CN217214781U - 一种一体化膜电极燃料电池的密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，公开了一种一体化膜电极燃料电池的密封结构，包括膜电极、第一双极板和第二双极板，膜电极靠近第一双极板的一侧固定布置有第一密封线，膜电极靠近第二双极板的一侧固定布置有第二密封线，定义第一密封线的截面的高度为h1、宽度为w1，0.7＜h1/w1≤1，定义第二密封线的截面的高度为h2、宽度为w2，0.2＜h2/w2＜0.6，并且w1小于w2。如果第一密封线发生轻微偏移，偏移量仍然处于第二密封线的承压范围之内，膜电极边框不会因两密封线的受力点不在同一垂直线上而使膜电极边框歪斜变形，避免膜电极边框因为双极板与密封线之间的剪切力而产生结构受损，防止膜电极开裂，提高了膜电极边框的结构稳定性，增加了燃料电堆的使用寿命。

Description

一种一体化膜电极燃料电池的密封结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种一体化膜电极燃料电池的密封结构。

背景技术

燃料电池(PEMFC)是一种将燃料中的化学能通过化学反应转化为电能的发电装置，燃料电池具有高功率密度、高转化率、低环境污染等优点。膜电极和双极板是燃料电池堆的关键部件，双极板包括有流场的阴极板和阳极板，膜电极包括反应区和支撑边框，放置在阴阳极板之间，反应区提供催化剂支持电化学反应，边框起到支撑反应区以及隔绝阴阳极板防止短路的作用。由于燃料电池工作时内部既有气体介质氢气、空气，还包括冷却介质乙二醇，为了防止介质的外漏以及相互之间的串漏，需要在膜电极与阴极板、阳极板之间添加密封部件。

通常的密封方法是在膜电极两侧各放置一个弹性体密封件，然后再给予一定的压力进行压缩密封。一种压缩密封是在膜电极两侧各放置一个密封件然后再进行压缩的密封形式，这种密封形式通常需要将密封件先固定的双极板上，装配程序更复杂。还有一种压缩密封是将密封件直接与膜电极做成一体的形式(也称为一体化膜电极)，这种密封形式有利于简化装配流程。现在通常使用的一体化膜电极的密封结构，常用的膜电极两侧的密封线截面形状为几何形状、几何尺寸相近的圆形或者椭圆形或者梯形。

现有技术中如果一体化膜电极两侧的密封线截面几何形状、几何尺寸相近，在将单片单电池或者少量多片电池堆叠成电堆过程中，在施加的压缩力作用下，双极板与密封线之间可能会产生剪切力。此时密封线与膜电极边框的接触面边缘处，密封线在剪切力作用下其边缘会拉扯膜电极边框，可能导致膜电极开裂，也容易导致膜电极两侧的密封线与双极板的接触面中心不在与膜电极平面垂直的一条直线上，从而使膜电极边框两侧受力不对称，易造成膜电极边框结构稳定性差，影响膜电极、密封结构的耐久性，从而影响燃料电堆寿命。

现有技术中，若将密封线设计的截面积增大以期降低膜电极损伤，将极有可能在燃料电堆组装过程中施加组装压力时，密封线与双极板接触面形成“液压锁”效应，导致组装压力增大时密封线无法发生相应的“变得更扁”形变，从而增大双极板被压坏以及无法达到需要的密封效果的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种一体化膜电极燃料电池的密封结构，以解决现有技术中的一体化膜电极在组装燃料电堆时，双极板与膜电极之间产生剪切力导致密封线拉扯膜电极边框导致膜电极开裂，影响膜电极边框结构稳定性以及燃料电堆寿命的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种一体化膜电极燃料电池的密封结构，包括膜电极、第一双极板和第二双极板，所述膜电极布置在所述第一双极板与所述第二双极板之间，所述膜电极靠近所述第一双极板的一侧固定布置有第一密封线，所述膜电极靠近所述第二双极板的一侧固定布置有第二密封线，定义所述第一密封线的截面的高度为h1、宽度为w1，0.7＜h1/w1≤1，定义所述第二密封线的截面的高度为h2、宽度为w2，0.2＜h2/w2＜0.6，并且第一密封线的宽度w1小于第二密封线的宽度w2。

优选地，第二密封线的宽度w2大于或等于第一密封线的宽度w1的两倍。

优选地，第一密封线的高度h1小于第二密封线的高度h2。

优选地，第二密封线的高度h2大于或等于第一密封线高度h1的两倍。

优选地，所述第一密封线包括第一密封主体，所述第二密封线包括第二密封主体和与所述第二密封主体一体成型的密封凸缘，所述第一密封主体与所述第二密封主体位于所述膜电极的垂直线上，所述密封凸缘位于所述第二密封主体的一侧。

优选地，所述第二密封主体有两个，所述密封凸缘布置在两个所述第二密封主体之间，所述第一密封主体有两个，两个所述第一密封主体与两个所述第二密封主体一一对应。

优选地，所述第一双极板上开设有供所述第一密封线嵌入的第一密封槽，所述第一密封槽的槽宽大于所述第一密封线的宽度；所述第二双极板上开设有供所述第二密封线嵌入的第二密封槽，所述第二密封槽的槽宽大于所述第二密封线的宽度。

优选地，定义所述第一密封槽的槽深为H1，H1＜h1；定义所述第二密封槽的槽深为H2，H2＜h2。

本实用新型实施例一种一体化膜电极燃料电池的密封结构与现有技术相比，其有益效果在于：第一密封线的高度小于宽度，整体呈扁平形状，同时第二密封线的高度要远小于宽度，不易发生偏移，并且第二密封线的宽度要大于第一密封线的宽度，第二密封线具有较大范围的承压面积，如果第一密封线发生轻微偏移，其偏移量仍然处于第二密封线的承压范围之内，膜电极边框不会因为两密封线的受力点不在同一垂直线上而使膜电极边框歪斜变形，从而避免膜电极边框因为双极板与密封线之间的剪切力而产生结构受损，防止膜电极开裂，提高了膜电极边框的结构稳定性，增加了燃料电堆的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一体化膜电极燃料电池的密封结构的结构示意图；

图2是本实用新型的一体化膜电极燃料电池的密封结构的另一实施例的结构示意图。

图中，1、膜电极；2、第一双极板；3、第二双极板；4、第一密封线；41、第一密封主体；5、第二密封线；51、第二密封主体；52、密封凸缘；6、第一密封槽；7、第二密封槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种一体化膜电极燃料电池的密封结构的优选实施例，如图1所示，该一体化膜电极燃料电池的密封结构包括膜电极1、第一双极板2和第二双极板3，第一双极板2与第二双极板3中的一个作为阳极板、另一个作为阴极板，膜电极1布置在第一双极板2和第二双极板3之间，膜电极1和第一双极板2、第二双极板3配合形成一个完整的单电池，多个单电池串联后形成燃料电池堆。

膜电极1为一体化膜电极1，膜电极1靠近第一双极板2的一侧固定布置有第一密封线4，膜电极1靠近第二双极板3的一侧固定布置有第二密封线5，第一密封线4和第二密封线5均布置在膜电极1的边框上，第一密封线4用于防止膜电极1与第一双极板2之间的介质外漏，第二密封线5用于防止膜电极1与第二双极板3之间的介质外漏。第一密封线4和第二密封线5均为弹性材质，第一密封线4、第二密封线5与膜电极1的固定方式不限，可以采用现有的粘接或者点胶或者注塑等工艺固定。

定义第一密封线4的截面的高度为h1、宽度为w1，0.7＜h1/w1≤1，第一密封线4的截面的高度为截面的最高点与膜电极1的边框之间的距离，第一密封线4的高度为截面的两端的最远距离。第一密封线4的高度小于宽度，整体呈扁平形状，不易发生偏移。

定义第二密封线5的截面的高度为h2、宽度为w2，0.2＜h2/w2＜0.6，第二密封线5的截面的高度为截面的最高点与膜电极1的边框之间的距离，第二密封线5的高度为截面的两端的最远距离，并且第一密封线4的宽度w1小于第二密封线5的宽度w2。

具体地在本实施例中，h1/w1可以为0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1；h2/w2可以为0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55。

第二密封线5的高度要远小于宽度，不易发生偏移，并且第二密封线5的宽度要大于第一密封线4的宽度，第二密封线5具有较大范围的承压面积，如果第一密封线4发生轻微偏移，其偏移量仍然处于第二密封线5的承压范围之内，膜电极1边框不会因为两密封线的受力点不在同一垂直线上而使膜电极1边框歪斜变形，从而避免膜电极1边框因为双极板与密封线之间的剪切力而产生结构受损，防止膜电极1开裂，提高了膜电极1边框的结构稳定性，增加了燃料电堆的使用寿命。

优选地，第二密封线5的宽度w2大于或等于第一密封线4的宽度w1的两倍。

增大第二密封线5的宽度，可以进一步地增大第二密封线5的承压范围，如果第一密封线4在受压状态下发生偏移，可以保证第一密封线4不会超出第二密封线5的承压范围，第一密封线4和第二密封线5之间不会错位，膜电极1边框不会因为两密封线的受力点不在同一垂直线上而使膜电极1边框歪斜变形，从而避免膜电极1边框因为双极板与密封线之间的剪切力而产生结构受损，防止膜电极1开裂。

优选地，第一密封线4的高度h1小于第二密封线5的高度h2。

在组装燃料电堆的过程中施加组装压力时，增大第二密封线5的高度，可以减轻第二密封线5与膜电极1、双极板的接触面之间的液压锁效应，从而防止双极板被压坏，保证密封效果。

优选地，第二密封线5的高度h2大于或等于第一密封线4高度h1的两倍。

第二密封线5的高度进一步增大，可以在保证密封效果的同时有效减小液压锁效应。

优选地，如图2所示，第一密封线4包括第一密封主体41，第二密封线5包括第二密封主体51和与第二密封主体51一体成型的密封凸缘52，第一密封主体41与第二密封主体51位于膜电极1的垂直线上，密封凸缘52位于第二密封主体51的一侧。

第二密封主体51和密封凸缘52一体成型，密封凸缘52位于第二密封主体51的一侧，密封凸缘52增加了第二密封线5的总宽度，在第一密封线4发生微量偏移时不会超出第二密封线5的承压范围，从而防止密封线与双极板之间产生剪切力而拉拽膜电极1的边框，防止膜电极1开裂。

同时第二密封主体51为第二密封线5的主要受力部位，也是产生密封效果的主要结构，通过密封凸缘52的布置可以有效增加第二密封线5的宽度，在保证第二密封线5的宽度与高度的比例前提下可以有效增加第二密封主体51的高度，有效降低第二密封线5的液压锁效应。

优选地，第二密封主体51有两个，密封凸缘52布置在两个第二密封主体51之间，第一密封主体41有两个，两个第一密封主体41与两个第二密封主体51一一对应。

设置两个第一密封主体41和两个第二密封主体51，可以防止密封线在受到压力时发生整体位移。第一密封线4若在受压状态下最高点发生偏移，其不会超出第二密封线5的受压范围，可以保证密封效果，还可以缓解密封线施加给膜电极1边框的不平衡力而导致膜电极1边框受损。

优选地，第一双极板2上开设有供第一密封线4嵌入的第一密封槽6，第一密封槽6的槽宽大于第一密封线4的宽度；第二双极板3上开设有供第二密封线5嵌入的第二密封槽7，第二密封槽7的槽宽大于第二密封线5的宽度。

第一密封槽6的槽宽大于第一密封线4的宽度，第二密封槽7的槽宽大于第二密封线5的宽度，保证第一密封槽6和第二密封槽7分别容纳第一密封线4和第二密封线5，可以对第一密封线4和第二密封线5进行限位，同时对两个密封线在变形时进行导向，提高密封效果。

优选地，定义第一密封槽6的槽深为H1，H1＜h1；定义第二密封槽7的槽深为H2，H2＜h2。

第一密封槽6的槽深小于第一密封线4的高度，第二密封槽7的槽深小于第二密封线5的高度，组装燃料电池堆施加组装压力时，第一密封槽6对第一密封线4施加压力，第二密封槽7对第二密封线5施加压力，保证密封效果。

综上，本实用新型实施例提供一种一体化膜电极燃料电池的密封结构，其第一密封线的高度小于宽度，整体呈扁平形状，同时第二密封线的高度要远小于宽度，不易发生偏移，并且第二密封线的宽度要大于第一密封线的宽度，第二密封线具有较大范围的承压面积，如果第一密封线发生轻微偏移，其偏移量仍然处于第二密封线的承压范围之内，膜电极边框不会因为两密封线的受力点不在同一垂直线上而使膜电极边框歪斜变形，从而避免膜电极边框因为双极板与密封线之间的剪切力而产生结构受损，防止膜电极开裂，提高了膜电极边框的结构稳定性，增加了燃料电堆的使用寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，包括膜电极、第一双极板和第二双极板，所述膜电极布置在所述第一双极板与所述第二双极板之间，所述膜电极靠近所述第一双极板的一侧固定布置有第一密封线，所述膜电极靠近所述第二双极板的一侧固定布置有第二密封线，定义所述第一密封线的截面的高度为h1、宽度为w1，0.7＜h1/w1≤1，定义所述第二密封线的截面的高度为h2、宽度为w2，0.2＜h2/w2＜0.6，并且第一密封线的宽度w1小于第二密封线的宽度w2。

2.根据权利要求1所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，第二密封线的宽度w2大于或等于第一密封线的宽度w1的两倍。

3.根据权利要求1所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，第一密封线的高度h1小于第二密封线的高度h2。

4.根据权利要求3所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，第二密封线的高度h2大于或等于第一密封线高度h1的两倍。

5.根据权利要求1－4任一项所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，所述第一密封线包括第一密封主体，所述第二密封线包括第二密封主体和与所述第二密封主体一体成型的密封凸缘，所述第一密封主体与所述第二密封主体位于所述膜电极的垂直线上，所述密封凸缘位于所述第二密封主体的一侧。

6.根据权利要求5所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，所述第二密封主体有两个，所述密封凸缘布置在两个所述第二密封主体之间，所述第一密封主体有两个，两个所述第一密封主体与两个所述第二密封主体一一对应。

7.根据权利要求1－4任一项所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，所述第一双极板上开设有供所述第一密封线嵌入的第一密封槽，所述第一密封槽的槽宽大于所述第一密封线的宽度；所述第二双极板上开设有供所述第二密封线嵌入的第二密封槽，所述第二密封槽的槽宽大于所述第二密封线的宽度。

8.根据权利要求7所述的一体化膜电极燃料电池的密封结构，其特征在于，定义所述第一密封槽的槽深为H1，H1＜h1；定义所述第二密封槽的槽深为H2，H2＜h2。

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