CN217405475U - 一种燃料电池的膜电极和一种燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池的膜电极和一种燃料电池。一种燃料电池的膜电极，包括膜电极边框和膜材料，膜电极边框设置在膜材料两侧，膜材料包括质子膜、阳极碳纸和阴极碳纸，膜电极边框上还设置阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔，其中通过阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔形成注塑密封胶条。其中本发明的有益效果是：提高了生产效率，简化了密封胶条的装配工序，降低成本的同时能够达到更好的密封效果。

Description

一种燃料电池的膜电极和一种燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池的注塑膜电极领域，特别涉及一种燃料电池的膜电极和一种燃料电池。

背景技术

传统的膜电极密封将胶条固定在极板相应的密封沟槽内，粘接工艺复杂，生产效率低，同时没有设置限位装置，对于膜电极边框两面对应密封胶条只能达到理论上的完全对齐，但实际操作中存在操作的误差很容易发生错位，导致气体泄漏。密封胶线粘接在双极板的单侧极板密封沟槽内，需要繁杂的工序。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型中披露了一种燃料电池的注塑密封装置及方法，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种燃料电池的膜电极，包括膜电极边框和膜材料，膜电极边框设置在膜材料两侧，膜材料包括质子膜、阳极碳纸和阴极碳纸，膜电极边框上设置阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔，其中通过阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔形成注塑密封胶条。

优选地，膜电极边框设置有阳极气体出口、冷却液出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却液入口和阳极气体入口，极气体出口、冷却液入口和阴极气体入口设置于所述膜电极边框的一侧，阳极气体入口、阴极气体出口和冷却液出口设置于膜电极边框的另一侧

优选地，注塑密封胶条为一个整体。

优选地，阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔的形状包括圆形或者异型形状。

优选地，注塑密封胶条的材质包括三元乙丙橡胶和硅橡胶。

优选地，注塑密封胶条的材质还包括氢化丁腈橡胶、氟橡胶和氟硅胶。

一种燃料电池，根据上述的一种燃料电池的膜电极，包括膜电极和双极板，双极板设置在膜电极两侧，双极板上设有密封凹槽，密封凹槽上设有限位结构。

优选地，所述膜电极和所述双极板通过压紧密封。

实施本实用新型明的技术方案可解决现有技术中燃料电池的密封胶条粘接工艺复杂，生产效率低，以及密封胶条在操作会发生错位的技术问题；实施本实用新型的技术方案，通过在膜电极边框上设置注塑孔，可实现注塑胶条安装简易且是完整一体的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，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。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1为膜电极结构示意图；

图2为注塑孔局部结构示意图；

图3为膜电极边框结构示意图；

图4为燃料电池截面结构示意图；

图5为燃料电池截面结构示意图；

图6为注塑孔局部结构示意图；

图7为膜电极结构示意图；

图8为膜电极结构示意图；

图9为膜电极结构示意图；

图10为膜电极结构示意图；

图11为膜电极结构示意图；

图12为膜电极结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1 阳极气体出口

2 冷却液出口

3 阴极气体入口

4 阴极气体出口

5 冷却液入口

6 阳极气体入口

7 膜电极边框

7-1 阴极边框

7-2 阳极边框

8 阳极注塑密封孔

9 阴极注塑密封孔

10 双极板

11 注塑密封胶条

12 阳极侧密封凹槽

13 阴极侧密封凹槽

14 阳极碳纸

15 阴极碳纸

16 质子膜

17 限位结构

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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

实施例1

在实施例1中，如图1和图2所示，一种燃料电池的膜电极，包括膜电极边框7和膜材料，膜电极边框7设置在膜材料两侧，膜材料包括质子膜16、阳极碳纸14和阴极碳纸15，膜电极边框7上还设置有阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，其中通过阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9形成注塑密封胶条11。

在实施例1中，膜电极由膜电极边框7和膜材料组成，膜材料包括阳极碳纸 14、阴极碳纸15和质子膜16，膜电极边框7粘接在膜材料的两侧，双极板10 粘接在膜电极的两侧，组成完整结构的燃料电池。膜电极边框7完整结构包括阳极气体出口1、冷却液出口2、阴极气体入口3、阴极气体出口4、冷却液入口5 和阳极气体入口6，对于燃料电池的膜电极的密封操作在目前的技术以及实际生产操作中采用粘接的技术，即将密封胶条粘接在极板上，然后通过将极板和膜电极进行粘接来实现密封，但是该操作工序复杂，密封胶条容易发生错位，导致气体发生泄漏继而影响燃料电池的使用寿命。实施例1中在膜电极边框7上设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，而且保证阳极边框7-2和阴极边框7-1两侧的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9为一体，注塑密封胶条11的成为燃料电池的一个零件，先将膜材料粘接完成，将阳极碳纸14、阴极碳纸15和质子膜粘接在一起形成膜材料，再将膜电极边框7粘接在膜材料的两侧形成膜电极，通过向阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9内注入注塑密封材料形成注塑密封胶条11。

注塑密封胶条11可以有效的保证整个燃料电池的密封性，通过在膜电极边框7上设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，可以使得注塑密封胶条11 的安装简易，工序简单。注塑密封胶条11不需要单独进行粘接，而是将注塑密封胶条11作为一个单独的零件进行安装，将简化注塑密封胶条11的安装。对于注塑密封胶条11的密封也不需要单独进行粘接，而只要通过压紧双极板10和膜电极就可以实现密封，可以节省粘接材料。

膜电极边框7上的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9通过在膜电极边框 7的注塑模具上设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，通过对模具上注塑孔形状进行调整，可以对阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状进行相应地调整，可以实现在不同情形下对膜电极边框7的有效密封。

该注塑操作是直接在燃料电池制作的过程中进行操作的，无需额外的材料或者装置，节省了制造的成本，在燃料电池的同一个生产线上就可以实现对注塑密封胶条11的安装，可以节省大量生产时间和成本，大大降低了燃料电池的生产成本。注塑密封胶条11是通过将注塑密封材料注入阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9中，阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9位置相对应，保证注塑密封胶条11具有结构的完整性，确保注塑密封胶条11具有良好的密封性能，其密封性能超过现有技术。

如图5所示，为现有技术的密封后燃料电池的截面图，可以发现传统的密封是通过底涂胶将注塑密封胶条11固定在相应极板的密封槽内，这就需要复杂的粘接工艺导致生产效率低下，增加了生产成本，而且传统的密封没有限位装置，导致在实际操作中容易发生错位，燃料电池的密封性能差，在使用过程中容易发生气体的泄露，燃料电池的使用寿命和质量存在较大问题，通过在膜电极边框7 设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9可以保证燃料电池的良好性能和使用寿命，同时可以简化装配工序和节省材料，降低生产成本。如图4所示，为采用实施例1的燃料电池截面图，塑密封胶条11不需要单独进行粘接，而是将注塑密封胶条11作为一个单独的零件进行安装，将简化注塑密封胶条11的安装。对于注塑密封胶条11的密封也不需要单独进行粘接，而只要通过压紧双极板10和膜电极就可以实现密封，可以节省粘接材料。膜电极边框7上的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9通过在膜电极边框7的注塑模具上设置阳极注塑密封孔8 和阴极注塑密封孔9，通过对模具上注塑孔形状进行调整，可以对阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状进行相应地调整，可以实现在不同情形下对膜电极边框7的有效密封。双极板10上的密封凹槽上设置限位结构17可以有效的防止在注塑的过程中发生错位，保证燃料电池具有良好的密封性能。在现有技术中，由于不存在限位结构17，通过粘接的方式进行密封时，在进行粘接过程中很容易发生偏差，影响燃料电池的密封性导致燃料电池在使用中容易发生气体或液体的泄露，影响燃料电池的使用寿命。

在一种优选的实施方式中，如图3所示，膜电极边框7上设置有阳极气体出口1、冷却液出口2、阴极气体入口3、阴极气体出口4、冷却液入口5和阳极气体入口3，阳极气体出口1、冷却液入口5和阴极气体入口4设置于膜电极边框7的一侧，阳极气体入口1、阴极气体出口4和冷却液出口2设置于膜电极边框7的另一侧。

在本实施方式中，膜电极边框7上设置有阳极气体出口1、冷却液出口2、阴极气体入口3、阴极气体出口4、冷却液入口5和阳极气体入口3，燃料电池涉及到气体燃料的反应，阳极和阴极通过的不同的气体进行反应，同时由于燃料电池中的燃料反应产生大量的热量，需要通过冷却液进行冷却，在膜电极边框7上设置阳极气体出口1、冷却液出口2、阴极气体入口3、阴极气体出口4、冷却液入口5和阳极气体入口3，可以方便通入阴极气体、阳极气体和冷却液，还可以避免气体发生混合。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，注塑密封胶条11为一个整体。

在本实施方式中，在膜电极边框7的两面设有对应的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，向阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9内注塑密封材料，两侧的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9形成的密封胶条11为一个整体，密封胶条11结构的完整性统一性就可以保证注塑后的燃料电池具有良好的密封性能，现有技术中通过粘接的方式，难以保证燃料电池的密封性能。

在一种优选的实施方式中，阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状包括圆形或者异型形状。

在本实施方式中，阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状可以进行任意的设计，阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9可以采用圆孔状，注塑密封胶条11的形状就会相对阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状不同将会形成不同形状的注塑密封胶条11，注塑密封胶条11的形状不同并不会对燃料电池的密封性产生影响，只要对阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9进行充分的填充就可以保证燃料电池的密封性。注塑密封条11形状的不同可以实现在不同情形下对燃料电池的充分有效的密封。对于阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9 的形状通过调整膜电极边框的模具结构进行调整，通过对模具结构的调整就可以实现对阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的形状的改变，阳极注塑密封孔8 和阴极注塑密封孔9的形状改变后就会导致注塑密封胶条11形成不同的形状，如图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，并且不限于本实施方式中所指出的实施方式，对于不同形状的阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9的密封采用相同的的注塑方法。

在一种优选的实施方式中，注塑密封胶条11的材质包括三元乙丙橡胶和硅橡胶。

在本实施方式中，注塑密封胶条11的材料包括三元乙丙橡胶和硅橡胶，硅橡胶和三元乙丙橡胶可以在低压低温下就可以注塑成型，可以降低生产成本。三元乙丙橡胶具有优异的耐老化特性，对温度、水蒸气、水和辐射具有良好的耐受性，对于酸、碱等化学品同样具有良好的耐受性，这保证在燃料电池的使用过程当中始终保持良好的密封性。注塑密封胶条11具有良好的耐受性，保证了燃料电池具有较长的使用寿命，同时三元乙丙橡胶具有良好的绝缘性和很广的温度适用范围。硅橡胶具有良好的耐高温性和绝缘性，保证燃料电池具有良好的使用寿命和性能。

在一种优选的实施方式中，注塑密封胶条11的材质还包括氢化丁腈橡胶、氟橡胶和氟硅胶。

在本实施方式中，注塑密封胶条11除了选用三元乙丙橡胶和硅橡胶，还可以选用氢化丁腈橡胶、氟橡胶和氟硅胶，氢化丁腈橡胶具有良好的耐高温性和机械性能，氟橡胶具有高度的化学稳定性、耐老化性、机械性能以及透气性小的特点，氟硅胶具有低压缩形变，耐油、耐溶剂性能优异，低、高温稳定性良好，耐燃、绝缘性好的特点，将这些材料作为注塑材料都可以保证燃料电池良好的密封性，保证燃料电池的使用寿命和性能。

实施例2

在实施例2中，如图4所示，一种燃料电池，根据上述的一种燃料电池的膜电极，包括膜电极和双极板10，双极板10设置在膜电极两侧，双极板10上设有密封凹槽，密封凹槽上设有限位结构17。

燃料电池的相关零件组装完成后，燃料电池已经具有完整的结构包括膜电极边框7、双极板10、阳极碳纸14、阴极碳纸15和质子膜16，注塑密封胶条11 可以有效的保证整个燃料电池的密封性，通过在膜电极边框7上设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9，可以使得注塑密封胶条11的安装简易，工序简单。注塑密封胶条11不需要单独进行粘接，而是将注塑密封胶条11作为一个单独的零件进行安装，将简化注塑密封胶条11的安装。对于注塑密封胶条11的密封也不需要单独进行粘接，而只要通过压紧极板就可以实现密封，可以节省粘接材料。

在燃料电池的对应极板上设置有阳极侧密封凹槽12和阴极侧密封凹槽13，阳极侧密封凹槽12和阴极侧密封凹槽13上设有限位结构17，限位结构17可以有效的防止在注塑的过程中发生错位，保证燃料电池具有良好的密封性能。在现有技术中，由于不存在限位结构17，通过粘接的方式进行密封时，在进行粘接过程中很容易发生偏差，影响燃料电池的密封性导致燃料电池在使用中容易发生气体或液体的泄露，影响燃料电池的使用寿命。

在一种优选的实施方式中，膜电极和双极板10通过压紧实现密封。

在本实施方式中，通过在膜电极边框7上设置阳极注塑密封孔8和阴极注塑密封孔9实现注塑密封，注塑密封胶条11贯穿阳极和阴极且为一个整体，对于膜电极和双极板10之间的连接，通过接触压紧的方式就可以实现密封，不需要额外的材料，同时在极板的阳极密封凹槽12和阴极密封凹槽13上分别设有限位结构17，限位结构17和注塑密封胶条11对应起来，就可以保证燃料电池的密封性，且不会发生错位的问题。

需要指出的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃料电池的膜电极，包括膜电极边框和膜材料，所述膜电极边框设置在所述膜材料两侧，所述膜材料包括质子膜、阳极碳纸和阴极碳纸，其特征在于：所述膜电极边框上设置阳极注塑密封孔和阴极注塑密封孔，其中通过所述阳极注塑密封孔和所述阴极注塑密封孔形成注塑密封胶条。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的膜电极，其特征在于：所述膜电极边框还包括阳极气体出口、冷却液出口、阴极气体入口、阴极气体出口、冷却液入口和阳极气体入口，所述极气体出口、所述冷却液入口和所述阴极气体入口设置于所述膜电极边框的一侧，所述阳极气体入口、所述阴极气体出口和所述冷却液出口设置于所述膜电极边框的另一侧。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池的膜电极，其特征在于：所述注塑密封胶条为一个整体。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池的膜电极，其特征在于：所述阳极注塑密封孔和所述阴极注塑密封孔的形状包括圆形。

5.一种燃料电池，根据权利要求1～4任一所述的一种燃料电池的膜电极，包括所述膜电极和双极板，所述双极板设置在所述膜电极两侧，所述双极板上设有密封凹槽，其特征在于：所述密封凹槽上设有限位结构。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池，其特征在于：所述膜电极和所述双极板通过压紧进行密封。

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