一种燃料电池的膜电极结构、电堆结构及燃料电池的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的膜电极结构、电堆结构及燃料电池。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池（pemfc）电堆是由多节单电池组成，pemfc单电池由质子交换膜、阴阳两极催化层、扩散层、双极板以及冷却通道等部件组成。燃料电池堆由多节单电池叠加组成，燃料通过燃料电池堆的燃料进口分配腔进入每节单电池，经过电池内的流道并参与反应，剩余气体从燃料电池堆的燃料出口汇集腔流出燃料电池堆；其中反应气体之间以及反应气体与冷却液之间需要采用密封圈来密封，以满足燃料电池的正常运行。
3.燃料电池阴阳极气体的密封部分，通过粘密封圈进行密封的，密封圈厚度一致，但是由于极板设计时为了保证极板总厚度，极板密封位置的槽深并不一致，当电堆装配完毕，施加一定的压堆力后，密封圈不同位置受力不均匀，即压缩率有大有小，为了保证气密性满足需求指标，会出现部分密封的压缩率过高，初始装配时的密封没问题，但一段时间后由于高压缩的密封回弹率变差，无法满足气密性指标要求。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电堆使用一段时间后，由于高压缩的密封回弹率变差，无法满足气密性指标要求的问题，从而提供一种燃料电池的膜电极结构、电堆结构及燃料电池。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池的膜电极结构，包括：膜电极边框，所述膜电极边框包括基础部和加厚部，所述加厚部位于所述基础部的两侧，且错位设置，所述膜电极边框的两侧设有双极板；第一密封件和第二密封件，相对设于所述基础部的两侧，且所述第一密封件和第二密封件位于同一直线上，所述第一密封件和第二密封件、以及所述双极板构成对位密封结构；第三密封件和第四密封件，设于与所述加厚部对应的基础部上，所述第三密封件和第四密封件、以及所述双极板构成错位密封结构。
6.进一步地，所述加厚部包括第一加厚块和第二加厚块，所述第一加厚块的厚度与第二加厚块的厚度相同。
7.进一步地，所述第一加厚块与所述第二加厚块的厚度不同。
8.进一步地，所述第一加厚块的厚度为所述错位密封结构的总深度的四分之一。
9.进一步地，所述基础部与所述加厚部为一体成型件。
10.进一步地，所述所述第一密封件和第三密封件的厚度相同，所述第二密封件和第四密封件的厚度相同。
11.进一步地，所述双极板上设有卡槽，所述第一密封件和第二密封件、第三密封件、以及第四密封件设于所述卡槽内。
12.本发明还提供了一种电堆结构，包括所述的燃料电池的膜电极结构。
13.本发明还提供了一种燃料电池，包括所述的电堆结构。
14.本发明技术方案，具有如下优点：1.本发明提供的燃料电池的膜电极结构，包括：膜电极边框，所述膜电极边框包括基础部和加厚部，所述加厚部位于所述基础部的两侧，且错位设置，所述膜电极边框的两侧设有双极板；第一密封件和第二密封件，相对设于所述基础部的两侧，且所述第一密封件和第二密封件位于同一直线上，所述第一密封件和第二密封件、以及所述双极板构成对位密封结构；第三密封件和第四密封件，设于与所述加厚部对应的基础部上，所述第三密封件和第四密封件、以及所述双极板构成错位密封结构。
15.通过将第一密封件和第二密封件设置在膜电极边框的基础部的两侧，并且两个第一密封件和第二密封件、膜电极边框、以及双极板形成对位密封结构。通过在基础部上设置加厚部，并且，第三密封件和第四密封件设于与加厚部相对设置的基础部，由第三密封件和第四密封件、双极板、膜电极边框组成的错位密封结构，即在膜电极边框的基础部上增加了加厚部，从而保证了与加厚部相对应设置的第三密封件和第四密封件位置处的密封压缩设计值，几乎等同于第一密封件和第二密封件位置处的密封压缩设计值，保证了第一密封件和第二密封件、第三密封件、以及第四密封件的密封回弹率，满足气密性指标的要求，从而保证燃料电池密封效果，提升密封安全性，进而提高了密封件的使用寿命。
16.2.本发明提供的燃料电池的膜电极结构，所述加厚部包括第一加厚块和第二加厚块，所述第一加厚块的厚度与第二加厚块的厚度相同；该设置方式便于第一加厚块和第二加厚块的制作和加工。
17.3.本发明提供的燃料电池的膜电极结构，所述所述第一密封件和第三密封件的厚度相同，所述第二密封件和第四密封件的厚度相同；该设计便于第一密封件、第二密封件、第三密封件、以及第四密封件的加工和制作，起到了节约成本的作用。
18.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明提供的燃料电池的膜电极结构的阴极双极板的结构示意图；图2为本发明提供的燃料电池的膜电极结构的阳极双极板的主视图；图3为本发明提供的燃料电池的膜电极结构的阳极双极板和阴极双极板叠加在一起的结构示意图；图4为本发明提供的燃料电池的膜电极结构的阴极双极板的a-a的剖面图。
21.附图标记说明：1-膜电极边框；11-基础部；12-加厚部；121-第一加厚块；122-第二加厚块；2-第一密封件；3-第二密封件；4-第三密封件；5-第四密封件；6-双极板；61-卡槽。
具体实施方式
22.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
23.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
25.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
27.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
28.请参阅图1至图4所示，本发明提供了一种燃料电池的膜电极结构，包括：膜电极边框1，所述膜电极边框1包括基础部11和加厚部12，所述加厚部12位于所述基础部11的两侧，且错位设置，所述膜电极边框1的两侧设有双极板6；第一密封件2和第二密封件3，相对设于所述基础部11的两侧，且所述第一密封件2和第二密封件3位于同一直线上，所述第一密封件2和第二密封件3、以及所述双极板6构成对位密封结构；第三密封件4和第四密封件5，设于与所述加厚部12对应的基础部11上，所述第三密封件4和第四密封件5、以及所述双极板6构成错位密封结构。
29.通过将第一密封件2和第二密封件3设置在膜电极边框1的基础部11的两侧，并且
两个第一密封件2和第二密封件3、膜电极边框1、以及双极板6形成对位密封结构。通过在基础部11上设置加厚部12，并且，第三密封件4和第四密封件5设于与加厚部12相对设置的基础部11，由第三密封件4和第四密封件5、双极板6、膜电极边框1组成的错位密封结构，即在膜电极边框1的基础部11上增加了加厚部12，从而保证了与加厚部12相对应设置的第三密封件4和第四密封件5位置处的密封压缩设计值，几乎等同于第一密封件2和第二密封件3位置处的密封压缩设计值，保证了第一密封件2和第二密封件3、第三密封件4、以及第四密封件5的密封回弹率，满足气密性指标的要求，从而保证燃料电池密封效果，提升密封安全性，进而提高了密封件的使用寿命。
30.在本实施例中，膜电极边框1的基础部11和加厚部12为一体成型件。便于膜电极边框1的制作和加工，同时，还提高了膜电极的整体强度和刚度。
31.其中，双极板6具有两个，设置在膜电极边框1上方的为阳极板，设置在膜电极边框1下方的为阴极板。
32.膜电极边框1、双极板6、第一密封件2、以及第二密封件3组成的对位密封结构；膜电极边框1、双极板6、第三密封件4、以及第四密封件5组成的错位密封结构为连续设置，本实施例中，只是单独的列举其中一部分。
33.在一些可选的实施例中，所述加厚部12包括第一加厚块121和第二加厚块122，所述第一加厚块121的厚度与第二加厚块122的厚度相同，具体地，可以根据实际第一密封件2和第二密封件3、第三密封件4、以及第四密封件5的设置厚度自行设定，同时也需要参考双极板6上卡槽61的深度设置。
34.当然，所述第一加厚块121与所述第二加厚块122的厚度不同；具体地，可以根据实际情况自行设定。
35.在一些可选的实施例中，所述第一加厚块121的厚度为所述错位密封结构的总深度的四分之一。其中，错位密封件结构的总深度为其中一个双极板6至另一个双极板6之间的厚度，具体地，包括第三密封件4、膜电极边框1的基础部11和加厚部12的总厚度。
36.第二加厚块122的后度可以为错位密封结构的总深度的四分之一，具体，可以根据实际情况自行设定。
37.为了便于说明，以膜电极边框1两侧冷却路密封为例，空气侧、氢气侧密封同理。现将第一密封件2、第二密封件3、第三密封件4、以及第四密封件5的厚度进行设定，设第一密封件2的厚度为h1、第二密封件3的厚度为h2；其中，所述所述第一密封件2和第三密封件4的厚度相同，即均为h1，所述第二密封件3和第四密封件5的厚度相同，即均为h2；该设计便于第一密封件2、第二密封件3、第三密封件4、以及第四密封件5的加工和制作，起到了节约成本的作用。
38.设置第三密封件4的错位密封结构的总深度为h3，设置第四密封件5的错位密封结构的总深度为h4，第一加厚块121的厚度等于h3-h1的厚度，同时也需要考虑基础部11的厚度，第二加厚块122的厚度等于h4-h2，同时也需要考虑基础部11的厚度。
39.本发明还提供了一种电堆结构，包括所述的燃料电池的膜电极结构。
40.本发明还提供了一种燃料电池，包括所述的电堆结构。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。