CN2738403Y - 一种能够自动调节平行度的平板电极模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种能够自动调节平行度的平板电极模具。该模具包括上模和与上模配合的下模，其特征在于，所说的上模与下模的配合处固定有能够自动调节上模和下模平行度的弹性平板状平行度调节装置。本实用新型的平板电极模具，结构简单，无须改变整个模具的结构，即能够压制获得厚度均匀的用于燃料电池的电极，所压制成的平板电极，其厚度误差小于电极本身厚度0.53mm的10％，能够满足燃料电池的工作要求。

Description

一种能够自动调节平行度的平板电极模具

技术领域

本实用新型涉及一种模具，特别涉及一种用于压制燃料电池平板电极的模具。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

阳极反应：

阴极反应：

在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。

一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

质子交换膜燃料电池可用作车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。

目前典型的质子交换膜燃料电池单电池一般由一张膜电极(MEA)与二块导流极板组成。膜电极一般均放在二块导电的极板中间，每块导电极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导电极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导电极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流极板与阴极氧化剂的导流极板。这些导流极板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流极板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定的方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。

所以目前的燃料电池组装配技术一般都可以使燃料电池组拆分成许多块导流极板(或双极板)及膜电极(三合体MEA)。例如：Us Patent 5804326、Us Patent 6066409上面所描述的多种燃料电池堆每个重复单电池单元都由导流极板(或双极板)及膜电极(三合体MEA)装配而成，而且导流极板(或双极板)及膜电极都是独立的部分，且可以反复拆装成电池堆。燃料电池堆的这种组装技术对燃料电池堆的密封提出了非常高的要求。为了让燃料电池堆中的氢气、空气、冷却流体各自按自己的流体通道进、出，互相不渗漏，每块极板(或双极板)与膜电极之间都要求有很好的密封装置。如图1～图5所示。图中，8为双极板的导氢气流槽面；9为导空气流槽面；10为双极板；11为双极板中二部分构成冷却夹套的胶接密封；12为质子交换膜；13为三合一电极。

所以燃料电池“三合一”膜电极压制时必须保证整个“三合一”膜电极平面的厚薄均匀度一致。

目前，常用的燃料电池的电极一般为平板电极，该平板电极是通过模具直接压制而成的，不能保证在压制过程中相同压力下，电极厚度总的误差不超过本身厚度的10％。而为了达到压制的产品能够符合均匀度的要求，需要通过十分细致的调节，工作量大。因此，开发研究一种新的用于压制燃料电池的模具，是有关部门所十分期望的。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是设计一种能够自动调节平行度的平板电极模具，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本实用新型的能够自动调节平行度的平板电极模具，包括上模和与上模配合的下模，其特征在于，所说的上模与下模的配合处固定有能够自动调节上模和下模平行度的弹性平板状平行度调节装置。

本实用新型的工作原理是这样的：

将需要压制的电极材料置于上模和下模之间，启动模具，当上模压向下模，并与下模接触时，弹性平板状平行度调节装置将依靠自身的弹性，自动调节上模与下模水平面之间各个位置的间隙，使上模与下模的接触面保持同一水平面，从而可获得厚度均匀的电极。

由上述公开的技术方案可见，本实用新型的平板电极模具，结构简单，无须改变整个模具的结构，即能够压制获得厚度均匀的用于燃料电池的电极，所压制成的平板电极，其厚度误差小于电极本身厚度0.53mm的10％，能够满足燃料电池的工作要求。

附图说明

图1为双极板的氢流场图。

图2为双极板的空气流场图。

图3为双极板结构示意图。

图4为三合一电极图。

图5为三合一膜电极剖面图。

图6为本实用新型的平板电极模具的结构示意图。

图7为本实用新型的另一个实施例。

图8为具有弹性元件的平板电极模具。

图9为图8中的A---A向示意图。

具体实施方式

参见图6，本实用新型的能够自动调节平行度的平板电极模具，包括上模1和与上模配合的下模2，其特征在于，所说的上模1与下模2的配合处固定有能够自动调节上模1和下模2平行度的弹性平板状平行度调节装置3；

由图6同时可见，所说的弹性平板状平行度调节装置3固定设置在上模1的底部；

由图7可见，所说的弹性平板状平行度调节装置3固定设置在下模2的上部；

由图6和图7可见，所说的弹性平板状平行度调节装置3包括平板301和弹簧302，所说的弹簧302的一端与上模1的底部固定连接，另一端与平板301固定连接，从而将平板301固定连接于上模的底部；

图2所示的弹性平板状平行度调节装置3与图1所示的基本相同，该弹性平板状平行度调节装置3包括平板301和弹簧302，所说的弹簧302的一端与下模2的上部固定连接，另一端与平板301固定连接，从而将平板301固定连接于下模的上部。

图8和图9为本实用新型的再一个实施例的截面图。由图3和图4可见，所说的弹性平板状平行度调节装置3包括平板301和框体状的弹性元件303，框体状的弹性元件303的一边与平板301固定连接，另一边与上模的下部固定连接，所说的弹性元件303可采用弹性高分子材料，如橡胶、聚氨酯等。

当然，也可将所说的弹性高分子材料制成平板，垫衬在所说的平板301与上模1或下模2之间。

Claims (7)

1.一种能够自动调节平行度的平板电极模具，包括上模(1)和与上模(1)配合的下模(2)，其特征在于，所说的上模(1)与下模(2)的配合处固定有能够自动调节上模(1)和下模(2)平行度的弹性平板状平行度调节装置(3)。

2.根据权利要求1所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，所说的弹性平板状平行度调节装置(3)固定设置在上模(1)的底部。

3.根据权利要求1所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，所说的弹性平板状平行度调节装置(3)固定设置在下模(2)的上部。

4.根据权利要求2所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，所说的弹性平板状平行度调节装置(3)包括平板(301)和弹簧(302)，所说的弹簧(302)的一端与上模(1)的底部固定连接，另一端与平板(301)固定连接。

5.根据权利要求3所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，弹性平板状平行度调节装置(3)包括平板(301)和弹簧(302)，所说的弹簧(302)的一端与下模(2)的上部固定连接，另一端与平板(301)固定连接。

6.根据权利要求1所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，所说的弹性平板状平行度调节装置(3)包括平板(301)和框体状的弹性元件(303)，框体状的弹性元件(303)的一边与平板(301)固定连接，另一边与上模(1)的下部固定连接。

7.根据权利要求1所述的能够自动调节平行度的平板电极模具，其特征在于，所说的弹性平板状平行度调节装置(3)包括平板(301)和弹性高分子材料制成的平板，平板垫衬在所说的平板(301)与上模(1)或下模(2)之间。

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