一种燃料电池单体及燃料电池电堆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池单体及燃料电池电堆。


背景技术：

2.燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。燃料电池电堆通常由多个燃料电池单体串联堆叠而成，燃料电池单体一般包括双极板、膜电极和密封件。其中，极板上设有流体气槽，为电化学反应提供气体流场，同时也为膜电极提供支撑和导通电子；膜电极为电化学反应提供活性物质，是燃料电池的核心部件；而密封件一方面是为了防止燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部泄漏，另一方面是为了防止燃料气体和氧化剂在燃料电池内部混合。在利用氢气与氧气发生反应的燃料电池中，气体的混合是非常危险的，存在引发爆炸的安全隐患；而气体向外部泄漏，不仅会降低燃料电池的利用效率，而且当燃料气体在外界浓度达到一定程度时，也会发生爆炸。因此，密封件对于燃料电池电堆的气密性至关重要。
3.在现有技术中，燃料电池的密封通常是在极板上设置密封槽，密封槽内放置密封圈，再通过滴加胶水来进行粘结固定，这种方式在实际装配过程中，会出现密封圈和密封槽对位不齐、密封性差的情况，并且额外涂覆胶水，导致工艺复杂，装配困难，生产效率低。因此亟需提出一种燃料电池单体及燃料电池电堆来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的在于提供一种燃料电池单体，该燃料电池单体密封性好、装配方便、工艺简单、生产效率高，生产成本低。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种燃料电池单体，包括阳极双极板、阴极双极板和夹在所述阳极双极板与所述阴极双极板之间的膜电极，其特征在于，所述燃料电池单体还包括密封件，所述密封件包括阳极密封件和阴极密封件，所述阳极密封件和阴极密封件均为一种胶体，所述阳极密封件固化后所述阳极双极板和所述膜电极密封粘接，所述阴极密封件固化后所述阴极双极板和所述膜电极密封粘接。
7.作为优选地，所述阳极双极板上设置有阳极密封槽，所述阳极密封件固化成型于所述阳极密封槽内；
8.所述阴极双极板上设置有阴极密封槽，所述阴极密封件固化成型于所述阴极密封槽内。
9.作为优选地，所述阳极密封槽和所述阴极密封槽正对设置。
10.作为优选地，所述阳极密封件和所述阴极密封件的固化方式均为热固化或uv固化。
11.本实用新型的另一个目的在于提供一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆密封性
好，装配方便，工艺简单，生产效率高，降低了生产成本，延长了工作时间。
12.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
13.一种燃料电池电堆，所述燃料电池电堆包括至少两个上述的燃料电池单体，相邻两个所述燃料电池单体之间固化密封有组间密封件，所述组间密封件为一种胶体。
14.作为优选地，所述燃料电池单体的阳极密封件和阴极密封件中至少一个的高度不小于所述组间密封件的高度。
15.作为优选地，所述阳极双极板背离所述膜电极的表面和/或所述阴极双极板背离所述膜电极的表面设置有组间密封槽，所述组间密封件固化成型于所述组间密封槽内。
16.作为优选地，所述组间密封槽的深度不大于所述燃料电池单体的阳极密封槽和阴极密封槽的深度。
17.作为优选地，所述组间密封槽的宽度为1mm～5mm，深度为0.1mm～0.5mm。
18.作为优选地，所述组间密封件的固化方式为热固化。
19.本实用新型的有益效果在于：
20.本实用新型提出的燃料电池单体及燃料电池电堆，所采用的密封件为一种胶体，包括阳极密封件和阴极密封件，通过将阳极密封件固化于阳极双极板和膜电极之间，使阳极密封件和膜电极密封粘接，通过将阴极密封件固化于阴极双极板和膜电极之间，使阴极密封件和膜电极密封粘接；通过组间密封件固化于相邻两个燃料电池单体之间，实现燃料电池单体的密封连接形成燃料电池电堆。相较于现有技术，本实用新型的密封件直接由一种胶体形成，胶体本身就能起到粘接的作用，而胶体固化后又能直接形成密封圈，也就是说，密封件本身实现密封和连接的双重作用，通过固化的方式使密封件在阳极双极板和膜电极之间、阴极双极板和膜电极之间或相邻的燃料电池单体之间原位成型，无需考虑密封件装配困难以及对位不齐的问题，无需额外滴加胶水，工序简单，生产效率高，降低了生产成本，延长了燃料电池电堆在实际工况条件下的运行时间。
附图说明
21.图1是本实用新型提供的燃料电池电堆的结构分解图；
22.图2是图1中a-a方向的剖视图。
23.图中：
24.1、阳极双极板；2、阳极密封槽；3、阳极密封件；4、膜电极；401、阳极气体扩散层；402、阴极气体扩散层；403、质子交换膜；5、阴极密封件；6、阴极密封槽；7、阴极双极板；8、组间密封槽；9、组间密封件。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
26.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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
部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
29.燃料电池单体一般由双极板、膜电极和密封件组成，燃料电池电堆由多个燃料电池单体堆叠而成。燃料电池单体和燃料电池电堆的气密性关乎安全性，一旦电池密封性差，内部的燃料气体或氧化剂混合，将有可能引发爆炸，或者，电池内部气体泄漏到外部，不仅会降低电池的使用效率，也存在爆炸的安全隐患。因此，密封件的设计是燃料电池和燃料电池电堆制作过程中需要解决的重要问题。在现有技术中，燃料电池电堆常常采用密封垫圈、密封胶条等元件作为密封件放置在密封槽中，再滴加胶水将密封件和密封槽粘结。采用这种方式，在实际装配过程中，容易出现密封件和密封槽对位不齐、密封性差的情况，而且需要额外滴加胶水，导致其工序复杂，操作困难，生产效率较低。
30.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本实施例提供了一种燃料电池单体，如图1所示，该燃料电池单体包括阳极双极板1、阴极双极板7、夹在阳极双极板1和阴极双极板7之间的膜电极4以及密封件，其中密封件包括阳极密封件3和阴极密封件5，阳极密封件3和阴极密封件5均为一种胶体，阳极密封件3固化密封后阳极双极板1和膜电极4密封连接，阴极密封件5固化后阴极双极板1和膜电极4密封连接。
31.本实用新型将一种胶体作为密封件，包括阳极密封件1和阴极密封件5，通过将阳极密封件1固化于阳极双极板1和膜电极4之间，使阳极密封件1和膜电极4密封连接，通过将阴极密封件5固化于阴极双极板7和膜电极4之间，使阴极密封件5和膜电极4密封连接。相较于现有技术，本实用新型的密封件直接由一种胶体形成，胶体本身就能起到粘接的作用，而胶体固化后又能直接形成密封圈，也就是说，密封件本身实现密封和粘接的双重作用，通过固化的方式使密封件在阳极双极板1和膜电极4之间、阴极双极板7和膜电极4之间或相邻的燃料电池单体之间原位成型，无需考虑密封件装配困难以及对位不齐的问题，无需额外滴加胶水，工序简单，生产效率高，降低了生产成本。
32.参照图1，燃料电池单体包括阳极双极板1、阴极双极板7以及夹设在阳极双极板1和阴极双极板7之间的膜电极4，阳极双极板1上设置有阳极密封槽2，阴极双极板7上设置有阴极密封槽6，阳极密封件3固化成型于阳极密封槽2，阴极密封件5固化成型于阴极密封槽6，密封件成型后，阳极双极板1和膜电极4之间以及阴极双极板7和膜电极4之间分别形成密闭的空间，防止气体泄漏到外部，且防止膜电极4两侧的气体混合。其中，膜电极4包括阳极气体扩散层401、阴极气体扩散层402和质子交换膜403，膜电极4的结构为现有技术，在此不
做详细介绍。
33.进一步地，阳极密封槽2和阴极密封槽6的位置正对设置，从而保证燃料电池单体结构上的稳定性。可选地，阳极密封槽2和阴极密封槽6的深度相同，便于加工，在其他实施例中，阳极密封槽2和阴极密封槽6的深度也可以不同。
34.可选地，阳极密封件3和阴极密封件5的固化方式可以为热固化或uv固化，热固化通过加热烘烤使胶体凝固于密封槽内部，uv固化是通过紫外线照射的方式使胶体成型于密封槽内部，uv固化相较于热固化效率更高。在进行固化之前，将胶体压入密封槽中，使密封件的形状与密封槽的形状完全契合，从而充满整个密封槽，不产生密封死角，密封性能更好。可以理解地，胶体为具有一定流动性的密封材料，可经热固化或uv固化成型。
35.本实施例还提供一种燃料电池电堆，该燃料电池电堆由至少两个上述燃料电池单体堆叠而成，相邻两个燃料电池单体之间采用组间密封件9实现密封，即组间密封件9位于一个燃料电池单体的阳极双极板1和相邻燃料电池单体的阴极双极板7之间。组间密封件9为一种胶体，在本实施例中阳极密封件3、阴极密封件5和组间密封件9采用的材料相同，在其他实施例中，三者材料可以不同或其中两者相同。
36.进一步地，阳极密封件3和阴极密封件5中的至少一个的高度不小于组间密封件9的高度，以此保证良好的密封性。
37.具体而言，如图2所示，在阴极双极板7背离膜电极4的表面设置组间密封槽8，组间密封件9采用先压入组件密封槽8，再以原位固化的方式成型于组间密封槽8内，在本实施例中，由于组间密封件9所处位置无法被紫外线照射到，所以采用热固化的方式成型。可以理解地，还可以在阳极双极板1背离膜电极4一侧的表面设置组间密封槽8，或者分别在阳极双极板1和阴极双极板7背离膜电极4的表面上同时设有组间密封槽8。组间密封件9在组间密封槽8内原位成型，实现相邻两个燃料电池单体之间的密封和粘接，装配工序简单，密封性好，连接可靠。
38.进一步地，组间密封槽8的深度不大于燃料电池单体的阳极密封槽2和阴极密封槽6的深度，从而避免组间密封槽8内的胶体用量过多，相邻燃料电池单体之间的空间过大，造成浪费。
39.可选地，组间密封槽8的宽度为1mm-5mm，示例性地，可以为1mm，3mm，5mm；组间密封槽8的深度为0.1mm-0.5mm，示例性地，可以为0.1mm，0.3mm，0.5mm。可以理解地，若组间密封槽8尺寸过大，则使用的胶体用量增加，造成不必要的浪费，而尺寸过小，则达不到较好的密封效果。在其他实施例中，组间密封槽8的尺寸可根据实际情况设计，本实施例不作具体限制。可选地，阳极密封槽2、阴极密封槽6和组间密封槽8的宽度相等，便于加工，且三者正对设置，以增加燃料电池电堆的结构稳定性。
40.本实施例提供的燃料电池单体和燃料电池电堆在进行密封时，首先，将胶体放入密封槽中，对其施加一定压力，使胶体与密封槽形状契合，密封槽内部不留间隙，密封性好，装配方便，无需考虑密封件和密封槽装配困难、对位不齐的问题；然后，经固化直接成型于密封槽内，使密封件在密封槽内原位成型，完成燃料电池单体和燃料电池电堆的密封，无需额外滴加胶水，有利于燃料电池单体的快速装配和燃料电池电堆的快速堆叠，工序简单，提高了生产效率，降低了生产成本，延长了燃料电池电堆在实际工况条件下的运行时间。
41.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而
并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。