一种燃料电池膜电极热压模具的制作方法

本实用新型涉及一种燃料电池膜电极热压模具，属于燃料电池膜电极技术领域。

背景技术：

燃料电池(Fuel Cell)是一种能量转化装置，它能够将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，且不受热力学卡诺循环的限制，实际能源转化效率接近60％，是内燃机效率的两倍。同时燃料电池还具有能量密度大、环境友好、低噪音、安全性强、负荷响应快、燃料利用率高、可迅速补充燃料、续航时间长、试用范围广等优点，被广泛用于中小型发电站、便携式通讯电源、家庭式热电联供装置、野外无人区检测电源，同时还可以作为民用轿车、航空航天、潜艇等动力电源，被认为最具有潜力的能源转换装置。MEA(Membrane Electrode Assembly)又称为膜电极，是燃料电池的心脏，由CCM(催化剂涂层膜)与阴/阳极扩散层三部分组成，扩散层起到水管理、物料的分配、传递电子等作用，CCM是电化学反应的主要场所，涉及反应的发生和生成物的传递及排放等问题。MEA作为燃料电池电化学反应的基本单元，它的设计和制备首先要遵循燃料电池电化学反应的基本原理和特性，并且与燃料电池最终的使用条件、经济效益及制备工艺等等相结合来综合考虑。不同工艺也将决定了燃料电池的工作性能、使用寿命、配套设施等等一系列至关重要的问题。

公开号为：1689181，公开日为：2005-10-26，实用新型名称为：用于简化制造具有薄膜材料装置的夹具和方法，利用两层带孔的平板来定位扩散层、离子交换膜热溶或压合到一起的一种薄膜,薄膜上开有比扩散层略小的孔，但这种利用薄膜上的孔来定位扩散层的方法由于膜本身容易变形而并不可靠和精确,扩散层又完全覆盖在薄膜上热压时很容易滑动，造成阴/阳极扩散层，CCM结合并不紧密，而三者的接触电阻对电池的放电性能有极大的影响。

公开号为：1653639，公开日为：2005-08-10，实用新型名称为：用于使燃料电池部件脱离压合夹具的装置和方法，利用机械结构轮流稳定压合上下模板,并用模板上的微孔对膜电极上下表面施加压力和抽真空使得膜电极脱离上下压合模板,然后移离上模板,从下模板取出膜电极，但是这种方法工艺操作复杂，机械精度要求高，降低了工作效率。

公开号为：101183717，公开日为：2008-05-21，实用新型名称为：一种用于热压制备燃料电池膜电极的压合模具装置，本实用新型膜电极各个组件可以准确定位，并且通过弹开弹簧可以将上下压板自动弹开，通过内置的温度探头可以很好的检测热压温度的变化。但是缺点在于结构复杂，弹簧弹开压板难以控制，面对不同尺寸的膜电极需要更换不同的模头，降低生产速率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种高效的、能够准确定位的、适用于多尺寸的燃料电池膜电极热压模具。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型的一种燃料电池膜电极热压模具，包括上模板、与上模板结构相同的下模板和用于将上模板与下模板合在一起的紧固装置；上模板及下模板从内到外依次均包括平板中心开有槽的开槽平板、平板塞和尺寸与槽的尺寸相对应用于盖住槽的盖板；开槽平板的四周设有边框，所述槽的区域内设有多个等间距的吸附孔，在所述槽的边框正面刻有用于确定膜电极三维空间位置的长度标尺；所述边框侧面开有用于连接真空泵转接头的孔；平板塞上设有多个与吸附孔相对应用于堵住吸附孔的圆柱体。

上述真空泵转接头通过快插接头与PTFE硬管相连接，所述PTFE硬管与真空泵相连接。

上述盖板的四周设有密封橡胶垫。

上述盖板的内部开有多条通气沟壑。

上述开槽平板的厚度为10-20mm，边框外尺寸为300mm*300mm-500mm*500mm，所述槽的尺寸为250mm*250mm-450mm*450mm，所述边框的厚度为50mm-100mm，所述长度标尺为300mm-500mm，所述吸附孔的面积为250mm*250mm-450mm*450mm。

每个所述吸附孔的直径为2-10mm，吸附孔的深度为5-10mm，相邻两个吸附孔圆心间距为4-15mm。

每一个独立的所述平板塞的边界离最外侧的圆柱体圆心距离为2-15mm；所述平板塞的尺寸为250mm*250mm-450mm*450mm，平板塞的厚度为2-5mm，圆柱体的高度均与吸附孔深度一致。

上述盖板的尺寸为250mm*250mm-450mm*450mm，盖板的厚度为5-13mm。

本实用新型吸附孔的直径以及间距足够小，类似于像素点阵，利用吸附孔来定位膜电极各个组件的空间位置，并且利用真空吸附，保证各个组件不会轻易的挪动，对大面积及形状迥异的膜电极的定位尤为的重要，并且结构简单，操作容易，很适合大量快捷的生产。

附图说明

图1为本实用新型的一种燃料电池膜电极热压模具整体结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为图1中B的局部放大图；

图4为开槽平板正面示意图；

图5为开槽平板反面示意图；

图6为平板塞正面示意图；

图7为平板塞反面示意图；

图8为盖板正面示意图；

图9为盖板反面示意图；

图中各部件的标号如下：固定螺杆1-1、锁紧螺帽1-2、开槽平板2、边框2-1、吸附孔2-2、快插接头2-3、槽2-4、平板塞3、圆柱体3-1、盖板4、密封橡胶垫4-1、通气沟壑4-2。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

本实用新型涉及的具体热压模具是指具有一定厚度并且开槽2-4的平板，槽2-4内开有一定尺寸和数量的吸附孔2-2，在槽2-4的边界处刻有标尺用以确定膜电极的三维空间位置；为了堵住吸附孔2-2的平板塞3；为了形成吸附空腔及提供热压平面的盖板4，具体的案例实施如下。

一、开槽平板2的具体尺寸、参数及作用：开槽平板2厚度15mm，外框尺寸400mm*400mm，槽2-4的尺寸需小于外框尺寸，本实用新型采用350mm*350mm，则边框2-1尺寸为50mm宽刻有300mm的长度标尺精度为1mm，在槽2-4内开有等间距吸附孔2-2，吸附孔2-2的面积本实用新型采用300mm*300mm，吸附孔2-2的直径2mm，孔的圆心间距4mm，孔深度5mm，在边框2-1的侧面开有连接真空泵的转接头的孔，转接头用快插接头2-3连接PTFE硬管再连接到真空泵。

二、平板塞3的具体尺寸和参数及作用：平板塞3在本实用新型主要有两个作用，1、在吸附扩散层时起到堵塞其它多余孔增加束缚力，2、在热压时堵塞膜电极部分的孔，起到对膜电极的保护作用。平板塞3的尺寸可以任意调节但是不大于吸附孔2-2的面积，本实用新型采用300mm*300mm大小的平板塞3，平板塞3是指在厚度2mm的平板上带有等间距的圆柱体3-1，圆柱体3-1的底面直径，间距，高度需要与吸附孔2-2对应，必须保证平板塞3可以完全的插入孔内，本实施例采用的圆柱体3-1底部直径为1.95mm(小于孔的2mm)，圆柱体3-1圆心间距为4mm，圆柱体3-1高度为5mm(与孔深度相同)，每一个独立的平板塞3的边界处离最外侧的圆柱体3-1的圆心距离为2mm，这样可以保证两个平板塞3连接部分可以保证无缝连接。

三、盖板43的具体参数和尺寸及作用：盖板4的作用在本实用新型主要有两个，1、在吸附扩散层时与开槽平板2一起形成吸附空腔，2、在热压膜电极时起到固定平板塞3的作用，其尺寸需要与开槽薄板槽的尺寸对应，使得盖板4可以完全盖住槽2-4，本实用新型采用尺寸为345mm*345mm，厚度为6mm，并且需要在盖板4边缘铺有一个宽为30mm的高2-3mm的密封橡胶垫4-1(自身弹性导致其高度可以稍微高一点)，在盖板4的内部开有通气沟壑4-2，脊高2mm(盖板6mm+脊高2mm+平板塞厚2mm+吸附孔2-2深5mm应等于15mm--平板厚度)，脊宽10mm，脊长300mm。

实验时具体的热压方法如下：(1)确定热压的膜电极尺寸，用盖板4将槽2-4盖起来形成吸附空腔，翻转合体(盖的动作是将盖板(4)拿起来向下盖住槽，此时吸附功能面在下方，需要将二者的合体翻转过来使得吸附孔向上，这时候才能铺碳纸<按照坐标定位>)，使吸附孔2-2朝上，将扩散层放置吸附孔2-2上，确定放置坐标(一般的我们用平面系坐标[x,y]定位扩散层的两个对角或者其他有效位置)，开启真空泵，将扩散层固定，然后将密封后的CCM(催化剂涂层膜)继续放置，确定放置坐标(定位与扩散层一样)，保证扩散层与CCM中的有效面积(含有催化剂的部分，此部分起到催化气体反应物的作用，需要和碳纸(扩散层)对应)重合；(2)取另外一个相同结构的夹具(或称为下模具)，将扩散层放置在与步骤(1)中扩散层相同坐标上，开真空吸附住；然后将步骤(1)、(2)的夹具合起来，用固定螺杆1-1通过模具四个角的定位孔定位，保证上下模具(即燃料电池的阴阳极扩散层)在同一空间位置上，通过锁紧螺帽1-2锁紧四个定位孔的固定螺杆1-1；(4)关闭真空泵，将上下两个模具的盖板4拿开，用平板塞3将吸附孔2-2盖住(防止热压是孔部分不受压力导致的扩散层结构破坏)，盖上盖板4，去掉固定螺杆1-1，将上述构成的平板模具拿到热压机上热压即可。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。