一种高功率密度pemfc电堆专用极板的内嵌密封方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及燃料技术领域，具体设及一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的内嵌 密封方法。
【背景技术】
[0002] 质子交换膜燃料电池是将氨气的化学能转化为电能的装置，其优点在于产物是 水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作溫度可在低溫环境下运行，是移动电源和基 站电源和固定电源的首选。传统的燃料电池，是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组 成。由于质子交换膜膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起 进行串联起来，形成电堆。
[0003] 轻质化是燃料电池未来发展的重点之一，目前的燃料电池由于体积、重量等原因， 只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用，如何减轻燃料电池电堆的 重量，将燃料电池应用范围更广泛，成为目前急需解决的重要问题。
[0004] 双极板是燃料电池部件中最重的构件，主要起支撑和分配气体的作用。传统的双 极板基本上是石墨双极板或金属双极板，重量占电堆重量一半W上，使得燃料电池重量与 体积偏大，限制燃料电池应用范围与领域，在当今对燃料电池的体积密度和重量密度要求 接近苛求的条件下，越来越擧肘着燃料电池的商业化脚步。
[0005] 为减轻燃料电池的重量，满足消费者使用需求，减轻甚至避免使用双极板成为如 今燃料电池的研究方向，燃料的密封方法也随之改进。在传统的燃料电池通常采用对膜电 极或催化剂层设置垫圈，结构复杂，对气体扩散层的气密性保护效果一般，CN101076909公 开了一种燃料电池用密封结构，包括一对分离器、膜电极、配置于膜电极外周侧的、膜电极 平面延长线上的橡胶垫，与上述橡胶垫一体化成型并与上述分离器紧密接触的垫圈形状的 唇圈，通过将上述橡胶垫的一部分橡胶浸在膜电极中的气体扩散层中，使上述橡胶垫与膜 电极构成一体化结构，在上述一对分离器之间设置定位端，橡胶圈的唇圈的内周侧和外周 侧的至少一侧或两侧与定位端一体化成型。该结构中将橡胶圈和唇圈固定于膜电极的外周 侦U，并含浸在气体扩散层中，在工作过程中，通过设计橡胶含浸部的尺寸，阻止压缩过程中 橡胶含浸部从气体扩散层溢出，W达到密封的效果。然而该结构在工作过程中仍存在橡胶 密封圈从气体扩散层中溢出的问题，影响气密效果。
[0006]CN101032046A公开了一种燃料电池用密封垫的制造方法，并且具体公开了在由 多孔材质构成的GDL的表面涂布MPL将GDL浸溃于液态橡胶中，而该结构中为普通的GDL 层，仍然需要传统的双极板，并不能解决燃料电池的轻质化问题；CN101689648公开了一种 膜-电极-气体扩散层-垫圈接合体及其制造方法，包括电解质膜、阴极气体扩散层、阴极 催化剂层、在阴极催化剂层端面设置的阴极侧垫圈、阳极气体扩散层、阳极催化剂层，在阳 极催化剂层端面设置的阳极侧垫圈，并进一步公开侧垫圈的厚度高于气体扩散层厚度与催 化剂层厚度之和的1. 2倍，该申请主要解决顺利完成燃料电池的催化反应过程，在密封设 计中，主要是对催化剂层设置垫圈，结构比较复杂，密封措施并不能直接作用于气体扩散层 上达到最佳的密封效果，并且不能解决轻质化燃料电池的密封问题。
【发明内容】
[0007]发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种高功率密度PEMFC电 堆专用极板的内嵌密封方法。
[0008] 技术方案：本发明所述的一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的内嵌密封方法， 所述专用极板的表面一面为平板面，另一面根据设计的流场压制有气体流场，其中，平板面 涂覆导电缓冲层，流场面紧密贴合在导电连接件上，所述导电连接件外部表面设置有导电 锻层，内部具有冷却液流场，所述专用极板的内嵌密封方法包括如下步骤：
[0009] (1)先对压制有气体流场的专用极板的进气孔、进液孔、出气孔和出液孔内部置入 配套具有弹性的密封圈进行密封，然后在所述压制有气体流场的专用极板的四周固定密封 圈；
[0010] (2)将内嵌密封圈后的专用极板的平板面与=合一膜电极贴合，专用极板的流场 表面与导电连接件贴合，组装单元电池；然后在若干重复堆叠的单元电池两侧固定集电板， 在集电板两侧固定端板。
[0011] 优选地，为得到质量轻、强度高的专用极板，所述专用极板由如下组分制备而成：
[0012] 碳纤维短纤 40~60份； 树脂 4~18份;
[0013] 碳粉或石墨粉 10~40份； 造孔剂 0.5~1.5份; 增强剂DH-4 1.5~2.5汾，
[0014] 各组分W重量份计。
[0015] 优选地，所述专用极板分为阳极专用极板和阴极专用极板，所述阳极专用极板采 用阳极密封圈进行内嵌密封，所述阴极专用极板采用阴极密封圈进行内嵌密封。
[0016] 优选地，为提高密封效果，所述阳极密封圈的厚度为0. 61~3. 01mm。
[0017] 优选地，为提高密封效果，所述阴极密封圈的厚度为0.61~3. 01mm。
[0018] 优选地，为防止损坏专用极板表面，提高密封效果，所述具有弹性的密封圈材料为 硅胶类、橡胶类、聚四氣类、聚氨醋类或环氧类的一种或几种混合。
[0019] 优选地，所述具有弹性的密封圈材料为单组份硅胶。
[0020] 优选地，所述端板、集电板、导电连接件、专用单极板和=合一膜电极由工字型紧 固件固定。
[0021] 有益效果：（1)本发明的电堆不使用双极板，使用轻质化的极板代替传统的双极 板和气体扩散层，大幅度减少了电堆重量，提高了电堆比功率密度，与传统的电堆相比较， 本发明组成的风冷的电堆功率密度> 2.IkwA,水冷的电堆> 3. 2kw/L; (2)本发明采用娃 胶类、橡胶类、聚四氣类、聚氨醋类或环氧类的树脂材料对高功率密度PEMFC电堆专用极板 的四周化及进气孔、进液孔、出气孔和出液孔内部进行密封，阴阳两极气体通过各自密封圈 留置的专口孔道进入各自流场进入膜电极的反应区域，极板四周的密封圈确保气体只能在 各自的极板内传质扩散，杜绝了气体的外漏，然后又通过密封圈留置的孔道进入出气孔，最 终汇集到电堆气体出口。从而对由端板、集电板、导电连接件、高功率密度PEMFC电堆专用 极板、=合一膜电极组装得到的高功率密度质子交换膜燃料电池电堆具有较好的密封效 果。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明中高功率密度PEMFC电堆专用极板的内嵌密封示意图；
[0023] 图2为本发明中高功率密度PEMFC电堆专用极板的内嵌密封A-A剖视图；
[0024] 图3为本发明中高功率密度PEMFC电堆组装示意图；
[00巧]其中1.端板，2.集电板，3.导电连接件，4.阳极专用极板，5.S合一膜电极，6.阴 极专用极板，7.工字型紧固件，8.阳极密封圈，9.阴极密封圈。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范