专利名称：外气囊式匀压组装方法
技术领域：
本发明涉及一种压力装置，特别适合于质子交换膜燃料电池的组装加工。
质子交换膜燃料电池在发电时无污染、噪音低、具有无腐蚀、启动快、制备容易、维修简单、功率密度大、发电效率高、使用寿命长等许多优点。因此，在交通工具、发电设备、军事、潜艇、航天和航空等各个领域中均有着广阔的应用前景。
质子交换膜燃料电池是气-固反应，质子交换膜燃料电池电堆通常要有几十片或上百片的单膜电池串联组成。质子交换膜燃料电池通常所用的燃料(氢气和氧气)若在电堆里泄漏混合后会造成爆炸的危险。因此，密封与组装一直是制备燃料电池电堆(大功率的燃料电池电堆)的关键技术。
在实验室里，通常实验所用的燃料电池的活性面积很小(5-10平方厘米)，并且是单膜电池。传统的，简单的密封与组装技术，即在电池端板的四周穿有数条螺栓，然后用扳手将螺栓上紧就足以解决问题。然而，对于那些人功率的燃料电池，这种传统的，简单的组装技术便会立刻遇到问题。因为大功率的燃料电池电堆的活性面积通常都在200平方厘米以上，而且电堆一般都是由几十片或儿百片的单膜电池串联组成，简单地，机械地上紧螺栓，极易使气体导流板或膜电极集合体受力不匀而损坏。因此，目前在国际上对大功率的燃料电池的电堆，都是使用内气囊组装法或内穿孔组装法的技术来密封和组装的。所谓内气囊法，即在燃料电池的端板内放置了一个气囊。当电池里的膜电极和气体导流板排列整齐后，将气囊内充入一定量的气体(氮气)或一定量的液体如水，整个燃料电池便会在一定的压力下组合成一个整体(电堆)，从而达到密封与组装的目的。此法最大的优点是使气体导流板及膜电极表面上的受力均匀。在一般情况下，气体导流板和膜电极决不会因受力不匀而损坏。然而此法最大的缺点是使本来已为燃料电池气瓶(氢气瓶、氧气瓶)而伤脑筋的用户又增添了一道麻烦，即携带氮气瓶。此外，气囊通常是由橡胶制成，在一定的温度下，随着时间的推移橡胶将会老化、穿孔，从而导致密封的失败。内穿孔组装法是加拿大巴拉德公司的最新发明。此组装法是将紧固燃料电池电堆的螺栓从气体导流板及膜电极的中间穿过。这样，在紧固电堆螺栓时，基本上可以保证电堆里的气体导流板和膜电极表面上的受力均匀。此法的优点足，在基本保证了气体导流板和膜电极集合体受力均匀的条件下而省去了内气囊组装法所必需的氮气瓶。然而，将紧固螺栓从电堆的中间穿过，不仅使得气体导流板和膜电极集合体的设计和制备更加复杂化而且减少了电极应有的有效活性面积。
本发明的目的在于克服上述已知技术存在的不足，从而提供一种外气囊式匀压组装方法，可保证燃料电池内气体导流板和膜电极受力均匀，简化了电池结构，并相应增大了电极的有效活性面积。
本发明的目的足通过如下方式实现本发明利用外气囊、组装平台、电堆两侧端板、压板及紧固螺栓，组装方法如下(1)将电堆的各气体导流板和膜电极集合体叠放在组装平台上；(2)在电堆端板内放置一片橡胶垫，在电堆的坚固螺栓上放置弹簧垫圈；(3)平台上方的气囊充入气体(氮气)，由气囊下方的活动推板将电堆均匀压紧；(4)均匀紧固电堆两侧压板上的螺栓；
(5)排气并除去气囊完成组装。
本发明与现有技术相比具有如下优点增加的外气囊使组装时电堆受力均匀，提高了电池组装质量。与现有的内气囊组装法相比，省略了电池内部气囊，相应缩小了体积，提高了功率密度，杜绝了因气囊损坏引起的电堆损坏，提高了产品可靠性。与现有的内穿孔组装法相比，螺栓无需从电堆中间穿过，简化电池的结构并相应增加电池的有效活性面积。
下面结合附图对本发明作进一步说明
图1是内气囊法组装2是内穿孔组装结构3是本发明组装图在图3中(1)压板；(2)平台；(3)气囊；(4)活动推板；(5)管路；(6)电堆。
本发明工作原理如下组装设备由外气囊及组装平台组成。和内气囊组装法的设计相反，气囊不是安置在燃料电池内而是安置在燃料电池外(组装平台的上方)。和外气囊组装法相对应，燃料电池的压板外端必须设计成＂T＂字、＂I＂字或＂U＂字型结构，以便在气囊的推板压紧燃料电池电堆后，电堆上的螺栓可以轻松地上紧。同时在燃料电池的压板内放置一片橡胶垫及在电堆的紧固螺栓上放有多片弹簧圈，以保证电堆的受力得以足够的均匀缓冲。此组装法是在燃料电池电堆的气体导流板和膜电极集体排列整齐后放在组装平台上，然后在组装平台上方的外气囊充一定量的气体，如氮气，气囊前面的推板即可将电堆均匀地压紧，然后再将电堆四周的螺栓轻轻上紧(注意，每根螺栓的受力必须相同!)，最后除去气囊，电堆组装完毕。当电堆的功率不是很大时，如在2千瓦以下，用比较精密的小型平板压力机取代外气囊也可以达到类同的效果。显而易见，采用外气囊法密封和组装燃料电池电堆既可以达到内气囊组装法的效果又不需要将气囊安置在电堆内；同时，此法又不需将螺栓从电堆的中间穿过，因而不具有内穿孔组装法的所有缺陷。
权利要求
一种外气囊式匀压组装方法是采用气囊式平面压力装置对质子交换膜燃料电池电堆进行密封组装，所述加工方法其特征在于(1)将电堆端的各气体导流板和膜电极集合体叠放在组装平台上；
(2)在电堆端板内放置一片橡胶垫，在电堆的坚固螺栓上放置弹簧垫圈；
(3)平台上方的气囊充入气体(氮气)，由气囊下方的活动推板将电堆均匀压紧；
(4)均匀紧固电堆两侧压板上的螺栓；
(5)排气并除去气囊，完成组装。
全文摘要
一种外气囊式匀压组装方法用于质子交换膜燃料电池的组装。在电堆端板内放置橡胶垫,并将各气体导流板和膜电极集合体叠放在组装平台上,向平台上方的气囊内充气,气囊下方的活动推板将电堆均匀压紧,然后紧固电堆两侧压板上的螺栓,排气后组装完毕。本发明可实现均匀组装,简化了电池内部结构,增大了电池有效活性面积,提高了产品的质量。
文档编号H01M8/00GK1218305SQ9712265
公开日1999年6月2日 申请日期1997年11月24日 优先权日1997年11月24日
发明者魏金柱 申请人:钟家轮, 魏金柱