专利名称：一种高密封pem燃料电池单体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种燃料电池，具体地说是ー种高密封PEM燃料电池单体。
背景技术：
燃料电池的类型有多种，其中质子交换膜燃料电池具有无污染、启动快速、电池寿长、比功率、比能量高、工作温度低的优点，被公认为最有可能替代内燃机、蓄电池成为电动汽车的理想动カ源，能开发为各种便携式电源和分布式独立电源，市场极为广泛。质子交換膜(PEM)燃料电池单体主要包括膜电极和双极板。膜电极由质子交換膜、气体扩散层、催化层组成，是燃料电池产生电能的核心部件，膜电极两侧是阴、阳极板，阳极极板上的导流孔和流场给膜电极ー侧提供氢燃料，阴极极板上的导流孔和流场给膜电极另ー侧提供空气作为氧化剂。在阳极，氢经催化反应产生质子(氢离子)和电子，质子透过质子交换膜迁移到阴极，而电子通过极板引出至外电路。电子流过外电路到达阴极。在阴极，空气中的氧经催化反应得到电子形成负离子，与迁移过来的质子反应生成水。在整个电化学反应过程中，极板引出的电流正是燃料电池的发电結果。多个电池単体根据需要串联，组成不同功率的电池组(电堆)。在电池组中，极板串联叠加，其一面作为阳极导流面，另一面可作为相邻单体电池的阴极导流面，这种极板称为双极板。也有一种双极板由两块阴、阳极板粘合而成，中间粘接处制成空气或水的冷却流槽。质子交換膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动カ系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。为了确保质子交換膜燃料电池中的燃料与氧化剂能够分布到整个膜电极两边表面上而又不产生混合，密封技术就非常关键。如果密封不好，可能会产生两种情况:ー种情况是燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内部混合。在采用氢与氧运行的燃料电池中，这种混合是非常致命的，一旦引发爆炸，破坏力非常大；另ー情况是燃料气体或氧化剂气体向燃料电池外部渗漏，这种情况不但会降低燃料电池的效率，而且一旦当燃料氢气在外界浓度积累达到一定程度时，就会发生爆炸。因此，要十分重视燃料电池密封技术。目前，为防止气体特别是氢气的泄漏，双极板的两面都必须安装密封组件。现有的方法是先做好密封胶圈或密封垫片，再用胶水固定在双极板的两面成为双极板密封组件，膜电极夹在两块双极板之间组成电池单元。这种方法在电池电堆各部件装配时，即在一定压カ下预压下，常常会出现密封胶圈被压出、挤出现象，导致燃料电池电堆组装失败。需要拆下重新安装，拆卸过程中，由于燃料电池堆是由较多个膜电极与双极板通过较大的紧固カ装配在一起的，密封胶圈有一定的弾性形变，并紧紧地与膜电极、双极板贴住，才会达到密封的效果。所以，这种密封件的表面，在紧固力作用下，与其接触的膜电极、双极板表面都会产生粘附力，拆卸时很容易造成密封胶圈从密封槽中脱落，需要重新将密封胶圈安装到密封槽中，再经过预压，这样导致组装电堆这一系列工作重复繁琐，作业效率低，对操作者的技能要求较高，造成产品的品质不稳定，对电池的放电性能、稳定性、一致性和使用寿命产生影响，不符合大规模机械化生产的要求。
实用新型内容根据上述提出的技术问题，而提供ー种高密封PEM燃料电池单体。本实用新型主要利用在上、下单极板上设置密封凹槽及密封胶圈和在膜电极组件上设置相应的凸起，从而起到增强密封性能的作用。本实用新型采用的技术手段如下:ー种高密封PEM燃料电池单体，包括双极板和MEA膜电极组件，所述双极板包括上单极板和下单极板，其特征在干:所述上单极板的ー侧表面中部设有上流场，所述上流场两端分别设有上密封凹槽，所述上密封凹槽内设有带凹槽的上密封胶圈；所述下单极板的一侧表面中部设有下流场，所述下流场两端分别设有下密封凹槽，所述下密封凹槽内设有带凹槽的下密封胶圈；所述MEA膜电极组件的ー侧表面设有与所述上密封胶圈的凹槽相匹配的上凸起，所述MEA膜电极组件的另ー侧表面设有与所述下密封胶圈的凹槽相匹配的下凸起；所述上凸起与所述上密封胶圈嵌合，所述下凸起与所述下密封胶圈嵌合，将所述MEA膜电极组件固定在所述上单极板和所述下单极板之间。优选地，所述上密封胶圈和所述下密封胶圈在未与所述上凸起和所述下凸起嵌合时，所述上密封胶圈和所述下密封胶圈的截面高度大于所述上密封凹槽和所述下密封凹槽的深度。优选地，所述上密封胶圈、所述下密封胶圈、所述上凸起和所述下凸起的材质至少为天然橡胶、丁基橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的ー种。本实用新型在组装时，上密封胶圈和下密封胶圈受到双极板的垂直压紧カ压紧，MEA膜电极组件上的凸起结构与双极板上密封凹槽和下密封凹槽内的密封胶圈相互作用嵌合在一起，从而对燃料电池起到密封作用。本实用新型所采用的上密封胶圈、下密封胶圈、上凸起和下凸起的材料可以是任何在燃料电池运行时性能稳定的密封材料，不局限与上述的几种。而凸起的形式可以为圆形、方形、三角形等任何与双极板上的密封凹槽内的密封胶圈相匹配的形状。与现有技术相比，本实用新型利用一种简单可靠的密封结构加强了 MEA膜电极组件、密封胶圈、双极板之间的结合，提高了燃料电池单体的密封性能，而且易于安装；在给燃料电池单体施加预紧カ时，不容易出现密封胶圈被压出、挤出现象，提高燃料电池电堆组装成功率，较少燃料电池重新安装的现象，大幅度的提高了工作效率。基于上述理由本实用新型可在燃料电池单体组装等领域广泛推广。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进ー步详细的说明。
图1是本实用新型各部分未组装时的结构示意图。图2是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，ー种高密封PEM燃料电池单体，包括双极板和MEA膜电极组件5，所述双极板包括上单极板I和下单极板8，所述上单极板I的ー侧表面中部设有上流场4，所述上流场4两端分别设有上密封凹槽2，所述上密封凹槽2内设有带凹槽的上密封胶圈3 ;所述下单极板8的ー侧表面中部设有下流场11，所述下流场11两端分别设有下密封凹槽9，所述下密封凹槽9内设有带凹槽的下密封胶圈10 ;所述MEA膜电极组件5的ー侧表面设有与所述上密封胶圈3的凹槽相匹配的上凸起6，所述MEA膜电极组件5的另ー侧表面设有与所述下密封胶圈10的凹槽相匹配的下凸起7 ;所述上凸起6与所述上密封胶圈3嵌合，所述下凸起7与所述下密封胶圈10嵌合，将所述MEA膜电极组件5固定在所述上单极板I和所述下单极板8之间。所述上密封胶圈3和所述下密封胶圈10的截面形状呈凹形或U型结构，所述上密封胶圈3和所述下密封胶圈10在未与所述上凸起6和所述下凸起7嵌合吋，即自由状态下，所述上密封胶圈3和所述下密封胶圈10的截面尺寸高度大于所述上密封凹槽2和所述下密封凹槽9的深度，此种结构设计，可以确保在施压嵌合时，增强密封性能。所述上密封胶圈3、所述下密封胶圈10、所述上凸起6和所述下凸起7的材质至少为天然橡胶、丁基橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的ー种。如图2所示，在PEM燃料电池单体组装时，所述上密封胶圈3和下密封胶圈10受到双极板的垂直压紧カ压紧，所示上凸起6和下凸起7与所述上密封胶圈3和下密封胶圈10相互作用、嵌合在一起，从而对燃料电池起到密封作用。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种高密封PEM燃料电池单体，包括双极板和MEA膜电极组件(5 )，所述双极板包括上单极板(I)和下单极板(8)，其特征在于:所述上单极板(I)的ー侧表面中部设有上流场(4)，所述上流场(4)两端分别设有上密封凹槽(2)，所述上密封凹槽(2)内设有带凹槽的上密封胶圈(3);所述下单极板(8)的ー侧表面中部设有下流场(11)，所述下流场(11)两端分别设有下密封凹槽(9)，所述下密封凹槽(9)内设有带凹槽的下密封胶圈(10);所述MEA膜电极组件(5)的ー侧表面设有与所述上密封胶圈(3)的凹槽相匹配的上凸起(6)，所述MEA膜电极组件(5)的另ー侧表面设有与所述下密封胶圈(10)的凹槽相匹配的下凸起(7);所述上凸起(6)与所述上密封胶圈(3)嵌合，所述下凸起(7)与所述下密封胶圈(10)嵌合，将所述MEA膜电极组件(5 )固定在所述上单极板(I)和所述下单极板(8 )之间。
2.根据权利要求1所述的ー种高密封PEM燃料电池单体，其特征在于:所述上密封胶圈(3)和所述下密封胶圈(10)在未与所述上凸起(6)和所述下凸起(7)嵌合时，所述上密封胶圈(3)和所述下密封胶圈(10)的截面高度大于所述上密封凹槽(2)和所述下密封凹槽(9)的深度。
3.根据权利要求1所述的ー种高密封PEM燃料电池单体，其特征在于:所述上密封胶圈(3)、所述下密封胶圈(10)、所述上凸起(6)和所述下凸起(7)的材质至少为天然橡胶、丁基橡胶、聚氨脂、氟橡胶、硅橡胶中的ー种。
专利摘要本实用新型公开了一种高密封PEM燃料电池单体，包括双极板和MEA膜电极组件，其特征在于上单极板的一侧表面中部设有上流场，上流场两端分别设有上密封凹槽，上密封凹槽内设有带凹槽的上密封胶圈；下单极板的一侧表面中部设有下流场，下流场两端分别设有下密封凹槽，下密封凹槽内设有带凹槽的下密封胶圈；MEA膜电极组件的一侧表面设有与上密封胶圈的凹槽相匹配的上凸起，MEA膜电极组件的另一侧表面设有与下密封胶圈的凹槽相匹配的下凸起；MEA膜电极组件固定在上单极板和下单极板之间。本实用新型利用一种简单可靠的密封结构加强了MEA膜电极、密封胶圈、双极板之间的结合，从而提高了燃料电池单体的密封性能，且易于安装。
文档编号H01M8/10GK202930482SQ20122056995
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者赵帅, 侯中军, 付宇, 吕萍, 汪霞, 李家新 申请人:新源动力股份有限公司