本发明专利技术提供了一种膜电极单边框密封结构及其制备方法与应用，所述膜电极单边框密封结构的一侧包括全边框，另一侧包括依次层叠设置的第一气体扩散层、CCM和第二气体扩散层，所述膜电极单边框密封结构的一侧与另一侧之间还包括半边框；所述全边框包括凹台结构，所述全边框的凹台结构处的侧壁依次与半边框的外壁、CCM的外壁和第二气体扩散层的外壁连接；所述膜电极单边框密封结构改善了传统膜电极双边框密封结构的边框胶层覆盖所有边框区域的问题，降低了成本，且改善了CCM两侧应力不对称的现象，延长了膜电极的边框密封寿命。延长了膜电极的边框密封寿命。延长了膜电极的边框密封寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种膜电极单边框密封结构及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池膜电极
，涉及一种膜电极单边框密封结构及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种通过电化学反应把燃料化学能中的吉布斯自由能部分转化成电能，以及不受卡诺效应限制的燃料电池，因此，其能量转化效率高。PEMFC用氢气和氧气作为原料，生成物为水，具有零污染的优点。并且PEMFC还具有工作温度低和启动速度快等优点，从节约能源和保护生态等角度，质子交换膜燃料电池在新型能源汽车中具有十分广泛的应用前景。PEMFC的核心部件主要包括膜电极和双极板，所述膜电极是由质子交换膜、催化层、边框和气体扩散层等组件构成，膜电极边框为密封膜电极的一个聚合物框架，为膜电极提供机械支撑，在阳极和阴极空间将燃料与空气分开，提供电绝缘以及为单元电池的密封提供一个密封表面。
[0003]传统膜电极双边框密封结构中，边框分为阴，阳两层，将质子交换膜或CCM密封在阴、阳两层边框中，边框胶层覆盖所有边框区域，而对膜电极起密封作用的胶层位置仅为边框与CCM结合处附近，造成了边框胶层的使用量大和成本浪费，因此出现了膜电极单边框密封结构，但是现有单边框密封结构中，CCM被单侧固定在边框上，因此对边框胶粘剂的要求较高，并且CCM两侧密封应力不对称，膜电极边框密封耐久性低。
[0004]CN 212011141U公开了一种膜电极封装结构，膜电极封装结构包括顶面气体扩散层和底面气体扩散层，两个气体扩散层之间夹有相互层叠的边框和催化剂涂布膜。边框仅一个，边框具有部位凹陷，催化剂涂布膜粘接在凹陷处的底壁上，凹陷处的内侧壁封堵住催化剂涂布膜的周围，该封装结构可以降低生产成本。
[0005]CN 113363525A公开了一种带树脂框的膜电极组件和发电电池。在树脂框部件的内周端部的4个边部分别形成有倾斜面，该倾斜面从树脂框部件的一个面向树脂框部件的另一个面朝内侧倾斜，倾斜面与质子膜结合，第一催化层在质子膜一侧，第二催化层在边框倾斜面和质子膜结合一侧，能够在抑制树脂框部件的制造效率下降的同时提高发电效率。
[0006]基于以上研究，上述现有技术中公开的密封结构存在CCM两侧密封应力不对称，膜电极边框密封耐久性有待提升的缺陷，因此，需要提供一种膜电极单边框密封结构，能在降低膜电极密封材料和工艺成本的同时，实现CCM两侧密封应力对称，延长膜电极的边框密封寿命。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种膜电极单边框密封结构及其制备方法与应用，所述密封结构改善了传统膜电极双边框密封结构的边框胶层覆盖所有边框区域的问题，降低了成本，且改善了CCM两侧应力不对称的现象，延长了膜电极的边框密封寿命。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种膜电极单边框密封结构，所述膜电极单边框密封结构的一侧包括全边框，另一侧包括依次层叠设置的第一气体扩散层、CCM和第二气体扩散层，所述膜电极单边框密封结构的一侧与另一侧之间还包括半边框；
[0010]所述全边框包括凹台结构，所述全边框的凹台结构处的侧壁依次与半边框的外壁、CCM的外壁和第二气体扩散层的外壁连接。
[0011]本专利技术采用单边框密封结构，其中，由于CCM的外壁与全边框的凹台内壁连接，因此，边框密封胶层仅覆盖边框与CCM结合处附近，改善了传统膜电极双边框密封结构中边框胶层覆盖所有边框区域的缺陷，降低了成本，并且所述密封结构包括全边框和半边框，所述CCM采用双侧边框密封结构，与传统膜电极单边框密封采用单侧边框密封结构比较，改善了CCM两侧应力不对称的现象，延长了膜电极的边框密封寿命。
[0012]本专利技术所述CCM为催化剂涂敷在质子交换膜两侧制备的质子交换膜组件。
[0013]优选地，所述连接通过边框胶粘剂进行粘结。
[0014]优选地，所述第一气体扩散层与CCM通过气体扩散层胶粘剂固定。
[0015]本专利技术所述第一气体扩散层通过气体扩散层胶粘剂与CCM封装，第二气体扩散层通过边框胶粘剂与全边框侧壁黏贴，解决了传统膜电极气体扩散层封装结合位置为气体扩散层粘合在边框上，导致边框与气体扩散层结合处为膜电极厚度最厚的位置，使该位置气体扩散层过压影响气体传输；同时解决了由于气体扩散层封装在边框上，气体扩散层、边框和CCM形成空气三角区域导致电化学腐蚀，CCM寿命降低的问题；并且第一气体扩散层通过气体扩散层胶粘剂与CCM贴合，第二气体扩散层通过边框胶粘剂与全边框侧壁贴合，不影响活性面积。
[0016]优选地，所述边框胶粘剂包括有机硅聚合物、聚氨酯类聚合物、聚烯烃聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚酰亚胺聚合物或聚甲基丙烯酸酯聚合物中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括有机硅聚合物和聚氨酯类聚合物的组合，聚烯烃聚合物和聚丙烯酸酯聚合物的组合。
[0017]优选地，所述气体扩散层胶粘剂包括全氟磺酸树脂。
[0018]优选地，所述气体扩散层胶粘剂采用浓度为10
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20％的全氟磺酸树脂溶液制得，例如可以是10％、15％或20％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]本专利技术所述全氟磺酸树脂的溶液浓度过低，则气体扩散层胶粘剂过稀，会影响涂敷性，溶液浓度过高，则影响气体扩散层胶粘剂涂敷位置对应的活性区域的电化学反应。
[0020]优选地，所述全边框包括底部的凹台边框与一侧的凹台。
[0021]优选地，所述半边框与CCM通过边框胶粘剂层叠连接。
[0022]优选地，所述全边框的总厚度等于凹台边框的厚度、CCM与凹台边框之间的边框胶粘剂的厚度、CCM的厚度、半边框与CCM之间的边框胶粘剂的厚度以及半边框的厚度之和。
[0023]优选地，所述全边框的总厚度为55
‑
525μm，例如可以是55μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或525μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述凹台的厚度为42.5
‑
200μm，例如可以是42.5μm、50μm、75μm、100μm、150μm或200μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述CCM的厚度为20
‑
50μm，例如可以是20μm、30μm、40μm或50μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述半边框的厚度为12.5
‑
200μm，例如可以是12.5μm、30μm、50μm、75μm、100μm、150μm或200μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0027]优选地，所述CCM与凹台边框之间的边框胶粘本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述膜电极单边框密封结构的一侧包括全边框，另一侧包括依次层叠设置的第一气体扩散层、CCM和第二气体扩散层，所述膜电极单边框密封结构的一侧与另一侧之间还包括半边框；所述全边框包括凹台结构，所述全边框的凹台结构处的侧壁依次与半边框的外壁、CCM的外壁和第二气体扩散层的外壁连接。2.根据权利要求1所述的膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述连接通过边框胶粘剂进行粘结；优选地，所述第一气体扩散层与CCM通过气体扩散层胶粘剂固定；优选地，所述边框胶粘剂包括有机硅聚合物、聚氨酯类聚合物、聚烯烃聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、环氧树脂聚合物、聚酰亚胺聚合物或聚甲基丙烯酸酯聚合物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述气体扩散层胶粘剂包括全氟磺酸树脂。3.根据权利要求2所述的膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述全边框包括底部的凹台边框与一侧的凹台；优选地，所述半边框与CCM通过边框胶粘剂层叠连接；优选地，所述全边框的总厚度等于凹台边框的厚度、CCM与凹台边框之间的边框胶粘剂的厚度、CCM的厚度、半边框与CCM之间的边框胶粘剂的厚度以及半边框的厚度之和。4.根据权利要求3所述的膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述全边框的总厚度为55
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525μm；优选地，所述凹台的厚度为42.5
‑
200μm；优选地，所述CCM的厚度为20
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50μm；优选地，所述半边框的厚度为12.5
‑
200μm；优选地，所述CCM与凹台边框之间的边框胶粘剂的厚度为5
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25μm；优选地，所述CCM与半边框之间的边框胶粘剂的厚度为5
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25μm；优选地，所述气体扩散层胶粘剂的厚度为5
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25μm；优选地，所述第一气体扩散层和第二气体扩散层的厚度分别独立地为150
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300μm。5.根据权利要求3或4所述的膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述半边框的外尺寸比CCM的外尺寸大1
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2mm；优选地，所述CCM与凹台的重合尺寸为2
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3mm；优选地，所述凹台的内壁与半边框的外尺寸外壁之间的间隙为0.3
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0.5mm；优选地，所述凹台边框一侧的内尺寸内壁与第二气体扩散层的外尺寸外壁之间的间隙为0.3
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0.5mm；优选地，所述半边框的内尺寸内壁与第一气体扩散层的外尺寸外壁之间的间隙为0.3
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0.5mm。6.根据权利要求1
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5任一项所述的膜电极单边框密封结构，其特征在于，所述全边框的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚或聚醚醚酮中的任意...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱雅男，于力娜，唐柳，张中天，高梦阳，马亮，刘晓雪，王晶晶，普星彤，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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