CN2763988Y - 一种燃料电池堆用膜电极的压制装置 - Google Patents

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胡纯
郭伟良
王燕滨
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Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，包括底座、底板、顶板、活动板、支撑杆、上垫板、下垫板以及驱动控制器，所述的底板设在底座上，所述的支撑杆将底板与顶板支撑固定，所述的活动板设在底板与顶板之间并穿设于支撑杆上，所述的上垫板贴设于顶板底部，所述的下垫板贴设于活动板上表面，所述的顶板、活动板设有加热装置，该加热装置可以精确控制顶板、活动板的温度，所述的驱动控制器驱动活动板沿支撑杆作上下移动。与现有技术相比，本实用新型可显著提高膜电极产品的加工质量。

Description

一种燃料电池堆用膜电极的压制装置
技术领域
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池堆用膜电极的压制装置。
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。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体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。
膜电极是燃料电池堆中的核心部件，如图1所示，该膜电极a是由质子交换膜a1的两面各贴附一张碳纸a2经过压制装置压制而成，也称作三合一电极。其制作工艺要求较高，各道加工工序完成的好坏，直接影响电极的性能，尤其是最后一道工序——压制成型。现有的压制装置一般是将三合一电极直接在压机的压制接触面进行压制，这种结构的压制装置会导致电极与压制接触面的相互污染，从而影响膜电极产品的品质，因此我们有必要对压制装置进行进一步的改进与完善。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池堆用膜电极的压制装置。该压制装置可显著提高膜电极产品的加工质量。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，包括底座、底板、顶板、活动板、支撑杆以及驱动控制器，所述的底板设在底座上，所述的支撑杆将底板与顶板支撑固定，所述的活动板设在底板与顶板之间并穿设于支撑杆上，所述的驱动控制器驱动活动板沿支撑杆作上下移动，其特征在于，还包括上垫板、下垫板，所述的上垫板贴设于顶板底部，所述的下垫板贴设于活动板上表面，所述的顶板、活动板设有加热装置，该加热装置可以精确控制顶板、活动板的温度。
还包括上缓冲件、下缓冲件，所述的上缓冲件设于顶板底部，上垫板贴设于该上缓冲件底部，所述的下缓冲件设于活动板上部，下垫板贴设于该下缓冲件上表面。
所述的上、下缓冲件可以采用有弹簧垫的钢板，或者采用有橡皮等弹性材料垫的钢板。
所述的上垫板或下垫板包括选自铌、铝、石墨、钛材料。
所述的上、下垫板或上、下缓冲件为导热性良好的材料。
所述的支撑杆两端设有螺纹，该支撑杆通过螺母与底板、顶板连接固定。
所述的支撑杆至少设置三根。
所述的支撑杆设置四根。
本实用新型采用铌、铝、石墨或钛材料的垫板，将待压制的膜电极夹于中间，然后一起放在压制装置的压制平台上进行压制。该装置具有以下优点：
1.可以防止待压制膜电极的压制接触面受到化学腐蚀，提高了膜电极性能。
2.可以防止压机的压制面弄脏、生锈或损坏，可延长压机的使用寿命，也保证了压机的精度，最终也就保证了膜电极的质量。
附图说明
图1为待压制的三合一膜电极的结构示意图；
图2为三合一膜电极与本实用新型上、下垫板在工作状态的结构示意图；
图3为三合一膜电极与本实用新型压制装置在工作状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图2、图3所示，一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，包括底座1、底板2、顶板3、活动板4、支撑杆5、上垫板6、下垫板7以及驱动控制器(图未示)，所述的底板2、顶板3、活动板4、上垫板6、下垫板7均为矩形，大小尺寸为400mm×400mm，所述的底板2设在底座1上，所述的支撑杆5设置四根，该四根支撑杆5两端设有螺纹，并通过螺母将底板2、顶板3的四角连接固定，所述的活动板4设在底板2与顶板3之间，其四角穿设于支撑杆5上，所述的驱动控制器驱动活动板4沿支撑杆5作上下移动，所述的上垫板6贴设于顶板3底部，所述的下垫板7贴设于活动板4上表面，所述的上垫板6、下垫板7均采用导热性良好的铌板，该铌板的厚度为0.1～2mm，所述的顶板3、活动板4设有加热装置(图未示)，该加热装置可以精确控制顶板3、活动板4的温度。本装置在使用时，首先将待压制的尺寸为200mm×200mm的三合一膜电极置于上垫板6与下垫板7之间，然后启动驱动控制器驱动活动板4向上与顶板3贴合压制即可，所述的上垫板6、下垫板7的温度控制在120℃，所述的压制装置的压强为10～100kg/cm2。
实施例2
如图2、图3所示，一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，包括底座1、底板2、顶板3、活动板4、支撑杆5、上垫板6、下垫板7、上缓冲件8、下缓冲件9以及驱动控制器(图未示)，所述的底板2、顶板3、活动板4、上垫板6、下垫板7、上缓冲件8、下缓冲件9均为矩形，大小尺寸为400mm×400mm，所述的底板2设在底座1上，所述的支撑杆5设置四根，该四根支撑杆5两端设有螺纹，并通过螺母将底板2、顶板3的四角连接固定，所述的活动板4设在底板2与顶板3之间，其四角穿设于支撑杆5上，所述的驱动控制器驱动活动板4沿支撑杆5作上下移动，所述的上缓冲件8设于顶板3底部，上垫板6贴设于该上缓冲件8底部，所述的下缓冲件9设于活动板4上部，下垫板7贴设于该下缓冲件9上表面，所述的上垫板6、下垫板7采用导热性良好的铌板，该铌板的厚度为0.1～2mm，所述的上缓冲件8、下缓冲件9采用导热性良好的高精厚度的橡皮板，所述的顶板3、活动板4设有加热装置(图未示)，该加热装置可以精确控制顶板3、活动板4的温度。本装置在使用时，首先将待压制的尺寸为200mm×200mm的三合一膜电极置于上垫板6与下垫板7之间，然后启动驱动控制器驱动活动板4向上与顶板3贴合压制即可，所述的上垫板6、下垫板7的温度控制在120℃，所述的压制装置的压强为10～100kg/cm2。本实施例中的上、下缓冲件可起到缓冲及稳定的作用，可进一步提高产品品质。

Claims (8)

1.一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，包括底座、底板、顶板、活动板、支撑杆以及驱动控制器，所述的底板设在底座上，所述的支撑杆将底板与顶板支撑固定，所述的活动板设在底板与顶板之间并穿设于支撑杆上，所述的驱动控制器驱动活动板沿支撑杆作上下移动，其特征在于，还包括上垫板、下垫板，所述的上垫板贴设于顶板底部，所述的下垫板贴设于活动板上表面，所述的顶板、活动板设有加热装置，该加热装置可以精确控制顶板、活动板的温度。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，还包括上缓冲件、下缓冲件，所述的上缓冲件设于顶板底部，上垫板贴设于该上缓冲件底部，所述的下缓冲件设于活动板上部，下垫板贴设于该下缓冲件上表面。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的上、下缓冲件可以采用有弹簧垫的钢板，或者采用有橡皮等弹性材料垫的钢板。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的上垫板或下垫板包括选自铌、铝、石墨、钛材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的上、下垫板或上、下缓冲件为导热性良好的材料。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的支撑杆两端设有螺纹，该支撑杆通过螺母与底板、顶板连接固定。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的支撑杆至少设置三根。
8.根据权利要求1或7所述的一种燃料电池堆用膜电极的压制装置，其特征在于，所述的支撑杆设置四根。
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