[实用新型]一种用于燃料电池膜电极密封装置的制备夹具

说明书

本实用新型提供一种用于燃料电池膜电极密封装置的制备夹具，所述制备夹具包括相互压合的第一半模具和第二半模具，所述第一半模具和第二半模具的压合表面包括相同位置和尺寸的中心点重合的边框承托区、膜电极承托区和注胶凹槽区；所述边框承托区的垂直高度大于膜电极承托区的垂直高度；所述第一半模具的3个顶角处设置有定位销，所述第二半模具在与第一半模具相应的位置设置有定位孔。所述制备夹具可用于制备具有高度密封结构的燃料电池膜电极密封装置，大大简化了燃料电池膜电极密封装置的制备工艺，降低了资源和时间成本，具有良好的实用价值。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池膜电极密封装置的制备夹具。

背景技术

随着环保和节能减排要求的不断提高，机动车驱动力由传统能源向新能源转变是未来的发展方向，国家制造2025中十大发展方向之一就包括新能源发展战略。新能源包括清洁替代燃料、二次储能电池和燃料电池汽车。二次储能电池由于其理论能量密度的限制、安全问题、充电效率和寿命难以大幅度提高的问题以及回收利用的难度都会影响其在车用动力系统方面的大规模应用。燃料电池作为燃料补充型发电系统，不受体积和质量能量密度的限制，能量利用率能够达到50％以上，能源清洁度整体高于二次储能电池；而且氢气来源广泛，加氢速度类似于汽油加注，一次加注续驶里程400～700公里，运行寿命长，整体性能非常适宜作为车载动力源使用，是替代传统能源车最有前景的新能源动力产品。

燃料电池的核心是三相反应场膜电极，膜电极的性能和耐久性直接决定着燃料电池电堆和系统的性能和耐久，是电池反应的心脏。膜电极的制备工艺主要分为两种，一种是将催化剂涂覆于气体扩散层上，然后将阴、阳两片气体扩散电极热压在质子交换膜的两侧，该工艺内阻较大、催化剂利用率较低；另一种是将催化剂涂覆于质子交换膜上制成CCM(Catalyst Coated Membrane)，然后将碳纸热压与CCM两侧，该工艺得到的膜电极内阻小、且催化剂的利用率高，因此应用更为广泛。膜电极的CCM部分对温湿度十分敏感，因此一般采用表面覆盖气体扩散层的形式进行保护，边缘采用导电胶封装；为避免质子交换膜暴露于外界环境，采用硬质塑料边框粘合封装且同时在硬质边框边缘构建水、气接口通道，形成包含边框的膜电极密封装置。

目前，膜电极密封装置及其制备方法是燃料电池领域的研究热点，例如CN102479955B公开了用于制备膜电极三合一的热压夹具和方法，所述热压夹具包括相互压合的上夹板和下夹板，其中，所述下夹板的压合表面上具有凹槽，该凹槽的形状与所要制备的膜电极三合一的形状相匹配以适于容纳组成所述膜电极三合一的组件；所述热压夹具及热压方法一方面在放置操作时能够保证所述密封框的准确定位，另一方面在压合和热压操作时能够防止两密封框的相对位置因两夹板的相对位置的微小变化而变化。CN203013854U公开了燃料电池膜电极及测试样件制备夹具，所述夹具包括上盖框、下盖框、上垫板和下垫板，上盖框和下盖框周边均匀布置有螺栓孔和定位孔，定位孔内装有定位杆，上盖框和下盖框通过螺栓拧紧，上盖框和下盖框是中部镂空的平板框架，镂空的形状和大小与制备的膜电极或测试样件活性区域相同；上垫板和下垫板与上盖框和下盖框中部镂空的形状和大小相同，上垫板和下垫板分别置于上盖框和下盖框中部镂空处，上垫板和下垫板厚度不大于上盖框和下盖框的厚度；采用所述夹具制备膜电极时，可以通过调整垫板的厚度或材质调节作用在膜电极上的受热程度，同时还可以使膜电极受力均匀，提高膜电极成品率。

然而现有的膜电极密封装置的制备方法包括以下四个工艺步骤：制备CCM、粘结硬质边框、点胶、粘结压合气体扩散层，其中包含2个粘结工序，不仅工艺繁琐，而且气体扩散层边缘和膜电极本体处还有可能因粘接不严造成外界空气与质子膜相接触，引起质子交换膜在储存过程中的不可恢复的翘曲变形，严重影响电堆的封装气密性，造成资源的浪费。为了解决上述问题，部分膜电极制备工艺放弃了粘接封装结构而采用全包围封装和气道、极板密封条一体注胶成型，该结构隔绝了膜电极和外界环境，但胶体弹性大，定位功能丧失，因此在后期电堆组装时容易形成牙错。

因此，开发一种用于制备密封效果更好的膜电极密封装置的夹具，并以此简化膜电极密封装置的制备工艺，是本领域的研究重点。