质子交换膜燃料电池单体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其从制造质子交换膜燃料电池单体的角度出发，解决质子交换膜燃料电池单体的阳极和阴极之间的气密性问题，从而将膜电极组件组装整合进质子交换膜燃料电池单体的制造步骤，从而从整体上改进质子交换膜燃料电池单体的制造工艺。

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池单体及其制造方法
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池单体。本专利技术还进一步涉及一种质子交换膜燃料电池单体制造方法。
技术介绍
燃料电池（或燃料电池堆）可通过电化学反应，将燃料中的化学能直接转变成电能。然而，单个燃料电池（或燃料电池单体）能够提供的电压和输出功率较低。因此，在实际应用中，一般将多个燃料电池单体堆叠在一起，以形成能够提供高电压和大功率的燃料电池堆（或燃料电池电堆）。燃料电池单体，如质子交换膜燃料电池单体包括阳极板（或阳极流场板）、膜电极组件和阴极板（或阴极流场板），其中该膜电极组件进一步包括阳极气体扩散层、质子交换膜、阴极气体扩散层和和附着在该质子交换膜的催化剂层。氢气或含氢气的混合气体通过阳极板的流场被提供，并通过阳极气体扩散层扩散至该质子交换膜的阳极侧，氧气或含氧气的混合气体通过阴极板的流场被提供，并通过阴极气体扩散层扩散至该质子交换膜的阴极侧。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。相应地，质子交换膜具有防止电池阴阳极接触，避免两极燃料直接反应，传输氢质子和阻隔电子，确保电子从外电路传输的作用。换句话说，燃料电池单体的结构应确保燃料电池单体的阳极和阴极之间的气密性，以防止氢气或含氢气的混合气体直接流向阴极和防止氧气或含氧气的混合气体直接流向阳极。同时，为了确保燃料电池单体的正常运行，其阳极和阴极还应分别相对于外界环境密封，以防止气体泄漏至外界环境中。另外，质子交换膜也是膜电极组件中最贵、最脆弱的部件，容易损坏。申请号为CN202011477006.X的中国专利技术专利公开了一种质子交换膜燃料电池新型膜电极结构的制备方法，其中该专利技术专利提供的膜电极结构在制备时，需将保护边框贴在质子交换膜的两侧后热压和将封装边框分别贴在阳极气体扩散层和阴极扩散层后，再次热压。换句话说，该专利技术专利通过两侧保护边框与质子交换膜的热压和两侧封装边框与气体扩散层的热压，以确保质子交换膜燃料电池新型膜电极结构的气密性。该专利技术专利公开的质子交换膜燃料电池新型膜电极结构的制备方法具有诸多缺陷：首先，该专利技术专利公开的质子交换膜燃料电池新型膜电极结构的制备方法的工艺复杂，热压次数过多（至少两次），容易使质子交换膜的结构被破坏和导致膜电极组件的良品率降低。其次，保护边框和质子交换膜一起热压时，需要将质子交换膜两侧的保护边框对齐，以避免质子交换膜局部受力。然而，在实际应用中，要将质子交换膜两侧的保护边框完全对齐，相当困难，此工艺步骤显著降低膜电极组件的良品率。再次，该专利技术专利公开的质子交换膜燃料电池膜电极结构的制备方法制得的膜电极组件的两端在燃料电池单体制备过程中，需要进一步的注胶以与相应的极板之间实现密封。然而，该专利技术专利提供的质子交换膜燃料电池膜电极的封装边框与保护边框之间存在缝隙，影响注胶密封效果。最后，在燃料电池单体制备和进一步注胶密封时，该专利技术专利提供的质子交换膜燃料电池膜电极的保护边框和质子交换膜之间的密封可能会受到影响。申请号为CN201680017562.4的中国专利技术专利公开了一种用于固态聚合物电解质燃料电池的密封件，其中该专利技术专利公开的密封膜电极组件的方法通过设置围绕膜电极组件外围的框架，然后通过框架上的通孔将流动性密封材料注入和实现密封。该专利技术专利公开的密封膜电极组件的方法具有诸多缺陷：首先，该专利技术专利公开的密封膜电极组件的方法先将框架与质子交换膜粘合（或热压、压合）在一起，然后再注胶密封，注胶过程容易降低框架与质子交换膜之间的粘合强度。其次，质子交换膜两侧均设有框架且两侧框架需要对齐。再次，流体密封材料通过框架上的通孔注入密封区34b，然而在注胶过程中，流动的密封材料需要被施加相当大的压力，从而使密封材料很容易从所述通孔的位置被挤压至两侧的框架之间。最后，若因注胶不合格而出现不合格品，由于框架与质子交换膜已预先热压成型，导致质子交换膜无法回收和再利用。因此，在无法保证较高的注胶良品率的情况下，该方法成本较高。申请号为CN201880057379.6的中国专利技术专利公开了一种用于燃料电池堆的组件、燃料电池堆和用于制造该组件的方法，其中该专利技术专利公开的用于燃料电池堆的组件的一侧气体扩散层被设置在框架和质子交换膜之间。换句话说，该组件的制造方法中，膜电极装置是预先成型的，其中膜电极装置包括膜和布置在膜两侧的气体扩散层，气体扩散层先与膜粘接压合，然后再将框架粘接至膜电极装置和极板。该方法的缺陷在于：首先，由于气体扩散层为多孔质、纤维结构，剪切成型后其边缘容易形成竖起的毛刺，直接使气体扩散层粘接压合于膜的两侧容易将膜刺破。因而，在一些方案中，需要增加对毛刺进行预处理的步骤，如将气体扩散层置于两个平面压板之间受压，以将竖起的毛刺压平。其次，先将气体扩散层与膜粘接压合，使得该膜多受压一次，增大了该膜破损的风险。此外，包括上述专利在内的解决燃料电池单体的阳极、阴极的气密性的技术方案大多局限在膜电极组件被单独制造这一前提，而未能从燃料电池单体的制造的高度出发来考虑和解决燃料电池单体的阳极、阴极的气密性问题。然而，燃料电池单体才是燃料电池堆的最小和最重要的功能单位。这导致燃料电池单体的阳极、阴极的气密性的实现变得困难、制造工艺复杂，制造成本高昂和良品率过低。
技术实现思路
本专利技术的主要优势在于提供一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其从制造整个质子交换膜燃料电池单体的角度出发，解决质子交换膜燃料电池单体的阳极和阴极的气密性问题，从而将膜电极组件的组装步骤拆解、优化和重组后，整合进质子交换膜燃料电池单体的制造步骤，从而从整体上改进质子交换膜燃料电池单体的制造工艺。本专利技术的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。相应地，依本专利技术，具有至少一个前述优势的本专利技术质子交换膜燃料电池单体制造方法包括下述步骤：将第一气体扩散层压合在第一流场板的通道侧和将第二气体扩散层压合在第二流场板的通道侧；附着第一密封胶在边框的第一密封部和附着第二密封胶在该第二流场板的通道侧，然后粘合该边框的第二密封部在膜组件的外缘；和再然后，堆叠该第一流场板、该第一气体扩散层、该边框、该膜组件、该第二气体扩散层和该第二流场板在一起，并压合，其中该边框的该第二密封部和该膜组件均被设置在该第一气体扩散层和该第二气体扩散层之间。依本专利技术另一方面，本专利技术进一步提供另一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其包括下述步骤将第一气体扩散层压合在第一流场板的通道侧和将第二气体扩散层压合在第二流场板的通道侧；附着第一密封胶至边框的第一密封部的一侧和附着第二密封胶在该边框的该第一密封部的相反一侧，然后，粘合该边框的第二密封部在膜组件的外缘；和再然后，堆叠该第一流场板、该第一气体扩散层、该边框、该膜组件、该第二气体扩散层和该第二流场板在一起，其中该边框的该第二密封部和该膜组件均被设置在该第一气体扩散层和该第二气体扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，包括下述步骤：/n将第一气体扩散层压合在第一流场板的通道侧和将第二气体扩散层压合在该第二流场板的通道侧；/n附着第一密封胶在边框的第一密封部和附着第二密封胶在第二流场板的通道侧，然后粘合该边框的第二密封部在膜组件的外缘；和/n再然后，堆叠该第一流场板、该第一气体扩散层、该边框、该膜组件、该第二气体扩散层和该第二流场板在一起，并压合，其中该边框的该第二密封部和该膜组件均被设置在该第一气体扩散层和该第二气体扩散层之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
将第一气体扩散层压合在第一流场板的通道侧和将第二气体扩散层压合在该第二流场板的通道侧；
附着第一密封胶在边框的第一密封部和附着第二密封胶在第二流场板的通道侧，然后粘合该边框的第二密封部在膜组件的外缘；和
再然后，堆叠该第一流场板、该第一气体扩散层、该边框、该膜组件、该第二气体扩散层和该第二流场板在一起，并压合，其中该边框的该第二密封部和该膜组件均被设置在该第一气体扩散层和该第二气体扩散层之间。


2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该边框的该第一密封部、该第一密封胶和该第二密封胶均被设置在该第一流场板的通道侧和该第二流场板的通道侧之间。


3.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该第一密封胶被附着在该边框的该第一密封部，该第二密封胶被附着在该第二流场板的通道侧，其中该第一密封胶位于该第一流场板的通道侧和该边框的该第一密封部之间，且该第一密封胶和该第二密封胶被设置相对齐。


4.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该第一密封胶被附着在该边框的该第一密封部，该第二密封胶被附着在该第一流场板的通道侧，其中该第一密封胶位于该第二流场板的通道侧和该边框的该第一密封部之间，且该第一密封胶和该第二密封胶被设置相对齐。


5.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该边框进一步包括一个间隔部，其中该间隔部延伸在该边框的该第一密封部和该第二密封部之间。


6.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该边框的该第二密封部被设置在该膜组件和该第一气体扩散层之间。


7.根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，该边框的该第二密封部被设置在该膜组件和该第二气体扩散层。


8.一种质子交换膜燃料电池单体制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
将第一气体扩散层压合在第一流场板的通道侧和将第二气体扩散层压合在第二流场板的通道侧；
附着第一密封胶至边框的第一密封部的一侧和附着第二密封胶在该边框的该第一密封部的相反一侧，然后，粘合该边框的第二密封部在膜组件的外缘；和
再然后，堆叠该第一流场板、该第一气体扩散层、该边框、该膜组件、该第二气体扩散层和该第二流场板在一起，其中该边框的该第二密封部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骁，
申请(专利权)人：武汉众宇动力系统科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42