一种燃料电池电堆密封结构制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池电堆密封结构，包括双极板(1)、碳纸(2)和质子交换膜(4)，所述的双极板(1)包括流道区域(11)和流道区域(11)外的密封区域(12)，所述的密封区域(12)表面设有网格，该网格与质子交换膜(4)之间设置密封垫片(3)，构成密封结构，所述的密封垫片(3)开有通槽，所述的双极板(1)、密封垫片(3)和质子交换膜(4)的边缘开有气液进出口。与现有技术相比，本发明专利技术通过双极板(1)密封区域(12)网格化的结构设计以及密封垫片(3)的平面化设计，增强电堆的密封效果；通过组件的自动化生产，降低零部件的生产成本；实现电堆的自动化组装，显著提高装配效率。显著提高装配效率。显著提高装配效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆密封结构


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及一种燃料电池电堆密封结构。

技术介绍

[0002]燃料电池是新能源电池的一种，具有工作温度低、比功率大、启动迅速等优点，已经成为新能源领域研究的热点之一。燃料电池的关键部件是膜电极(MEA)和双极板。双极板包括有流场的阴极板和阳极板，膜电极包含有反应区以及支撑边框，放置在阴阳极板之间，反应区提供铂催化剂支持电化学反应，边框起到支撑反应区以及隔绝阴阳极板防止短路。
[0003]由于燃料电池工作时内部既有气体介质氢气、空气，还包括冷却介质乙二醇，为了防止介质的外漏以及互相之间的串漏，需要在膜电极与阴、阳极板之间进行密封，密封不良会直接导致电堆的使用安全问题，但随着对电堆功率密度、成本的要求越来越高，传统的密封件密封方式无法满足后续的要求。
[0004]专利CN208173711U公开了一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆，该电堆包括交错叠置的双极板和设膜电极组件，双极板具有流道区域和包围在流道区域外的密封区域，密封区域高于流道区域，且密封区域内设有密封槽，所述的密封槽内设有密封胶，膜电极组件覆盖于流道区域和密封区域上，并且与密封槽内的密封胶连接。但该专利实际上仍采用了传统的单层密封方式，一旦密封区域出现缺陷就会导致直接外漏。
[0005]专利CN209487616U公开了一种燃料电池电堆密封结构，该专利采用的是在极板上加工固定用的密封槽，开模成型一种特殊结构的密封垫，密封垫一面带定位点，定位点与密封槽匹配，密封垫另一面采用正方形网格的设计，密封件可固定在极板表面，利用密封垫表面的正方形网格设计增加密封效果，同时可以提高电堆的装配效率。但该专利实际上仍采用了传统的开模成型密封件，其生产时间较长，单个成本较高；根据其技术说明，其密封件的厚度达到0.6
‑
1mm之间，无法满足高功率密封对密封垫的厚度要求。

技术实现思路

[0006]本专利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电堆密封结构，本专利技术能显著降低密封垫片的密封压紧力，使得密封垫片的压缩率增加，能够容忍更大的公差范围；由于密封区域被分割成数个封闭结构，结构可靠性大大增加，不会由于双极板或者密封垫片局部的缺陷导致整体失效；密封垫片代替了传统的膜电极边框结构，简化膜电极生产工艺，降低成本。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术提供一种燃料电池电堆密封结构，包括双极板、碳纸和质子交换膜，所述双极板的密封区域表面设有网格，该网格与质子交换膜之间设置密封垫片，构成密封结构。
[0009]进一步地，所述的网格为蜂巢形网格。
[0010]进一步地，所述的密封垫片为压延成型的弹性体薄膜，采用可冲裁平垫片设计。
[0011]进一步地，所述密封垫片的材质包括硅胶或三元乙丙橡胶，可批量化制成卷材结
构，便于运输和冲裁。
[0012]进一步地，所述密封垫片的厚度为0.2
‑
0.6mm。
[0013]作为优选的技术方案，所述的密封垫片为背膜结构，方便批量装配中进行粘贴。
[0014]进一步地，所述的双极板为柔性石墨板，采用先模压后浸渍固化生产工艺制备。
[0015]进一步地，所述的质子交换膜为无边框结构的全氟磺酸型质子交换膜。
[0016]进一步地，所述的双极板包括流道区域和流道区域外的密封区域，所述的密封垫片开有通槽，所述的双极板、密封垫片和质子交换膜的边缘开有气液进出口。
[0017]进一步地，所述碳纸的尺寸与流道区域和通槽适配，采用预先冲裁好的结构。
[0018]进一步地，所述双极板、密封垫片、质子交换膜、密封垫片和双极板装配过程中依次叠放构成一个单元，所述的碳纸直接置入通槽内，无需涂胶与质子交换膜粘贴。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020](1)本专利技术与传统双极板平面密封槽相比，蜂巢网格化密封设计能显著降低密封垫片的密封压紧力，使得密封垫片的压缩率增加，能够容忍更大的公差范围，同样尺寸密封垫片条件下，可以降低密封压力50％以上，增加30％以上的压缩率，容纳的公差范围增加30％；
[0021](2)本专利技术的密封区域被分割成数个封闭结构，结构可靠性大大增加，不会由于双极板或者密封垫片局部的缺陷导致整体失效，在通常6mm宽度的密封区域，假如常规单层密封由于缺陷导致泄漏的可能性为1％，本专利技术密封方法可将密封区域划分为双层网格结构，密封层数为三层，缺陷导致泄漏的可能性为百万分之一；
[0022][0023](3)本专利技术的密封垫片直接代替传统的膜电极边框结构，提升空间利用率，减少质子交换膜组件的生产成本；
[0024](4)本专利技术的密封设计结构可实现电堆组件的全自动化生产和装配，大幅提高生产效率以及制造成本。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中燃料电池电堆密封结构的电堆装配顺序示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例中燃料电池电堆密封结构的双极板蜂巢网格结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例中燃料电池电堆密封结构的密封截面结构立体示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中燃料电池电堆密封结构的密封截面结构平面示意图。
[0029]图中标记说明：
[0030]1—双极板、11—流道区域、12—密封区域、2—碳纸、3—密封垫片、4—质子交换膜、5—蜂巢形网格。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利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，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0032]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、
“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
[0033]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0034]实施例1：
[0035]一种燃料电池电堆密封结构，如图1所示，包含特殊结构的双极板1、密封垫片3、碳纸2、质子交换膜4，其中双极板1包括流道区域11和流道区域11外的密封区域12，密封区域12表面设有网格，网格与质子交换膜4之间设置密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆密封结构，包括双极板(1)、碳纸(2)和质子交换膜(4)，其特征在于，所述双极板(1)的密封区域(12)表面设有网格，该网格与质子交换膜(4)之间设置密封垫片(3)，构成密封结构。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆密封结构，其特征在于，所述的网格为蜂巢形网格(5)。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆密封结构，其特征在于，所述的密封垫片(3)为弹性体薄膜。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆密封结构，其特征在于，所述密封垫片(3)的材质包括硅胶或三元乙丙橡胶。5.根据权利要求3所述的一种燃料电池电堆密封结构，其特征在于，所述密封垫片(3)的厚度为0.2
‑
0.6mm。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆密封结构，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡正坤，李笑晖，赵普圣，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：