[发明专利]一种膜电极组件和燃料电池堆芯

说明书

本发明涉及一种膜电极组件和燃料电池堆芯，膜电极组件包括第一扩散膜、第二扩散膜和质子膜，第一扩散膜和第二扩散膜设置在质子膜的上下两侧，还包括支撑边框，支撑边框为中央镂空的框体结构，包围质子膜的四周侧边，支撑边框由内圈至外圈依次划分为第一边框区域、第二边框区域和第三边框区域，第二边框区域的顶面高于第三边框区域的顶面，第一边框区域的顶面低于第二边框区域的顶面形成安装槽，质子膜的四周固定在安装槽内；第一扩散膜的外圈底部贴合第二边框区域的顶端；第二扩散膜半潜式安装在支撑边框的下侧。与现有技术相比，本发明具有简化结构和工艺，有利于降低制造成本和应用于规模化生产等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种膜电极组件和燃料电池堆芯。

背景技术

燃料电池是一种将氢氧通过电化学反应产生电能的发电装置，具有能量转换效率高，环境友好，噪声低等多项优点。随着燃料电池技术的发展与商业化，燃料电池的安全性和耐久性受到越来越多的关注。

现有燃料电池的膜电极(MEA)组件通常采用四张重叠的边框结构。如图3所示，通过两个A边框夹持质子膜，然后在两个A边框外层设置带有B边框的扩散膜，将A边框和B边框最外侧粘合。这种结构的膜电极组件边框数量多，由此导致制造工序繁杂、制造成本高，不利于进行规模化、批量化的燃料电池生产。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种膜电极组件和燃料电池堆芯。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种膜电极组件，包括第一扩散膜、第二扩散膜和质子膜，所述第一扩散膜和第二扩散膜设置在质子膜的上下两侧，还包括支撑边框，所述支撑边框为中央镂空的框体结构，包围质子膜的四周侧边，所述支撑边框由内圈至外圈依次划分为第一边框区域、第二边框区域和第三边框区域，所述第二边框区域的顶面高于第三边框区域的顶面，所述第一边框区域的顶面低于第二边框区域的顶面形成安装槽，所述质子膜的四周固定在安装槽内；所述第一扩散膜安装在支撑边框的上侧，第一扩散膜的外圈底部贴合第二边框区域的顶端；所述第二扩散膜半潜式安装在支撑边框的下侧，第二扩散膜的外圈端面贴合支撑边框的内圈端面。

进一步地，所述第一扩散膜的外圈端面，与第二边框区域和第三边框区域的分界边齐平。

进一步地，所述第一扩散膜和第二边框区域的顶面之间设有胶水层，所述胶水层延展到质子膜和第一扩散膜之间。

进一步地，所述质子膜和第一边框区域的顶面之间设有胶水层，所述胶水层延展到质子膜和第二扩散膜之间。

进一步地，所述第一边框区域和第二边框区域的顶面粗糙度高于第三边框区域的顶面。

一种燃料电池堆芯，包括双极板以及如上任一所述的膜电极组件，多个双极板和多个膜电极组件层叠设置，双极板的两侧设有支撑机构，该支撑机构贴合膜电极组件的上侧面或下侧面。

进一步地，所述双极板的两侧还设有密封机构，所述第三边框区域的外圈还划分有第四边框区域，所述密封机构用于贴合第四边框区域的顶面或底面。

进一步地，所述第三边框区域的厚度小于第四边框区域的厚度，使第四边框区域的顶面和底面相对于第三边框区域的顶面和底面凸起。

进一步地，包括至少三个膜电极组件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明重新设计了膜电极组件的整体结构，通过一个支撑边框即可实现第一扩散膜、第二扩散膜和质子膜的组装，简化结构和工艺，有利于降低制造成本和应用于规模化生产。同时，支撑边框通过划分为第一边框区域、第二边框区域和第三边框区域，由此形成相应的安装空间，利用扩散膜和支撑边框直接夹持质子膜，确保了质子膜和扩散膜的安装稳定性。此外，第一扩散膜和第二扩散膜采用了非对称式设计进行防呆处理，有利于区别工艺步骤，提高生产效率。