一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆及其制备方法与流程

本发明属于燃料电池领域，涉及一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆及其制备方法。

背景技术：

燃料电池是一种能量转化装置，按照电化学原理将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有发电效率高，环境污染少的优点，有着广泛的应用前景。燃料电池的燃料一般是氢气、甲醇、甲烷，空气或氧气等为氧化剂，其中，燃料和氧化剂不能直接接触，需通过密封装置隔开，否则电池的安全性会大为降低，甚至有爆炸的危险。所以密封性能对于燃料电池至关重要。

现有燃料电池的主要密封方式有密封胶线密封，比如公开号为CN102324471B的专利，整个密封结构，由上下双极板、密封圈和膜电极组件构成，在密封圈和双极板、密封圈和膜电极接触地方，容易产生泄露，降低密封的效果；还有的是采用焊接的工艺，比如公开号为CN105397336A的专利，通过制备一种熔点较低的复合钎料膏，涂抹到密封位置上，进行钎焊连接，保证密封性能，但是这种方式比较复杂，对工艺要求较高，同时，焊接时的温度容易对电池造成损害。影响电池的性能。还有的是采用一体式密封，比如公开号为CN102938468A的专利，采用的是一种和密封线性质一样的密封胶，将其涂在密封槽上和膜电极的密封线位置上，然后将密封线放置在密封槽中，通过密封线和密封胶对其进行密封，这种密封方式相对简单，适合大量加工，但是其针对的主要是金属双极板；另外，分别在密封槽和膜电极上对应位置上涂抹密封胶增加了工艺的难度，同时在密封槽上涂抹密封胶变相的降低了密封槽槽深，封装时会增大密封线承受的压力，影响电堆性能，另外，多一个密封线，多一道工序，组装时费时费力。

技术实现要素：

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具有整体完全密封结构的燃料电池电堆及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆，包括交错叠置的双极板和设膜电极组件，所述的双极板具有流道区域和包围在流道区域外的密封区域，所述的密封区域高于流道区域，且密封区域内设有密封槽，所述的密封槽内设有密封胶，膜电极组件覆盖于流道区域和密封区域上，并且与密封槽内的密封胶连接。

优选地，所述的膜电极组件由反应区域和包围在反应区域外的边框区域组成，所述的反应区域与流道区域相匹配，所述的边框区域与密封区域相匹配，并与密封槽内的密封胶连接。

优选地，所述的膜电极组件的反应区域和边框区域均处于压缩状态。

优选地，所述的膜电极组件的反应区域的厚度大于边框区域的厚度。

优选地，所述的膜电极组件的反应区域由电解质膜以及分别位于电解质膜两面的电极组成。

优选地，所述的双极板为石墨双极板、金属双极板或复合材料双极板。

优选地，所述的密封胶为室温固化型触变性密封胶。

所述的具有整体完全密封结构的燃料电池电堆的制备方法，包括以下步骤：

S1：将双极板A面的密封区域的密封槽内涂胶，并将膜电极组件粘合在双极板的A面，进行室温固化，形成结合体；

S2：将多个结合体的A面朝下，并在结合体B面的密封区域的密封槽内涂胶，层层叠置，并放置于两侧附件之间，封装，紧固，常温固化，形成具有整体完全密封结构的燃料电池电堆。

优选地，所述的涂胶采用点胶工艺，涂胶所用的密封胶为室温固化型触变性密封胶。可以避免胶液在密封槽内自流平导致的膜电极组件与密封胶接触不良。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)双极板的密封区域高于流道区域，与MEA(膜电极组件)的边框区域接触连接，保证在封装力作用下，膜电极组件的压缩量满足要求。

(2)提高生产效率。本方案操作简单，避免了密封垫放错位的风险，只需一层层叠加即可，降低了操作难度，提高了生产效率

(3)提高了可靠性，本方案通过涂胶工艺代替密封线，避免了从密封线和极板、密封线和MEA接触界面发生泄漏的情况，提高了产品的可靠性。

(4)节约了成本。本方案采用涂胶代替密封线，减少了密封线开模的费用和密封线的加工成本。

附图说明

图1为本发明的剖面示意图；

图2为本发明的双极板的剖面示意图；

图3为本发明的结合体的剖面示意图；

图4为B面涂胶后的结合体的剖面示意图。

图中，1为双极板，11为流道区域，12为密封区域，121为密封槽，122为密封胶，2为膜电极组件，21为反应区域，22为边框区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种具有整体完全密封结构的燃料电池电堆，如图1～2所示，包括交错叠置的双极板1和设膜电极组件2，双极板1具有流道区域11和包围在流道区域11外的密封区域12，密封区域12高于流道区域11，且密封区域12内设有密封槽121，密封槽121内设有密封胶122，膜电极组件2覆盖于流道区域11和密封区域12上，并且与密封槽121内的密封胶122连接。

本本实施例中，膜电极组件2由反应区域21和包围在反应区域21外的边框区域22组成，反应区域21与流道区域11相匹配，边框区域22与密封区域12相匹配，并与密封槽121内的密封胶122连接。膜电极组件2的反应区域21和边框区域22均处于压缩状态。膜电极组件2的反应区域21的厚度大于边框区域22的厚度。膜电极组件2的反应区域21由电解质膜以及分别位于电解质膜两面的电极组成。双极板1为石墨双极板、金属双极板或复合材料双极板。密封胶122为室温固化型触变性密封胶122。

上述具有整体完全密封结构的燃料电池电堆的制备方法，包括以下步骤：

S1：将双极板1A面的密封区域12的密封槽121内涂胶，并将膜电极组件2粘合在双极板1的A面，进行室温固化，形成结合体，如图3所示；

S2：将多个结合体(本实施例以两个结合体为例)的A面朝下，并在每个结合体B面的密封区域12的密封槽121内涂胶，如图4所示，层层叠置，并放置于两侧附件之间，封装，紧固，常温固化，形成具有整体完全密封结构的燃料电池电堆。

涂胶时采用点胶工艺，涂胶所用的密封胶为室温固化型触变性密封胶。可以避免胶液在密封槽内自流平导致的膜电极组件与密封胶接触不良。

两侧附件包括端板、绝缘板及集流板，常规设置。固化时间可以根据需要进行选择，一般24小时使胶液完全固化。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。