一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构制造技术

本发明专利技术涉及质子交换膜燃料电池，具体说是一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构。本发明专利技术密封结构中使用的密封件是由一类遇水溶胀、在质子交换膜燃料电池工作状态下稳定的高分子材料制成。与现有技术相比，本发明专利技术优点为：不使用密封胶，无需等待密封胶干燥，无需加工密封槽，从组装好的双极板中将单侧极板拆卸非常简单，且拆除过程中不会损伤极板。

【技术实现步骤摘要】
一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池，具体说是一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构。
技术介绍
燃料电池是一种直接将化学能转换成电能的发电装置，因其能量转换效率不受卡诺循环的限制，所以其能量转换效率高于传统内燃机。燃料电池具有环境友好，能量转换效率高，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。密封结构在燃料电池的设计中是一个重要内容，密封结构设计的好坏直接关系到燃料电池的安全性和可靠性。在水冷型质子交换膜燃料电池中，双极板一般由阳极板和阴极板密封组成，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封技术，这种方法不使用密封胶，无需加工密封槽，从组装好的双极板中将单侧极板拆卸非常简单。为实现上述目的，本专利技术一方面提供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；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。所述遇水溶胀的高分子材料为优选为全氟磺酸型聚合物材料或磺化聚醚醚酮类材料，此类材料是可在质子交换膜燃料电池工作状态下稳定的高分子薄膜材料。由于水冷型质子交换膜燃料电池循环水腔外框架上设有循环水进出口，对于组装好的质子交换膜燃料电池，水流经循环水腔时，膜密封件遇水溶胀，从而起到密封循环水腔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。由于膜密封件不是经胶黏作用将循环水腔外框架和阳极板密封，也不是经胶黏作用将循环水腔外框架和阴极板密封，密封前，不需要等待密封胶干燥，因此节省了密封时间；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。所述膜密封件的外形优选与阳极板的外形、阴极板的外形匹配。当阳极板、阴极板为方板形时，膜密封件为框形，优选框形膜密封件外框的尺寸与阳极板、阴极板相同；当阳极板、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。优选地，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；所述无孔的密实材料优选为密实石墨或金属材料；所述多孔材料优选具有微米级亲水孔，所述多孔材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。优选地，所述的循环水腔外框架的材质为无孔的密实材料；所述无孔的密实材料优选为密实石墨或金属材料。优选地所述的膜密封件的尺寸可以根据需要调整，膜密封件的厚度优选为80μm-200μm。本专利技术另一方面提供一种水冷型质子交换膜燃料电池用双极板，包括上述任意的水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封结构。本专利技术再一方面提供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、端板和上述的双极板组装而成。本专利技术还提供上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(阳极板、阴极板)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(阴极板或阳极板)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(阴极板或阳极板)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(阳极板或阴极板)，得到组装好的双极板。本专利技术还提供水冷型质子交换膜燃料电池的安装方法，包括上述步骤(1)和步骤(2)之外，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。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术所用的密封件是遇水溶胀、在质子交换膜燃料电池工作状态下稳定的高分子薄膜材料，不需要使用密封胶，无需加工密封槽，简化了加工流程。2.与现有技术相比，利用本专利技术技术组装的电池，拆解后，将极板和循环水腔外框架拆分简单，大大降低了极板和循环水腔外框架的维修和回收利用成本。附图说明图1表示的是使用本专利技术的双极板组装示意图。图2表示的是使用本专利技术的双极板中，循环水腔外框架在流体流动平面上的俯视示意图。图3表示的是实施例中使用的水冷型质子交换膜燃料电池的基本组成示意图。图4现有技术使用密封胶组装单电池单侧极板和循环水腔外框架的截面示意图。图5表示的是实施例中使用本专利技术组装单电池单侧极板和循环水腔外框架的截面示意图。图中1为阳极板，2为密封件，3为循环水腔外框架，4为阴极板，5为循环水流场，6为密封胶槽(用于盛放密封胶)，7为循环水流道，8为反应气体流道，9为膜电极组件，10为集流板。具体实施方式水冷型质子交换膜燃料电池用双极板的密封技术，该方法包括以下步骤：按照循环水腔外框架上密封件放置处的形状将高分子密封件制作成尺寸合适的环形，待用；将阴极板、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。对比例1如图4所示是使用密封胶组装单电池阳极板1、阴极板4和循环水腔外框架3的截面示意图。使用密封胶密封阳极板1、阴极板4和循环水腔外框架3。在循环水腔外框架3内侧与阳极板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。涂覆的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n其特征在于所述密封结构包括膜密封件；/n所述阳极板、阴极板分别经膜密封件隔离后嵌入凹槽内；/n所述膜密封件的材质为遇水溶胀的高分子材料。/n

【技术特征摘要】
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。


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。


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，所述膜密封件的外形与阳极板的外形、阴极板的外形匹配。


4.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；所述无孔的密实材料优选为密实石墨或金属材料；所述多孔材料优选具有微米级亲水孔，所述多孔材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。


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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，瞿丽娟，王志强，黄河，何良，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21