CN111384416A - 一种燃料电池双极板密封结构和密封方法 - Google Patents

一种燃料电池双极板密封结构和密封方法 Download PDF

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甘全全
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Abstract

本发明涉及一种燃料电池双极板密封结构,用于阳极板、膜电极和阴极板之间的密封,该密封结构包括绝缘漆层、胶黏剂和密封件,绝缘漆层和胶黏剂均喷涂在阳极板或阴极板上;所述的绝缘漆层喷涂在极板边缘区,胶黏剂涂在极板反应区;所述的膜电极通过胶黏剂固定在极板上,密封件位于极板的密封槽内。与现有技术相比,本发明具有电堆体积功率密度高、装配更加简单、泄露风险低等优点。

Description

一种燃料电池双极板密封结构和密封方法
技术领域
本发明涉及燃料电池密封技术领域,尤其是涉及一种燃料电池双极板密封结构和密封方法。
背景技术
燃料电池是新能源电池的一种,具有工作温度低、比功率大、启动迅速等优点,已经成为新能源领域研究的热点之一。燃料电池的关键部件是膜电极MEA和双极板。双极板包括有流场的阴极板和阳极板,MEA包括反应区以及支撑边框,放置在阴阳极板之间,反应区提供铂催化剂支持电化学反应,边框起到支撑反应区以及隔绝阴阳极板防止短路的作用。
由于燃料电池工作时内部既有气体介质氢气、空气,还包括冷却介质乙二醇,为了防止介质的外漏以及互相之间的串漏,需要在MEA与阴、阳极板之间进行密封。通常的密封方法是在膜电极MEA两侧各放置一个弹性体密封件,然后再给予一定的压力进行压缩密封。中国专利公开号CN110571452A中公开了一种燃料电池用密封垫,采用的密封方法就是在MEA两侧各放置一个密封件然后再进行压缩的密封形式,这种密封形式通常需要两个密封件来进行密封,厚度较厚,导致电堆高度偏高,影响功率密度,而且装配不便,其中一侧密封件必须使用胶水固定,否则无法堆叠安装,无法进行批量化生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电堆体积功率密度高、装配更加简单、泄露风险低的燃料电池电堆密封结构和密封方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种燃料电池双极板密封结构,用于阳极板、膜电极和阴极板之间的密封,所述的密封结构包括绝缘漆层、胶黏剂和密封件;所述的绝缘漆层和胶黏剂均喷涂在阳极板或阴极板上;所述的绝缘漆层喷涂在极板边缘区;所述的胶黏剂涂在极板反应区;所述的膜电极通过胶黏剂固定在极板上;所述的密封件位于极板的密封槽内。
优选地,所述的绝缘漆层为丙烯酸三防漆。
优选地,所述的胶黏剂为环氧树脂胶。
更加优选地,所述的胶黏剂通过点胶或丝印的方式涂在阳极板上。
优选地,所述的密封件为硅胶密封圈。
更加优选地,所述的密封件的数量为一个。
更加优选地,所述的密封件通过压缩密封的方式进行密封。
优选的,所述的膜电极为无边框膜电极或窄边框膜电极;所述的窄边框膜电极的边框长度为3~5mm。
一种用于所述的燃料电池双极板密封结构的密封方法,包括以下步骤:
步骤1:选择需要喷涂绝缘漆层和胶黏剂的极板;
步骤2:在极板边缘区喷涂绝缘漆层;
步骤3:通过点胶或丝印的方式在极板反应区涂胶黏剂,然后通过胶黏剂将膜电极与极板进行粘接;
步骤4:将密封件安装在极板密封槽内,进行压缩密封。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
一、电堆体积功率密度高:本发明中的双极板密封结构仅使用一个密封件进行密封,阴阳极板间距明显减小;同时膜电极采用无边框或者窄边框设计,电堆重量进一步减轻,电堆的体积功率密度增大。
二、装配更加简单:本发明中的双极板密封结构采用一个密封件进行密封,并且膜电极直接与极板进行粘接,需要进行装配的零部件数量减少,装配更加简单。
三、泄露风险低:本发明中的双极板密封结构中的膜电极采用无边框或者窄边框设计,需要进行密封的密封面由四个面变为两个面,泄露风险更低。
附图说明
图1为本发明实施例中阳极板的结构示意图;
图2为本发明实施例中阴极板的结构示意图;
图3为本发明实施例中双极板密封结构的剖面图。
图中标号所示:
1、阳极板,2、膜电极,3、阴极板,4、绝缘漆层,5、胶黏剂,6、密封件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。
本发明涉及一种燃料电池双极板密封结构以及一种用于该密封结构的密封方法,下面提供一种具体实施例。
一种燃料电池双极板密封结构,用于阳极板1、膜电极2和阴极板3之间的密封,密封结构包括绝缘漆层4、胶黏剂5和密封件6,绝缘漆层4和胶黏剂5均喷涂在阳极板1或阴极板3上,在本实施例中绝缘漆层4和胶黏剂5喷涂在阳极板1上。绝缘漆层4喷涂在阳极板边缘区,胶黏剂5涂在阳极板反应区,膜电极2通过胶黏剂5固定在阳极板1上,密封件6位于阳极板1的密封槽内。
本实施例中的绝缘漆层4用于防止阴阳极板短路,要求与阳极板1具有良好的粘接效果,并且需要耐-40~90℃高低温、耐乙二醇和水,同时具有良好的绝缘效果。所以本实施例选取的绝缘漆层4为丙烯酸三防漆,具体型号为道康宁SE9176。
本实施例中的胶黏剂5要求室温固化,胶水的析出物不能对催化剂产生不良影响,同时与膜电极2边框、极板都具有良好的粘接效果,耐-40~90℃高低温,耐乙二醇和水。所以本实施例选取的胶黏剂5为环氧树脂胶,具体型号为3M DP420。胶黏剂5通过点胶或丝印的方式涂在阳极板1上。
本实施例中的密封件6选用硅胶密封圈,数量为一个,通过压缩密封的方式进行密封。选用的硅胶密封圈可以选用道康宁RBB系列或Wacker RTV系列的密封圈。
本实施例中的膜电极2采用无边框或窄边框设计,窄边框膜电极的边框长度范围为3~5mm,无边框膜电极和窄边框膜电极均可以直接通过胶黏剂5粘接在阳极板1上。
本实施例还涉及一种用于该密封结构的密封方法,具体包括以下步骤:
步骤1:选择需要喷涂绝缘漆层和胶黏剂的极板;
步骤2:在极板边缘区喷涂绝缘漆层;
步骤3:通过点胶或丝印的方式在极板反应区涂胶黏剂,然后通过胶黏剂将膜电极与极板进行粘接;
步骤4:将密封件安装在极板密封槽内,进行压缩密封。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种燃料电池双极板密封结构,用于阳极板(1)、膜电极(2)和阴极板(3)之间的密封,其特征在于,所述的密封结构包括绝缘漆层(4)、胶黏剂(5)和密封件(6);所述的绝缘漆层(4)和胶黏剂(5)均喷涂在阳极板(1)或阴极板(3)上;所述的绝缘漆层(4)喷涂在极板边缘区;所述的胶黏剂(5)涂在极板反应区;所述的膜电极(2)通过胶黏剂(5)固定在极板上;所述的密封件(6)位于极板的密封槽内。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的绝缘漆层(3)为丙烯酸三防漆。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的胶黏剂(5)为环氧树脂胶。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的胶黏剂(5)通过点胶或丝印的方式涂在阳极板(2)上。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的密封件(6)为硅胶密封圈。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的密封件(6)的数量为一个。
7.根据权利要求5所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的密封件(6)通过压缩密封的方式进行密封。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板密封结构,其特征在于,所述的膜电极(2)为无边框膜电极或窄边框膜电极;所述的窄边框膜电极的边框长度为3~5mm。
9.一种用于如权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构的密封方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:选择需要喷涂绝缘漆层(4)和胶黏剂(5)的极板;
步骤2:在极板边缘区喷涂绝缘漆层(4);
步骤3:通过点胶或丝印的方式在极板反应区涂胶黏剂(5),然后通过胶黏剂(5)将膜电极(2)与极板进行粘接;
步骤4:将密封件(6)安装在极板密封槽内,进行压缩密封。
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