專利名稱：一種燃料電池密封方法及密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池密封方法及密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這種裝置的最 大特點(diǎn)是由于反應(yīng)過程中不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受"卡諾循環(huán)"的限制，大 部分類型的燃料電池的效率高達(dá)50%—60%，通過對(duì)余熱的二次利用，總效率可高達(dá)80% — 85%，作為動(dòng)力源，其實(shí)際能源利用效率是普通內(nèi)燃機(jī)的2 — 3倍。其工作過程中幾乎不產(chǎn)生 污染，功率范圍從幾瓦到數(shù)兆瓦，應(yīng)用范圍十分廣大。
燃料電池的類型有多種，其中質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動(dòng)快速、功率密 度高的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為最有可能替代內(nèi)燃機(jī)、蓄電池成為電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源，能開發(fā)為 各種便攜式電源和分布式獨(dú)立電源，市場(chǎng)極為廣泛。
質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要包括膜電極和雙極板。膜電極由質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層 、催化層組成，是燃料電池產(chǎn)生電能的核心部件，膜電極兩側(cè)是陰、陽(yáng)極板，陽(yáng)極極板上的 導(dǎo)流孔和流場(chǎng)給膜電極一側(cè)提供氫燃料，陰極極板上的導(dǎo)流孔和流場(chǎng)給膜電極另一側(cè)提供空 氣作為氧化劑。在陽(yáng)極，氫經(jīng)催化反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子(氫離子)和電子，質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜迀 移到陰極，而電子通過極板引出至外電路。電子流過外電路到達(dá)陰極。在陰極，空氣中的氧 經(jīng)催化反應(yīng)得到電子形成負(fù)離子，與迀移過來的質(zhì)子反應(yīng)生成水。在整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過程中 ，極板引出的電流正是燃料電池的發(fā)電結(jié)果。多個(gè)電池單體根據(jù)需要串聯(lián)，組成不同功率的 電池組(電堆)。在電池組中，極板串聯(lián)疊加，其一面作為陽(yáng)極導(dǎo)流面，另一面可作為相鄰 單體電池的陰極導(dǎo)流面，這種極板稱為雙極板。也有一種雙極板由兩塊陰、陽(yáng)極板粘合而成 ，中間粘接處制成空氣或水的冷卻流槽。
為防止氣體特別是氫氣的泄漏，雙極板的兩面都必須安裝密封組件?，F(xiàn)有的方法是先行 制好的密封圈或密封墊片，再用膠水固定在雙極板的兩面成為雙極板密封組件，膜電極夾在兩塊雙極板之間組成電池單元。這種方法部件多，安裝時(shí)工序繁瑣，作業(yè)效率低，多依靠手 工操作，對(duì)操作者的技能要求較高，造成產(chǎn)品的品質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)電池的放電性能、穩(wěn)定性、 一致性和使用壽命產(chǎn)生影響。不符合大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池密封方法及密封結(jié)構(gòu)，具有操作簡(jiǎn)單、品質(zhì)穩(wěn)定， 適于大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。
本發(fā)明還提供了一種燃料電池密封結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了密封效果，提高了燃料電池的放電性能 、穩(wěn)定性和一致性，延長(zhǎng)了其使用壽命。
其具體技術(shù)方案如下 一種燃料電池密封方法，包括如下步驟
1) 根據(jù)膜電極的形狀進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，在所述的模具上設(shè)有注膠口和排氣口；
2) 將制備好的膜電極采用所述的模具固定夾緊，在膜電極周邊形成一個(gè)與所述注膠口 相通的封閉空間，然后將密封材料從所述的注膠口注入，直至注滿所述的封閉空間，空氣和 多余的密封材料由所述的排氣口排出；
3) 對(duì)上述模具加熱，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料電池的密封結(jié)構(gòu)。 所述的膜電極在制備的過程中可按膜或碳紙大小進(jìn)行制作，然后將根據(jù)所需膜電極的面
積裁剪下來。
所述的密封材料可以是任何在燃料電池運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定的密封材料，其可以是天然橡膠 、聚氨脂、氟橡膠、硅橡膠中的一種或多種材料。
一種采用上述方法制備的燃料電池密封結(jié)構(gòu)，包括膜電極以及位于膜電極端部的密封部 分，所述的膜電極包括質(zhì)子交換膜以及位于質(zhì)子交換膜兩側(cè)的陰極和陽(yáng)極，所述的密封部分 包括對(duì)所述膜電極的端部進(jìn)行包覆的包覆區(qū)、位于包覆區(qū)端部的密封區(qū)以及支撐區(qū)，在所述 的支撐區(qū)與包覆區(qū)之間設(shè)有水氣通道，所述的密封區(qū)上設(shè)有凸起。
所述的凸起可以圓形、方形、三角形等任何與雙極板的凹槽相對(duì)應(yīng)的形狀。當(dāng)?shù)谝浑p極 板及第二雙極板壓緊夾持該具有密封結(jié)構(gòu)的膜電極時(shí)，所述的密封部分與雙極板相互作用從 而對(duì)燃料電池起到密封作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的燃料電池密封方法及密封結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)(1) 膜電極可以根據(jù)膜或碳紙的大小進(jìn)行制作，不受電池功率的限制，大大提高了工 作效率，縮短了制作周期，節(jié)約了成本；
(2) 采用一次注膠成型的方法，改變了在原有雙極板上采用密封線或墊的密封工藝， 把密封線或墊和膜電極兩個(gè)零件集成為一個(gè)組件，減少了零件種類，簡(jiǎn)化了裝配工序，降低 了裝配難度，提高了工作效率和裝配安全性；
(3) 膜電極周邊包覆的密封材料，對(duì)膜電極起到了支撐保護(hù)的作用，使膜電極不易變 形損壞，電池拆卸后可以重復(fù)使用，所述的包覆區(qū)上設(shè)有與雙極板密封溝槽對(duì)應(yīng)的凸起，對(duì) 膜電極起到了密封作用；
(4) 所述的密封部分在燃料電池組裝后對(duì)雙極板起支持作用，使其受力均勻，不變形 ，加強(qiáng)密封效果，提高燃料電池的放電性能，穩(wěn)定性和一致性，延長(zhǎng)了其使用壽命。


圖l是本發(fā)明的燃料電池密封結(jié)構(gòu)的俯視圖2是本發(fā)明的燃料電池密封結(jié)構(gòu)的主視圖3是圖2中A部的放大圖4是本發(fā)明的燃料電池組裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不限于本 實(shí)施例的內(nèi)容。
一種燃料電池密封方法，包括如下步驟
1) 根據(jù)膜電極的形狀進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，在所述的模具上設(shè)有注膠口和排 氣口；
2) 將制備好的膜電極采用所述的模具固定夾緊，在膜電極周邊形成一個(gè)與所述注膠口 相通的封閉空間，然后將密封材料從所述的注膠口注入，直至注滿所述的封閉空間，空氣和 多余的密封材料由所述的排氣口排出；
3) 在一定壓力下，對(duì)上述模具加熱，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料電池的 密封結(jié)構(gòu)，如圖l、圖2、圖3所示。
所述的膜電極在制備的過程中可按膜或碳紙大小進(jìn)行制作，然后將根據(jù)電池功率計(jì)算出
5所需膜電極的面積裁剪下來。
所述的密封材料可以是任何在燃料電池運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定的密封材料，其可以是天然橡膠 、聚氨脂、氟橡膠、硅橡膠中的一種或多種材料。
如圖l、圖2、圖3所示， 一種采用上述方法制備的燃料電池密封結(jié)構(gòu)，包括膜電極l以及 位于膜電極1端部的密封部分2，所述的膜電極l包括質(zhì)子交換膜以及位于質(zhì)子交換膜兩側(cè)的 陰極和陽(yáng)極，所述的密封部分2包括對(duì)所述膜電極的端部進(jìn)行包覆的包覆區(qū)3、位于包覆區(qū)3 端部的密封區(qū)4以及支撐區(qū)5，在所述的支撐區(qū)5與包覆區(qū)3之間設(shè)有水氣通道6，所述的密封 區(qū)4上設(shè)有凸起9。
所述的凸起9可以圓形、方形、三角形等任何與雙極板的凹槽相對(duì)應(yīng)的形狀。如圖4所示 ，當(dāng)?shù)谝浑p極板7及第二雙極板8壓緊夾持該具有密封結(jié)構(gòu)的膜電極1時(shí)，所述的密封部分2與 雙極板7， 8相互作用從而對(duì)燃料電池起到密封作用。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池密封方法，其特征在于包括如下步驟1)根據(jù)膜電極的形狀進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，在所述的模具上設(shè)有注膠口和排氣口；2)將制備好的膜電極采用所述的模具固定夾緊，在膜電極周邊形成一個(gè)與所述注膠口相通的封閉空間，然后將密封材料從所述的注膠口注入，直至注滿所述的封閉空間，空氣和多余的密封材料由所述的排氣口排出；3)對(duì)上述模具加熱，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料電池的密封結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池密封方法，其特征在于所述的密封材料是天然橡膠、聚氨脂、氟橡膠、硅橡膠中的一種或多種材料。
3. 一種采用權(quán)利要求l所述方法制備的燃料電池密封結(jié)構(gòu)，其特征在于包括膜電極(1)以及位于膜電極(1)端部的密封部分(2)，所述的膜電極(1)包括質(zhì)子交換膜以及位于質(zhì)子交換膜兩側(cè)的陰極和陽(yáng)極，所述的密封部分(2)包括對(duì)所述膜電極(1)的端部進(jìn)行包覆的包覆區(qū)(3)、位于包覆區(qū)(3)端部的密封區(qū)(4)以及支撐區(qū)(5)，在所述的支撐區(qū)(5)與包覆區(qū)(3)之間設(shè)有水氣通道(6)，所述的密封區(qū)(4)上設(shè)有凸起(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凸起(9)為圓形、方形或三角形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池密封方法及密封結(jié)構(gòu)，所述方法包括首先根據(jù)膜電極的形狀進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，在所述的模具上設(shè)有注膠口和排氣口，將制備好的膜電極采用所述的模具固定夾緊，然后將密封材料從所述的注膠口注入，直至注滿，空氣和多余的密封材料由所述的排氣口排出，最后，加熱，直至密封材料固化，取下模具，即得燃料電池的密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種燃料電池密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、適于大批量生產(chǎn)，并且加強(qiáng)了燃料電池的密封效果，提高了燃料電池的放電性能、穩(wěn)定性和一致性，延長(zhǎng)了其使用壽命。
文檔編號(hào)H01M2/08GK101651188SQ20081030384
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者侯曉峰, 周燕鈞, 李志民, 汪達(dá)成, 鋼 肖 申請(qǐng)人:漢能科技有限公司