[實用新型]一種質子交換膜燃料電池的密封裝置

有效

• 申請號: 201320074846.0
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN203165962U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王斌;徐義昌
• 申請（專利權）人: 湖北派克密封件有限公司
• 主分類號: H01M2/08
• 分類號: H01M2/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本實用新型屬于燃料電池領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池的密封裝置。

背景技術

燃料電池是一種新型的電力系統，可由產生氫氣的燃料與氧氣通過化學反應直接產生電力。和現有的燃油類引擎(汽油和柴油發動機)相比，這種新系統能提供更高的能源效率且噪音低。除此之外，它不排放任何有毒有害氣體，因此其作為一種清潔環保能源備受關注。

質子交換膜燃料電池的密封裝置包括膜電極、密封件及夾合該膜電極的陽極導流極板和陰極導流極板。膜電極（MEA）由質子交換膜、催化劑和多孔性碳紙壓制而成，一般質子交換膜要比電化學活性區域（催化劑和多孔性碳紙）向外延伸許多，一邊將氫氣和氧化性氣體分隔開。密封件由具有彈性好的材料制成，如硅橡膠。陽極導流極板和陰極導流極板一般由碳板或者金屬板制成的，兩個極板表面均有氣體流槽，而在極板的周圍刻有密封槽，通常用的硅膠密封墊要比密封槽高出一點。組裝電池時，把膜電極發在兩個極板之間，周圍均用密封墊密封，用機械力加緊兩塊極板達到密封作用。這種密封設計有如下缺點：（1）硅膠密封墊直接與質子交換膜接觸擠壓，容易使接觸面的質子交換膜破裂，并且質子交換膜是酸性的，易與密封圈材料發生化學反應，產生對膜電極的污染和密封材料性能的退化。（2）浪費了向外延伸出膜電極活性區的這部分質子交換膜。

專利CN?2475144Y的密封裝置膜電極由甲、乙兩部分組成，甲部分采用質子交換膜、催化劑、多孔碳紙壓制而成，乙部分為一套框，如果選用具有彈性伸縮性能的材料，則在導流極板不設密封圈，依靠乙部分的彈性進行密封；如果乙部分選用無彈性伸縮性能的材料，則在導流極板上設密封圈，靠密封圈進行密封。甲、乙兩部分接合便形成膜電極，將兩塊導流極板中間夾持該膜電極，即構成一個完整的密封裝置。但是該密封裝置無論乙部分選用有無彈性伸縮性能的材料，兩極板之間都難以整齊對位，加緊機械力時容易發生錯位。

專利CN?1858926A膜電極組件包括質子交換膜及附著在其兩側的陽極和陰極，密封元件套設于質子交換膜的周緣上并與該周緣接合。在密封元件表面突出形成凸起作為第一定位件，在陰、陽導流極板面向膜電極組件的表面凹入形成的密封槽作為第二定位件。通過匹配的第一、第二定位件的設置，使陰陽極導流板之間不易滑動，從而使電池密封更加嚴實。但是，該種密封裝置還是密封墊直接與質子交換膜接觸擠壓，使接觸面的質子交換膜容易破裂，并且質子交換膜是酸性的，易與密封圈材料發生化學反應，產生對膜電極的污染和密封材料性能的退化而造成氣體泄漏。

發明內容

為了解決上述技術上存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種氣密性好的質子交換膜燃料電池的密封裝置。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種質子交換膜燃料電池的密封裝置，它包括膜電極組件、密封元件以及夾合該膜電極組件的陰極導流板2和陽極導流板3；其特征在于：膜電極組件由甲部分1和乙部分4組成；膜電極組件的甲部分包括質子交換膜13以及粘附在其兩側的陰極11和陽極12，陰極11和陽極12均為多孔性碳紙上均勻分散鉑催化劑制成；膜電極組件的乙部分為一套框，甲部分1的質子交換膜13的邊緣部位（周緣）設置在乙部分4內（插入乙部分內，或可以同時一次成型制作）；陰極導流板2表面刻有氧氣流道21，陽極導流板3表面刻有氫氣流道31，在陰極導流板2和陽極導流板3周邊均刻有密封槽22；

密封元件5套設于膜電極組件的乙部分的周緣（邊緣部位）上并與該周緣接合，密封元件面向陰極導流板2和陽極導流板3突出形成凸起52作為第一定位件，在陰極導流板2和陽極導流板3對應該第一定位件的位置凹入形成的密封槽22作為第二定位件，該第一定位件、第二定位件匹配；組裝時，密封元件的凸起52嵌入密封槽22。

所述的密封元件的凸起界面可為圓弧形、四邊形或錐形，密封槽為對應的形狀。

所述的密封元件的凸起的頂層表面高出膜電極組件表面，且與密封槽之間為過盈配合。

所述的密封元件與膜電極組件的乙部分配合的部分設有凹槽，乙部分就定位在該凹槽內。

所述的乙部分的材料為聚酰亞胺。

所述的密封元件的材料為硅橡膠。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：（1）質子交換膜得到乙部分的有效保護，避免了密封墊對質子交換膜的直接擠壓，使密封更加可靠，氣密性好。

（2）乙部分選用在在燃料電池運行條件下性能穩定的材料，避免了酸性質子交換膜直接對密封墊的侵蝕，使密封元件不易老化，同時也節省了質子交換膜的用量，節約了成本。