一种金属板密封结构、电堆结构及燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种金属板密封结构、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件来密封，以满足燃料电池的正常运行。
3.现今燃料电池堆主要分为石墨板电堆、金属板电堆以及其它复合板电堆；相较于石墨板电堆的密封，金属板电堆因其双极板的特殊结构，其三路流体的密封设计颇为复杂，且容易出现流体泄露的情况。
4.针对金属板电堆的密封设计，多数厂家采用“双密封件结构”（如图1），即外密封件用来防止电堆的三路流体向外界的泄露，而内密封件用来防止三路流体互相间的内泄露；并且因金属板的特殊结构，其外密封件结构为对齐密封，内密封件结构为错位密封。然而在实际密封中，这种“双密封件结构”存在一个问题，即内密封件结构只在膜电极边框一侧有密封件，而膜电极边框是一种强度和刚度不大的有机材质，故在密封压缩过程中，内密封会压迫膜电极边框使其向另一侧变形，这样内密封件受到边框的压力偏小，该密封件的压缩变形量相较于外密封件结构来说偏小，其密封效果偏弱，存在泄露的风险。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的密封件的压缩变形量相较于外密封件结构来说偏小，其密封效果偏弱，存在泄露的风险的问题，从而提供一种金属板密封结构、电堆结构及燃料电池。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种金属板密封结构，包括：膜电极边框，所述膜电极边框的两侧设有双极板；第一密封垫，具有两个，两个所述第一密封件位于所述膜电极边框的两侧，所述第一密封垫与两个所述双极板组成外密封结构，所述第一密封垫与膜电极边框的接触长度为d1；第二密封垫，位于所述第一密封垫的一侧，所述第二密封垫与所述双极板组成内密封结构，所述第二密封垫与所述膜电极边框的接触长度为d2，所述d1大于所述d2。
7.进一步地，所述d2长度为所述d1长度的三分之二。
8.进一步地，所述第一密封垫和第二密封垫与所述双极板的接触长度为d，所述d大于所述d1。
9.进一步地，所述d2长度为所述d长度的三分之一。
10.进一步地，所述第一密封垫和第二密封垫的投影呈梯形。
11.进一步地，双极板上设有卡槽，所述第一密封垫和第二密封垫设于所述卡槽内。
12.进一步地，所述卡槽的长度大于所述d的长度。
13.本实用新型还提供了一种电堆结构，包括本实用新型所述的金属板密封结构。
14.本实用新型还提供了一种燃料电池，包括本实用新型所述的电堆结构。
15.本实用新型技术方案，具有如下优点：
16.1.本实用新型提供的金属板密封结构，包括：膜电极边框，所述膜电极边框的两侧设有双极板；第一密封垫，具有两个，两个所述第一密封件位于所述膜电极边框的两侧，所述第一密封垫与两个所述双极板组成外密封结构，所述第一密封垫与膜电极边框的接触长度为d1；第二密封垫，位于所述第一密封垫的一侧，所述第二密封垫与所述双极板组成内密封结构，所述第二密封垫与所述膜电极边框的接触长度为d2，所述d1大于所述d2。
17.通过将第二密封垫与所述膜电极边框的接触长度设置为d2，并且第一密封垫与膜电极边框的接触长度d1大于d2，使得第二密封垫受压偏小于外密封件时，第二密封垫的应力会接近第一密封垫的应力，即第一密封垫和第二密封垫的变形量接近一致。即缩短了第二密封垫与膜电极边框的接触长度d2，该金属板密封结构结构设计简单，仅对外密封结构和内密封结构的接触长度作适当减小，在不增加第一密封垫和第二密封垫设计和工艺难度的前提下，使得内密封结构和外密封结构受压时的压缩变形量接近一致，从而达到有效密封的效果，避免出现泄漏的风险。
18.2.本实用新型提供的金属板密封结构，所述d2长度为所述d1长度的三分之二，即尽可能减小了第二密封垫与所述膜电极边框的接触长度，又保证了第二密封垫可以充分的支撑双极板。
19.3.本实用新型提供的金属板密封结构，所述第一密封垫和第二密封垫与所述双极板的接触长度为d，所述d大于所述d1；该设计未改变第一密封垫与双极板的接触长度、第二密封垫与双极板的接触长度。即保持第一密封垫与第二密封垫与双极板接触面的宽度相同，这样不仅双极板的结构设计不用过多考虑该部分的结构，而且胶线模具以及注塑工艺上也无过多的特殊要求。
20.4.本实用新型提供的金属板密封结构，所述卡槽的长度大于所述d的长度；卡槽大于d的长度用于第一密封垫和第二密封受到挤压时，第一密封垫和第二密封垫产生形变的形变余量。
21.提供

技术实现要素：
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
22.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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。
23.图1为现有技术中的金属板密封结构的结构示意图；
24.图2为本实用新型提供的金属板密封结构的结构示意图；
25.图3为本实用新型提供的金属板密封结构的第二密封垫的结构示意图。
26.附图标记说明：
27.1-膜电极边框；2-双极板；3-第一密封垫；4-第二密封垫；5-卡槽。
具体实施方式
28.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。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.请参阅图2至图3所示，本实用新型提供了一种金属板密封结构，包括：膜电极边框1，所述膜电极边框1的两侧设有双极板2；第一密封垫3，具有两个，两个所述第一密封件位于所述膜电极边框1的两侧，所述第一密封垫3与两个所述双极板2组成外密封结构，所述第一密封垫3与膜电极边框1的接触长度为d1；第二密封垫4，位于所述第一密封垫3的一侧，所
述第二密封垫4与所述双极板2组成内密封结构，所述第二密封垫4与所述膜电极边框1的接触长度为d2，所述d1大于所述d2。
35.通过将第二密封垫4与所述膜电极边框1的接触长度设置为d2，并且第一密封垫3与膜电极边框1的接触长度d1大于d2，使得第二密封垫4受压偏小于外密封件时，第二密封垫4的应力会接近第一密封垫3的应力，即第一密封垫3和第二密封垫4的变形量接近一致。即缩短了第二密封垫4与膜电极边框1的接触长度d2，该金属板密封结构结构设计简单，仅对外密封结构和内密封结构的接触长度作适当减小，在不增加第一密封垫3和第二密封垫4设计和工艺难度的前提下，使得内密封结构和外密封结构受压时的压缩变形量接近一致，从而达到有效密封的效果，避免出现泄漏的风险。
36.在一些可选的实施例中，所述d2长度为所述d1长度的三分之二，即尽可能减小了第二密封垫4与所述膜电极边框1的接触长度，又保证了第二密封垫4可以充分的支撑双极板2。
37.在一些可选的实施例中，所述第一密封垫3和第二密封垫4与所述双极板2的接触长度为d，所述d大于所述d1。该设计未改变第一密封垫3与双极板2的接触长度、第二密封垫4与双极板2的接触长度。即保持第一密封垫3与第二密封垫4与双极板2接触面的宽度相同，这样不仅双极板2的结构设计不用过多考虑该部分的结构，而且胶线模具以及注塑工艺上也无过多的特殊要求。
38.第一密封垫3与第二密封垫4与双极板2、以及膜电极边框1的接触面涂抹有胶水，并在接触处形成胶线。
39.在一些可选的实施例中，所述d2长度为所述d长度的三分之一。即在尽可能减小了第二密封垫4与所述膜电极边框1的接触长度，又保证了第二密封垫4可以充分的支撑双极板2。
40.在本实施例中，所述第一密封垫3和第二密封垫4的投影呈梯形。
41.在一些可选的实施例中，所述双极板2上设有卡槽5，所述第一密封垫3和第二密封垫4设于所述卡槽5内，即两个第一密封垫3与两个卡槽5共同组成外密封件结构，第二密封垫4与卡槽5共同组成内密封结构。
42.在一些可选的实施例中，所述卡槽5的长度大于所述d的长度。卡槽5大于d的长度用于第一密封垫3和第二密封受到挤压时，第一密封垫3和第二密封垫4产生形变的形变余量。
43.该金属板密封结构通过将第二密封垫4与所述膜电极边框1的接触长度设置为d2，并且第一密封垫3与膜电极边框1的接触长度d1大于d2，使得第二密封垫4受压偏小于外密封件时，第二密封垫4的应力会接近第一密封垫3的应力，即第一密封垫3和第二密封垫4的变形量接近一致。即缩短了第二密封垫4与膜电极边框1的接触长度d2，该金属板密封结构结构设计简单，仅对外密封结构和内密封结构的接触长度作适当减小，在不增加第一密封垫3和第二密封垫4设计和工艺难度的前提下，使得内密封结构和外密封结构受压时的压缩变形量接近一致，从而达到有效密封的效果。
44.本实用新型还提供了一种电堆结构，包括所述的金属板密封结构。
45.本实用新型还提供了一种燃料电池，包括所述的电堆结构。
46.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实用新型创造的保护范围之中。