一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法。密封结构，包括两层密封材料层，分次由液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜1上固化后形成，与质子交换膜粘合形成一体化结构，密封材料层与膜电极周边的气体扩散层之间留有缝隙。本发明专利技术结构简单，方法易操作，密封材料选用硅橡胶，其形成的密封材料层结构具有弹性，避免塑料边框密封带来的应力集中，且密封材料与质子交换膜结合牢固，可长期有效密封；密封材料与气体扩散层之间的缝隙可以减少膜应力变化带来的损伤。

An integrated edge sealing structure and method for membrane electrode of fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法，可以减少膜电极周边的应力，避免应力不均带来的机械损伤。
技术介绍
燃料电池是一种能量转化装置，可以将氢能高效、清洁的转化为电能。近年来，氢能燃料电池在世界范围内得到大力的支持和发展，目前已经成功的示范应用于电动汽车、分布式电站、备用电源、航空等多个领域。其中，质子交换膜燃料电池以功率密度高、启动速度快、转换效率高、环境友好等优点受到更多的关注，已经成功在燃料电池车上得以商业化。膜电极是燃料电池的核心部件，由位于中间的质子交换膜和两侧的催化层、扩散层组成。催化层是氧还原和氢氧化两种电化学反应发生的场所，需要具有良好的催化活性、良好的质子传导能力和导电能力，其输出性能由催化剂活性、物料配比以及微孔结构等决定，也需要有足够的润湿才能保证催化层中的质子传导，但水量过大时，微孔堵塞也会造成性能衰减。膜电极的边缘密封技术有橡胶注塑成型法，塑料框热压合法等。其中橡胶注塑成型法包裹在密封橡胶内部的膜宽度非常有限，容易造成气体互窜；塑料框热压合法，因塑料框的硬度容易造成膜电极边缘的应力分布布局。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法，在膜电极原位形成的与膜电极一体化的密封方法。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，包括两层密封材料层，即第一密封材料层3和第二密封材料层4，所述的第一密封材料层3是将液体密封材料涂覆于膜电极边缘5的质子交换膜1上固化后形成，第一密封材料层3与膜电极边缘5的质子交换膜1粘合形成一体化结构，且第一密封材料层3与膜电极周边的气体扩散层2之间留有缝隙6；所述的膜电极边缘5为膜电极周边从两层气体扩散层2中间伸出的质子交换膜1区域；所述的第二密封材料层4是将液体密封材料涂覆于第一密封材料层3表面和膜电极周边的气体扩散层边沿7表面固化后形成，第二密封材料层4完全覆盖第一密封材料层3，并覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿7，第二密封材料层4与第一密封材料层3粘合形成一体化结构。进一步地，所述的两层密封材料层的总厚度为0.005～1mm。进一步地，所述的第一密封材料层3的厚度与膜电极周边的气体扩散层2的厚度相同，且与气体扩散层2之间的缝隙6的宽度为0.5～1mm。进一步地，所述的第二密封材料层4覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿7的宽度为1～3mm，以避免缝隙6处的质子交换膜1裸露在外，同时防止气体扩散2脱落。进一步地，所述的密封材料层的密封材料层边界8包裹或等于或小于膜电极边缘5的质子交换膜边界9均可。进一步地，所述的密封材料层为硅橡胶层。一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：将液体密封材料涂覆于膜电极边缘5的质子交换膜1上，并使液体密封材料固化后形成与膜电极周边的气体扩散层2厚度相同第一密封材料层3，第一密封材料层3与质子交换膜粘合形成一体化结构，且第一密封材料层3与气体扩散层2的之间留有缝隙，缝隙宽度为0.5～1mm；步骤2：在第一密封材料层3上继续涂覆液体密封材料，完全覆盖第一密封材料层3和膜电极周边的气体扩散层边沿7，并使液体密封材料固化后形成第二密封材料层4，由于液体密封材料的表面张力足够大，使缝隙6不被填充；第二密封材料层4覆盖气体扩散层边沿7的宽度为1～3mm，以避免缝隙6处的质子交换膜1裸露在外，同时防止气体扩散2脱落。进一步地，所述的密封材料为硅橡胶，液体硅橡胶固化后能够与质子交换膜牢固结合。进一步地，所述的密封材料的固化温度为常温～140℃。进一步地，所述的液体密封材料的涂覆采用涂布/喷涂的方法。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术结构简单，方法易操作，密封材料选用硅橡胶，其形成的密封材料层结构具有弹性，避免塑料边框密封带来的应力集中，且密封材料与质子交换膜结合牢固，可长期有效密封；密封材料与气体扩散层之间的缝隙可以减少膜应力变化带来的损伤。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1密封结构示意图；图中：1、质子交换膜；2、气体扩散层，3、第一密封材料层，4、第二密封材料层；5、边缘；6、缝隙；7、气体扩散层边沿；8、密封材料层边界；9、质子交换膜边界。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本专利技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，包括两层密封材料层，即第一密封材料层和第二密封材料层，所述的第一密封材料层是将液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜上固化后形成，第一密封材料层与膜电极边缘的质子交换膜粘合形成一体化结构，且第一密封材料层与膜电极周边的气体扩散层之间留有缝隙；所述的膜电极边缘为膜电极周边从两层气体扩散层中间伸出的质子交换膜区域；/n所述的第二密封材料层是将液体密封材料涂覆于第一密封材料层表面和膜电极周边的气体扩散层边沿表面固化后形成，第二密封材料层完全覆盖第一密封材料层，并覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿，第二密封材料层与第一密封材料层粘合形成一体化结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，包括两层密封材料层，即第一密封材料层和第二密封材料层，所述的第一密封材料层是将液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜上固化后形成，第一密封材料层与膜电极边缘的质子交换膜粘合形成一体化结构，且第一密封材料层与膜电极周边的气体扩散层之间留有缝隙；所述的膜电极边缘为膜电极周边从两层气体扩散层中间伸出的质子交换膜区域；
所述的第二密封材料层是将液体密封材料涂覆于第一密封材料层表面和膜电极周边的气体扩散层边沿表面固化后形成，第二密封材料层完全覆盖第一密封材料层，并覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿，第二密封材料层与第一密封材料层粘合形成一体化结构。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，所述的两层密封材料层的总厚度为0.005～1mm。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，所述的第一密封材料层的厚度与膜电极周边的气体扩散层的厚度相同，且与气体扩散层之间的缝隙的宽度为0.5～1mm。


4.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，所述的第二密封材料层覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿的宽度为1～3mm。


5.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，所述的密封层的边界包裹或等于或小于膜电极边缘的质子...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋微，俞红梅，邵志刚，
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