一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法技术

本发明专利技术涉及燃料电池密封和丝网印刷技术领域，特别涉及一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法；包括在阳极板上方放置丝网印版，涂覆第一层低粘度硅胶水，采用UV光固化方式加速固化；点胶方法第二层高粘度硅胶水采用点胶方法，自然固化方式固化。本发明专利技术在阳极板上涂覆第一层低粘度硅胶水作为底层，配合丝印方法涂胶，能够精确保证胶固化后的高度和宽度，成型尺寸精确，并可作为后续装配组件进行组装定位，有利于提高单电池的一致性；随后点胶第二层高粘度硅胶水，能够减小胶水外溢，使得涂胶外形规则，同时能够改善由于组装电堆后溢胶引起的电堆外观变差，可满足密封性和稳定性要求，降低生产成本，有效缩短固化时间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池密封和丝网印刷
，特别涉及一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池在工作时，膜电极两侧的阴、阳极同时有氢气和氧气存在。所以需要将阴、阳极工作空间分隔，并防止氢气泄漏，这将涉及质子交换膜燃料电池单电池密封，其密封的好坏决定了其气密性及电池的稳定性和寿命，因而产品防水密封胶点胶加工的精度和品质就直接决定了产品的质量。对于空冷型质子交换膜燃料电池密封件主要用于双极板和膜电极周边的密封，使得燃料电池工作时阳极流道的氢气不会发生泄漏，可采用的材料包括三元乙丙橡胶、氟橡胶、硅胶以及聚异丁烯等。一台燃料电池电堆包含从几个到几十个甚至上百个密封环面和密封部位。由于石墨双极板或金属双极板表面粗糙度比较大，无法通过跟其它组件的直接接触避免氢气泄漏。密封件的选择应考虑其在工作期间的温湿度变化、化学物质腐蚀、气体渗漏、绝缘性和吸收冲击振动等性能。
[0003]目前，空冷质子交换膜燃料电池一般用于功率小单堆的场合，实现双极板与膜电极之间的密封，通常电池单片活化面积较小，流道尺寸相对较小，为保证单电池相对结构紧凑，因此对于涂胶的要求较高，涂胶宽度和高度都有严格的要求。如采用密封胶垫密封，难以符合相关要求。因此，一般使用湿式密封的方法，使用点胶机将选用的高性能的弹性体有机硅胶涂覆在双极板周边，然后实现双极板和膜电极粘接和密封，满足燃料电池密封要求。满足该要求的硅胶主要以国外进口为主，价格昂贵。同时胶成型后的外形和尺寸控制难度较高，由于该密封胶固化时间长，导致胶固化后外形易发生变化，不能用于后续工序的定位，密封成本较高。另外，该种硅胶为脱醋酸固化，常温在24小时内完全固化，固化时间较长，而且不适用于高温或UV快速固化，影响电池的生产效率。
[0004]为此，提出一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，提供一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法，该方法能够满足空冷质子交换膜燃料电池单电池及电堆密封要求以及不同工作条件电池的性能稳定性和一致性，大幅度缩短电堆密封胶固化时间，同时，涂胶外形规则，胶水外溢少，改善了由于组装电堆后溢胶引起的电堆外观变差，可降低生产成本，提高生产效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法，包括以下步骤：
[0008]将定位模具放置在印刷台上，并将若干待涂胶阳极板清洁后放置在定位模具中，在待涂胶阳极板上方放置丝网印版，在丝网印版的一端导入第一层低粘度硅胶水，用刮板在丝网印版上的硅胶水部位施加压力，同时向丝网印版的另一端移动，第一层低粘度硅胶
水在移动过程中被刮板从印版网孔中挤压到需要涂覆的阳极板上，当刮板刮过整个丝网印版后，抬起丝网印版，完成一次印刷过程，第一层低粘度硅胶水涂覆完成，从印刷台上取下定位模具连同涂覆好第一层低粘度硅胶水的阳极板，并采用UV光固化方式加速固化，固化时间小于60s；以固化后的第一层胶内圈轮廓面为定位线，放置阳极扩散层；然后在第一层涂覆并固化的硅胶上方，通过点胶方法涂覆第二层高粘度硅胶水，在室温下放置1
‑
2min，然后在上方放置MEA，并在阳极板和MEA两侧施加压力，第二层高粘度硅胶水自然固化，固化时间为30
‑
60min；固化完成后，依次放置阴极碳纸、橡胶圈和支撑板，在支撑板定位框中放置阴极波纹板，完成燃料电池单电池的组装工序。
[0009]优选的，所述定位模具包括底板和若干十字型凸台，所述定位模具上呈矩形阵列布设有四个与待涂胶阳极板的尺寸相匹配的定位台，每个所述定位台的四角位置均设置十字型凸台，每块待涂胶阳极板放置在定位台上依靠四角位置的十字型凸台定位。
[0010]优选的，所述第一层低粘度硅胶水采用粘度为1400
‑
3000cps的单组份硅胶。
[0011]优选的，所述第二层高粘度硅胶水采用粘度为350000cps的单组份脱醋酸固化硅胶。
[0012]优选的，所述MEA为膜电极三合一组件，包括质子交换膜、阳极催化层和阴极催化层。
[0013]具体的，本专利技术涉及的空冷质子交换膜燃料电池单电池由阳极板、阳极扩散层、MEA(阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层)、阴极扩散层、阴极波纹板及密封件组成。并且，本专利技术的湿湿分层涂胶复合密封方法主要是实现阳极板与MEA之间的密封，可实现较快速的固化，并且固化外形有利于实现后续的组装工序；另外，为缩短固化时间考虑本专利技术使用了两种使用性能不同的硅胶水。
[0014]具体的，采用丝印方法作为辅助工具，实现第一层低粘度硅胶水的涂覆，其中，第一层低粘度硅胶水采用粘度较小的单组份硅胶，粘度为1400
‑
3000cps，然后为其快速固化，采用热固化或UV光固化方式加速固化(其中，热固化需要在加热或者在一定温度的环境下，在发生化学作用的情况下产生固化，UV光固化通过LED紫外线照射下，UV涂料内部的光引发剂受刺激变成自由基或阳离子，从而引发含活性高分子材料(例如：光敏树脂)交联聚合反应，使UV材料达到快速固化)，固化时间小于60s，使第一层低粘度硅胶水快速固化，可保证精确外形尺寸，将有利于将其成型的内轮廓作为下一工序的定位轮廓，并且提高单电池成品的一致性，外形的美观性。
[0015]具体的，为了满足阳极板与MEA组装后具有更好的密封性能，第二层低粘度硅胶水仍采用高性能(较好的耐温特性：
‑
50℃
‑
180℃、密封粘接性：350000cps、绝缘性：1X10
14
Ω
·
cm、化学稳定性以及抗拉强度：2Mpa)、高粘度的单组份脱醋酸固化硅胶涂覆在第一层固化的胶水上，这样可综合两种胶水的优点，同时可以减少堆进口胶水的使用，节约成本，可保证其性能。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术的空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法，在阳极板上的第一层采用单组份、粘度低以及可通过热固化或UV光固化方式加速固化的硅胶作为底层，配合丝印方法涂胶，能够精确保证胶固化后的高度和宽度，成型尺寸精确，并可作为后续装配组件进行组装定位，有利于提高单电池的一致性；第二层采用单组份、高粘度以及高性能的脱醋酸固化硅胶，配合第二层点胶涂覆，能够实现涂胶外形规则，
减小胶水外溢，同时能够改善由于组装电堆后溢胶引起的电堆外观变差，可满足密封性能和稳定性要求，并且大大了降低生产成本，有效缩短固化时间，提高生产效率。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法的流程图；
[0018]图2为本专利技术实施例中待涂胶阳极板放置在定位模具中的示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例中阳极板上方放置丝网印版的示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空冷质子交换膜燃料电池湿湿分层涂胶复合密封方法，其特征在于，包括以下步骤：将定位模具放置在印刷台上，并将若干待涂胶阳极板清洁后放置在定位模具中，在待涂胶阳极板上方放置丝网印版，在丝网印版的一端导入第一层低粘度硅胶水，用刮板在丝网印版上的硅胶水部位施加压力，同时向丝网印版的另一端移动，第一层低粘度硅胶水在移动过程中被刮板从印版网孔中挤压到需要涂覆的阳极板上，当刮板刮过整个丝网印版后，抬起丝网印版，完成一次印刷过程，第一层低粘度硅胶水涂覆完成，从印刷台上取下定位模具连同涂覆好第一层低粘度硅胶水的阳极板，并采用UV光固化方式加速固化，固化时间小于60s；以固化后的第一层胶内圈轮廓面为定位线，放置阳极扩散层；然后在第一层涂覆并固化的硅胶上方，通过点胶方法涂覆第二层高粘度硅胶水，在室温下放置1
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2min，然后在上方放置MEA，并在阳极板和MEA两侧施加压力，第二层高粘度硅胶水自然固化，固化时间为30
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60min；固化完成后，依次放置阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪如君，贾秋红，李梦晓，王磊，王谷城，刘德满，韩明，
申请(专利权)人：新加坡淡马锡理工学院，
类型：发明
国别省市：