[發明專利]一種用導電膠制作質子交換膜燃料電池的方法

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• 申請號: 202211353875.0
• 申請日: 2022-11-01
• 公開（公告）號: CN115548368A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 朱順利
• 申請（專利權）人: 武漢中地視云科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0276
• 分類號: H01M8/0276;H01M8/0286
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 黃麗瑋

本發明涉及一種用導電膠制作質子交換膜燃料電池的方法，屬于新能源技術領域。包括在極板上的水通道和氫氣通道、空氣通道的外周刻有密封槽，在極板的密封槽處涂導電膠，使燃料電池極板中的水通道、氫氣通道、空氣通道分別密封和隔離。本發明用導電膠取代橡膠密封圈，對極板中的密封槽涂膠并粘接固化，同時用導電膠對極板接觸面需良好接觸和導電的部位涂導電膠粘接并固化。用導電膠使燃料電池中的極板和膜電極之間的接觸面涂膠粘接和固化。這種新方案可簡化裝配工藝，降低裝配難度和減少部件材料所承受的外部壓力，從而降低燃料電池極板的制作難度和成本，并提高裝配工藝效率和良品率。

技術領域

本發明涉及一種用導電膠制作質子交換膜燃料電池的方法，屬于新能源技術領域。

背景技術

新能源領域的氫能發電裝置中，有一種以“氫氣通過質子交換膜將氫離子和電子分離形成電位差”為基本工作機理的燃料電池，被稱為“質子交換膜燃料電池”(以下簡稱“燃料電池”)，而燃料電池中的主要組件是極板和膜電極，而極板是指位于電池單體中的陽極板與陰極板構成的雙極板、電池單元兩端的陽極板端板、陰極板端板的統稱。在用極板制作燃料電池的工藝中，需要對極板的水通道、空氣通道和氫氣通道分別進行密封隔離。

燃料電池主要由膜電極(包括質子交換膜、催化劑層、空氣擴散層)和極板(包括陰極板與陽極板構成的雙極板、陽極端板、陰極端板)組成燃料電池的單體，并由多個電池單體串聯堆疊而形成電堆。極板作為燃料電池單體的核心部件之一，在燃料電池單體中起到了對膜電極結構支撐、分隔氫氣和氧氣、收集電子、傳導熱量、提供氫氣和氧氣通道、排出反應生成的水、提供冷卻用水的流動通道等作用。

現有燃料電池極板一般以復合碳材料(或金屬材料)制成。為了降低燃料電池電堆的內阻，實現較大功率輸出，一般都采用高強度外框緊固件將極板和膜電極各部件的接觸面都壓緊，即：讓燃料電池單體中陽極板和陰極板之間接觸面、極板與膜電極之間的接觸面都緊密接觸和壓緊，以減少每個接觸面之間的接觸電阻，同時讓極板中的水通道、氫氣通道和空氣通道分別保持密封隔離。在燃料電池單體串聯堆疊成電堆時，通過外框和緊固件施加外力，使電池單體內的極板之間、極板與膜電極之間都被外力壓緊，形成良好的導電性接觸，從而使燃料電池的總內阻盡可能減小。

為使燃料電池中的氣體(氫氣、空氣)和水都分別在各自密封的通道中通過，氫氣通道、空氣通道和水通道相互之間都要保持密封和隔離。因此，在極板上的水通道和氣體(氫氣、空氣)通道的外周都刻有密封槽。舊工藝需在密封槽中以橡膠密封圈來填充，并在外框和緊固件所施加的外力下將橡膠密封圈壓緊，才能使極板兩側面的水通道和氣體通道密封和相互隔離、同時因極板的密封圈被壓緊到膜電極的一側，使膜電極一個接觸面能與氫氣充分接觸，而另一面能與另一極板的空氣通道中的氧氣充分接觸和讓從質子交換膜中滲透到陽極板的氫離子與氧氣發生反應而生成水，再讓生成的水從水通道中排出。(詳見圖1雙極板結構示意圖、圖2燃料電池單體和電堆結構示意圖、圖3現有工藝極板上的密封槽在外力壓緊后的截面示意圖)。

現有技術以橡膠密封圈密封存在以下缺陷：

現有極板中陽極板和陰極板都很薄(一般厚度都在0.8mm-1.2mm之間)，采用密封圈在密封槽中壓緊時，密封槽不能做得太深，也不能施加過大壓力，更不能壓力不均勻，否則在一定壓力下容易導致陽極板或陰極板破碎或變形；但壓力也不能過小，否則可能造成密封不佳或泄露(漏氣或漏水)，造成氫氣利用率和發電效率降低；這對材料、加工和裝配的工藝要求均很高。橡膠密封圈長度必須很精確，密封圈長了容易鼓起影響密封性能，密封圈短了又難以全部壓入槽內，造成局部密封不佳或出現泄漏。以“密封圈填入密封槽并壓緊”的極板組裝工藝難度較大，對極板部件的加工精度要求很高，從而會影響電堆的良品率，極板裝配成本也較高。橡膠密封圈容易老化變性而造成壓接密封效果降低或失效。外框和緊固件也可能在長期應力作用下出現部分變形和松動，造成部件間接觸電阻增加，從而使燃料電池的總內阻增加，可能引起燃料電池有效輸出功率降低和電池發熱損耗增加。這都會降低燃料電池的整體發電性能，甚至還會影響燃料電池使用壽命。

發明內容