燃料电池密封结构制造技术

本发明专利技术的技术方案涉及一种燃料电池密封结构，其包括：第一导流板及第二导流板；一膜电极组，设置于该第一及第二导流板之间；其中，至少一导流板表面形成有凹槽并配以一密封垫圈；而另一导流板亦可形成相应凸起或另一凹槽并配以相应的另一垫圈。当第一导流板及第二导流板压紧夹持该膜电极组时，利用垫圈及凹槽相互作用形成密封。本发明专利技术提高了密封效果，结构简单，容易实现对准和安装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池，特别涉及一种用于质子交换膜燃料电池的密封结构。
技术介绍
燃料电池是一种电化学发电装置，其将燃料及氧化剂转化为电能并产生反应产物。相对于碱性电池、锂电池等其它电池系统，燃料电池具有能量转换效率高、对环境污染小、适用广、无噪音及连续工作等优点，广泛应用于军事、国防及民用的电力、汽车、通信等多种领域。燃料电池通常可分为碱性燃料电池、固态氧化物燃料电池、以及质子交换膜燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池近年来发展迅速，越来越受到重视。通常，一个单独的质子交换膜燃料电池单元主要包括膜电极(MembraneElectrode Assembly，简称MEA)，导流板(Flow Field Plate，简称FFP)以及集流板(Current Collector Plate)等组成部分。膜电极(MEA)亦称膜电极组，是电池单元的核心部件，燃料气体(氢气)及氧化剂(纯氧或含氧气的空气)在此发生电化学反应，释放电子并产生水。膜电极一般是由一张质子交换膜(Proton Exchange Membrane)、分别夹在质子交换膜的两表面的两片多孔性导电层(分别为阳极与阴极)组成。质子交换膜是由质子传导材料制成，现有技术中有采用例如全氟磺酸型膜、聚苯乙烯磺酸型膜、聚三氟苯乙烯磺酸型膜、酚醛树脂磺酸型膜、碳氢化合物膜、高尔膜等作为质子交换膜。多孔性导电层一般是由导电材料制成，例如碳纸(Carbon Paper)，其至少一表面具有多孔结构的衬底，并在该多孔结构的衬底上形成有电催化层(Electrocatalyst Layer)。现有技术中，电催化层包含有电催化颗粒及质子传导颗粒的混合物，其中该电催化颗粒一般包含导电颗粒(典型为碳颗粒)及催化剂颗粒(贵金属，包括铂、金、钌或其合金等)。导流板(FFP)亦称为流床板、隔板，一般是由导电材料制成，例如石墨、导电塑料、金属等材料。在每个电池单元中，膜电极(MEA)是夹在两块导流板中间，在每个导流板与膜电极相接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻等方法形成有一条或多条导流槽，该导流槽分别用于导引燃料气体、氧化剂或反应产物水。这些导流槽既可用作燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，同时用作带走燃料电池运行时产生的水的通道。实际应用时，为提高燃料电池总功率，多个燃料电池单元可通过叠加方式串联构成电池组，此时一块导流板的两表面均可形成有导流槽，分别用作一个膜电极的阳极导流面，以及另一个膜电极的阴极导流面，这种双面均有导流槽的导流板又可称为双极板。集流板一般是导电材料制成，在一个电池单元中通常采用两块集流板分别夹在两块流道板未形成导流槽的另一表面。由于导流板本身亦具有导电性，所以，现有技术中亦有省略集流板的设计，直接以导流板兼作集流板之用。以下对质子交换膜燃料电池的反应机理作简单描述。质子交换膜燃料电池采用氢气为燃料，氧气或空气为氧化剂。在阳极区，氢气在催化剂作用下发生催化化学反应产生氢正离子(质子)，并释放出电子；质子通过质子交换膜迁移至阴极区。在阴极区，氧气在与迁移过来的质子发生反应生成产物水。反应表达式如下阳极反应阴极反应在燃料电池运行过程中，阳极及阴极对应的导流板起到均匀分散氢气及氧气的作用，使得氢气及氧气可均匀分散于膜电极两表面，并分别在催化剂作用下发生催化反应。如上所述，为能使气体分散均匀，现有技术的导流板与膜电极接触的表面形成有至少一条导流槽。为了确保燃料与氧化剂气体可以分布至整个膜电极两边表面上并且不会产生混和，膜电极两边的密封结构非常关键。如果密封不好，将会产生非常危险的后果燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部发生混和，一旦发生爆炸，破坏力非常大；或者燃料气体与氧化剂气体泄露至燃料电池外部，这样会造成电池性能下降，随着泄露的气体越来越多，浓度累积到一定程度时亦会发生爆炸。目前已有的密封技术有(一)胶密封将导流板或双极板与膜电极利用密封胶粘接密封为一体。此密封技术组装方便，简单易行；但是，由于燃料电池运行时温度较高(一般为200至400度)，密封胶容易在高温环境中产生气泡或高温老化，从而使得密封失效。(二)平板垫圈密封如图1所示，现有技术的燃料电池10的主要结构包括膜电极11；两块导流板13，分别将膜电极11夹于其中；二块垫片12，分别夹于一导流板13与膜电极11之间；以及两块集电板14。各导流板13面对膜电极11的表面设有流道130以提供燃料气体或氧化剂气体流动、分散的通道，各流流板13与膜电极11之间的密封是通过垫片12来实现，各垫片12中央部分挖空形成开口121，其位置与流道130所在区域相应，其面积较流道130分布区域稍大而较整个导流板13面积稍小或相同。如前所述，膜电极11一般包括质子交换膜及两片多孔性导电层(如碳纸)，在此密封结构中，为防止二片多孔性导电层之间发生短路，质子交换膜的面积应大于多孔性导电层(图未示)。封装时，两块导流板以及垫片12将膜电极11紧夹于中间，二垫片12边框将露出外面的质子交换膜及多孔性导电层压紧，而流动于流道130的燃料气体及氧化剂气体仍可由垫片12的开口121扩散至膜电极，如此，利用两块垫片12的密封作用防止燃料气体或氧化剂气体泄漏。但是，上述密封结构密封效果较差，例如当垫片12与导流板13的表面未能完全配合时，气体仍有可能由二者之间的间隙泄漏。另外，上述密封结构需两块垫片，使得其元件数量较多，结构复杂。因此，提供一种可提高气密性、防止燃料气体泄漏，且结构简单的燃料电池密封结构实为必要。
技术实现思路
以下将通过若干实施例说明一种具有优良气密性、可防止燃料气体泄漏，且结构简单容易实现的燃料电池密封结构。为实现上述内容，提供一种燃料电池密封结构，其包括第一导流板及第二导流板；一膜电极组，设置于该第一及第二导流板之间；及一密封垫圈；其中，该第一导流板具有一面对该膜电极组的表面，该表面开设有与该密封垫圈相配的凹槽；当第一导流板及第二导流板压紧夹持该膜电极组时，该密封垫圈置于该凹槽内形成密封。其中，该密封垫圈的厚度比该凹槽深度稍大；该密封垫圈是由绝缘弹性材料制成；该密封垫圈的形状与该凹槽相配。另一实施例中，该膜电极组的边缘部分放置于该凹槽内；该密封垫圈设于该膜电极组的边缘部分外侧，从而将该边缘部分抵靠凹槽侧壁形成夹持。再一实施例中，该第二导流板具有一面对膜电极组的表面，该表面进一步具有对应该凹槽的凸起；该凸起于封装时透过膜电极组将垫圈抵靠于该凹槽形成密封。又一实施例中，该第二导流板面对该膜电极组的表面进一步开设有另一凹槽，以及进一步包括与该另一凹槽相配的另一密封垫圈。当第一导流板及第二导流板压紧夹持该膜电极组时，该密封垫圈及另一密封垫圈互相抵靠并夹持该膜电极组从而形成密封。相对于现有技术，本技术方案的优点在于由于至少一导流板表面开设有密封凹槽，并提供与之相配合的垫圈，当两导流板将膜电极组夹持于其中，则垫圈抵靠膜电极组提供弹性密封，从而提高密封效果；另一导流板亦可形成相应的凸起或另一凹槽并配以另一垫圈，可进一步提高密封效果；另外，本技术方案结构简单，容易实现。附图说明图1是现有技术之燃料电池密封结构的分解示意图。图2是本专利技术第一实施例提供的密封结构分解示意图。图3是本专利技术第一实施例密封结构的剖示图。图4是本专利技术第二实施例密封结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池密封结构，包括：第一导流板及第二导流板；一膜电极组，设置于该第一及第二导流板之间；及一密封垫圈；其特征在于，该第一导流板具有一面对该膜电极组的表面，该表面开设有与该密封垫圈相配的凹槽；当第一导流板及第二导流板压紧夹持该膜电极组时，该密封垫圈置于该凹槽内形成密封。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄全德，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]