一种燃料电池单体及燃料电堆的制作方法

本发明属于燃料电池，具体涉及一种燃料电池单体及燃料电堆。

背景技术：

1、燃料电池(fuel cell，fc)是一种将燃料化学能通过电化学方式直接转换为电能的新型发电装置，具有能量转换率高、无污染、原料来源丰富等优点。在燃料电池中，燃料电堆是核心发电部件，主要由双极板、膜电极层叠交替组成。其中双极板又包括阳极板和阴极板，膜电极包括含有催化剂核心的反应层、用于支撑及隔绝的边框和用于气体扩散的碳纸。

2、由于燃料电池单体在工作时内部既有气体介质氢气及空气中的其他气体介质，还包括冷却介质乙二醇或去离子水等，为了防止介质的外漏以及相互之间的串漏，需要在膜电极与阴极板、阳极板之间添加密封部件。如果燃料电池单体的密封效果不好，将直接导致燃料与氧化剂的混合，很容易引起爆炸。

3、现有膜电极的边框结构通常使用双层边框，同时质子交换膜的外围与边框齐平，该结构在燃料电堆使用过程中在质子膜交换膜边缘出现渗液现象，降低燃料电堆的绝缘性能。

4、现有的燃料电池单体通常有两种密封方式，一种是在燃料电池单体双极板的阳极板和阴极板加密封胶线或密封垫圈，在装配时通过直接在双极板的表面施加压力形成密封；该方法结构简单、易操作，但是在装配过程及后期使用过程中密封胶线及密封垫圈易滑动错位，影响燃料电堆的气密特性；另一种方式是使用液态硅胶通过注塑的方式在双极板表面形成弹性密封层，后在装配过程中通过施加压力使双极板密封，该方法虽然使得密封垫圈与极板之间具有很好的粘接性，可改善前一种方案密封垫圈滑动错位的问题，但是依然存在膜电极仅是接触密封且装配压紧过程错位的现象，导致膜电极边框开裂，影响燃料电堆的一致性和装配成功率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，第一方面，本发明提供一种燃料电池单体，可有效防止燃料电池单体工作时膜电极内部出现介质外漏的现象。

2、为达到上述目的，本发明提供的一种燃料电池单体，包括双极板和设于所述双极板之间的膜电极，所述膜电极包括催化层、分布于所述催化层两侧的气体扩散层和分布于所述催化层两侧环绕所述气体扩散层设置的边框；其特征在于，所述双极板与所述边框之间设有密封层；至少位于所述催化层其中一侧的边框具有向外延伸的延伸部，所述双极板与所述延伸部之间填充有绝缘密封材料。

3、可选的，所述双极板对应所述密封层的位置涂有粘结涂层，所述密封层通过所述粘结涂层与所述双极板固定密封连接。

4、可选的，所述粘结涂层为热固性胶黏剂。

5、可选的，所述双极板内侧环绕所述气体扩散层设有环形密封槽，所述密封层设于所述环形密封槽内。

6、可选的，所述密封层包括可二次硫化的密封胶，所述密封胶通过二次硫化与所述边框粘接。

7、可选的，所述密封胶包括三元乙丙橡胶。

8、可选的，所述绝缘密封材料包括绝缘橡胶。

9、可选的，所述双极板的外侧设有密封圈安装槽。

10、第二方面，本发明还提供一种燃料电堆，包括如第一方面所述的燃料电池单体，多片燃料电池单体层叠设置，可提升燃料电堆在使用过程中的绝缘性能。

11、可选的，相邻所述燃料电池单体之间通过热熔胶固化连接；和/或相邻所述燃料电池单体之间设有o型圈。

12、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

13、1.本发明提供的燃料电池单体，在现有的边框上设置边框的延伸部，通过绝缘密封材料的使用，将膜电极整体包裹于燃料电池单体的内部，可有效防止燃料电池单体工作时膜电极内部出现介质外漏的现象；

14、2.本发明提供的燃料电堆，由多片燃料电池单体层叠设置，相邻燃料电池单体之间通过热熔胶固化连接，并在双极板两侧密封圈安装槽放置o型圈随之压紧，可提升燃料电堆在使用过程中的绝缘性能；

15、3.本发明通过使用可二次硫化的三元乙丙橡胶，分别通过两次硫化及底涂粘结涂层的方法将绝缘橡胶密封材料牢固地粘接在边框表面，在后期装配环节中，对于大功率且片数较多的燃料电堆，能够降低密封圈、双极板及膜电极的错位问题，提升燃料电堆的整齐度和装配效率；

16、4.本发明通过设置绝缘橡胶作为绝缘密封材料，在填充双极板及膜电极边缘的剩余空间的同时，还能够进一步降低燃料电池单体在压缩过程中结构的坍塌，从而提升燃料电堆整体结构的抗压缩性。

技术特征：

1.一种燃料电池单体，包括双极板和设于所述双极板之间的膜电极，所述膜电极包括催化层、分布于所述催化层两侧的气体扩散层和分布于所述催化层两侧环绕所述气体扩散层设置的边框；其特征在于，所述双极板与所述边框之间设有密封层；至少位于所述催化层其中一侧的边框具有向外延伸的延伸部，所述双极板与所述延伸部之间填充有绝缘密封材料。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单体，其特征在于，所述双极板对应所述密封层的位置涂有粘结涂层，所述密封层通过所述粘结涂层与所述双极板固定密封连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池单体，其特征在于，所述粘结涂层为热固性胶黏剂。

4.根据权利要求1所述的燃料电池单体，其特征在于，所述双极板内侧环绕所述气体扩散层设有环形密封槽，所述密封层设于所述环形密封槽内。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池单体，其特征在于，所述密封层包括可二次硫化的密封胶，所述密封胶通过二次硫化与所述边框粘接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池单体，其特征在于，所述密封胶包括三元乙丙橡胶。

7.根据权利要求1所述的燃料电池单体，其特征在于，所述绝缘密封材料包括绝缘橡胶。

8.根据权利要求1所述的燃料电池单体，其特征在于，所述双极板的外侧设有密封圈安装槽。

9.一种燃料电堆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的燃料电池单体，多片燃料电池单体层叠设置。

10.根据权利要求9所述的燃料电堆，其特征在于，相邻所述燃料电池单体之间通过热熔胶固化连接；和/或相邻所述燃料电池单体之间设有o型圈。

技术总结
本发明公开了燃料电池技术领域的一种燃料电池单体及燃料电堆，旨在解决膜电极内部出现的渗液和装配过程中密封圈发生错位从而导致密封失效的问题。燃料电池单体包括：双极板和设于所述双极板之间的膜电极，所述膜电极包括催化层、分布于所述催化层两侧的气体扩散层和分布于所述催化层两侧环绕所述气体扩散层设置的边框；所述双极板与所述边框之间设有密封层；至少位于所述催化层其中一侧的边框具有向外延伸的延伸部，所述双极板与所述延伸部之间填充有绝缘密封材料。燃料电堆由多片燃料电池单体层叠设置形成，可提升燃料电堆在使用过程中的绝缘性能。

技术研发人员：王佳,白清友,汪昭
受保护的技术使用者：上海徐工智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15