一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封方法技术

本发明专利技术公开一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封方法，包括如下步骤：(1)根据电堆端板外形、尺寸和气体、冷却液进出口的位置、尺寸以及所述专用极板的外形尺寸，加工与之相匹配的外嵌密封圈模具，采用弹性密封材料依据外嵌密封圈模具制成弹性外嵌密封圈；(2)将密封圈外嵌在专用极板的四周，密封圈的进气口与专用极板流场进气口相连通，然后将外嵌密封圈单极板的两侧分别与导电连接件和三合一膜电极板进行组装。本发明专利技术采用弹性密封材料做成外嵌密封圈，将密封圈外嵌在阴阳两极专用电极上，对由端板、集电板、导电连接件、专用极板和三合一膜电极组装得到的高功率密度质子交换膜燃料电池具有较好的密封效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的 外嵌式密封方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点在于产物是 水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站 电源和固定电源的首选。传统的燃料电池，是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组 成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行 串联起来，形成电堆。 轻质化是燃料电池未来发展的重点之一，目前的燃料电池由于体积、重量等原因， 只能在一些特定场所适用，极大的制约了燃料电池的推广应用，如何减轻燃料电池电堆的 重量，将燃料电池应用范围更广泛，成为目前急需解决的重要问题。双极板是燃料电池部件中最重的构件，主要起支撑和分配气体的作用。传统的双 极板基本上是石墨双极板或金属双极板，重量占电堆重量一半以上，使得燃料电池重量与 体积偏大，限制燃料电池应用范围与领域，在当今对燃料电池的体积密度和重量密度要求 接近苛求的条件下，越来越掣肘着燃料电池的商业化脚步。 为减轻燃料电池的重量，满足消费者使用需求，减轻甚至避免使用双极板成为如 今燃料电池的研究方向，燃料的密封方法也随之改进。在传统的燃料电池通常采用对膜电 极或催化剂层设置垫圈，结构复杂，对气体扩散层的气密性保护效果一般，CN101076909公 开了一种燃料电池用密封结构，包括一对分离器、膜电极、配置于膜电极外周侧的、膜电极 平面延长线上的橡胶垫，与上述橡胶垫一体化成型并与上述分离器紧密接触的垫圈形状的 唇圈，通过将上述橡胶垫的一部分橡胶浸在膜电极中的气体扩散层中，使上述橡胶垫与膜 电极构成一体化结构，在上述一对分离器之间设置定位端，橡胶圈的唇圈的内周侧和外周 侧的至少一侧或两侧与定位端一体化成型。该结构中将橡胶圈和唇圈固定于膜电极的外周 侦L并含浸在气体扩散层中，在工作过程中，通过设计橡胶含浸部的尺寸，阻止压缩过程中 橡胶含浸部从气体扩散层溢出，以达到密封的效果。然而该结构在工作过程中仍存在橡胶 密封圈从气体扩散层中溢出的问题，影响气密效果。 CN101032046A公开了一种燃料电池用密封垫的制造方法，并且具体公开了在由多 孔材质构成的GDL的表面涂布MPL，将GDL浸渍于液态橡胶中，而该结构中为普通的GDL层，仍 然需要传统的双极板，并不能解决燃料电池的轻质化问题;CN101689648公开了一种膜-电 极-气体扩散层-垫圈接合体及其制造方法，包括电解质膜、阴极气体扩散层、阴极催化剂 层、在阴极催化剂层端面设置的阴极侧垫圈、阳极气体扩散层、阳极催化剂层，在阳极催化 剂层端面设置的阳极侧垫圈，并进一步公开侧垫圈的厚度高于气体扩散层厚度与催化剂层 厚度之和的1.2倍，该申请主要解决顺利完成燃料电池的催化反应过程，在密封设计中，主 要是对催化剂层设置垫圈，结构比较复杂，密封措施并不能直接作用于气体扩散层上达到 最佳的密封效果，并且不能解决轻质化燃料电池的密封问题。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种高功率密度PEMFC电堆 专用极板的外嵌式密封方法。 技术方案:本专利技术所述的一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封方法， 所述专用极板的表面一面为平板面，另一面根据设计的流场压制有气体流场，其中，平板面 涂覆导电缓冲层，流场面紧密贴合在导电连接件上，所述导电连接件外部表面设置有导电 镀层，内部具有冷却液流场，所述专用极板的外嵌式密封方法包括如下步骤： (1)根据电堆端板外形、尺寸和气体、冷却液进出口的位置、尺寸以及所述专用极 板的外形尺寸，加工与之相匹配的外嵌密封圈模具，所述外嵌密封圈模具含有进气孔、出气 孔、进液孔、出液孔以及专用极板孔，采用弹性密封材料依据外嵌密封圈模具制成弹性外嵌 密封圈； (2)将所述压制有气体流场的高功率密度PEMFC电堆专用极板镶嵌于所述弹性外 嵌密封圈的专用极板孔中，然后将外嵌密封圈后的专用极板的平板面与三合一膜电极贴 合，所述专用极板的流场表面与导电连接件贴合，组装单元电池;然后在若干重复堆叠的单 元电池两侧固定集电板，在集电板两侧固定端板。 优选地，为得到质量轻、强度高的专用极板，所述专用极板由如下组分制备而成： 各组分以重量份计。 优选地，所述专用极板分为阳极专用极板和阴极专用极板，所述阳极专用极板采 用阳极密封圈进行外嵌密封，所述阴极专用极板采用阴极密封圈进行外嵌密封。 优选地，为提高密封效果，所述阳极密封圈的厚度为0.5~2_。 优选地，为提高密封效果，所述阴极密封圈的厚度为0.5~1.5mm。 优选地，为防止损坏专用极板表面，提高密封效果，所述弹性密封材料为硅胶类、 橡胶类、聚四氟类、聚氨酯类或环氧类的一种或几种混合。 优选地，所述弹性密封材料为单组份硅胶类。 优选地，所述端板、集电板、导电连接件、专用极板和三合一膜电极由工字型紧固 件固定。 有益效果:本专利技术的电堆不使用双极板，使用轻质化的极板代替传统的双极板和 气体扩散层，大幅度减少了电堆重量，提高了电堆比功率密度，与传统的电堆相比较，本发 明组成的风冷的电堆功率密度>2.lkw/L，水冷的电堆>3.2kw/L;本专利技术采用硅胶类、橡胶 类、聚四氟类、聚氨酯类或环氧类的树脂材料做成弹性外嵌密封圈，将该密封圈外嵌在阴、 阳极专用极板上，在装堆压力的条件下使密封圈产生形变与导电连接件紧密贴合，从而对 由端板、电板、导电连接件、专用极板、三合一膜电极组装得到的高功率密度质子交换膜燃 料电池具有较好的密封效果。【附图说明】 图1为本专利技术中高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封示意图； 图2为本专利技术中高功率密度PEMFC电堆组装示意图；其中1.端板，2.集电板，3.导电连接件，4.阳极外嵌密封圈，5.阳极专用极板，6.三 合一膜电极，7.阴极外嵌密封圈，8.阴极专用极板，9.工字型紧固件。【具体实施方式】 下面通过附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于 所述实施例。 实施例1: 一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封方法，所述专用极板 的表当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率密度PEMFC电堆专用极板的外嵌式密封方法，所述专用极板的表面一面为平板面，另一面根据设计的流场压制有气体流场，其中，平板面涂覆导电缓冲层，流场面紧密贴合在导电连接件上，所述导电连接件外部表面设置有导电镀层，内部具有冷却液流场，其特征在于：所述专用极板的外嵌式密封方法包括如下步骤：(1)根据电堆端板外形、尺寸和气体、冷却液进出口的位置、尺寸以及所述专用极板的外形尺寸，加工与之相匹配的外嵌密封圈模具，所述外嵌密封圈模具含有进气孔、出气孔、进液孔、出液孔以及专用极板孔，采用弹性密封材料依据外嵌密封圈模具制成弹性外嵌密封圈；(2)将所述压制有气体流场的高功率密度PEMFC电堆专用极板镶嵌于所述弹性外嵌密封圈的专用极板孔中，然后将外嵌密封圈后的专用极板的平板面与三合一膜电极贴合，所述专用极板的流场表面与导电连接件贴合，组装单元电池；然后在若干重复堆叠的单元电池两侧固定集电板，在集电板两侧固定端板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程立明，魏广科，
申请(专利权)人：江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32