[發明專利]燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統及其點焊工藝

有效

• 申請號: 201910325026.6
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109927304B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 單德芳
• 申請（專利權）人: 鹽城宇昌科技有限公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08;B29C65/78;H01M8/10
• 代理公司: 11335 北京匯信合知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭河志

公開了一種燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統，本發明解決了燃料電池的膜電極組件組裝的難題，該燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統包括驅動機構、超聲波點焊機構、夾具機構、載座機構、壓力測試機構、數據采集機構，能夠對氣體擴散層與燃料電池質子交換膜進行超聲波點焊，實現了兩者機械互鎖的新方式，該燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統是替代熱壓的可行技術，并且具有降低能源成本和處理時間的優點。

技術領域

本發明涉及焊接領域，更具體地講，涉及一種燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池（PEMFC）采用了高分子膜作為固態電解質,因此具有能量轉換率高、低溫啟動、無電解質泄露等特點,也因此被公認為最有希望成為航天、軍事、電動汽車和區域性電站的首選電源。

目前，膜電極組件（MEA）的組裝多采用“三明治”結構。較為常規方法是在基體碳紙上浸漬粘結劑，再噴涂或刷涂氣體擴散層，然后將催化劑墨水用噴槍噴涂到氣體擴散層上面，最后把陰、陽極熱壓于PEM兩側組裝成MEA。

然而，雖然熱壓法目前是制造燃料電池的膜交換組件的最常用的方法，但是熱壓法可能會在多孔催化劑層和氣體擴散層中引起結構變形，并引起緩慢的氣體輸送和高電阻，而且熱壓法也會導致大量催化劑浸入到催化劑涂覆的氣體擴散層中而導致浪費。

考慮到在MEA的熱結合期間相對長的處理循環時間和高能量消耗的事實，因此有必要開發用于結合MEA部件的有效技術手段，用于解決上述問題。

發明內容

因此，針對現有技術上存在的不足，提供本發明的示例以基本上解決由于相關領域的限制和缺點而導致的一個或更多個問題，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保護設備的作用。

按照本發明提供的技術方案，該超聲波點焊系統將膜電極組件的質子交換膜和氣體擴散層焊接結合，超聲波點焊系統包括驅動機構、超聲波點焊機構、夾具機構，夾具機構包括上夾板、下夾板，膜電極組件被夾持在上夾板和下夾板之間，上夾板上設有開槽，驅動機構用于提供超聲波點焊機構的位移的動力，還包括壓力機構，壓力機構作用于上夾板從而提供向下的夾持力。

進一步的，超聲波點焊系統還包括載座機構、壓力測試機構、數據采集機構，夾具機構位于載座機構上，載座機構包括上載板、下載板，上載板和下載板之間通過立柱連接，上載板通過連接件與立柱進行約束，壓力測試機構位于下載板上，壓力測試機構與上載板平齊接觸，壓力測試機構通過數據線與數據采集機構進行連接。

氣體擴散層的一側涂覆有催化劑，質子交換膜夾在兩個氣體擴散層之間，氣體擴散層的催化劑面朝向質子交換膜，上夾板和上氣體擴散層之間設有一層抗靜電聚酰亞胺膠帶，下夾板和下氣體擴散層之間也設有一層抗靜電聚酰亞胺膠帶。

進一步的，驅動機構包括連接板，連接板的上方連接有動力工具，連接板下方連接有過渡塊，過渡塊下方連接有連接柱，連接柱下方連接有承載箱，承載箱用于承載超聲波點焊機構。

進一步的，超聲波點焊機構包括換能器、變幅器、超聲波焊接頭，換能器內還設有壓電陶瓷晶體，換能器通過導線與超聲波控制箱連接，超聲波控制箱連接電源。

進一步的，所述上夾板的開槽為矩形或圓形，超聲波點焊機構位于上夾板的開槽的正上方。

進一步的，載座機構放置在支撐座上。

本發明解決了燃料電池的膜電極組件組裝的難題，該燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統包括驅動機構、超聲波點焊機構、夾具機構、載座機構、壓力測試機構、數據采集機構，能夠對氣體擴散層與燃料電池質子交換膜進行超聲波點焊，實現了兩者機械互鎖的新方式，該燃料電池的膜電極組件的超聲波點焊系統是替代熱壓的可行技術，并且具有降低能源成本和處理時間的優點。

附圖說明

圖1為本發明的超聲波點焊系統點焊示意圖。