一种燃料电池单元和燃料电池堆芯制造技术

本实用新型专利技术涉及一种燃料电池单元和燃料电池堆芯，燃料电池单元包括膜电极组件和极板，膜电极组件包括第一扩散膜、第二扩散膜、质子膜和支撑边框，支撑边框为中央镂空的框体结构、包围质子膜的四周设置，支撑边框由内圈至外圈依次划分第一边框区域和第二边框区域，第一边框区域的顶面高于第二边框区域的顶面；质子膜的四周边缘贴合在第一边框区域上；第一扩散膜安装在质子膜的上侧，并且第一扩散膜的外边缘贴合质子膜的外边缘；第二扩散膜安装在质子膜的下侧，并且第二扩散膜的外边缘贴合支撑边框的内圈端面。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有简化结构和工艺，有利于降低制造成本和应用于规模化生产等优点。用于规模化生产等优点。用于规模化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池单元和燃料电池堆芯


[0001]本技术涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池单元和燃料电池堆芯。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将氢氧通过电化学反应产生电能的发电装置，具有能量转换效率高，环境友好，噪声低等多项优点。随着燃料电池技术的发展与商业化，燃料电池的安全性和耐久性受到越来越多的关注。
[0003]现有燃料电池的膜电极(MEA)组件通常采用四张重叠的边框结构。如图3所示，通过两个A边框夹持质子膜，然后在两个A边框外层设置带有B边框的扩散膜，将A边框和B边框最外侧粘合。这种结构的燃料电池单元边框数量多，由此导致制造工序繁杂、制造成本高，不利于进行规模化、批量化的燃料电池生产。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池单元和燃料电池堆芯。
[0005]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种燃料电池单元，包括膜电极组件和极板，所述极板设置在膜电极组件的上下两侧，所述膜电极组件包括第一扩散膜、第二扩散膜、质子膜和支撑边框，所述支撑边框为中央镂空的框体结构、包围质子膜的四周设置，所述支撑边框由内圈至外圈依次划分第一边框区域和第二边框区域，所述第一边框区域的顶面高于第二边框区域的顶面；
[0007]所述质子膜的四周边缘贴合在第一边框区域上；
[0008]所述第一扩散膜安装在质子膜的上侧，并且第一扩散膜的外边缘贴合质子膜的外边缘；
[0009]所述第二扩散膜安装在质子膜的下侧，并且第二扩散膜的外边缘贴合支撑边框的内圈端面。
[0010]进一步地，所述第一扩散膜的外边缘端面，与第一边框区域和第二边框区域的分界边齐平。
[0011]进一步地，所述第一扩散膜的外边缘通过胶水层贴合质子膜的外边缘。
[0012]进一步地，所述质子膜和第一边框区域的顶面之间设有胶水层，所述胶水层延展到质子膜和第二扩散膜之间。
[0013]进一步地，所述第一边框区域的顶面粗糙度高于第二边框区域的顶面粗糙度。
[0014]进一步地，所述第二边框区域的外圈还划分有第三边框区域，所述极板与第三边框区域的顶面和底面之间通过密封部件粘接固定。
[0015]进一步地，所述第二边框区域的外圈还划分有第三边框区域，第三边框区域的厚度不小于第二边框区域的厚度，使第三边框区域的顶面和底面相对于第二边框区域的顶面和底面凸起。
[0016]进一步地，所述第二边框区域的外圈还划分有第三边框区域，两块极板分别与第三边框区域的顶面和底面之间通过第一密封部件粘接固定。
[0017]进一步地，其中一个极板的外侧还设置有第二密封部件，该第二密封部件粘接固定在极板上。
[0018]进一步地，极板上设有适配凹槽，该适配凹槽用于贴合第一扩散膜、第二扩散膜和支撑边框的第二边框区域。
[0019]一种燃料电池堆芯，层叠设置有如上任一所述的燃料电池单元，并且包括至少三个燃料电池单元。
[0020]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0021]1)本技术重新设计了燃料电池单元的整体结构，通过一个支撑边框即可实现第一扩散膜、第二扩散膜和质子膜的组装，简化结构和工艺，有利于降低制造成本和应用于规模化生产。同时，支撑边框通过划分为第一边框区域和第二边框区域，由此形成相应的安装空间，利用扩散膜和支撑边框直接夹持质子膜，确保了质子膜和扩散膜的安装稳定性。此外，第一扩散膜和第二扩散膜采用了非对称式设计进行防呆处理，有利于区别工艺步骤，提高生产效率；同时，第二扩散膜采用了较第一扩散膜小的尺寸，从而降低了物料成本。
[0022]2)本技术可以设置胶水层增加结构强度，并且胶水层可同时连接扩散膜、质子膜和支撑框架，有利于简化工序步骤。
[0023]3)第一边框区域顶面具有一定粗糙度，提高安装强度。
附图说明
[0024]图1为燃料电池堆芯的结构示意图。
[0025]图2为燃料电池堆芯的局部放大示意图。
[0026]图3为现有燃料电池单元的结构示意图。
[0027]附图标记：1、第一扩散膜，2、第二扩散膜，3、质子膜，4、支撑边框，4a、第一边框区域，4b、第二边框区域，4c、第三边框区域，5、胶水层，6、极板，71、第一密封部件，72、第二密封部件。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0029]如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池堆芯，由至少三个燃料电池单元层叠组成。每个燃料电池单元包括膜电极组件和极板6，极板6设置在膜电极组件的上下两侧。每个膜电极组件由第一扩散膜1、第二扩散膜2、质子膜3和支撑边框4组成。其中，质子膜3为PEM，包含涂布在PEM正反两面的催化剂层；扩散膜由碳纸或碳纤维布材料制成，并在碳纸或碳纤维布料表面布置微孔层；支撑边框4为具有一定厚度的长方形塑料框体结构，由塑料板通过裁切或冲切等加工方式、除去中部区域、只保留四周边缘而得到。支撑边框4的材料可以是聚酯类、聚酰胺类、聚苯硫醚类、聚砜类、聚酰亚胺类塑料的一种或多种，优选为聚酯类、聚酰亚胺类塑料薄膜或薄片类成型体。支撑边框4的厚度可以为12.5～350um，优选
100um～350um。。
[0030]支撑边框4由内圈至外圈依次划分为第一边框区域4a、第二边框区域4b和第三边框区域4c。第一边框区域4a为支撑边框4和质子膜3的重叠区域。第一边框区域4a的顶面高于第二边框区域4b的顶面，质子膜3的四周边缘贴合在第一边框区域4a的顶面上。第一边框区域4a的顶面高于第二边框区域4b的顶面0um～20um，优选10um。在第一边框区域4a的顶面施胶形成胶水层5，使第一边框区域4a顶面和质子膜3粘接。胶水层5，即质子膜3和第一边框区域4a的重叠贴合区域，宽度一般为1～5mm。胶水层5的厚度一般为5～30um。
[0031]扩散膜分别设置在质子膜3的上下表面，具体展开为：第一扩散膜1设置在质子膜3的上表面，并且面积和形状与质子膜3基本相同；第一扩散膜1的外边缘直接通过胶水贴合质子膜3的外边缘。第二扩散膜2安装在质子膜3的下侧，并且面积比质子膜3的面积小，同时第二扩散膜2的外边缘贴合支撑边框4的内圈端面。为了提高连接的强度，之前质子膜3和第一边框区域4a顶面的胶水层5有一定的延展，使第二扩散膜2的边缘和质子膜3之间也局部进行粘合，其延展宽度为1～5mm。
[0032]通过上述第一边框区域4a和质子膜3的贴合，质子膜3和扩散膜的贴合等结构设置，抑制了质子膜3水平方向和上下方向的移动。
[0033]本实施例中，第一扩散膜1的面积、形状和质子膜3相同，即为第一边框区域4a的顶面高于第二边框区域4d的顶面形成明显的分界边，第一扩散膜1的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池单元，包括膜电极组件和极板(6)，所述极板(6)设置在膜电极组件的上下两侧，其特征在于，所述膜电极组件包括第一扩散膜(1)、第二扩散膜(2)、质子膜(3)和支撑边框(4)，所述支撑边框(4)为中央镂空的框体结构、包围质子膜(3)的四周设置，所述支撑边框(4)由内圈至外圈依次划分第一边框区域(4a)和第二边框区域(4b)，所述第一边框区域(4a)的顶面高于第二边框区域(4b)的顶面；所述质子膜(3)的四周边缘贴合在第一边框区域(4a)上；所述第一扩散膜(1)安装在质子膜(3)的上侧，并且第一扩散膜(1)的外边缘贴合质子膜(3)的外边缘；所述第二扩散膜(2)安装在质子膜(3)的下侧，并且第二扩散膜(2)的外边缘贴合支撑边框(4)的内圈端面。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池单元，其特征在于，所述第一扩散膜(1)的外边缘端面，与第一边框区域(4a)和第二边框区域(4b)的分界边齐平。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池单元，其特征在于，所述第一扩散膜(1)的外边缘通过胶水层(5)贴合质子膜(3)的外边缘。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池单元，其特征在于，所述质子膜(3)和第一边框区域(4a)的顶面之间设有胶水层(5)，所述胶水层(5)延展...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春，程旌德，徐一凡，唐厚闻，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：