[發明專利]一種燃料電池用密封結構及其工藝制備方法

在審

• 申請號: 202011346213.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112467167A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李磊;劉邐
• 申請（專利權）人: 常州創氫能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0276
• 分類號: H01M8/0276;H01M8/028;H01M8/0286
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種燃料電池用密封結構及其工藝制備方法，密封結構包括膜電極和密封膠，所述的密封膠通過密封材料噴涂或注塑或貼敷在陽極板的邊緣區、陰極板的邊緣區或膜電極的邊緣區而形成，噴涂或注塑或貼敷完密封材料后將膜電極置于陽極板與陰極板兩者之間并通過粘接壓縮密封形成密封結構。該燃料電池用密封結構及其工藝制備方法，密封材料是通過噴涂或注塑或貼敷的工藝在陽極板、陰極板或膜電極上進行密封，密封膠的厚度可通過噴涂的用量精確控制，密封材料的用量較少；與現有密封工藝相比，本發明中的工藝制備方法簡單，設備用量少，且便于工業化自動批量生產，便于廣泛推廣和使用。

技術領域

本發明涉及燃料電池的技術領域，尤其是一種燃料電池用密封結構及其工藝制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種直接將化學能轉換成電能的裝置，因其具有高發電效率、零排放、低噪音等優點，被認為是理想的下一代綠色清潔能源。質子交換膜燃料電池主要由端板、集流板、雙極板、密封圈和膜電極組成。密封材料和結構設計是燃料電池的重要內容之一，密封材料具有隔絕外圍環境、阻止反應氣體和冷卻液泄漏的作用。雖然密封材料不參與電池的電化學反應，但密封的好壞直接決定燃料電池的性能、使用壽命和安全性。

燃料電池的密封主要在雙極板和膜電極之間，以防止反應氣體和冷卻液的泄漏和相互之間的串漏。目前，密封主要包括橡膠熱塑成型密封、點膠密封、塑料框熱壓密封等方式。其中橡膠熱塑成型的工藝復雜，密封膠厚度的精度難控制，密封效果差；點膠密封形成的密封層厚度及位置較難控制，一致性差，且易造成內阻增加等問題；塑料框熱壓密封在組裝燃料電池電堆中易受擠壓而變形，造成膜電極邊緣的應力分布不均一，產生泄漏等問題。同時這三種工藝的工序復雜，精度難以控制，制造效率低，不利于批量化生產。

高溫質子交換膜燃料電池中，工作溫度達到140℃～180℃，密封材料FKM(氟橡膠)、PFA、FEP、PTFE(聚四氟乙烯)、四丙氟橡膠、FFKM、硅橡膠等是普遍應用的材料，但是缺乏成熟的密封線裝配和電堆集成工藝。如：FKM(氟橡膠)混煉膠具有較低流動性，傳統采用高溫模壓硫化的方式制備密封膠線、膠片，通過人工擺放和定位實現雙極板和膜電極之間的密封。PFA等高溫條件下具有較高流動性，傳統采用熔融擠出膠片裁切的方式制備密封膠線、膠片，通過人工擺放和定位實現雙極板和膜電極之間的密封。

本發明通過噴涂、注塑、絲網印刷等方式，實現了高溫燃料電池雙極板或者膜電極和密封材料的一體化，為后續的自動化電堆集成工藝奠定基礎。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了解決上述背景技術中存在的問題，提供一種燃料電池用密封結構及其工藝制備方法，密封膠厚度可控，密封效果好，制備簡單高效。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種燃料電池用密封結構，包括膜電極和密封膠，所述的密封膠通過密封材料噴涂或注塑或貼敷在陽極板的邊緣區、陰極板的邊緣區或膜電極的邊緣區而形成，噴涂或注塑或貼敷完密封材料后將膜電極置于陽極板與陰極板兩者之間并通過粘接壓縮密封形成密封結構。

進一步具體地說，上述技術方案中，所述的密封材料將膜電極或雙極板進行一體化包裹。

進一步具體地說，上述技術方案中，所述的膜電極為無邊框膜電極或有邊框膜電極。

進一步具體地說，上述技術方案中，所述的密封材料為硅橡膠、聚異丁烯基橡膠、三元乙丙橡膠、FEP、PFA、四丙氟橡膠、全氟橡膠、氟硅橡膠或聚四氟乙烯中的任意一種。

進一步具體地說，上述技術方案中，當膜電極為有邊框膜電極時，所述的有邊框膜電極的邊框長度為1mm～5mm。