[實用新型]一種燃料電池膜電極組件

有效

• 申請號: 202021726273.1
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN212303729U
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 舒正龍;李果林;陳孟杰;劉征;陳啟章;吳炘懋
• 申請（專利權）人: 中自環保科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/0273;H01M8/0276;H01M8/0258
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 張堰黎

本實用新型公開了一種燃料電池膜電極組件。組件由催化膜電極、兩極密封邊框、兩極氣體擴散層封裝構成疊層結構；各邊框平面設置位于中心的并匹配對應的通孔、兩端的多個介質通道；陰極通孔邊緣線向外側大于陽極通孔邊緣線0.5～3mm形成錯位結構；催化膜電極封裝邊緣被各邊框密封覆蓋1～5mm；邊框及其通孔平面形狀相同或匹配對應，并采用聯接件定位固定。本實用新型膜電極組件的定位結構設計簡潔實用，減少了對定位工裝的需求，易于實現柔性生產；兩極密封邊框中間通孔形成階梯密封的錯位結構，減少了應力的集中；基于邊框結構和粘接性能的設計，本實用新型結構對密封邊框的熱壓壓力更低，熱壓時間短，加工效率更高，加工質量得到進一步提高。

技術領域

本實用新型屬于燃料電池設計與制造技術領域，尤其屬于燃料電池中膜電極組件的設計制造技術，特別涉及一種七合一的膜電極組件的設計與制備。

背景技術

燃料電池電堆主要由端板、絕緣板、集流板、雙極板、密封件、膜電極組件、緊固螺栓組成；其中為了裝配的便利性，膜電極組件由催化膜電極、兩極密封邊框、氣體擴散層等零件構成整體組件后裝配。

催化膜電極(CCM)又可以稱為三合一組件，由質子交換膜(PEM)和一側的陽極催化層、另一側的陰極催化層構成。

膜電極組件(MEA)又可以稱為七合一組件；所謂三合一組件的催化膜電極(CCM)裝配上陽極側密封邊框、陰極側密封邊框后形成五合一組件，在五合一組件的基礎上分別裝配上陽極側氣體擴散層、陰極側氣體擴散層后形成所謂七合一組件的膜電極組件(MEA)。

膜電極組件的兩密封邊框上開有與雙極板相對應的通孔，用于參與反應的空氣、氫氣、冷卻介質等物料流通；同時兩密封邊框與三合一的催化膜電極(CCM)接觸部分形成有效的粘接密封，防止反應物料的泄漏。

現有技術中針對膜電極組件(MEA)的封裝技術研究較多。如中國申請201811194333.7公布了一種燃料電池膜電極封裝生產工藝，其主要通過預處理將陽極側密封邊框和陰極側密封邊框進行對位后側向熱封，然后將CCM置于初步側向熱封的兩層密封邊框中進行熱壓組合，形成五合一的催化膜電極組件，進一步可形成MEA組件。通過先將密封邊框進行側向熱封再進行五合一的壓合，工藝過程相對復雜。

中國申請201711336320.4公布了一種MEA組件制備方法，在切割出兩個完全相同的密封邊框后，裁剪出催化膜電極，然后將密封邊框、催化膜電極、密封邊框順序層疊粘合。上下密封邊框相同，可能造成應力集中，同時未涉及到氣體擴散層的定位。

中國申請200580032435.3公布了薄膜元件被插在膜和電催化劑層之間的膜電極組件，制作過程中利用230～250psi的熱壓壓力和150-190℃的溫度將MEA的部件層壓到一起。熱壓壓力相對較大，且溫度高。

現有技術在膜電極組件設計和加工存在一些不足，如：膜電組件各部件定位對齊難度高，不適合柔性生產；工藝復雜，現有的膜電極組件制備過程施加的壓力大，熱壓時間長，效率低。

發明內容

本實用新型根據現有膜電極組件設計和制備的不足公開了一種燃料電池膜電極組件。本實用新型目的是提供一種能夠實現七合一的膜電極組件的柔性生產、效率更高、加工性能更好的膜電極組件結構。

本實用新型通過以下技術方案實現：

燃料電池膜電極組件，由催化膜電極、陰極側密封邊框、陽極側密封邊框、陽極側氣體擴散層、陰極側氣體擴散層封裝構成疊層結構；其特征在于：

陰極側密封邊框平面設置位于中心的陰極通孔、兩端的多個陰極介質通道；陽極側密封邊框平面設置位于中心的陽極通孔、兩端的多個陽極介質通道；其中，陰極介質通道與陽極介質通道在疊層結構中一對一匹配相同布置，陰極通孔邊緣線向外側大于陽極通孔邊緣線0.5～3mm形成錯位結構；