CN111564645A - 一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池，所述的燃料电池包含：金属极板和催化层；所述的密封件设于所述的金属极板和所述的催化层之间；所述的密封件包含：胶粘层和密封层；所述的密封层通过所述的胶粘层与所述的金属极板粘接；所述的密封层具有三个以上的突起，所述的突起朝背离所述的胶粘层的方向凸出；所述的催化层和所述的密封层压贴，使相邻的突起之间形成密封腔体。本发明的燃料电池的密封结构可有效的提高燃料电池密封性能，降低燃料电池因气体泄漏带来的危害，其阴、阳极板密封突起结构可大幅的提高燃料电池的使用寿命，具有较高的实用价值。

Description

一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种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。

燃料电池一般常用的燃料为氢气、重整气、天然气和净化煤气，常用的氧化剂为氢气和空气等，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，燃料电池双极板的阳极板和阴极板的密封形式都是用胶线槽加密封胶线或在基材上涂覆胶层后外加一层离型膜，也有的只是在基体上涂覆一层胶，直接将阴、阳极板与膜电极(MEA)粘贴密封。现有的技术不足是：密封胶线与阳极板或阴极板之间的接触由于极板表面处理工艺的不同，会影响密封胶线与金属极板之间的粘接性能，进而影响密封的效果。同时应用冲压粘贴或点胶的方式对极板密封，具有效率低、良率低的缺点，并不适用于极板密封的大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属极板燃料电池的密封件及金属极板燃料电池，该密封结构可以解决不同极板表面处理极板与膜电极之间的内密封问题。同时应用注塑的生产工艺，还可以解决极板密封生产效率低、良率低的问题。实现极板密封的大规模生产。

为了达到上述目的，本发明提供了一种金属极板燃料电池的密封件，所述的燃料电池包含：金属极板和催化层；所述的密封件设于所述的金属极板和所述的催化层之间；所述的密封件包含：胶粘层和密封层；所述的密封层通过所述的胶粘层与所述的金属极板粘接；所述的密封层具有三个以上的突起，所述的突起朝背离所述的胶粘层的方向凸出；所述的催化层和所述的密封层压贴，使相邻的突起之间形成密封腔体。

较佳地，所述的金属极板包含：阳极板和阴极板；所述的催化层设于所述的阳极板和所述的阴极板之间；所述的阳极板和所述的催化层之间，以及所述的阴极板和所述的催化层之间均设有所述的密封件。

较佳地，所述的燃料电池由多个单体燃料电池叠加形成，相邻单体燃料电池的金属极板之间也设有所述的密封件，所述的密封件的突起与相邻的金属极板压贴后，相邻的突起之间形成密封腔体。

较佳地，所述的阳极板单面设有所述的密封件，所述的阴极板的两面均设有所述的密封件。

较佳地，所述的胶粘层由绝缘性胶水固化后形成，所述的胶水的成分选择聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂中的一种或两种以上。

较佳地，所述的胶粘层包覆所述的金属极板的外边缘。

较佳地，所述的密封层的材料选择有机硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或两种以上。

较佳地，所述的燃料电池还包含：设于所述的催化层的两侧的气体扩散层；所述的金属极板与所述的催化层之间设有若干气体流道，所述的气体流道包括设于阳极板中间区域的若干个阳极腔，以及设于阴极板中间区域的若干个阴极腔；两相邻单体燃料电池的阴极板与阳极板之间形成水腔；所述的阳极腔、所述的阴极腔和所述的水腔四周具有1-20mm厚度的密封缓冲区域，为模具的压紧提供空间。

本发明还提供了一种金属极板燃料电池，其包含上述的金属极板燃料电池的密封件。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、通过在阴极板、阳极板与密封层之间设置胶粘层，可在阴、阳极板与密封层之间形成过渡层，提高密封层与阴、阳极板之间的结合力，增加极板的密封效果。

2、通过选用具有高绝缘性的胶水制备胶粘层包覆在阴、阳极板外边缘形成边缘绝缘区，可降低极板外边缘发生短路的风险，提高电池在使用过程中的安全性能。

3、通过在密封层上设置三个及三个以上的突起结构，可在膜电极两侧和阴、阳极板之间形成多个密封腔体。在一个密封腔体老化失效，其余密封腔体依然可对极板进行密封，大幅提高燃料电池电堆的密封使用寿命。

4、通过在阳极板与阴极板上的阳极腔、阴极腔、水腔四周增加1-20mm密封缓冲区域，该区域可在涂底胶及注塑密封时为模具的压紧提供空间，降低金属板表面弯曲对注塑密封的影响，提高注塑密封产品的良率。

附图说明

图1为本发明的金属极板燃料电池的密封件的使用状态的截面图。

图2为本发明的金属极板燃料电池的阳极板的俯视示意图。

图3为本发明的金属极板燃料电池的阴极板的底视示意图。

图4为本发明的金属极板燃料电池的阴极板俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明的金属极板燃料电池的密封件的使用状态示意图。燃料电池包含金属极板和催化层3。金属极板包括阳极板1和阴极板2。催化层3设于阳极板1和阴极板2之间。在阳极板1和催化层3之间，以及阴极板2和催化层3之间均设有密封件，密封件设在电池的外边沿。本发明的密封件包含：胶粘层4和密封层5；密封层5通过胶粘层4与金属极板粘接；密封层5具有三个以上的突起6，突起6朝背离胶粘层4的方向凸出；催化层3和密封层5压贴，使相邻的突起6之间形成密封腔体11。

通过在阴、阳极的密封层5设置三个及三个以上的突起6结构，可在膜电极(催化层3)两侧和阴、阳极板之间形成多个密封腔体11。在一个密封腔体11老化失效，其余密封腔体11依然可对极板进行密封，大幅提高燃料电池电堆的密封使用寿命。

一些实施例中，密封层5的材料选择有机硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或两种以上。

胶粘层4形成在阴、阳极板与密封层5之间的过渡层，提高密封层5与阴、阳极板之间的结合力，增加极板的密封效果。胶粘层4由绝缘性胶水固化后形成，胶水的成分可选择聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂中的一种或两种以上。

燃料电池还包含：设于催化层3的两侧的气体扩散层10。

燃料电池初始时的多个单层结构，可通过机械压贴方式压贴，将燃料电池压成由多层结构层叠组成的电池。

燃料电池通常是多个单体燃料电池叠加形成。图1中上部仅示出了另一单体电池的部分结构。本发明中，相邻单体燃料电池的金属极板之间也设有密封件，单体燃料电池的密封件的突起6与其相邻的金属极板压贴后，相邻的突起6之间也形成密封腔体11。以图1为例，图1的金属极板燃料电池的阳极板1单面粘接有密封件，阴极板2的两面均粘接密封件。粘结于阳极板1的密封件的突起6指向其所在的单体燃料电池的催化层3，并与该催化层3压贴。粘结于阴极板2的其中一侧的密封件，突起6指向其所在的单体燃料电池的催化层3，并与该催化层3压贴，粘结于阴极板2的另一侧的密封件，其突起6指向相邻电池的阳极板1，并与相邻电池的阳极板1紧密压合进行密封。

请继续参阅图1，胶粘层4包覆金属极板的外边缘(包括图1中金属极板的侧面部分)。通过选用具有高绝缘性的胶水制备胶粘层4包覆在阴、阳极板1外边缘形成边缘绝缘区，避免金属极板外露，可降低极板外边缘发生短路的风险，提高电池在使用过程中的安全性能。

金属极板的中部设有若干气体流道。密封件设在电池的外边缘。气体流道包括阳极板1中间区域的若干个阳极腔7，以及阴极板2中间区域的若干个阴极腔8。两相邻单体燃料电池的阴极板2与阳极板1之间形成水腔9。燃料电池电堆内部密封分为三腔密封，包括阳极腔7、阴极腔8和水腔9，阳极腔7流动燃料气体，阴极腔8流动氧化剂，水腔9流动冷却水为电池在使用过程中降温。具体地，水腔9和阳极腔7分别为冷却水流道和氢气流道，阴极腔8为空气或氧气流道。

在一些实施例中，阳极板1与阴极板2由不锈钢、钛等金属合金材料制成，其表面经过镀金、镀碳等表面处理工艺。

如图2至图4所示，在一些实施例中，阳极板1与阴极板2上的阳极腔7、阴极腔8、水腔9四周含有1-20mm密封缓冲区域12，密封缓冲区域12是电池极板上留出的用于压紧电池的空间。该区域可在涂底胶及注塑密封时为模具的压紧提供空间，降低金属板表面弯曲对注塑密封的影响。新型高能量密度的金属电堆需要使用薄金属板来提高能量密度，但厚度降低极板易弯曲，因此需要在注塑密封过程中设计缓冲区域来给模具提供压紧空间，避免由于极板弯曲而影响注塑密封的质量。

密封层5黏贴在金属极板的方法包括以下步骤：

在阳极板1、阴极板2边缘处采用点胶、丝网印刷、喷涂等方式，应用相应模具压紧在密封缓冲区域12，涂上一层含有聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂等胶水，刷涂后晾干胶水，形成胶粘层4，然后通过注塑的方法应用相应模具再次压紧密封缓冲区域12，将有机硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶等液体橡胶黏贴在胶粘层4表面，形成含有密封层5的阳极板单体和阴极板单体。

综上所述，本发明的燃料电池的密封结构可有效的提高燃料电池密封性能，降低燃料电池因气体泄漏带来的危害，其阴、阳极板密封突起结构可大幅的提高燃料电池的使用寿命，具有较高的实用价值。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的燃料电池包含：金属极板和催化层(3)；所述的密封件设于所述的金属极板和所述的催化层(3)之间；所述的密封件包含：胶粘层(4)和密封层(5)；所述的密封层(5)通过所述的胶粘层(4)与所述的金属极板粘接；所述的密封层(5)具有三个以上的突起(6)，所述的突起(6)朝背离所述的胶粘层(4)的方向凸出；所述的催化层(3)和所述的密封层(5)压贴，使相邻的突起(6)之间形成密封腔体(11)。

2.根据权利要求1所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的金属极板包含：阳极板(1)和阴极板(2)；所述的催化层(3)设于所述的阳极板(1)和所述的阴极板(2)之间；所述的阳极板(1)和所述的催化层(3)之间，以及所述的阴极板(2)和所述的催化层(3)之间均设有所述的密封件。

3.根据权利要求2所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的燃料电池由多个单体燃料电池叠加形成，相邻单体燃料电池的金属极板之间也设有所述的密封件，所述的密封件的突起(6)与相邻的金属极板压贴后，相邻的突起(6)之间形成密封腔体(11)。

4.根据权利要求3所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的阳极板(1)单面设有所述的密封件，所述的阴极板(2)的两面均设有所述的密封件。

5.根据权利要求1所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的胶粘层(4)由绝缘性胶水固化后形成，所述的胶水的成分选择聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂中的一种或两种以上。

6.根据权利要求5所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的胶粘层(4)包覆所述的金属极板的外边缘。

7.根据权利要求1所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的密封层(5)的材料选择有机硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或两种以上。

8.根据权利要求3中所述的金属极板燃料电池的密封件，其特征在于，所述的燃料电池还包含：设于所述的催化层(3)的两侧的气体扩散层(10)；所述的金属极板与所述的催化层(3)之间设有若干气体流道，所述的气体流道包括设于阳极板(1)中间区域的若干个阳极腔(7)，以及设于阴极板(2)中间区域的若干个阴极腔(8)；两相邻单体燃料电池的阴极板(2)与阳极板(1)之间形成水腔(9)；所述的阳极腔(7)、所述的阴极腔(8)和所述的水腔(9)四周具有1-20mm厚度的密封缓冲区域(12)，为模具的压紧提供空间。

9.一种金属极板燃料电池，其特征在于，包含权利要求1至8中任意一项所述的金属极板燃料电池的密封件。

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