[发明专利]一种燃料电池的密封结构及燃料电池电堆的装配方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池的密封结构及燃料电池电堆的装配方法，密封结构包括：极板、膜电极、极板密封垫圈、冷却液密封垫圈；极板的边缘具有密封筋，两排密封筋之间形成极板密封槽；极板密封垫圈设于极板密封槽内；极板密封垫圈设有极板密封垫圈胶线槽，向胶线槽中施胶，将极板密封垫圈与极板粘接；极板密封垫圈在朝向膜电极的一侧具有两个与膜电极接触的突起；冷却液密封垫圈设于两个电池单体的相邻极板之间；冷却液密封垫圈的两侧呈棒槌形，以和密封筋适配；冷却液密封垫圈具有2个冷却液密封垫圈胶线槽，冷却液密封垫圈胶线槽分别设于冷却液密封垫圈与相邻极板接触的面上，通过向冷却液密封垫圈胶线槽中施胶，将冷却液密封垫圈与极板粘接。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的密封结构及燃料电池电堆的装配方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种可在室温下将燃料化学能通过电化学方式直接转换为电能的新型发电装置，具有能量转换率高、无污染、原料来源丰富等优点，被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电技术。作为新一代的发电技术，燃料电池可广泛应用于便携式移动电源、电动汽车、发电站、航空航天和军用舰船等各个方面。

质子交换膜燃料电池主要由膜电极和极板组成。膜电极(Membrane ElectrodeAssembly，简称MEA)是质子交换膜燃料电池的内部核心部件。膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。燃料电池可具有堆叠结构，通常是由单体燃料电池层叠成层叠体而构成。

质子交换膜燃料电池一般常用的燃料为氢气，常用的氧化剂为氧气或空气等，如果燃料电池的密封效果不好，将直接导致燃料与氧化剂的混合，很容易引起爆炸。因此，燃料电池领域的密封结构设计非常必要。现有技术中，燃料电池通常有两种密封方式，一种是在燃料电池双极板的阳极板和阴极板加密封胶线或密封垫圈，在装配时通过装配压力直接在极板的表面形成密封；该方法的优点是结构简单、易操作，缺点是在装配过程及后期使用过程中密封胶线及密封垫圈易滑动错位，影响电堆的气密特性；另一种方式是使用液态硅胶通过注塑的方式在极板表面形成弹性密封层，后在装配过程中通过装配压力使极板密封，该方法的优点是密封垫圈与极板之间具有很好的粘接性，可改善前一种方案密封垫圈滑动错位的问题，缺点是液态硅胶模具价格较高，在燃料电池制备工艺并不很成熟的情况下严重影响密封的成本。现有的两种工艺技术不足是：密封胶线一般为矩形结构，需要使用较大的封装力才可将密封圈压缩至设计的压缩量，因而导致燃料电池端板在长期使用条件下会产生形变，并不适合燃料电池未来的商业大规模生产应用。与此同时，水侧的矩形密封圈固定在极板凹槽反面在装配的过程中极易引起密封圈平面错位影响密封效果。因此，设计与极板密封槽及密封圈合适的结构对降低电堆装配压力及电堆密封具有至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池的密封结构及其装配方法，该密封结构可以解决密封垫圈在装配或后期使用过程中的滑动错位及传统矩形密封圈装配压力较大的问题。