一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构转让专利
申请号 : CN201811120032.X
文献号 : CN110943239B
文献日 : 2021-06-15
发明人 : 邵志刚 , 瞿丽娟 , 王志强 , 黄河 , 何良
申请人 : 中国科学院大连化学物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,所述水冷型质子交换膜燃料电池包括阳极板、阴极板和循环水腔外框架;循环水腔外框架设有循环水进出口,循环水腔外框架的上下表面设有凹槽,所述阳极板、阴极板分别嵌于凹槽内;
其特征在于所述密封结构包括膜密封件;
所述阳极板、阴极板分别经膜密封件隔离后嵌入凹槽内;
所述膜密封件的材质为遇水溶胀的高分子材料;
所述遇水溶胀的高分子材料为氟磺酸型聚合物材料或磺化聚醚醚酮类材料。
2.根据权利要求1所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于,所述膜密封件的外形与阳极板的外形、阴极板的外形匹配。
3.根据权利要求1所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于:所述的阴极板、阳极板的材质为无孔的密实材料或多孔材料;所述多孔材料具有微米级亲水孔,所述多孔材料孔隙率为10%~20%,孔径为1μm~5μm。
4.根据权利要求3所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于:所述无孔的密实材料为密实石墨或金属材料,所述多孔材料为多孔石墨或多孔金属。
5.根据权利要求1所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于:所述的循环水腔外框架的材质为无孔的密实材料。
6.根据权利要求5所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于:所述无孔的密实材料为密实石墨或金属材料。
7.根据权利要求1所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构,其特征在于:膜密封件的厚度为80μm‑200μm。
8.水冷型质子交换膜燃料电池用双极板,其特征在于包括权利要求1‑7任意一项所述的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构。
9.水冷型质子交换膜燃料电池,所述质子交换膜燃料电池由膜电极组件、集流板、端板和权利要求8所述的双极板组成装而成。
10.权利要求1‑7任意一项所述水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构的安装方法,所述安装方法包括以下步骤:(1)按照极板的外形制作尺寸相匹配的膜密封件;
(2)将循环水腔外框架待嵌入极板的一侧朝上、平铺放置;再将膜密封件平铺入凹槽内,最后将极板嵌入凹槽内,使循环水腔外框架和极板紧密贴合,重复以上安装另一侧的极板,得到组装好的双极板。
11.水冷型质子交换膜燃料电池的安装方法,包括权利要求10所述的步骤(1)和步骤(2),还包括:(3)组装电池,得到双极板和循环水腔外框架密封完好的质子交换膜燃料电池。
说明书 :
一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构
技术领域
背景技术
率高,比能量高,温室气体排放量少,燃料来源广等优点。质子交换膜燃料电池以氢气作为
燃料,具有功率密度高、室温下快速启动以及清洁、高效等优点,被认为是理想的下一代发
电装置之一。由于质子交换膜燃料电池在固定电站、交通运输、军中特种电源和便携式电源
等领域都有广阔的应用前景,因而引起了各国政府、各大公司以及科研工作者的高度重视,
近二十年来研究进展迅速。
极板密封组成,双极板的密封也非常重要。如图4所示,现有的双极板密封方法一般是在双
极板的密封槽内采用人工涂刷密封胶或者是用点胶机涂密封胶的方法进行密封,该方法密
封胶的厚度与位置难以控制,也容易造成漏气、电阻大等缺陷,而且劳动强度大,效率低。专
利201210337191.1提出了一种双极板的密封方法,此方法是采用机械的丝网印刷法将密封
胶印刷在阴极板和阳极板相对准备粘合的板面上的密封槽内,再将上好胶的阴极板和阳极
板对合,放入压紧装置压紧,使两块需要粘结的阴极板和阳极板紧密贴合。此方法代替了传
统的手工涂覆法,大大提高了劳动效率和劳动精度。但是,此方法的不足之处在于粘合好的
阴极板和阳极板拆卸困难,加大了更换单侧极板的难度。
发明内容
腔外框架设有循环水进出口,循环水腔外框架的上下表面设有凹槽,所述阳极板、阴极板分
别嵌于凹槽内;所述密封结构包括膜密封件;所述阳极板、阴极板分别经膜密封件隔离后嵌
入凹槽内,实现与循环水腔外框架的密封连接;所述膜密封件的材质为遇水溶胀的高分子
材料。
外框架和阳极板的作用,同时也起到密封循环水腔外框架和阴极板的作用。
间;密封后,若需要维修阳极板、阴极板或者循环水腔外框架,双极板的拆卸过程只需直接
将阳极板、阴极板从循环水腔外框架中取出,易于拆卸。
极板、阴极板为圆板形时,膜密封件为圆环形,优选圆环形膜密封件的外周与阳极板、阴极
板相同。
料优选为多孔石墨或多孔金属;所述多孔材料孔隙率优选为10%~20%,孔径优选为1μm~
5μm。
极板紧密贴合,重复以上安装另一侧的极板(阳极板或阴极板),得到组装好的双极板。
电池。
附图说明
板。
具体实施方式
极板、阳极板、循环水腔外框架、聚合物材料密封件清理干净,晾干待用;将循环水腔外框架
平铺放置,留出待嵌入极板的一侧向上;再将环形密封件在循环水腔外框架上平铺放置好,
最后将极板嵌入循环水腔外框架里,使循环水腔外框架、环形密封件、极板紧密贴合,得到
极板和循环水腔外框架组装成的双极板;最后将双极板与膜电极组件、集流板、端板组装成
质子交换膜燃料电池。
阳极板1或阴极板4放置平行的平面内加工出深度为0.4mm的密封胶槽6,这种密封胶槽用于
盛放密封胶。随后在循环水腔外框架3内侧的密封胶槽6中均匀地涂上密封胶。涂覆的密封
胶的厚度需保证阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3之间粘合牢固且粘合处没有丝毫可
以漏水漏气的孔隙,涂覆的密封胶也不能太厚,以免导致阳极板1/阴极板4和循环水腔外框
架3的接触电阻增大。在密封胶凝固以前,将阳极板1/阴极板4嵌入循环水腔外框架3中,使
二者紧密粘合,待密封胶凝固以后,组装电池,得到双极板密封完好的水冷型质子交换膜燃
料电池。
程度、密封胶涂覆量、密封胶凝固前阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3贴合的紧密程度
都会影响密封效果。此外,将已经粘合在循环水腔外框架3的阳极板1/阴极板4拆除时,由于
密封胶的胶黏作用,拆除工艺复杂,耗时长。拆除过程中容易对阳极板1/阴极板4和循环水
腔外框架3造成损伤。因为拆除后会有残留的密封胶黏结在阳极板1/阴极板4和循环水腔外
框架3上,清洗阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3的耗时长。若阳极板1/阴极板4和循环
水腔外框架3上的密封胶未清理干净,再次组装阳极板1/阴极板4时,成功率约为30%。
酸薄膜材料(干燥时的厚度为125μm)为密封件2,密封件2的形状为与循环水腔外框架3形状
吻合的环形,宽度为2mm。组装电池前,保持密封件2处于干燥状态。将循环水腔外框架3平铺
放置,留出待嵌入阳极板1/阴极板4的一侧向上。再将环形密封件2在循环水腔外框架3上放
置好,最后将阳极板1/阴极板4嵌入循环水腔外框架3里,使循环水腔外框架3和阳极板1/阴
极板4紧密贴合。最后组装电池,得到阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3密封完好的水冷
型质子交换膜燃料电池。
间。且由于不使用密封胶,将阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3拆除简单,拆除过程中对
阳极板1/阴极板4和循环水腔外框架3无损害。若需要再次使用阳极板1/阴极板4和循环水
腔外框架3时,不需要繁杂的清理步骤。此外,将使用后的密封件2室温下晾干后,可重复使
用。