[发明专利]一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法。密封结构，包括两层密封材料层，分次由液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜1上固化后形成，与质子交换膜粘合形成一体化结构，密封材料层与膜电极周边的气体扩散层之间留有缝隙。本发明结构简单，方法易操作，密封材料选用硅橡胶，其形成的密封材料层结构具有弹性，避免塑料边框密封带来的应力集中，且密封材料与质子交换膜结合牢固，可长期有效密封；密封材料与气体扩散层之间的缝隙可以减少膜应力变化带来的损伤。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法，可以减少膜电极周边的应力，避免应力不均带来的机械损伤。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置，可以将氢能高效、清洁的转化为电能。近年来，氢能燃料电池在世界范围内得到大力的支持和发展，目前已经成功的示范应用于电动汽车、分布式电站、备用电源、航空等多个领域。其中，质子交换膜燃料电池以功率密度高、启动速度快、转换效率高、环境友好等优点受到更多的关注，已经成功在燃料电池车上得以商业化。

膜电极是燃料电池的核心部件，由位于中间的质子交换膜和两侧的催化层、扩散层组成。催化层是氧还原和氢氧化两种电化学反应发生的场所，需要具有良好的催化活性、良好的质子传导能力和导电能力，其输出性能由催化剂活性、物料配比以及微孔结构等决定，也需要有足够的润湿才能保证催化层中的质子传导，但水量过大时，微孔堵塞也会造成性能衰减。

膜电极的边缘密封技术有橡胶注塑成型法，塑料框热压合法等。其中橡胶注塑成型法包裹在密封橡胶内部的膜宽度非常有限，容易造成气体互窜；塑料框热压合法，因塑料框的硬度容易造成膜电极边缘的应力分布布局。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构及方法，在膜电极原位形成的与膜电极一体化的密封方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封结构，其特征在于，包括两层密封材料层，即第一密封材料层和第二密封材料层，所述的第一密封材料层是将液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜上固化后形成，第一密封材料层与膜电极边缘的质子交换膜粘合形成一体化结构，且第一密封材料层与膜电极周边的气体扩散层之间留有缝隙；所述的膜电极边缘为膜电极周边从两层气体扩散层中间伸出的质子交换膜区域；

所述的第二密封材料层是将液体密封材料涂覆于第一密封材料层表面和膜电极周边的气体扩散层边沿表面固化后形成，第二密封材料层完全覆盖第一密封材料层，并覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿，第二密封材料层与第一密封材料层粘合形成一体化结构。

进一步地，所述的两层密封材料层的总厚度为0.005～1mm。

进一步地，所述的第一密封材料层的厚度与膜电极周边的气体扩散层的厚度相同，且与气体扩散层之间的缝隙的宽度为0.5～1mm。

进一步地，所述的第二密封材料层覆盖膜电极周边的气体扩散层边沿的宽度为1～3mm，以避免缝隙处的质子交换膜裸露在外，同时防止气体扩散脱落。

进一步地，所述的密封材料层的密封材料层边界包裹或等于或小于膜电极边缘的质子交换膜边界均可。

进一步地，所述的密封材料层为硅橡胶层。

一种燃料电池膜电极的一体化边缘密封方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：将液体密封材料涂覆于膜电极边缘的质子交换膜上，并使液体密封材料固化后形成与膜电极周边的气体扩散层厚度相同第一密封材料层，第一密封材料层与质子交换膜粘合形成一体化结构，且第一密封材料层与气体扩散层的之间留有缝隙，缝隙宽度为0.5～1mm；