）和边框（22）分别与密封板(32)的两端连接，连接杆(23)穿设连接板(21)与边框(22)螺接。

3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述连接板(21)靠近边框(22)的侧面开设有第一连接槽(212)，边框(22)靠近连接板(21)的侧面开设有第二连接槽(222)，第一连接槽(212)、第二连接槽(222)和其所在侧壁的长度方向相同，密封板(32)的两端分别置于第一连接槽(212)和第二连接槽(222)内与连接板(21)、边框(22)插接。

4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述第一连接槽(212)的内壁粘接有第一橡胶垫(2121)，第二连接槽(222)的内壁粘接有第二橡胶垫(2221)，密封板(32)的两端分别与第一橡胶垫(2121)、第二橡胶垫(2221)抵接。

5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述密封板（32）和密封带（31）之间设有通气管(141)，通气管(141)一端穿过电极板(14)与气体扩散层(13)连接，通气管(141)与电极板(14)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述密封带(31)上开设有连接孔(311)，气体扩散层(13)与连接孔(311)对应位置处开设有管槽(131)，通气管(141)的一端穿过连接孔(311)置于管槽(131)内与气体扩散层(13)插接。

7.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述通气管(141)上套接有O型密封圈(1411)，O型密封圈(1411)与密封带(31)抵接。

8.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述密封带(31)为由阻隔气体扩散材料制成的密封带。

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