一种电化学电池的膜电极和电流收集板组件以及电化学电池模块制造技术

本发明专利技术公开了一种电化学电池的膜电极和电流收集板组件，包括一层膜，一侧气体扩散层，一侧的多孔的电流收集板，并依次叠合；一侧气体扩散层位于一侧的多孔电流收集板及膜中间；一侧气体扩散层的周边侧面，被密封材料所填充，固化。本发明专利技术还公开了一种电化学电池模块，包括至少一个电化学单电池；电化学单电池包括一侧带有气体流道的端板，一个所述的组件，另一侧带有气体流道的端板；依次叠合。与现有技术相比，本发明专利技术的技术方案简化了结构与装配工艺，从而降低了大批量生产的成本；同时，也提高了膜电极的有效面积利用率；适合用于燃料电池，电解电池，再生式燃料电池，和电化学氧气发生器的生产。

A membrane electrode and a current collection panel assembly for an electrochemical cell, and an electrochemical cell module

The invention discloses a membrane electrode and current collecting plate assembly of an electrochemical cell, comprising a membrane, gas diffusion layer on one side, one side of the porous current collecting plate, and sequentially laminated; one side of the gas diffusion layer of porous current located on the side of the collecting plate and the membrane surrounding the middle; side side gas diffusion layer. Be filled with sealing materials, curing. The invention also discloses an electrochemical battery module includes at least one electrochemical cell; electrochemical cell including end plate with one side gas channel, one of the components, the other side of the end plate with a gas channel; laminated sequentially. Compared with the prior art, the technical scheme of the invention simplifies the structure and assembly process, thereby reducing the mass production cost; at the same time, but also improve the utilization rate of the effective area of the membrane electrode; suitable for fuel cell, electrolytic cell, regenerative fuel cell, and the electrochemical oxygen generator production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学电池领域，尤其涉及一种电化学电池的膜电极和电流 收集板组件以及电化学电池模块。
技术介绍
国际专利的中国案99808103.5 ，公开了 一种由双极板和聚合物电解质膜 燃料的膜电极单元组成的气密组件。双极板和膜电极单元用可固化聚合物粘 合。通过在气室外围和内部气体导管周围涂覆粘合珠粒得到气密组件。根据 本专利技术这些组件可叠置并粘合在一起以形成聚合物电解质燃料电池堆。上述技术方案，相对于其之前的技术，有一定的进步。但是由于双极板 除了起到引出电压电流的作用以外，还兼起到了构造密封气室的作用。因此 要求双极板的材料不仅具有良好的导电性，而且具有良好的气密性。同时， 其结构还要求有内部气体导管，这也具有一定的复杂性，并且降低了膜电极 的有效面积利用率。另外，为了提高电池性能，往往有必要在双极板上设置 流场，这就要求双极板还具有易加工性，进一步提高了对所述双极板的要求。中国专利申请200610029938.1，公开了一种嵌入式小型发电电池的密封 结构。该小型发电电池包括氢侧端板、二片金属导电钛网、二片扩散层、质 子交换膜电极、氧侧端板、红、黑插座和四颗不锈钢螺钉、四个螺母，所述 的小型发电电池的端板一块为凹槽形状、 一块为凸台形状，钛金属网用导电 插座预先拧在端板上，该导电插座包括红、黑两电源插座，分别设置在端板 的正反二面。上述技术方案，相对于其之前的技术，有一定的进步。但是其结构及装 配工艺较为复杂，制造成本仍然较大。
技术实现思路
为了克服上述
技术介绍
中中国案99808103.5中对双极板要求较高，膜电 极的有效面积利用率较低的缺点；同时克服上述
技术介绍
中中国申请 200610029938.1中结构及装配工艺较为复杂，制造成本仍然较高的缺点，本 专利技术提供了 一种电化学电池的膜电极和电流收集板组件以及电化学电池模 块。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 一种膜电极和电流收集板的组件，包括 一层膜，至少一层一侧气体扩散层， 一层一侧的多孔的电流收集板，并依次叠合，并且所述的膜有反应区域和非反应区域，所述的一侧的多孔电流收集板有反应区域，非反应区域 和电引出区域，所述的至少一层一侧气体扩散层位于所述一侧的多孔电流收 集板及所述膜中间，其面积与所述一侧的多孔电流收集板及所述膜的反应区域相对应；所述的至少一层一侧气体扩散层的周边侧面，与所述一侧的多孔 电流收集板及所述膜的非反应区域相对应的空间，被密封材料所填充，固化。进步的方案是还包括至少一层另一侧气体扩散层，其与所述膜的背 向所述一侧气体扩散层的面相贴；还包括一层另一侧多孔的电流收集板，其 与所述另一侧气体扩散层相贴；所述的另一侧多孔的电流收集板有反应区 域，非反应区域和电引出区域；所述的至少一层另一侧气体扩散层的面积与 所述另一侧多孔电流收集板及所述膜的反应区域相对应。所述的至少一层另 一侧气体扩散层的周边侧面，与所述另一侧多孔电流收集板及所述膜的非反 应区域相对应的空间，被密封材料所填充，固化。另一种进一步的方案是还包括一层另一侧多孔的电流收集板，其与所 述膜的背向所述一侧气体扩散层的面相贴；所述的另一侧多孔电流收集板和 所述膜的非反应区域的贴合部位被密封材料填充、粘结、固化。再一种进一步的方案是还包括至少一层另一侧气体扩散层，其与所述膜的背向所述一侧气体扩散层的面相贴；还包括一层另一侧多孔的电流收集 板，其与所述另一侧气体扩散层相贴；所述的至少一层另一侧气体扩散层的 面积等于所述膜的面积。所述的密封材料固化后的宽度为0.05-2毫米；所述的密封材料为热塑型 塑料，或热固型塑料，或弹性聚合物，优选硅橡胶。所述的一层膜可以为质子交换膜；所述的一层膜的两侧，可以至少在所 述的反应区域内有催化剂层。所述的各气体扩散层可以是碳纤维纸，或碳纤维布，或透气石墨板，或 金属网，或多孔金属板中的至少一种的导电透气材料；所述的各气体扩散层 靠近所述的膜的一侧可以涂有催化剂层。所述的各个多孔的电流收集板，在反应区域为多孔透气，在非反应区域 为显著的不透气；所述的各个多孔的电流收集板为耐腐蚀，导电的金属材料。一种电化学电池模块，包括至少一个电化学单电池。所述的电化学单电 池包括一侧带有气体流道的端板， 一个所述的膜电极和电流收集板组件，另 一侧带有气体流道的端板；所述三者依次叠合。所述带有气体流道的端板可以为热塑型聚合物，热固型聚合物，弹性聚 合物中的至少一种材料。所述的聚合物材料优选为可注射成型的塑料材料。所述的电化学电池可以为燃料电池，或电解电池，或再生式燃料电池， 或电化学氧气发生器。所述的电化学电池模块，还可以包括一印刷电路板PCB;所述PCB与 所述各个多孔电流收集板的电引出区域直接焊接。所述PCB可以包括对所述电化学电池进行控制的电路，或者发光元件。本专利技术的积极进步效果在于-与现有技术相比，本专利技术的技术方案将导电性、气密性、易加工性的要 求分配给不同的材料来承担，可用塑料材料代替传统的高成本碳或金属材 料，并且简化了结构与装配工艺，从而降低了大批量生产的成本；同时，也提高了膜电极的有效面积利用率；适合用于燃料电池，电解电池，再生式燃 料电池，和电化学氧气发生器的生产。附图说明图1至图4为本专利技术的组件的第一实施例的示意图。图5为本专利技术的组件的第二实施例的示意图。图6为本专利技术的组件的第三实施例的示意图。图7为本专利技术的组件的第四实施例的示意图。图8为本专利技术的电池模块的第一实施例的示意图。图9为本专利技术的电池模块的第二实施例的示意图。具体实施例方式一、组件实施例 实施例1图1所示为充当一侧多孔电流收集板的金属板1，其中间区域布满微小 的通孔，为反应区域101，其无孔的外圈为非反应区域102，其右侧的柄状 伸出为电引出区域103，电引出区域的端部为有一通孔，用于电气连接。图2所示为加上了充当一侧气体扩散层的碳纸2，充当密封材料的胶3 的中间产品；碳纸2的面积与金属板1的反应区域101基本对应；胶3的位 置与金属板1的非反应区域102基本对应。图3所示为加上了膜4的所述组件，膜4的中间部分为反应区域401， 外圈为非反应区域402。胶3填充图中所示的空间，固化后产生良好的密封作用；胶3固化后的 宽度为1.5mm，压合装配之后，多余的胶3会向周围扩张，可以将多余部分 切除。胶3是硅橡胶。膜4为两侧涂覆了催化剂的质子交换膜。碳纸2的全称为碳纤维纸。金属板1的表面镀金，具有良好的耐腐蚀性。实施例2图5是对例1所示组件的扩充。增加了充当另一侧气体扩散层的碳纸5， 充当另一侧多孔电流收集板的金属板6，充当密封材料的胶7。碳纸5、金属板6、胶7的位置关系，反应区域，非反应区域和电引出 区域的分布，与例l中金属板l，膜4与碳纸2的情况相似，附图已经足够 清楚，不再针对各区域编号。实施例3图6是对例1所示组件的扩充。增加了充当另一侧多孔电流收集板的金 属板6，充当密封材料的胶7。由于该组件用于装配电解电池模块，电解电 池在运行中具有较高的极化过电压，为了避免电蚀，没有碳纸5，因此胶7 很薄，在图中几乎无法看到。其他位置关系与例2相似。实施例4图7是对例1所示组件的扩充。增加了充当另一侧气体扩散层的碳纸5， 充当另一侧多孔电流收集板的金属板6。由于碳纸5的面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池的膜电极和电流收集板组件，包括：一层膜，至少一层一侧气体扩散层，一层一侧的多孔的电流收集板，并依次叠合，其特征在于：　所述的膜有反应区域和非反应区域，所述的一侧的多孔电流收集板有反应区域，非反应区域和电引出区域，所述的至 少一层一侧气体扩散层位于所述一侧的多孔电流收集板及所述膜中间，其面积与所述一侧的多孔电流收集板及所述膜的反应区域相对应；　所述的至少一层一侧气体扩散层的周边侧面，与所述一侧的多孔电流收集板及所述膜的非反应区域相对应的空间，被密封材料所 填充，固化。

【技术特征摘要】
1、一种电化学电池的膜电极和电流收集板组件，包括一层膜，至少一层一侧气体扩散层，一层一侧的多孔的电流收集板，并依次叠合，其特征在于所述的膜有反应区域和非反应区域，所述的一侧的多孔电流收集板有反应区域，非反应区域和电引出区域，所述的至少一层一侧气体扩散层位于所述一侧的多孔电流收集板及所述膜中间，其面积与所述一侧的多孔电流收集板及所述膜的反应区域相对应；所述的至少一层一侧气体扩散层的周边侧面，与所述一侧的多孔电流收集板及所述膜的非反应区域相对应的空间，被密封材料所填充，固化。2、 如权利要求1所述的电化学电池的膜电极和电流收集板组件，其特 征在于还包括至少一层另一侧气体扩散层，其与所述膜的背向所述一侧气 体扩散层的面相贴；还包括一层另一侧多孔的电流收集板，其与所述另一侧 气体扩散层相贴；所述的另一侧多孔的电流收集板有反应区域，非反应区域 和电引出区域；所述的至少一层另一侧气体扩散层的面积与所述另一侧多孔 电流收集板及所述膜的反应区域相对应。所述的至少一层另一侧气体扩散层 的周边侧面，与所述另一侧多孔电流收集板及所述膜的非反应区域相对应的 空间，被密封材料所填充，固化。3、 如权利要求1所述的电化学龟池的膜电极和电流收集板组件，其特 征在于还包括一层另一侧多孔的电流收集板，其与所述膜的背向所述一侧 气体扩散层的面相贴；所述的另一侧多孔电流收集板和所述膜的非反应区域 的贴合部位被密封材料填充、粘结。4、 如权利要求1所述的电化学电池的膜电极和电流收集板组件，其特 征在于还包括至少一层另一侧气体扩散层，其与所述膜的背向所述一侧气 体扩散层的面相贴；还包括一层另一侧多孔的电流收集板，其与所述另一侧 气体扩散层相贴；所述的至少一层另一侧气体扩散层的面积等于所述膜的面积。5、 如权利要求1至4中任意一项所述的电化学电池的膜电极和电流收集板组件，其特征在于所述的密封材料固化后的宽度为0.05-2毫米；所述的密封材料为热塑型塑料，或热固型塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志军，
申请(专利权)人：上海清能燃料电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]