一种燃料电池的密封结构及其燃料电池的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池的密封技术领域，具体涉及一种燃料电池的密封结构，本实用新型还涉及了该密封结构应用的燃料电池。


背景技术：

2.在燃料电池中，密封胶条是用于实现双极板与膜电极边框之间密封的主要结构。在当前技术中，制作密封胶条的技术主要包括：一、螺杆阀点胶：得到的胶条尺寸较大，其胶条宽度通常大于1.5mm，且胶条厚度大于1mm；胶条尺寸较大不仅会导致在水平方向上极板密封所占用的面积增加，导致极板有效利用面积减少；且在垂直方向上，由于双极板和膜电极边框之间的密封配合需要的高度一般为100-200μm，为了匹配这个高度，必须在极板密封区域开槽(槽的深度由胶厚和密封所需的高度决定)，这增加了极板的处理难度，降低了极板的机械强度；由于螺杆阀点胶的胶厚由点胶速度、胶的性质、胶头与极板的距离、极板的平整度等都有关，调控较复杂；而且螺杆阀点出的胶在闭合曲线接头处需要特殊技术，才能得到整体厚度均匀的胶条，这对螺杆阀的额外调控增加了工艺的复杂程度。二、丝网印刷胶膜：丝网印刷对胶的流动性要求高，由于丝网存在诸多“网眼”，必须依靠胶在其表面张力的作用下的“流平”来填补这些印刷时留下的“网眼”；当胶的流动性过低或表面张力较小时，印刷出的胶表面凹凸不平；流动性过高，在与极板接触的“液固”界面上(即胶膜的边缘)，由于胶的表面张力，胶体明显增厚；同时由于通过丝网印刷制作得到的胶条为平面胶，其弹性模量较低，受压后的形变量少，因此对胶厚的精度、装配的误差控制要求较高。三、注塑成型胶条：注塑时，使用模具覆盖在极板上，再将浆料注入到模具中的预留孔道中，冷却后在极板上得到成型的胶条；注塑的温度较高，由于模具与极板直接接触，对极板的加热易造成极板损坏；同时注塑需要开模具，模具费用较高且不易更改。
3.因此，基于以上技术现状，本技术人希望寻求技术方案来解决现有技术存在的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池的密封结构及其燃料电池，极大地增加了极板的利用率，同时无需对极板进行开槽处理；而且对胶的物理性能要求不高，无需设计专用的模具，密封胶条的喷射图形可以依据极板形状自由设计，调整快，成本低。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种燃料电池的密封结构，所述燃料电池至少包括极板和膜电极，所述膜电极的外周设有膜电极边框，所述极板和/或膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条；所述极板与其对应的膜电极边框通过所述密封胶条固化密封安装配合；其中，所述密封胶条的宽度范围为0.4-2mm，其厚度范围为50-500μm。
7.优选地，所述密封胶条的宽度范围为0.5-1.5mm，其厚度范围为50-300μm。
8.优选地，所述密封胶条的截面呈弧状，以增加胶条和膜电极边框之间的最大压强，从而提高密封性能；同时，具有弧状截面的密封胶条在电堆压力下形变量大，降低了对密封胶条的弹性模量、尺寸公差、极板平整度、装配的精度的要求，密封效果便捷有效。
9.优选地，所述密封胶条包括呈闭合状的主密封胶条单元以及与该闭合状的密封胶条单元呈交叉连接和/或间隔分布的附加密封胶条单元。
10.优选地，所述密封胶条设置在位于所述极板外周的密封区域上；和/或，所述密封胶条设置在位于膜电极边框的密封区域上。
11.优选地，所述极板为双极板，所述双极板的1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条a，所述双极板的另1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条b，所述双极板分别通过所述密封胶条a和密封胶条b与其对应的膜电极边框固化密封安装配合；当位于燃料电池端部时，本技术中的极板也可以为燃料电池的其他平面部件，同样参照本技术提供的技术方案来进行密封，这些都是本领域技术人员可实施的范围。
12.优选地，所述极板采用硅基材质或石墨材质或金属材质或复合材料材质。
13.优选地，所述密封胶条a和密封胶条b相对于双极板呈上下对称。
14.优选地，一种燃料电池，至少包括极板和膜电极，所述燃料电池采用如上所述的密封结构。
15.优选地，所述燃料电池至少包括1个双极板，以及分别位于所述双极板两侧的膜电极，其中，所述双极板的1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条a，所述双极板的另1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条b，所述密封胶条a和密封胶条b相对于双极板呈上下对称，且所述双极板分别通过所述密封胶条a和密封胶条b与其对应的膜电极边框固化密封安装配合。
16.本技术全文涉及的喷射工艺为公知的工艺，具体工作过程为：在待喷射的基板(本技术为极板)上使用喷射阀得到一定高度的密封胶条，经过热固化后即可得到成型的带有密封胶条的基板，喷射工艺本身不作为本技术的创新内容。
17.本技术惊喜地发现通过公知成熟的喷射工艺来制作燃料电池的密封胶条结构，可以将密封胶条的位置精度控制在50μm之内，尺寸范围灵活地控制在宽度范围为0.4-2mm，厚度范围为50-500μm，极大了增加了极板的利用率；宽度精度高于50μm，厚度精度高于10μm，同时无需对极板进行开槽处理；而且采用喷射工艺制作密封胶条结构，对胶的流动性要求不高，液体胶只要能通过喷射阀喷出，即可以通过调节相关参数得到所需的高精度的密封胶条尺寸；此外，本技术采用喷射工艺制作密封胶条结构，可选择使用的胶种类更多，且密封胶条固化密封安装配合时，不需要在压力下进行，对极板的损害很小，同时喷射工艺无需设计专用的模具，密封胶条的喷射图形可以依据极板形状自由变化，调整快，成本低。
附图说明
18.图1是本技术具体实施方式下燃料电池的局部密封结构示意图；
19.图2是本技术具体实施方式下燃料电池的密封结构的实物显微镜照片。
具体实施方式
20.本实用新型实施例公开了一种燃料电池的密封结构，燃料电池至少包括极板和膜电极，膜电极的外周设有膜电极边框，极板和/或膜电极边框设有通过喷射工艺成型的密封胶条；极板与其对应的膜电极边框通过密封胶条固化密封安装配合；其中，密封胶条的宽度范围为0.4-2mm，其厚度范围为50-500μm。
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
22.一种燃料电池，至少包括极板和膜电极，具体优选地，燃料电池至少包括1个双极板(通常由阴极板和阳极板叠压为一体)，以及分别位于双极板两侧的膜电极，膜电极的外周设有膜电极边框，图1示出了5个双极板1，4个膜电极边框2；其中，燃料电池采用如下所述的密封结构：优选地，在本实施方式中，双极板1可以采用硅基材质或石墨材质或金属材质或复合材料材质，本实施例对其不做唯一限定，具体优选地，在本实施方式中，双极板1采用硅基双极板。
23.在本实施方式中，双极板1的1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框2设有通过喷射工艺成型的密封胶条a3a，双极板1的另1个表面外周和/或与其对应的膜电极边框2设有通过喷射工艺成型的密封胶条b3b；双极板1分别通过密封胶条a3a和密封胶条b3b与其对应的膜电极边框2固化密封安装配合；在本实施方式中，各密封胶条(具体包括密封胶条a3a，密封胶条b3b)设置在位于双极板1外周的密封区域上；和/或，密封胶条a3a，密封胶条b3b分别设置在位于膜电极边框2的密封区域上，本领域技术人员可以结合实际密封需求来划定合适的密封区域，这些都是本领域技术人员的公知常识，本实施例对其不做具体展开说明。为了便于喷射施工，且有利于均匀可靠的密封效果，在本实施方式中，在双极板1的两个表面外周分别通过喷射工艺成型得到密封胶条a3a、b3b，其中，密封胶条a3a与密封胶条b3b采用相同的尺寸规格，相对于双极板1呈上下对称分布。
24.本技术在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需求将密封胶条a3a，密封胶条b3b喷射在双极板的外周，或喷射在膜电极边框2的外周，还可以向两者的外周均进行喷射；进一步优选地，为了便于操作，在本实施方式中，选择在各双极板1的两个表面外周分别喷射密封胶条a3a和密封胶条b3b；
25.其中，在本实施方式中，密封胶条a3a、密封胶条b3b的宽度范围均为0.4-2mm，厚度范围均为50-500μm；更优选地，在本实施方式中，密封胶条a3a、密封胶条b3b的宽度范围均为0.5-1.5mm，其厚度范围均为50-300μm，进一步优选为，密封胶条a3a、密封胶条b3b的宽度范围均为0.8-1.4mm，其厚度范围均为80-200μm；具体优选地，在本实施方式中，密封胶条a3a、密封胶条b3b的宽度均为1.1mm，其厚度均为150μm。
26.优选地，请进一步参见图2所示，在本实施方式中，密封胶条a3a、密封胶条b3b的截面均呈弧状，具体呈现为弧状；密封胶条a3a、密封胶条b3b的弹性模量较小，形变量大，密封效果便捷有效；且对密封胶条a3a、密封胶条b3b的尺寸公差、极板平整度、装配的精度要求均不高。
27.优选地，在本实施方式中，密封胶条a3a、密封胶条b3b分别包括呈闭合状的主密封胶条单元以及与该闭合状的密封胶条单元呈交叉连接和/或间隔分布的附加密封胶条单元，具体可以参照本技术人的在先申请cn212380445u的记载方案，本实施例对此不再具体展开说明。
28.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
29.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。