CN216311848U - 膜电极组装工装及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种膜电极组装工装及燃料电池，涉及燃料电池的技术领域。膜电极组装工装包括工装底座；工装底座上开设有边框轮廓标识线，且边框轮廓标识线范围内开设有多个水路孔凹槽，水路孔凹槽内插设有水路孔定位销；工装底座上还开设有CCM轮廓标识线，CCM轮廓标识线范围内开设有GDL凹槽；水路孔凹槽位于边框轮廓标识线与CCM轮廓标识线之间的环空内。燃料电池包括由膜电极组装工装生产的膜电极。通过设计水路孔凹槽及水路孔定位销及精准的刻线，能将膜电极各组件精准定位，将精准度控制在0.5mm以内，且能有效防止组装过程中各组件发生偏移，操作简单，并提高了材料利用率及组装效率。

Description

膜电极组装工装及燃料电池
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及膜电极组装工装及燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极，膜电极的制备方法有许多种，其中最常用的是采用间接涂布方式，先将催化剂浆料涂布在一种基底膜上，再通过热压转印方式将阴阳极催化剂涂层转印到质子交换膜上形成CCM(燃料电池芯片，catalyst coatedmembrane)，之后将CCM放在两层边框膜中进行塑封，最后粘贴GDL(气体扩散层，Gasdiffusion layer)。此方法制备的膜电极由七层结构组成，由内至外分别为质子交换膜，阴阳极催化剂涂层，两层边框膜，两层气体扩散层。
在膜电极制备时，首先放置第一层边框膜，再将CCM与边框上的活性区域对齐，放置第二层边框膜后进行热压贴合，热压后将阴阳极GDL分别贴在边框膜外侧，以上包含的1层CCM，两层边框膜以及两层GDL均需手工对齐进行组装，各层均需保证居中对齐，手工作业对齐精度无法保证，影响活性区域面积及产品厚度，降低膜电极性能及耐久性。
在现有技术中，一般将CCM的尺寸放大，使CCM的尺寸较活性区域单边大3mm，使活性区域控制在手工制作公差范围内，平铺第一层边框后将CCM尽量居中放置，再放第二层边框，进行热压后粘贴两侧GDL。但是，CCM的尺寸比活性区域单边宽3mm以上，增加材料浪费率，手工对齐组装膜电极各组件时不仅工时长且边框及GDL均无法保证居中对齐，对齐精度超过1mm。
因此，提供一种提高生产精度的膜电极组装工装及燃料电池成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种膜电极组装工装及燃料电池，以缓解现有技术中生产精度低的技术问题。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种膜电极组装工装，包括工装底座；
所述工装底座上开设有边框轮廓标识线，且所述边框轮廓标识线范围内开设有多个水路孔凹槽，所述水路孔凹槽内插设有水路孔定位销；
所述工装底座上还开设有CCM轮廓标识线，所述CCM轮廓标识线范围内开设有GDL凹槽；
所述水路孔凹槽位于所述边框轮廓标识线与所述CCM轮廓标识线之间的环空内。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述水路孔凹槽的数量为两个。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述两个水路孔凹槽对称的设置在所述工装底座上。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述水路孔凹槽的槽深在2-10mm之间。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述水路孔凹槽的槽深在5-10mm之间。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述水路孔定位销的高度在13-20mm之间。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述水路孔定位销的高度在15-20mm之间。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述GDL凹槽的槽深为0.2mm。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述边框轮廓标识线和所述CCM轮廓标识线两者均采用激光刻线。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池，包括由所述的膜电极组装工装生产的膜电极。
有益效果：
本实用新型提供了一种膜电极组装工装，包括工装底座；工装底座上开设有边框轮廓标识线，且边框轮廓标识线范围内开设有多个水路孔凹槽，水路孔凹槽内插设有水路孔定位销；工装底座上还开设有CCM轮廓标识线，CCM轮廓标识线范围内开设有GDL凹槽；水路孔凹槽位于边框轮廓标识线与CCM轮廓标识线之间的环空内。
在使用时，工作人员先在工装底座上放置第一层边框膜，且将第一层边框膜与边框轮廓标识线对应，并在每个水路孔凹槽内插入水路孔定位销实现对边框膜的固定，然后在边框膜上放置CCM片，并使CCM片与CCM轮廓标识线对应，然后再将第二层边框膜放在CCM片上，且第二层边框膜与边框轮廓标识线对应，此时水路孔定位销能够插入第二层边框膜上的水路孔内，当两层边框膜与CCM片组装好之后，取下水路孔定位销，将两层边框膜与CCM片组装好的三层结构的膜电极组件转移至热压设备中进行热压，然后将第一片GDL放入到GDL凹槽内，然后将热压好三层结构的膜电极组件放在第一片GDL上，再将水路孔定位销插入水路孔凹槽内，最后放入第二片GDL，通过这样的设置，可以使得工作人员方便的对正边框膜、CCM片和GDL片，从而提高生产精度。
本实用新型提供了一种燃料电池，包括由膜电极组装工装生产的膜电极。燃料电池与现有技术相比具有上述的优势，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的膜电极组装工装的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图。
图标：
100-工装底座；110-水路孔凹槽；111-水路孔定位销；
200-边框轮廓标识线；
300-CCM轮廓标识线；
400-GDL凹槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
参见图1和图2所示，本实施例提供了一种膜电极组装工装，包括工装底座100；工装底座100上开设有边框轮廓标识线200，且边框轮廓标识线200范围内开设有多个水路孔凹槽110，水路孔凹槽110内插设有水路孔定位销111；工装底座100上还开设有CCM轮廓标识线300，CCM轮廓标识线300范围内开设有GDL凹槽400；水路孔凹槽110位于边框轮廓标识线200与CCM轮廓标识线300之间的环空内。
在使用时，工作人员先在工装底座100上放置第一层边框膜，且将第一层边框膜与边框轮廓标识线200对应，并在每个水路孔凹槽110内插入水路孔定位销111实现对边框膜的固定，然后在边框膜上放置CCM片，并使CCM片与CCM轮廓标识线300对应，然后再将第二层边框膜放在CCM片上，且第二层边框膜与边框轮廓标识线200对应，此时水路孔定位销111能够插入第二层边框膜上的水路孔内，当两层边框膜与CCM片组装好之后，取下水路孔定位销111，将两层边框膜与CCM片组装好的三层结构的膜电极组件转移至热压设备中进行热压，然后将第一片GDL放入到GDL凹槽400内，然后将热压好三层结构的膜电极组件放在第一片GDL上，再将水路孔定位销111插入水路孔凹槽110内，最后放入第二片GDL，通过这样的设置，可以使得工作人员方便的对正边框膜、CCM片和GDL片，从而提高生产精度。
本实施例的可选方案中，边框轮廓标识线200和CCM轮廓标识线300两者均采用激光刻线。
具体的，可以通过激光刻线的方式在工装底座100上标识出边框轮廓标识线200和CCM轮廓标识线300，从而在工作人员进行组装时，使得工作人员能够方便的将边框膜与边框轮廓标识线200对应，将CCM片与CCM轮廓标识线300对应，提高工作效率，提高生产精度；并且，通过GDL凹槽400的开设，使得工作人员能够方便准确的将GDL片放入到GDL凹槽400内，从而完成GDL片的定位。
其中，通过边框轮廓标识线200和水路孔定位销111两者可以进一步固定边框膜，具体为，工作人员将边框膜放置在边框轮廓标识线200上，使得边框膜与边框轮廓标识线200相互对应，然后将水路孔定位销111穿过边框膜上的水路孔插入到水路孔凹槽110内，并且在放置第二层边框膜时，水路孔定位销111依然需要穿过第二层边框膜上的水路孔，从而提高两层边框膜的对齐精度。
需要指出的是，在现有技术中想要达到尚可接受的精度，需要将CCM片的尺寸设置的比边框膜上的活性区域单边宽3mm以上，即使通过这样的设置边框膜、CCM片和GDL片三者的对齐精度依然大于1mm，而且增加了材料浪费率，提高了成本。而通过本实施例提供的膜电极组装工装，通过边框轮廓标识线200对边框膜进行定位、通过CCM轮廓标识线300对CCM片进行定位、通过GDL凹槽400对GDL片进行定位，能够将边框膜、CCM片和GDL片三者的对齐精度控制在0.5mm以内，从而提高生产精度，并且能够极大的提高工作人员的组装效率，而且能够将CCM片的尺寸比边框膜上的活性区域单边宽从3mm以上降低到1.5-2mm，降低材料浪费率。
需要指出的是，水路孔凹槽110的数量与边框膜上的水路孔的数量一致，本领域技术人员可以根据实际情况自由设置水路孔凹槽110的数量。
另外，水路孔凹槽110的设置位置根据边框膜上的水路孔的位置进行调整。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，水路孔凹槽110的数量为两个。
本实施例的可选方案中，两个水路孔凹槽110对称的设置在工装底座100上。
具体的，在本实施例中，水路孔凹槽110的数量可以设置为两个，并且两个水路孔凹槽110对称的设置在工装底座100上，与边框膜上的水路孔相互对应。
本实施例的可选方案中，水路孔凹槽110的槽深在2-10mm之间。
具体的，水路孔凹槽110的槽深可以在2-10mm之间选择，例如，水路孔凹槽110的槽深可以设置为2mm，也可以设置为5mm，根据需求还可以设置为10mm。
本实施例的可选方案中，水路孔凹槽110的槽深在5-10mm之间。
进一步地，水路孔凹槽110的槽深可以在5-10mm之间选择，例如，水路孔凹槽110的槽深可以设置为5mm，也可以设置为8mm，根据需求还可以设置为10mm。
本实施例的可选方案中，水路孔定位销111的高度在13-20mm之间。
具体的，水路孔定位销111的高度可以在13-20mm之间选择，例如，水路孔定位销111的高度可以设置为13mm，也可以设置为15mm，根据需求还可以设置为20mm。
本实施例的可选方案中，水路孔定位销111的高度在15-20mm之间。
具体的，水路孔定位销111的高度可以在15-20mm之间选择，例如，水路孔定位销111的高度可以设置为15mm，也可以设置为18mm，根据需求还可以设置为20mm。
本实施例的可选方案中，GDL凹槽400的槽深为0.2mm。
具体的，GDL凹槽400的槽深可以设置为0.2mm。
在使用本实施例提供的膜电极组装工装时，准备裁切尺寸比边框膜的活性区域单边宽1.5mm-2mm的CCM片，然后先放一层边框膜在边框轮廓标识线200上，并使用两个水路孔定位销111插入两侧的水路孔凹槽110内进行固定，依据CCM轮廓标识线300放入CCM片，再将第二层边框膜放入，同时两侧水路孔定位销111插入第二层边框膜的水路孔内，组装好后先将两侧的水路孔定位销111取下，将三层结构的组件转移至热压设备中进行热压；热压结束后检查CCM片的放置位置，比边框膜的活性区域单边宽度控制在1.5mm±0.2mm，检查上下两层边框膜的对齐精度，偏差＜0.5mm；之后将第一片GDL片放入GDL凹槽400内，再放置热压好的三层结构的膜电极组件，将两侧水路孔定位销111插入边框两侧水路孔凹槽110中进行定位，最后放上第二片GDL片，检查GDL片的对齐精度，偏差＜0.5mm。
另外，将组装完毕的5片膜电极叠放在组装工装上，使边框膜上的水路孔与工装上的水路孔凹槽110进行对齐，将两侧水路定位销插111入水路定位孔内，进行膜电极叠片对齐精度测量，偏差＜0.5mm。
综上所述，本实施例提供的膜电极组装工装通过设计水路孔凹槽及水路孔定位销及精准的刻线，能将膜电极各组件精准定位，将精准度控制在0.5mm以内，且能有效防止组装过程中各组件发生偏移，操作简单，并提高了材料利用率及组装效率。
本实施例提供了一种燃料电池，包括由膜电极组装工装生产的膜电极。
具体的，本实施例提供的燃料电池与现有技术相比具有上述膜电极组装工装的优势，在此不再进行赘述。
最后应说明的是：以上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实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种膜电极组装工装，其特征在于，包括：工装底座(100)；
所述工装底座(100)上开设有边框轮廓标识线(200)，且所述边框轮廓标识线(200)范围内开设有多个水路孔凹槽(110)，所述水路孔凹槽(110)内插设有水路孔定位销(111)；
所述工装底座(100)上还开设有CCM轮廓标识线(300)，所述CCM轮廓标识线(300)范围内开设有GDL凹槽(400)；
所述水路孔凹槽(110)位于所述边框轮廓标识线(200)与所述CCM轮廓标识线(300)之间的环空内。
2.根据权利要求1所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述水路孔凹槽(110)的数量为两个。
3.根据权利要求2所述的膜电极组装工装，其特征在于，两个所述水路孔凹槽(110)对称的设置在所述工装底座(100)上。
4.根据权利要求2所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述水路孔凹槽(110)的槽深在2-10mm之间。
5.根据权利要求4所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述水路孔凹槽(110)的槽深在5-10mm之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述水路孔定位销(111)的高度在13-20mm之间。
7.根据权利要求6所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述水路孔定位销(111)的高度在15-20mm之间。
8.根据权利要求1-5任一项所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述GDL凹槽(400)的槽深为0.2mm。
9.根据权利要求1-5任一项所述的膜电极组装工装，其特征在于，所述边框轮廓标识线(200)和所述CCM轮廓标识线(300)两者均采用激光刻线。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括由权利要求1-9任一项所述的膜电极组装工装生产的膜电极。
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