一種高功率密度pemfc電堆專用極板的內(nèi)嵌密封方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及燃料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高功率密度PEMFC電堆專用極板的內(nèi)嵌 密封方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)子交換膜燃料電池是將氨氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)物是 水，零排放無(wú)污染，噪音低，轉(zhuǎn)化效率高。工作溫度可在低溫環(huán)境下運(yùn)行，是移動(dòng)電源和基 站電源和固定電源的首選。傳統(tǒng)的燃料電池，是由膜電極、雙極板、集電板、端板和緊固件組 成。由于質(zhì)子交換膜膜燃料電池單片電壓低，在實(shí)際應(yīng)用中，是由多個(gè)電池單元疊加在一起 進(jìn)行串聯(lián)起來(lái)，形成電堆。
[0003] 輕質(zhì)化是燃料電池未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)之一，目前的燃料電池由于體積、重量等原因， 只能在一些特定場(chǎng)所適用，極大的制約了燃料電池的推廣應(yīng)用，如何減輕燃料電池電堆的 重量，將燃料電池應(yīng)用范圍更廣泛，成為目前急需解決的重要問(wèn)題。
[0004] 雙極板是燃料電池部件中最重的構(gòu)件，主要起支撐和分配氣體的作用。傳統(tǒng)的雙 極板基本上是石墨雙極板或金屬雙極板，重量占電堆重量一半W上，使得燃料電池重量與 體積偏大，限制燃料電池應(yīng)用范圍與領(lǐng)域，在當(dāng)今對(duì)燃料電池的體積密度和重量密度要求 接近苛求的條件下，越來(lái)越擧肘著燃料電池的商業(yè)化腳步。
[0005] 為減輕燃料電池的重量，滿足消費(fèi)者使用需求，減輕甚至避免使用雙極板成為如 今燃料電池的研究方向，燃料的密封方法也隨之改進(jìn)。在傳統(tǒng)的燃料電池通常采用對(duì)膜電 極或催化劑層設(shè)置墊圈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)氣體擴(kuò)散層的氣密性保護(hù)效果一般，CN101076909公 開了一種燃料電池用密封結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)分離器、膜電極、配置于膜電極外周側(cè)的、膜電極 平面延長(zhǎng)線上的橡膠墊，與上述橡膠墊一體化成型并與上述分離器緊密接觸的墊圈形狀的 唇圈，通過(guò)將上述橡膠墊的一部分橡膠浸在膜電極中的氣體擴(kuò)散層中，使上述橡膠墊與膜 電極構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，在上述一對(duì)分離器之間設(shè)置定位端，橡膠圈的唇圈的內(nèi)周側(cè)和外周 側(cè)的至少一側(cè)或兩側(cè)與定位端一體化成型。該結(jié)構(gòu)中將橡膠圈和唇圈固定于膜電極的外周 偵U，并含浸在氣體擴(kuò)散層中，在工作過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)橡膠含浸部的尺寸，阻止壓縮過(guò)程中 橡膠含浸部從氣體擴(kuò)散層溢出，W達(dá)到密封的效果。然而該結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中仍存在橡膠 密封圈從氣體擴(kuò)散層中溢出的問(wèn)題，影響氣密效果。
[0006]CN101032046A公開了一種燃料電池用密封墊的制造方法，并且具體公開了在由 多孔材質(zhì)構(gòu)成的GDL的表面涂布MPL將GDL浸潰于液態(tài)橡膠中，而該結(jié)構(gòu)中為普通的GDL 層，仍然需要傳統(tǒng)的雙極板，并不能解決燃料電池的輕質(zhì)化問(wèn)題；CN101689648公開了一種 膜-電極-氣體擴(kuò)散層-墊圈接合體及其制造方法，包括電解質(zhì)膜、陰極氣體擴(kuò)散層、陰極 催化劑層、在陰極催化劑層端面設(shè)置的陰極側(cè)墊圈、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化劑層，在陽(yáng) 極催化劑層端面設(shè)置的陽(yáng)極側(cè)墊圈，并進(jìn)一步公開側(cè)墊圈的厚度高于氣體擴(kuò)散層厚度與催 化劑層厚度之和的1. 2倍，該申請(qǐng)主要解決順利完成燃料電池的催化反應(yīng)過(guò)程，在密封設(shè) 計(jì)中，主要是對(duì)催化劑層設(shè)置墊圈，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，密封措施并不能直接作用于氣體擴(kuò)散層 上達(dá)到最佳的密封效果，并且不能解決輕質(zhì)化燃料電池的密封問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高功率密度PEMFC電 堆專用極板的內(nèi)嵌密封方法。
[0008] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種高功率密度PEMFC電堆專用極板的內(nèi)嵌密封方法， 所述專用極板的表面一面為平板面，另一面根據(jù)設(shè)計(jì)的流場(chǎng)壓制有氣體流場(chǎng)，其中，平板面 涂覆導(dǎo)電緩沖層，流場(chǎng)面緊密貼合在導(dǎo)電連接件上，所述導(dǎo)電連接件外部表面設(shè)置有導(dǎo)電 鍛層，內(nèi)部具有冷卻液流場(chǎng)，所述專用極板的內(nèi)嵌密封方法包括如下步驟：
[0009] (1)先對(duì)壓制有氣體流場(chǎng)的專用極板的進(jìn)氣孔、進(jìn)液孔、出氣孔和出液孔內(nèi)部置入 配套具有彈性的密封圈進(jìn)行密封，然后在所述壓制有氣體流場(chǎng)的專用極板的四周固定密封 圈；
[0010] (2)將內(nèi)嵌密封圈后的專用極板的平板面與=合一膜電極貼合，專用極板的流場(chǎng) 表面與導(dǎo)電連接件貼合，組裝單元電池；然后在若干重復(fù)堆疊的單元電池兩側(cè)固定集電板， 在集電板兩側(cè)固定端板。
[0011] 優(yōu)選地，為得到質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的專用極板，所述專用極板由如下組分制備而成：
[0012] 碳纖維短纖 40~60份； 樹脂 4~18份;
[0013] 碳粉或石墨粉 10~40份； 造孔劑 0.5~1.5份; 增強(qiáng)劑DH-4 1.5~2.5汾，
[0014] 各組分W重量份計(jì)。
[0015] 優(yōu)選地，所述專用極板分為陽(yáng)極專用極板和陰極專用極板，所述陽(yáng)極專用極板采 用陽(yáng)極密封圈進(jìn)行內(nèi)嵌密封，所述陰極專用極板采用陰極密封圈進(jìn)行內(nèi)嵌密封。
[0016] 優(yōu)選地，為提高密封效果，所述陽(yáng)極密封圈的厚度為0. 61~3. 01mm。
[0017] 優(yōu)選地，為提高密封效果，所述陰極密封圈的厚度為0.61~3. 01mm。
[0018] 優(yōu)選地，為防止損壞專用極板表面，提高密封效果，所述具有彈性的密封圈材料為 硅膠類、橡膠類、聚四氣類、聚氨醋類或環(huán)氧類的一種或幾種混合。
[0019] 優(yōu)選地，所述具有彈性的密封圈材料為單組份硅膠。
[0020] 優(yōu)選地，所述端板、集電板、導(dǎo)電連接件、專用單極板和=合一膜電極由工字型緊 固件固定。
[0021] 有益效果：（1)本發(fā)明的電堆不使用雙極板，使用輕質(zhì)化的極板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙極 板和氣體擴(kuò)散層，大幅度減少了電堆重量，提高了電堆比功率密度，與傳統(tǒng)的電堆相比較， 本發(fā)明組成的風(fēng)冷的電堆功率密度> 2.IkwA,水冷的電堆> 3. 2kw/L; (2)本發(fā)明采用娃 膠類、橡膠類、聚四氣類、聚氨醋類或環(huán)氧類的樹脂材料對(duì)高功率密度PEMFC電堆專用極板 的四周化及進(jìn)氣孔、進(jìn)液孔、出氣孔和出液孔內(nèi)部進(jìn)行密封，陰陽(yáng)兩極氣體通過(guò)各自密封圈 留置的?？诳椎肋M(jìn)入各自流場(chǎng)進(jìn)入膜電極的反應(yīng)區(qū)域，極板四周的密封圈確保氣體只能在 各自的極板內(nèi)傳質(zhì)擴(kuò)散，杜絕了氣體的外漏，然后又通過(guò)密封圈留置的孔道進(jìn)入出氣孔，最 終匯集到電堆氣體出口。從而對(duì)由端板、集電板、導(dǎo)電連接件、高功率密度PEMFC電堆專用 極板、=合一膜電極組裝得到的高功率密度質(zhì)子交換膜燃料電池電堆具有較好的密封效 果。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中高功率密度PEMFC電堆專用極板的內(nèi)嵌密封示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中高功率密度PEMFC電堆專用極板的內(nèi)嵌密封A-A剖視圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明中高功率密度PEMFC電堆組裝示意圖；
[00巧]其中1.端板，2.集電板，3.導(dǎo)電連接件，4.陽(yáng)極專用極板，5.S合一膜電極，6.陰 極專用極板，7.工字型緊固件，8.陽(yáng)極密封圈，9.陰極密封圈。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范