燃料电池膜电极组件的封装结构及其制作方法与应用技术

燃料电池膜电极组件的封装结构及其制作方法与应用。本发明专利技术提供了膜电极组件的封装结构及其制作方法和应用。该封装结构包括膜电极组件；密封框架，包括封闭环形第一和第二边框，与膜电极组件外边缘搭接，并通过粘结层连接；设置在密封框架上表面的第一气体扩散层，与密封框架和膜电极组件共同限定出第一容纳空间；设置在密封框架下表面的第二气体扩散层，与密封框架和膜电极组件共同限定出第二容纳空间；第三气体扩散层，设置在第一容纳空间和第二容纳空间的至少之一中，当设置在第一容纳空间中，至少一部分的厚度与第一容纳空间高度相同；当设置在第二容纳空间中，至少一部分的厚度与第二容纳空间高度相同。该封装结构中催化剂层不易降解，不易短路，膜电极组件两侧不易发生气体交换，性能较佳。性能较佳。性能较佳。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池膜电极组件的封装结构及其制作方法与应用


[0001]本专利技术涉及材料
，特别涉及燃料电池膜电极组件的封装结构及其制作方法、燃料电池堆、燃料电池系统和电动汽车。

技术介绍

[0002]在相关技术中，燃料电池利用燃料与氧化学反应生成水，产生电能。为此，燃料电池作为核心组成部分包含膜电极组件(MEA-membrane electrode assembly)，它由质子交换膜和在膜两侧各设置一个的电极(阳极和阴极)组成。此外，可以在膜电极组件两侧，在电极背对质子交换膜的那一侧，设置气体扩散层(GDL，Gas Diffusion layer)。通常燃料电池由多个排列成堆叠的MEA构成，它们的电功率累加。在燃料电池工作时，燃料，尤其氢H2或含氢的气体混合物输入阳极，在那里发生电化学氧化由H2成为H
+
，并将电子输出。通过将反应侧彼此气密隔离并电绝缘的电解质或隔膜，实时将质子H
+
(吸水或无水地)从阳极侧输入阴极侧。阳极提供的电子通过外电路引入阴极。向阴极输送氧或含氧的气体混合物，从而在接收电子的情况下发生由O2成为O
2-的反应。与此同时，在阴极侧这些氧离子与通过质子交换膜输送的质子反应生成水。通过将化学能直接转换为电能，与其它发电设备相比，无需经过热机过程，因而不受卡诺循环的限制，能达到更高的效率。
[0003]质子交换膜通常很薄，很容易被刺破，因此，在膜电极组件的外边缘通常会设置有密封框架用于保护膜电极组件中的质子交换膜，该密封框架通常是由聚合物材料形成的。然而，在设置该密封框架以后，会对燃料电池中的电化学反应产生一定的阻力，也不利于其他结构的压缩堆叠，严重时甚至会导致气体扩散层发生断裂，最终严重影响燃料电池的电化学性能。
[0004]因而，目前的燃料电池的性能仍然有待提升。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种结构简单、稳定、膜电极组件边缘处的催化剂层不易降解、不易发生短路、在膜电极组件两侧不易发生气体交换、气体扩散层在制作过程中不易损坏、不会出现间隙而导致形成的燃料电池在使用时气体流通受阻，可使燃料电池的使用寿命长、或者性能好的燃料电池膜电极组件的封装结构。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种燃料电池膜电极组件的封装结构。该封装结构包括：膜电极组件；密封框架，所述密封框架包括相对设置的第一边框、第二边框和粘结层，所述第一边框和所述第二边框各自独立地为封闭的环形，且分别于所述膜电极组件相对的两个表面上与所述膜电极组件的外边缘搭接，所述第一边框与所述第二边框未与所述膜电极组件搭接的部分通过所述粘结层连接；第一气体扩散层，所述第一气体扩散层设置在所述密封框架的上表面上，且与所述密封框架和所述膜电极组件共同限定出第一容纳空间；第二气体扩散层，所述第二气体扩散层设置在所述密封框架的下表面上，且与所述密封框架和所述膜电极组件共同限定
出第二容纳空间；第三气体扩散层，所述第三气体扩散层设置在所述第一容纳空间和所述第二容纳空间中的至少之一中，且当所述第三气体扩散层设置在所述第一容纳空间中时，所述第三气体扩散层的至少一部分的厚度与所述第一容纳空间高度相同；当所述第三气体扩散层设置在所述第二容纳空间中时，所述第三气体扩散层的至少一部分的厚度与所述第二容纳空间高度相同。
[0008]进一步地，所述第三气体扩散层包括第一子扩散层和第二子扩散层，所述第一子扩散层设置在所述第一容纳空间中，所述第二子扩散层设置在所述第二容纳空间中，所述第一子扩散层的厚度和所述第一容纳空间高度相同，所述第二子扩散层的厚度和所述第二容纳空间高度相同。
[0009]进一步地，满足以下条件的至少之一：所述第一子扩散层填充满所述第一容纳空间；所述第二子扩散层填充满所述第二容纳空间；所述第一子扩散层与所述第一气体扩散层一体成型；所述第二子扩散层与所述第二气体扩散层一体成型；形成所述第一子扩散层和所述第二子扩散层的材料包括碳材料；形成所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层的材料包括碳材料和金属材料中的至少一种。
[0010]进一步地，满足以下条件的至少之一：所述第一边框与所述膜电极组件的外边缘搭接的部分的宽度为1mm～5mm；所述第二边框与所述膜电极组件的外边缘搭接的部分的宽度为1mm～5mm。
[0011]相对于现有技术，本专利技术所述的封装结构具有以下优势：
[0012]由于该封装结构具有第三气体扩散层，因此其在制作时的堆叠压缩的过程中，气体扩散层的边缘处与密封框架的边缘处相接触的部分不会产生过大的应力，从而在膜电极组件的边缘处的催化剂层不易降解，膜电极组件不易发生短路，在膜电极组件两侧不易发生气体交换；且气体扩散层在制作过程中不易发生损坏，且该封装结构的结构简单、稳定，在封装结构中不会出现间隙而导致形成的燃料电池在使用时气体流通受阻，进而使得燃料电池的使用寿命长、性能好。
[0013]本专利技术的另一目的在于提出一种制作前面所述的封装结构的方法。
[0014]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0015]一种制作前面所述的封装结构的方法。该方法包括将膜电极组件与密封框架的第一边框和第二边框搭接；在所述密封框架的上表面上形成第一气体扩散层；在所述密封框架的下表面上形成第二气体扩散层；形成第三气体扩散层。
[0016]进一步的，所述第三气体扩散层包括第一子扩散层和第二子扩散层，所述第一子扩散层和所述第二子扩散层满足以下条件的至少之一：所述第一子扩散层是通过以下步骤形成的：形成封闭环形的盖膜，并使所述盖膜配合设置在所述第一气体扩散层的外边缘上；在未被所述盖膜覆盖的所述第一气体扩散层的表面上涂覆形成所述第一子扩散层的材料；去除所述盖膜；所述第二子扩散层是通过以下步骤形成的：形成封闭环形的盖膜，并使所述盖膜配合设置在所述第二气体扩散层的外边缘上；在未被所述盖膜覆盖的所述第二气体扩散层的表面上涂覆形成所述第二子扩散层的材料；去除所述盖膜。
[0017]进一步的，所述第三气体扩散层包括第一子扩散层和第二子扩散层，所述方法满足以下条件的至少一种：所述第一气体扩散层和所述第一子扩散层是通过以下步骤一体成型的：向具有预定形状的模具中填充形成所述第一气体扩散层和所述第一子扩散层的材
料；去除所述模具；所述第二气体扩散层和所述第二子扩散层是通过以下步骤一体成型的：向具有预定形状的模具中填充形成所述第二气体扩散层和所述第二子扩散层的材料；去除所述模具。
[0018]相对于现有技术，本专利技术所述的方法具有以下优势：
[0019]该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，可以有效制作得到前面所述的封装结构，且制作得到的封装结构结构简单、稳定，膜电极组件边缘处的催化剂层不易降解，不易发生短路，在膜电极组件两侧不易发生气体交换，气体扩散层在制作过程中不易损坏，从而在封装结构中不会出现间隙而导致形成的燃料电池在使用时气体流通受阻，进而使得燃料电池的使用寿命长、性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极组件的封装结构(1)，其特征在于，包括：膜电极组件(100)；密封框架，所述密封框架包括相对设置的第一边框(201)、第二边框(202)和粘结层(203)，所述第一边框(201)和所述第二边框(202)各自独立地为封闭的环形，且分别于所述膜电极组件(100)相对的两个表面上与所述膜电极组件(100)的外边缘搭接，所述第一边框(201)与所述第二边框(202)未与所述膜电极组件(100)搭接的部分通过所述粘结层(203)连接；第一气体扩散层(300)，所述第一气体扩散层(300)设置在所述密封框架的上表面上，且与所述密封框架和所述膜电极组件(100)共同限定出第一容纳空间(88)；第二气体扩散层(400)，所述第二气体扩散层(400)设置在所述密封框架的下表面上，且与所述密封框架和所述膜电极组件(100)共同限定出第二容纳空间(99)；第三气体扩散层(500)，所述第三气体扩散层(500)设置在所述第一容纳空间(88)和所述第二容纳空间(99)中的至少之一中，且当所述第三气体扩散层(500)设置在所述第一容纳空间(88)中时，所述第三气体扩散层(500)的至少一部分的厚度(D)与所述第一容纳空间(88)高度(H1)相同；当所述第三气体扩散层(500)设置在所述第二容纳空间(99)中时，所述第三气体扩散层(500)的至少一部分的厚度(D)与所述第二容纳空间(99)高度(H2)相同。2.根据权利要求1所述的封装结构(1)，其特征在于，所述第三气体扩散层(500)包括第一子扩散层(510)和第二子扩散层(520)，所述第一子扩散层(510)设置在所述第一容纳空间(88)中，所述第二子扩散层(520)设置在所述第二容纳空间(99)中，所述第一子扩散层(510)的厚度(D1)和所述第一容纳空间(88)高度(H1)相同，所述第二子扩散层(520)的厚度(D2)和所述第二容纳空间(99)高度(H2)相同。3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，满足以下条件的至少之一：所述第一子扩散层(510)填充满所述第一容纳空间(88)；所述第二子扩散层(520)填充满所述第二容纳空间(99)；所述第一子扩散层(510)与所述第一气体扩散层(300)一体成型；所述第二子扩散层(520)与所述第二气体扩散层(400)一体成型；形成所述第一子扩散层(510)和所述第二子扩散层(520)的材料包括碳材料；形成所述第一气体扩散层(300)和所述第二气体扩散层(400)的材料包括碳材料和金属材料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的封装结构(1)，其特征在于，满足以下条件的至少之一：所述第一边框(201)与所述膜电极组件(100)的外边缘搭接的部分的宽度(w)为1mm～5mm；所述第二边框(202)与所述膜电极组件(100)的外边缘搭接的部分的宽度(w)为1mm～5mm。5.一种制作权...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：