本实用新型专利技术涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极与双极板的组装结构，包括膜电极、双极板和密封层，所述双极板两面均设置密封凹槽，所述密封层包括密封圈和弹性胶粘层，所述密封圈设于所述密封凹槽内，所述弹性胶粘层覆于所述密封圈和所述双极板上，所述双极板的一面通过所述密封圈和所述弹性胶粘层与膜电极的一面组装连接，所述弹性胶粘层填补所述膜电极与所述双极板连接处的空隙。本实用新型专利技术对原来的密封层作出改进，有效提升膜电极与双极板之间的密封效果，保证燃料电池在运行过程中可将空气与氢气隔绝，避免燃料电池内阴阳极的气体混合，进而提高燃料电池的性能和寿命，降低使用成本。本实用新型专利技术还公开了一种包括上述组装结构的电堆。述组装结构的电堆。述组装结构的电堆。
【技术实现步骤摘要】
一种膜电极与双极板的组装结构及包含其的电堆
[0001]本技术涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极与双极板的组装结构及包含其的电堆。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，在质子交换膜燃料电池中，氢和氧通过电化学反应生成水，产生电能。质子交换膜燃料电池中完成电化学反应的最小零件单元称为单电池，由阳极板、膜电极(MEA)、阴极板组成，由单电池重复堆叠形成的集成部件称为燃料电池电堆。在电池中，膜电极与双极板通过密封圈密封，从而阻隔燃料电池阴阳极气体的串漏。在现有加工技术中，膜电极与双极板之间的密封圈是由密封胶加工而成的密封胶条进行密封的，在组装膜电极和双极板的时候，先将密封胶条嵌入双极板的凹槽中，再和膜电极组装在一起，但是这样组装电堆的效率比较低，不适合规模化生产。因此，目前也出现了新的密封方式以改善组装的效率，这种密封方式是通过先将密封胶水在双极板上点胶固化或者注塑成型的方法在凹槽内形成密封圈，得到带胶双极板，然后将带胶双极板和膜电极组装成电堆。然而，由于膜电极边框一般采用具有一定柔性的聚合物塑料薄膜，双极板基材一般采用刚性材料制成，在加工过程中，无论采取上述哪种组装方式，都可能会因为双极板表面和膜电极之间存在细微不平整的地方而在密封处存在细微空隙，而密封圈只能与密封凹槽配合，对双极板和膜电极起到密封的作用，但无法对不平整处形成的细微空隙进行密封，导致燃料电池在使用过程中可能泄露氢气和空气，影响燃料电池电堆的性能和寿命。
技术实现思路
[0003]本技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种膜电极与双极板的组装结构及包含其的电堆，这种组装结构对原来的密封层做出改进，可有效提升膜电极与双极板之间的密封效果，组装效率高，且能保证燃料电池在运行过程中可将空气与氢气隔绝，避免燃料电池内阴阳极的气体混合，进而提高燃料电池的性能和寿命，降低使用成本。
[0004]本技术采取的技术方案是，提供一种膜电极与双极板的组装结构，包括膜电极、双极板和密封层，所述双极板两面均设置密封凹槽，所述密封层包括密封圈和弹性胶粘层，所述密封圈设于所述密封凹槽内，所述弹性胶粘层覆于所述密封圈和所述双极板上，所述双极板的一面通过所述密封圈和所述弹性胶粘层与膜电极的一面组装连接，所述弹性胶粘层填补所述膜电极与所述双极板连接处的空隙。
[0005]现有技术中仅使用密封圈对双极板和膜电极之间进行密封，而在本技术方案中，在采用密封圈的基础上，还增设了一层弹性胶粘层，这种弹性胶粘层可在密封时渗透至双极板和膜电极之间的空隙中进行填补，提高密封的效果，避免燃料电池在运行过程中阴阳极的气体通过空隙串漏，从而提高燃料电池的性能和寿命，且能降低使用的成本。
[0006]进一步地，所述膜电极包括膜电极边框和膜电极本体，所述膜电极本体设于所述
膜电极边框内，所述膜电极本体包括依次层叠的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层，所述膜电极边框通过所述密封圈和所述弹性胶粘层与所述双极板组装连接。所述膜电极本体为五层结构，用于发生氧化还原反应产生电子形成电流，所述膜电极边框用于与所述双极板组装，可有效支撑保护膜电极本体。
[0007]进一步地，所述弹性胶粘层的厚度为1～10μm，和/或，所述弹性胶粘层的宽度大于所述密封凹槽宽度0.1～2.0mm。
[0008]虽然设置弹性胶粘层可以填补所述膜电极与所述双极板连接处的空隙，但是如果所述弹性胶粘层设置的厚度过厚，会造成所述双极板与所述膜电极之间的距离过大，改变气体在流道里的传输，影响反应气体参与电化学反应，因此在本技术方案中，控制所述弹性胶粘层的厚度，使所述弹性胶粘层在组装时既可受双极板和膜电极边框挤压而渗入空隙中进行填补实现密封，又可以令双极板与膜电极之间保持较小距离，使反应充分进行，进而保证燃料电池具有较高的转换效率；控制所述弹性胶粘层的宽度，使所述弹性胶粘层恰好可将密封圈和凹槽覆盖，保证弹性胶粘层可完全填补密封处的空隙，且能避免使用过多材料，节省成本。
[0009]进一步地，所述弹性胶粘层的材料为有机硅聚合物、聚氨酯、聚烯烃、环氧树脂聚合物、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
[0010]在本技术方案中，采用的这些材料具有弹性和粘性，应用于密封处可以起到粘贴和填补空隙的作用，而且这些材料还具有一定的耐高温性、耐湿性，受燃料电池运行时产生高温和湿度的影响较小，可保证燃料电池的寿命。
[0011]进一步地，所述密封圈为设于所述密封凹槽内的密封胶条，或在所述密封凹槽内点涂胶水固化或注塑硬化后形成的密封胶层，或在所述弹性胶粘层上点涂胶水固化后形成的密封胶层。所述密封圈利用现有的技术制成，因此仅需增加一道涂布弹性胶粘层的工艺，不需要对现有的生产线进行过多改造，加工时可在所述密封凹槽内设置密封胶条或密封胶层作为密封圈，也可先在膜电极边框上设置弹性胶粘层后点涂胶水设置密封胶层再与双极板组装，组装效率高，且能降低生产成本，有利于产品的推广使用。
[0012]进一步地，所述密封圈高于所述密封凹槽0.1～3.0mm。
[0013]在本技术方案中，所述密封圈用于对密封处进行密封，而弹性胶粘层可以对密封处的可能的空隙进行密封填补，因此将密封圈设置为高于所述密封凹槽一定高度，可保证在组装时双极板与膜电极对密封圈挤压实现密封，且能将弹性胶粘层挤压入空隙中，二者配合实现更佳密封效果。
[0014]进一步地，所述双极板两端设置通孔，所述密封凹槽设于所述通孔四周，于所述膜电极边框对应设置所述通孔，使所述膜电极与所述双极板组装后所述膜电极边框的通孔与所述双极板的通孔位置相对，大小相同。
[0015]在本技术方案中，在所述双极板两端和膜电极的边框设置位置相对、大小相同的通孔，不仅有利于密封凹槽的排布设置，还能便于设置紧固件将多个组装结构固定起来形成电堆，这些通孔在燃料电池中提供多条通道以分别通入氢气、氧气和冷却液，以使燃料电池内部的反应顺利进行。
[0016]优选地，所述膜电极边框的材料为PI、PET、PEEK、PPS或PEN，和/或，所述双极板的材料为碳、柔性石墨、钛或不锈钢。
[0017]本技术还提供了一种电堆，包括多个依次层叠的上述的膜电极与双极板的组装结构以及集流板、端板和紧固件，所述集流板位于层叠的组装结构上下两侧，所述端板位于所述集流板远离所述组装结构的一侧；所述紧固件连接固定所述端板，以紧固层叠的多个组装结构。
[0018]在本技术方案中，多个所述膜电极与双极板的组装结构以串联的方式层叠；所述集流板用于将电堆产生的电能输送到外部负载；所述端板用于对层叠的组装结构提供足够的接触压力以将封装载荷传递到双极板和膜电极边框上，以挤压密封层实现密封；所述紧固件用于紧固端板，维持各组装结构的接触压力，保证密封效果。
[0019]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0020](1)本技术在双极板和膜电极之间的密封处增设了弹性胶粘层，其可在密封时对双极板和膜电极之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种膜电极与双极板的组装结构，包括膜电极、双极板和密封层，所述双极板两面均设置密封凹槽，其特征在于，所述密封层包括密封圈和弹性胶粘层，所述密封圈设于所述密封凹槽内，所述弹性胶粘层覆于所述密封圈和所述双极板上，所述双极板的一面通过所述密封圈和所述弹性胶粘层与膜电极的一面组装连接，所述弹性胶粘层填补所述膜电极与所述双极板连接处的空隙。2.根据权利要求1所述的膜电极与双极板的组装结构，其特征在于，所述膜电极包括膜电极边框和膜电极本体，所述膜电极本体设于所述膜电极边框内，所述膜电极本体包括依次层叠的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层，所述膜电极边框通过所述密封圈和所述弹性胶粘层与所述双极板组装连接。3.根据权利要求1所述的膜电极与双极板的组装结构，其特征在于，所述弹性胶粘层的厚度为1～10μm，和/或，所述弹性胶粘层的宽度大于所述密封凹槽宽度0.1～2.0mm。4.根据权利要求1所述的膜电极与双极板的组装结构，其特征在于，所述弹性胶粘层的材料为有机硅聚合物、聚氨酯、聚烯烃、环氧树脂聚合物、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。5.根据权利要求1所述的膜电...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨云松，邹渝泉，叶思宇，唐军柯，孙宁，吴力杰，
申请(专利权)人：鸿基创能科技广州有限公司，
类型：新型
国别省市：
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