一种膜电极及单电池的制作方法

本发明涉及电池，具体涉及一种膜电极及单电池。

背景技术：

1、燃料电池结构单元中的单电池主要是由膜电极、阴极板和阳极板构成，其中膜电极中设置有质子交换膜、催化剂和气体扩散层等，是化学反应发生场所；阴极板和阳极板是带有流道的金属极板，其主要作用是输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热量，故而膜电极、阴极板和阳极板在拼合构成单电池后，其内部将形成不同的流通通道以供气体和水流通，因此，保证膜电极与阴极板和阳极板之间的需要有密封结构，用以防止单电池各个腔体中的氢气、氧气及冷却剂相互内漏或者泄露到电池外部环境。

2、现有技术中的单电池一般通过设置密封圈来确保膜电极的密封性，例如在申请号cn202310142996.9的中国专利中，公开了一种燃料电池的极板密封结构，包括第一极板和第二极板，所述密封槽内设置有密封胶圈，该结构中密封胶圈能够用于第一极板和第二极板之间的密封，但对于膜电极两侧连接阴阳极板的结构，由于存在多个流道和多个进出口，并不能实现不同流道开进出口之间的独立密封，各流道进出口之间容易出现流体互窜；又例如在申请号cn202110108894.6的中国专利中，公开了非焊接式金属板单电池的密封结构及密封方法，其中单电池在极板腔口周围设置有凹槽结构包括第一通道和第二通道，通过在凹槽结构内注胶形成密封圈来保证腔体之间不会发生气体互窜，实现各个流道进口和流道出口密封，但该单电池结构中注塑密封圈和涵道均设置在极板上且存在重合，随着温度的变化，单电池内部液体堆积凝固结冰将导致注塑密封圈受挤压发生位移或形变，影响气密性，同时这样的密封结构容易形成吹扫盲区，不便于单电池吹扫。

3、综上所述，现有的单电池结构至少存在以下问题：

4、一、密封结构一般通过凹槽结构定位，或设置位置与单电池内部流道往往存在交汇，当温度变化，密封结构容易因为电池内部流道的液体凝固被挤压从而产生形变或偏移，导致密封不牢。

5、二、设置在流道进出口的密封结构未考虑对单电池吹扫的影响，容易因为密封结构产生吹扫盲区，影响单电池吹扫效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种膜电极及单电池，以解决现有技术中单电池温度变化时密封结构容易因为液体凝固被挤压从而产生形变或偏移，导致密封不牢，以及设置在流道进出口的密封结构未考虑对单电池吹扫的影响，容易因为密封结构产生吹扫盲区，影响单电池吹扫效果的问题。

2、为了实现上述目的及相关目的，第一方面，本申请提供一种膜电极，包括：边框和反应组件，所述边框中部设有反应区，所述反应组件位于所述反应区内，所述膜电极两侧为阴极侧和阳极侧，所述边框上设置有用于形成空气流道的空进主通道和空出主通道，以及用于形成氢气流道的氢进主通道和氢出主通道，所述膜电极在所述阴极侧和所述阳极侧设置有密封区；

3、所述膜电极在所述阴极侧和/或所述阳极侧设置有空进出通道凸台，在所述阴极侧和所述阳极侧中，至少一侧的所述空进主通道和至少一侧的所述空出主通道位于所述空进出通道凸台上，所述空进出通道凸台内部开设有用于与所述反应区连接的空进出涵道，所述密封区环绕所述空进出通道凸台，且在所述空进出涵道的延伸方向设有避让所述空进出涵道的第一缺口；

4、所述膜电极在所述阴极侧和/或所述阳极侧设置有氢进出通道凸台，在所述阴极侧和所述阳极侧中，至少一侧的所述氢进主通道和至少一侧的所述氢出主通道位于所述氢进出通道凸台上，所述氢进出通道凸台内部开设有用于与所述反应区连接的氢进出涵道，所述密封区环绕所述氢进出通道凸台，且在所述氢进出涵道的延伸方向设有避让所述氢进出涵道的第二缺口。

5、进一步地，所述密封区包括位于所述阴极侧的阴极密封区和位于所述阳极侧的阳极密封区，所述阴极密封区和所述阳极密封区在所述膜电极上的覆盖区域至少部分地重合，所述膜电极在所述阴极密封区和所述阳极密封区的重合的区域设置有第一注胶孔，用于对所述阴极密封区和所述阳极密封区进行一体注胶形成密封。

6、进一步地，所述边框上设置有用于形成冷却水流道的冷却水进主通道和冷却水出主通道，所述密封区环绕所述冷却水进主通道和所述冷却水出主通道。

7、进一步地，未设置于所述空进出通道凸台上的所述空进主通道和所述空出主通道，被所述密封区环绕，未设置于所述氢进出通道凸台上的所述氢进主通道和所述氢出主通道，被所述密封区环绕。

8、进一步地，所述边框在所述阴极侧和/或所述阳极侧上还设置有粘结区。

9、进一步地，所述粘结区与所述密封区连通。

10、进一步地，当所述粘结区同时设置于所述阴极侧和所述阳极侧，所述阴极侧和所述阳极侧的所述粘结区在所述膜电极上的覆盖区域至少部分地重合，所述膜电极在两侧的所述粘结区重合的区域上设置有第二注胶孔。

11、第二方面，本申请还提供一种单电池，该单电池包括如上所述的膜电极、密封件、与所述膜电极的所述阴极侧连接的阴极板以及与所述膜电极的所述阳极侧连接的阳极板，所述密封件设置在所述密封区内，所述密封件包括位于所述阴极侧的第一密封部和位于所述阳极侧的第二密封部，所述阴极板贴合于所述空进出通道凸台和所述第一密封部，所述阳极板贴合于所述氢进出通道凸台和所述第二密封部。

12、进一步地，所述阴极板在与所述膜电极贴合的一侧，设置有用于容纳所述空进出通道凸台和所述第一密封部的第一凹槽，所述阴极板上设置有阴极板流道区和阴极拓展流道，所述阴极板流道区用于与所述反应区合围成阴极反应腔，所述阴极拓展流道一端连接所述阴极反应腔，另一端连通至所述第一凹槽的侧壁，用于当所述空进出通道凸台容纳于所述第一凹槽时，与所述空进出涵道接通；

13、所述阳极板在与所述膜电极贴合的一侧，设置有用于容纳所述氢进出通道凸台和所述第二密封部的第二凹槽，所述阳极板上设置有阳极板流道区和阳极拓展流道，所述阳极板流道区用于与所述反应区合围成阳极反应腔，所述阳极拓展流道一端连接所述阳极反应腔，另一端连通至所述第二凹槽的侧壁，用于在所述氢进出通道凸台容纳于所述第二凹槽时，与所述氢进出涵道接通。

14、进一步地，所述第一密封部与所述空进出通道凸台高度相同，所述第二密封部与所述氢进出通道凸台高度相同。

15、综上所述，本发明提供的一种膜电极及单电池，至少具备如下技术效果：

16、一、在膜电极与极板两侧贴合连接时，膜电极的空进出通道凸台和氢进出通道凸台自身即可作为密封结构，密封区内若设置密封件，密封件与单电池内部流道不会产生重合，在配合密封的同时不会受单电池内部液体的状态影响，消除液体凝固对密封的负面影响，有效确保了密封效果和密封可靠性；

17、二、空气和氢气的进出通道口设置空进出通道凸台和氢进出通道凸台的凸台结构，有利于减少单电池在内部流道吹扫过程中的吹扫盲区，避免吹扫不充分。

技术特征：

1.一种膜电极，其特征在于，包括：边框和反应组件，所述边框中部设有反应区，所述反应组件位于所述反应区内，所述膜电极两侧为阴极侧和阳极侧，所述边框上设置有用于形成空气流道的空进主通道和空出主通道，以及用于形成氢气流道的氢进主通道和氢出主通道，所述膜电极在所述阴极侧和所述阳极侧设置有密封区；

2.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于：所述密封区包括位于所述阴极侧的阴极密封区和位于所述阳极侧的阳极密封区，所述阴极密封区和所述阳极密封区在所述膜电极上的覆盖区域至少部分地重合，所述膜电极在所述阴极密封区和所述阳极密封区的重合的区域设置有第一注胶孔，用于对所述阴极密封区和所述阳极密封区进行一体注胶形成密封。

3.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于：所述边框上设置有用于形成冷却水流道的冷却水进主通道和冷却水出主通道，所述密封区环绕所述冷却水进主通道和所述冷却水出主通道。

4.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于：未设置于所述空进出通道凸台上的所述空进主通道和所述空出主通道，被所述密封区环绕，未设置于所述氢进出通道凸台上的所述氢进主通道和所述氢出主通道，被所述密封区环绕。

5.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于：所述边框在所述阴极侧和/或所述阳极侧上还设置有粘结区。

6.根据权利要求5所述的膜电极，其特征在于：所述粘结区与所述密封区连通。

7.根据权利要求5或6所述的膜电极，其特征在于：当所述粘结区同时设置于所述阴极侧和所述阳极侧，所述阴极侧和所述阳极侧的所述粘结区在所述膜电极上的覆盖区域至少部分地重合，所述膜电极在两侧的所述粘结区重合的区域上设置有第二注胶孔。

8.一种单电池，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的膜电极、密封件、与所述膜电极的所述阴极侧连接的阴极板以及与所述膜电极的所述阳极侧连接的阳极板，所述密封件设置在所述密封区内，所述密封件包括位于所述阴极侧的第一密封部和位于所述阳极侧的第二密封部，所述阴极板贴合于所述空进出通道凸台和所述第一密封部，所述阳极板贴合于所述氢进出通道凸台和所述第二密封部。

9.根据权利要求8所述的单电池，其特征在于：所述阴极板在与所述膜电极贴合的一侧，设置有用于容纳所述空进出通道凸台和所述第一密封部的第一凹槽，所述阴极板上设置有阴极板流道区和阴极拓展流道，所述阴极板流道区用于与所述反应区合围成阴极反应腔，所述阴极拓展流道一端连接所述阴极反应腔，另一端连通至所述第一凹槽的侧壁，用于当所述空进出通道凸台容纳于所述第一凹槽时，与所述空进出涵道接通；

10.根据权利要求9所述的单电池，其特征在于：所述第一密封部与所述空进出通道凸台高度相同，所述第二密封部与所述氢进出通道凸台高度相同。

技术总结
本发明属于电池技术领域，涉及一种膜电极及单电池，膜电极包括边框和反应组件，反应组件位于边框中部的反应区内，边框上设置有空进主通道、空出主通道、氢进主通道和氢出主通道，膜电极在阴极侧和阳极侧设有密封区；膜电极设置有空进出通道凸台，有空进主通道和空出主通道位于空进出通道凸台上，空进出通道凸台内部开设有空进出涵道，密封区环绕空进出通道凸台且设有第一缺口；膜电极设置有氢进出通道凸台，有氢进主通道和氢出主通道位于氢进出通道凸台上，氢进出通道凸台内部开设有氢进出涵道，密封区环绕氢进出通道凸台且设有第二缺口。本申请能够消除液体凝固对密封的负面影响，确保密封效果，同时减少内部流道吹扫盲区，避免吹扫不充分。

技术研发人员：纪小龙,张建权,樊敏,陈金锐,杨磊
受保护的技术使用者：深蓝汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15