[發明專利]一種燃料電池的密封結構及燃料電池電堆的裝配方法

有效

• 申請號: 202011363517.9
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112310433B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 白清友;孫毅;賈古寨;李郭威;張銳;鄧呈維
• 申請（專利權）人: 航天氫能（上海）科技有限公司;上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M8/0276
• 分類號: H01M8/0276;H01M8/0286;H01M8/2404
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;周乃鑫

本發明公開了一種燃料電池的密封結構及燃料電池電堆的裝配方法，密封結構包括：極板、膜電極、極板密封墊圈、冷卻液密封墊圈；極板的邊緣具有密封筋，兩排密封筋之間形成極板密封槽；極板密封墊圈設于極板密封槽內；極板密封墊圈設有極板密封墊圈膠線槽，向膠線槽中施膠，將極板密封墊圈與極板粘接；極板密封墊圈在朝向膜電極的一側具有兩個與膜電極接觸的突起；冷卻液密封墊圈設于兩個電池單體的相鄰極板之間；冷卻液密封墊圈的兩側呈棒槌形，以和密封筋適配；冷卻液密封墊圈具有2個冷卻液密封墊圈膠線槽，冷卻液密封墊圈膠線槽分別設于冷卻液密封墊圈與相鄰極板接觸的面上，通過向冷卻液密封墊圈膠線槽中施膠，將冷卻液密封墊圈與極板粘接。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池的密封結構及燃料電池電堆的裝配方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種可在室溫下將燃料化學能通過電化學方式直接轉換為電能的新型發電裝置，具有能量轉換率高、無污染、原料來源豐富等優點，被稱為是繼水力、火力、核能之后第四代發電技術。作為新一代的發電技術，燃料電池可廣泛應用于便攜式移動電源、電動汽車、發電站、航空航天和軍用艦船等各個方面。

質子交換膜燃料電池主要由膜電極和極板組成。膜電極(Membrane ElectrodeAssembly，簡稱MEA)是質子交換膜燃料電池的內部核心部件。膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。燃料電池可具有堆疊結構，通常是由單體燃料電池層疊成層疊體而構成。

質子交換膜燃料電池一般常用的燃料為氫氣，常用的氧化劑為氧氣或空氣等，如果燃料電池的密封效果不好，將直接導致燃料與氧化劑的混合，很容易引起爆炸。因此，燃料電池領域的密封結構設計非常必要。現有技術中，燃料電池通常有兩種密封方式，一種是在燃料電池雙極板的陽極板和陰極板加密封膠線或密封墊圈，在裝配時通過裝配壓力直接在極板的表面形成密封；該方法的優點是結構簡單、易操作，缺點是在裝配過程及后期使用過程中密封膠線及密封墊圈易滑動錯位，影響電堆的氣密特性；另一種方式是使用液態硅膠通過注塑的方式在極板表面形成彈性密封層，后在裝配過程中通過裝配壓力使極板密封，該方法的優點是密封墊圈與極板之間具有很好的粘接性，可改善前一種方案密封墊圈滑動錯位的問題，缺點是液態硅膠模具價格較高，在燃料電池制備工藝并不很成熟的情況下嚴重影響密封的成本。現有的兩種工藝技術不足是：密封膠線一般為矩形結構，需要使用較大的封裝力才可將密封圈壓縮至設計的壓縮量，因而導致燃料電池端板在長期使用條件下會產生形變，并不適合燃料電池未來的商業大規模生產應用。與此同時，水側的矩形密封圈固定在極板凹槽反面在裝配的過程中極易引起密封圈平面錯位影響密封效果。因此，設計與極板密封槽及密封圈合適的結構對降低電堆裝配壓力及電堆密封具有至關重要的作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池的密封結構及其裝配方法，該密封結構可以解決密封墊圈在裝配或后期使用過程中的滑動錯位及傳統矩形密封圈裝配壓力較大的問題。