【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种可翻新式燃料电池结构及其加工工艺。
技术介绍
1、电堆是pem氢燃料电池系统的心脏，通常电堆占整个系统成本的50％以上。尽管被称为解决社会对化石燃料过分依赖的希望和终极方案之一，高成本是燃料电池应用端的软肋，限制了其在众多领域的广泛使用。
2、在成本方面，市场上电堆的成本以额定功率下每千瓦的材料成本计算。电堆价格在过去的三年里以每年20％以上的速度递减；目前的批量(1000台)成本大概是每千瓦1000元。对于额定功率为100kw的电堆来说，每台电堆的批量成本为10万元，考虑人工、折旧、运输、税率、利润后，直销价格约为15～16万元。许多潜在的客户因为这样的高价会选择等待，这不利于pem燃料电池的广泛应用。因此，本专利技术拟设计一款可引起成本大幅下降的电堆。目标是降低燃料电池的应用门槛，将氢燃料电池技术将渗透到更多的场景和行业中。
3、燃料电池电堆的生产过程是将多达几十到几百组的单电池(双极板和膜电极的组合)和安装板、集流板、绝缘板、和尾板等在压力下进行封装组成电堆。目前电堆生产依然处于产业初期，每款电堆都根据客户所在的应用场景需求，设计新的极板和膜电极，或一组双极板和膜电极组合而成的单电池总成，即定制化。但定制化也带来了产品管理的难度，造成生产每一代产品的产线、治具、工装不能兼容，从而造成浪费。此外，产业规定电堆的寿命为额定电流下单片电压降低到初始状态下90％。因此当电堆达到寿命终止目标时，多采用更换新的单电池，甚至替换整个电堆。就电堆成本而言，除了电堆部件还未形成规模
4、现有设计方案中电堆的主要部件分为膜电极、双极板、密封圈和机加工件。一般来说，双极板和机加工件的寿命会大大超过膜电极的寿命。因此双极板和机加工件是本专利技术中旨在实现重复利用的部件。此外，典型的膜电极组件由质子膜-阴阳极催化剂组件(ccm)，由阴极和阳极气体扩散层和边框组成。其中因受多种制作工艺和运行工况的影响，膜电极的寿命较短，因此膜电极是在翻新时应该被替换的组件。再次，为了保证被翻新电堆的可靠性，密封圈也应该同时被替换。尽管现有的数据有限，陈旧的气体扩散层也有被重复利用的可能性。综上，本专利技术的目的是通过重复利用某些电堆部件，将电堆的成本以高于市场预期的幅度下降。如果某些部件可多次重复利用，用于多个翻新的电堆的集成，这对电堆成本的下降将是复合性的。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有的电堆结构无法实现重复或翻新利用的问题，本专利技术提供一种可翻新式燃料电池结构，其中包括框架式和无框架式的两种单电池结构，并且提供一种可翻新式电池结构的加工工艺。
2、为实现上述的专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下。
3、一种框架式单电池结构，包括极板总成和膜电极总成；
4、所述的极板总成包括一组含密封圈的双极板，且双极板的阴极面和阳极面分别设置有阳极和阴极气体扩散层；阳极和阴极气体扩散层覆盖在极板流道区，并对应于ccm的活性区；
5、膜电极总成包括膜电极边框和ccm组件，膜电极边框基于单边框粘结ccm；所述的膜电极边框和ccm粘黏剂在与之配合的阳极板和阳极板上设有阳极让位槽和阴极让位槽，用于实现燃料电池单电池内部结构平衡。
6、一种无框架式单电池结构，包括极板总成和膜电极总成；
7、所述的极板总成包括一组含阴极密封圈的双极板，所述双极板的阴极面和阳极面分别设置有阳极和阴极气体扩散层，且该极板总成还粘黏设置有膜电极边框；
8、膜电极总成包括ccm组件，在pen膜上点胶或者胶实现粘结ccm。
9、基于上述的框架式单电池结构和无框架式单电池结构实现的一种可翻新式燃料电池结构，该燃料电池结构包括一组及以上的单电池结构，所述的单电池包括极板总成和膜电极总成，所述的极板总成中，双极板的阳极面和阴极面集成设置有相应的气体扩散层；
10、所述的气体扩散层与极板表面的结合包括喷胶和基于热熔胶的背胶实现粘接，且气体扩散层与极板表面的粘结区位于气体扩散层的周边0.1mm-0.2mm的区域内，且粘结区下沉0.06mm-0.08mm。
11、进一步的，双极板的密封圈的成型方式包括注塑、点胶或转印。位于阴极板上的密封圈包括设置为单峰或双峰。
12、进一步的，所述的双极板是通过阴阳极板冷却粘合制备的。
13、该燃料电池结构将气体扩散层设置在极板总成中的极板上，膜电极总成中不含有气体扩散层，所述的极板总成用于燃料电池翻新过程中的再次利用，所述的膜电极在燃料电池翻新中被替换。
14、该燃料电池结构存在可重复利用的部件和可替换的部件，所述的可重复利用的部件是极板总成，膜电极通过替换使得该燃料电池实现翻新。
15、基于上述燃料电池的加工，本专利技术提供一种可翻新式燃料电池的合成加工工艺，包括如下步骤：
16、s1、设计膜电极边框并进行裁剪，使其符合ccm组件的要求；
17、s2、根据双极板的密封槽和装堆压力来设计密封圈的形状和注塑模具，以注塑的方式将密封圈成型在膜电极边框上，形成密封圈-边框组件；
18、s3、将ccm粘结到预切的膜电极边框窗口上，形成注塑ccm组件；
19、s4、将气体扩散层粘贴到注塑ccm组件上形成膜电极总成；
20、s5、将膜电极总成和半电池组件结合以得到燃料电池的电堆结构。
21、进一步的，步骤s2所述的双极板将阳极板和阴极板的冷却面粘合得到，在双极板上面注塑密封条或者移植胶线；然后将气体扩散层裁切成型；最后在双极板上喷胶或背胶，将裁切成型的阴阳极气体扩散层贴合在双极板两面。
22、有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供的可翻新式的燃料电池结构，使得电堆在达到终止寿命时，部分单电池和部件可以重复利用，从而延长了电堆的服役周期，从使用成本的角度上减少了电堆的制造成本。并且本专利技术针对翻新重复利用的操作难度，还将半电池组件和膜电极组件实现结构的集成设计，也提高了产品生产、工装的兼容性。
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1.一种框架式单电池结构，其特征在于，包括极板总成和膜电极总成；
2.一种无框架式单电池结构，其特征在于，包括极板总成和膜电极总成；
3.根据权利要求1或2组合得到的一种可翻新式燃料电池结构，该燃料电池结构包括一组及以上的单电池结构，所述的单电池包括极板总成和膜电极总成，其特征在于，所述的极板总成中，双极板的阳极面和阴极面集成设置有相应的气体扩散层；
4.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，双极板的密封圈的成型方式包括注塑、点胶或转印。
5.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，位于阴极板上的密封圈包括设置为单峰或双峰。
6.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，所述的双极板是通过阴阳极板冷却粘合制备的。
7.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，该燃料电池结构将气体扩散成设置在极板总成中的极板上，膜电极总成中不含有气体扩散成，所述的极板总成用于燃料电池翻新过程中的再次利用，所述的膜电极在燃料电池翻新中被替换。
8.根据权利要求3所
9.一种可翻新式燃料电池的合成加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的可翻新式燃料电池的合成加工工艺，其特征在于，步骤S2所述的双极板将阳极板和阴极板的冷却面粘合得到，在双极板上面注塑密封条或者移植胶线；然后将气体扩散层裁切成型；最后在双极板上喷胶或背胶，将裁切成型的阴阳极气体扩散层贴合在双极板两面。
...【技术特征摘要】
1.一种框架式单电池结构，其特征在于，包括极板总成和膜电极总成；
2.一种无框架式单电池结构，其特征在于，包括极板总成和膜电极总成；
3.根据权利要求1或2组合得到的一种可翻新式燃料电池结构，该燃料电池结构包括一组及以上的单电池结构，所述的单电池包括极板总成和膜电极总成，其特征在于，所述的极板总成中，双极板的阳极面和阴极面集成设置有相应的气体扩散层；
4.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，双极板的密封圈的成型方式包括注塑、点胶或转印。
5.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，位于阴极板上的密封圈包括设置为单峰或双峰。
6.根据权利要求3所述的可翻新式燃料电池结构，其特征在于，所述的双极板是通过阴阳极板冷却粘合制备的。
7.根据权利要求3...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈真，
申请(专利权)人：江苏耀扬新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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