[发明专利]一种膜电极边框结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种膜电极边框结构及其制备方法，其中膜电极边框结构包括：边框；底涂剂，按预设路径涂覆于边框的表面；密封圈，通过底涂剂粘附于边框的表面；膜电极组件，复合于边框。本发明能够防止注胶过程的高温高压对膜电极造成损伤，有效提高了膜电极边框的成品率，同时减少材料使用，降低了膜电极边框的制作成本，降低氢气的窜气率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是指一种膜电极边框结构及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)通过氢气和氧气的化学反应得到电力，是一种绿色环保、高能量密度的电池，适合应用在车辆，飞机，便携式备用电源等领域。PEMFCs的燃料，尤其是氢气的分子量小，极易从小缝隙中泄漏，且氢气本身易燃易爆，给PEMFCs的安全性带来挑战，因此对PEMFCs的密封性能要求更高，需要进一步减小氢气的泄漏率，提高PEMFCs的寿命和安全性能。

在燃料电池堆应用中有多种密封胶线的成型方式，包括在双极板或膜电极边框上粘贴密封垫片、点胶密封和膜电极边框注胶等。在双极板或膜电极边框上粘贴密封垫片效率低、精度差，不利于规模化生产。点胶密封由于固有特点，在胶线交汇处的高度通常高于周边，造成密封线高度不均匀，在使用中易发生气体泄露。在膜电极边框上注胶可有效简化现有胶线制作工艺、降低制造成本，而且因该密封结构是在膜电极边框两侧同时注胶固化，可以有效地防止装配过程中可能出现的错位情况。

中国发明专利(CN113690459A)公开的一种膜电极边框注胶密封结构及注胶方法，是直接在膜电极组件的边框上注胶制备边框注胶的膜电极，在制备过程中，膜电极在模具中经历高温高压可能产生暗伤，进而影响膜电极的性能及耐久性，而且由于CCM(即将燃料电池催化剂涂敷在质子交换膜两侧制备的催化剂/质子交换膜组件)受热易收缩，从而引起边框变形，导致不良品的产生。且上述公开文献中在边框打孔，随着操作压力增加，孔处可能有氢气渗漏，影响电堆安全性。且该方法使用两层边框，会增加生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种膜电极边框结构及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种膜电极边框结构，包括：

边框；

底涂剂，按预设路径涂覆于所述边框的表面；

密封圈，通过所述底涂剂粘附于所述边框的表面；

膜电极组件，复合于所述边框。

其进一步的技术特征在于：所述边框设置为至少一层；所述边框两侧分别开设多个通气孔，两侧所述通气孔为对称设置或非对称设置。

其进一步的技术特征在于：所述底涂剂的材料为有机硅、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺、氨基甲酸酯的一种或多种；所述底涂剂的涂覆方式为喷涂、涂布、点胶和丝网印刷中的一种；所述底涂剂的涂覆厚度为2μm-5μm。

其进一步的技术特征在于：所述边框表面的密封圈的位置对应。

其进一步的技术特征在于：所述密封圈的截面形状为半圆形、多边形和三角形中的一种；所述密封圈的材料为硅胶、三元乙丙橡胶、氟硅橡胶中的一种。

其进一步的技术特征在于：所述边框开设一贯通所述边框的支撑部，所述膜电极组件包括催化剂/质子交换膜组件和气体扩散层，所述催化剂/质子交换膜组件通过第一粘接胶固定于所述支撑部内，所述气体扩散层通过第二粘接胶固定于所述催化剂/质子交换膜组件的表面。

其进一步的技术特征在于：所述第一粘接胶和所述第二粘接胶为硅胶、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇中的一种或多种。

一种膜电极边框结构的制备方法，包括以下步骤：

S1、在边框的表面涂覆底涂剂，将密封圈通过所述底涂剂粘贴于所述边框的表面；